樓宇智能照明控制系統設計

許乾祖（上海建科工程咨詢有限公司，上海　200032）

1　樓宇智能照明控制系統關鍵需求

樓宇智能照明控制的使用是為了達到節能、減排、綠色、環保、人性化的目的，對于智能照明控制的場所需要進行科學系統地分析，才能達到投入與產出的合理收益的效果。針對某企業總部研發大樓工程項目，上海現代建筑裝飾環境設計研究院有限公司進行了科學嚴謹的數據分析，并結合日本電工數據進行佐證。建筑物內照明用電量約占全體用電的 33%，大辦公室內使用智能照明控制能節約能效約 12%，廁所內使用智能照明節約能效約 61%，走廊內使用節約能效約 69%，車庫內使用將節約能效約 60%。為了真正發揮智能照明控制系統的節能優勢，要求所設計的系統應當具備如下特征需求：① 穩定可靠；② 節能、綠色；③智能化控制；④ 分布集中控制；⑤ 掉電保護；⑥ 系統開放性。

2　智能照明控制系統結構

本大樓智能燈光控制從有無控制面板上來區分，可以分為面板控制方式和非面板控制方式；從控制區域來區分，可以分為辦公區域智能控制、走廊智能控制、衛生間智能控制、地下車庫智能控制。

2.1　智能節能控制系統工作原理

大樓智能照明控制系統工作原理如圖1 所示。

圖1　智能照明控制系統工作原理框圖

2.2　智能面板控制系統結構

根據大樓精裝設計方案，一些配電箱中智能照明回路的控制數量不大于 8 條，一些配電箱中智能照明回路的控制回路數量大于 8 條。因此在系統設計時，應采用具有8路繼電器輸出接口的現場控制單元，這樣既能優化控制器的應用數量又能兼顧使用上的靈活性，為用戶降低控制系統應用成本。

2.2.1不大于8回路面板控制系統

對于不大于 8 回路智能照明控制的配電箱，采取以下控制方案，即在配電箱內安裝一個 24 V 直流開關電源，為現場單元和控制面板供電；一套現場控制單元(即圖中所示現場單元，內嵌集中管理軟件模塊)，接受控制面板的控制信號，控制相應繼電器的開關，實現相應照明回路的燈具開關。面板與現場單元的通訊信號采用標準的 CAN 總線進行通訊，控制系統全部采用低壓直流弱電控制與供電，保證系統不會對其他系統造成信號干擾，最大程度保證了使用者的操作安全。不大于 8 回路面板控制系統如圖2 所示。

圖2　不大于 8 回路面板控制系統布置圖

總線上同時掛接著節假日自動判別器、總線人體感應器，接收感應信號，將信號發送到現場單元，由現場單元進行邏輯判斷與時序仲裁，決定哪個回路繼電器的開啟與關斷，實現忘記關閉燈光回路時的智能自主判知與決策功能。

2.2.2大于8回路面板控制系統

對于大于 8 回路智能照明控制的配電箱，采取以下控制方案，即在配電箱內安裝一個 24 V 直流開關電源，為現場單元和控制面板供電；一套集中管理控制器(即圖中所示控制單元)，負責對現場單元的智能控制，所有來自總線上的任何主動(面板開關)與被動(傳感器)方式的信號，均要最先送達該集中管理控制器，由該控制器進行信號分析、時序仲裁、動作執行方式判斷、定時判別、傳感器信號融合、節假日分析等內容的工作，將解算的分析處理后信號發送至現場控制單元；n 套現場控制單元(圖紙所示的現場單元)，接收集中管理控制器的指令信號，控制相應繼電器的開關，實現相應照明回路的燈具開關。其中 n 的數量由配電箱內的回路數決定，即每個現場控制單元能夠輸出 8 路繼電器。控制面板實現相應照明回路的開啟與關斷，具體數量由回路數決定。每個開關面板上有 4 個按鍵，其中 2 個按鍵的功能為群組控制，另外 2 個按鍵的功能是模式控制。至于群組控制與模式控制的具體功能將在后面進行說明。面板與現場單元的通訊信號采用標準的 CAN 總線進行通訊，控制系統全部采用低壓直流弱電控制與供電，保證系統不會對其他系統造成信號干擾，在使用上最大程度上保證了使用者的操作安全。大于 8 回路面板控制系統如圖3 所示。

