基于霍尼韋爾WEBs的智能照明監控實訓系統設計與實現

王榮琤

（南京高等職業技術學校，江蘇 南京 210019）

0 引言

霍尼韋爾WEBs是霍尼韋爾公司開發的先進樓宇自動控制系統，它的技術核心是具有開創性的Niagara技術（Niagara是一個通用的自動化和控制軟件架構）。本套樓控智能照明實訓系統是以模擬智能建筑實際現場環境為背景，以提高建筑智能化專業學生實訓教學要求為依據而開發的一套實訓系統[1]。在霍尼韋爾WEBs系統體系架構下，采用人體紅外感應、定時時間和光照度感應等方法實現智能照明系統的自動控制。學生利用該實訓教學系統可以從系統的硬件組成、系統原理、網絡通信、編程調試及組態應用等方面進行系統學習和實訓，對培養職業院校學生的工程實踐能力有很大的幫助。

1 系統設計

1.1 系統結構

該實訓教學系統通過照明監控系統平臺模擬某建筑3種區域的智能照明（人體紅外感應智能照明、定時控制智能照明，光照度感應智能照明），每個區域的手自動開關SA1～SA3可實現各區域的智能照明系統手動工作模式與自動工作模式的切換，面板開關SB1～SB3可實現常規開關控制。當區域1照明執行自動控制時，通過模擬安裝在進門位置的人體紅外傳感器檢測到有人經過時，由DDC控制，自動打開區域的照明，當檢測不到信號時，經過延時，關閉區域1照明；當區域2照明執行自動控制時，根據DDC中設置的時間控制點自動開啟或關閉區域2照明。當區域3照明執行自動控制時，由光照度感應傳感器檢測工作面的光照度值，與工作面需要的照度值比較，通過調光驅動模塊，自動調整區域3照明燈具的亮度。同時，以上三種區域照明系統均可以利用控制、組態軟件對照明系統光照度感應器、紅外感應器、照明燈具等部件進行組態，設置不同的參數，實現多種情景控制模式智能照明系統操作演示。如圖1所示。

圖1 智能照明監控系統結構原理圖

1.2 控制系統

智能照明自控系統實訓平臺設計使用霍尼韋爾WEBs樓宇管理系統體系架構，采用Niagara技術軟件平臺，選擇BACnet協議作為系統網絡構建的基礎。上層控制網絡采用Bacnet路由器，實現基于BACnet IP的系統集成實訓；下層DDC現場控制器采用霍尼韋爾Spyer控制器PUB6438S，可基于BACnet MS/TP組網，進行實際現場設備的編程、調試、仿真等實訓[2]，末端設計照明控制回路。如圖2所示。

圖2 智能照明系統網絡拓撲圖

1.3 系統軟件

智能照明自控系統采用霍尼韋爾WEBStation-AX軟件作為系統監控平臺。它采用B/S架構，通過創建的大型網絡系統，具有網絡控制器和現場控制器的管理、數據庫的維護、警報及歷史記錄的管理、工程的編程調試、圖形的組態界面等功能。

同時，WEBStation-AX軟件可以管理和集成市場常見的現場總線協議，如BACnet、LONWorks和ModBus等，將各個不同類型的系統和數據轉化為公共對象模型，實現監視和控制的雙向通信，建立各類設備基于Internet的訪問，并在終端支持標準Web瀏覽器界面，實現網絡分布式遠程管理。

1.4 主要設備及監控點

（1）BACnet路由器。BACnet路由器為BACnet/IP, BACnet Ethernet和BACnet MS/TP等BACnet網絡之間提供獨立路由功能，從而使得系統集成可以在一個BACnet互聯網內混合使用BACnet網絡技術。本系統采用科動BASRIP-B多網絡路由器，包含兩個物理通信端口，一個是10/100 Mbps的以太網端口，另一個是獨立的MS/TP端口，可通過網頁完成配置。

（2）DDC控制器。霍尼韋爾Spyder控制器有20多種不同型號，分別適用于不同的通信方式及控制系統。每個控制器提供通用輸入、數字輸入和模擬輸出、數字輸出組合。本系統選用PUB6438S型通用控制器，支持BACnet MS/TP通信總線，配置6個通用輸入UI，4個模擬輸入DI，3個模擬輸出AO，8個數字輸出DO。

（3）智能照明監控系統監控點配置表。

表1 智能照明監控系統監控點配置表

2 人體紅外感應智能照明監控系統教學案例

2.1 工作原理

人體紅外感應的原理是利用人體紅外傳感器探測人體發出的特定波長紅外線（10 μm左右），通過轉換電路檢測處理后輸出為一個開關控制信號，而人體紅外感應照明就是通過判斷是否接收到這個信號控制燈具的開啟與關閉。

考慮到應用場景實際，人不可能一離開紅外探測器的感應范圍就立即關閉燈具，因此由探測信號傳輸到控制電路，控制器設置控制電路的輸出時間，在沒有信號輸入情況下，延時關燈。即人出現在有效感應范圍內活動時，輸出控制回路，打開燈具，待人離開后，延時自動關閉照明回路，實現“人來燈亮、人走燈延時熄”的控制功能。同時，通過建立的自控網絡，在管理中心或標準Web瀏覽器終端設備上進行遠程監控管理，構成智能照明監控系統。

2.2 監控功能要求

在智能照明監控系統平臺上，可實時對各監控點監測、控制。根據需要，調整硬件或設置平臺參數，使系統在工作在的需要場景模式下。

具體監控功能要求包括：當現場控制箱上的轉換開關處于手動狀態時，由墻上的開關面板控制，樓宇自控系統失效；當控制器上的轉換開關處于自動狀態時，由樓宇自控系統控制，墻上的開關控制面板失效。當由樓宇自控系統控制時，可通過操作界面開啟或關閉照明燈具，也可以根據人體紅外傳感器感應控制。當檢測到有人通過時，開啟照明；人通過后，延時關閉照明。

2.3 系統編程

WEBSTION-AX軟件中具有功能強大的WEBPro-AX編程工具，通過通用且又簡便的圖形化、模塊化方式，為霍尼韋爾Spyder控制器等設備編程，完成應用程序的設計。

使用WEBPro-AX編程