圖3 大于 8 回路面板控制系統

3　大樓區域控制系統結構

3.1　辦公區域智能控制模式與策略

智能照明控制的辦公區域是指辦公人員數量多、辦公區域大、回路數多，經常使用的場所包括辦公室、會議室、大休息廳、多功能廳等區域。這些場合經常出現人員離開后忘記關燈的現象，造成極大浪費。以下就下班后有人進來加班的情況進行說明。

(1) 下班后，辦公室燈光已經全部關閉。當有人進來時，辦公室門口上方的節假日自動判別器，將感知到有人進入，將感知的信號通過信號總線發送到配電箱內的集中管理控制器或內嵌集中管理軟件模塊的現場控制單元，由控制器判斷下一步的控制模式。

(2) 控制器發出控制指令，立即開啟引導燈，照亮門口前方區域，方便人員開啟所需回路的面板開關。從用戶的體驗角度來講，用戶開門瞬間，照明引導燈就隨機點亮。

(3) 這時用戶就可以直接操作控制面板，開啟自己所需要區域的照明燈按鍵即可。

(4) 用戶所需照明區域被點亮。此時控制系統將啟動照明定時策略，即工作時間是根據用戶長期的使用習慣預先配置好，時間可長可短，例如 1 h 時間。

(5) 如果系統的時間設置為 1 h 關閉，則加班人員在自己照明區域工作接近 1 h (可以設置為 55 min)后，門口上方的引導回路燈自動開啟點亮，提醒加班人員再過 5 min(時間可以根據工作習慣進行設定)工作區域的照明燈將被自動關閉。如果加班人員在 5 min 內到門口處重新觸發所需工作區域的控制面板按鍵，則引導回路燈立即關閉，計時又重新開始。

(6) 如果加班人員在 5 min 內沒有重新開啟按鍵，則照明區域的燈將自動關閉。此時引導燈仍然處于點亮狀態，如果仍無人觸控，引導燈將在 5 min 后自動關閉，系統將認為此時不需要照明。

(7) 如果加班人員在系統所定時間內離開辦公區域而沒有主動關閉自己工作區域的照明回路，則系統將在設定的時間內將照明回路關閉。

(8) 工作區域的照明回路關閉后，如果系統仍未檢測到有人進入或開啟面板開關，則系統視為此時不需要照明，即判為無人狀態。5 min 后也將引導回路照明燈關閉，恢復到初始狀態。

(9) 如果加班的工作人員來到辦公室的加班時間小于系統預先設定的間隔時間，系統在到達規定的設定時間后，將關斷工作區域的照明回路。在延遲規定的時間內，自行將引導回路的照明燈關閉。

(10) 最后恢復到最初無人的初始狀態，系統時刻保持處于有人和無人的監控狀態，能夠最大程度減少無人照明現象，降低能源消耗。

3.2　走廊照明智能控制模式與策略

大樓走廊占地面積較大，沿走廊分布的房間較多，需要控制的燈具較為集中，因此在走廊區域應用智能照明控制將會帶來較大的投資收益。走廊照明控制分白天時段與夜間時段，對應的控制策略有所區別。

本項目采用具有智能感光的總線型人體感應控制器進行走廊燈光的智能控制。根據白天走廊里的亮度情況，通過設定照度閾值的方法按光照需要進行開啟，既能滿足使用者的照明舒適度，又能根據照度情況進行關斷和開啟走廊照明回路，最大限度減少電能消耗，避免浪費。走廊燈光智能控制如圖4 所示。

圖4　走廊燈光智能控制示意圖

(1) 白天時段的控制，走廊上方相隔 5 m 安裝一個總線型人體感應控制器，控制器內集成照度感應、人體感應、信號處理與發生模塊，將采集的照度、人體信息發送至配電箱內的集中管理控制器進行仲裁決策，啟動當前的控制策略，開啟或關閉相應的照明控制回路。

(2) 夜間走廊的照明控制采用時間細分控制模式，此時的照度感應控制模式應當自動關閉，時間段的起始時間和結束時間，時間段的時間間隔均可以方便進行配置。這需要根據用戶的實際使用習慣形成后才能進行修改。安裝調試后的走廊燈智能照明控制系統將被初始化為常規配置參數，用戶可以根據自身的需要經過使用一段時間后再進行參數調整。

在走廊燈具回路的常規控制參數中，在走廊無人通過時，系統僅開啟 1 個照明回路，作為引導使用。如果檢測到有人通過，系統將啟動細分時段控制模式。控制系統的時間段的設定非常靈活，用戶可以根據自身的實際需要進行參數的配置使用。檢測到有人通過，系統將增加照明回路的開啟，具體開啟的數量由配置參數和細分時間決定。

當出入走廊的人員離開后，可以選擇幾分鐘延時的控制方式關閉剛剛開啟的照明回路，也可以選擇人離開后立即關閉剛開啟的照明回路。具體控制方式根據用戶使用后的習慣進行配置參數的修改，初始參數默認為人員離開 5 min 后再關閉的控制方式。

3.3　衛生間照明智能控制模式與策略

衛生間內的照明控制采用就地控制模式，減少布線布管的繁瑣和浪費，也提高了系統的可靠性。在衛生間內安裝多個本地人體感應控制器，控制器內集成照度感應模塊、人體檢測模塊、信號分析與處理模塊、控制執行模塊以及繼電器單元。在照度感應模塊檢測到當前的照度低于設定的照度閾值時，人體感應控制器一旦檢測到有人進入時，將立即開啟負載照明燈具或照明回路；當人員離開后，系統再延時一定時間后(可根據實際需要進行調整)將照明關閉，可以最大程度降低電能消耗。

4　智能照明控制系統參數優化配置

大樓智能燈光控制系統的正確使用是在用戶照明習慣的基礎上逐步形成的。在智能照明控制系統安裝調試完畢后，系統是基于初始化的使用參數，但初始化的設置參數可能不盡合理與科學。在用戶日常使用后，逐步根據用戶的習慣對初始化設置的回路分配、控制時間段、動作時序、優先級仲裁等參數進行調整。為了使系統能夠滿足用戶的切身需要，需要對參數進行修改，即控制系統的參數合理化配置。智能照明控制系統參數的具體配置流程如圖5 所示。

圖5　智能照明控制系統參數配置示意圖

5　結 語

本系統已經在該大樓成功應用 5 a。采用智能照明控制系統后，可使照明系統工作在自動狀態定時開啟/關閉照明回路，通過人體檢測傳感器實現“人來燈亮、人走延時熄滅”，減少人工干預，給物業管理帶來便利。此外，還具有以下優點：① 節能效果顯著。照明系統通過定時、傳感器等控制方式，可將公共區域照明控制在適當的亮度，減少常明燈，避免不必要的浪費，節能效果非常顯著。② 延長燈具壽命。智能照明控制系統能成功地抑制電網的沖擊電壓和浪涌電壓，使燈具不會因為上述原因而過早損壞。系統采用了軟啟動和軟關斷技術，避免了燈絲的熱沖擊，燈具壽命進一步得到延長。

相關工作人員應結合建筑樓宇照明系統功能特性和實際耗能情況，反復比較研究多個節能降耗方案，從設計、安裝調試等源頭上熟悉和理解智能樓宇建筑照明節能的功能特性。結合工程實際情況，采取積極有效優化方案和節能措施，以使整個照明系統達到更加優化的節能降耗效果，創建舒適節能的工作環境，提高照明系統能源綜合利用效率。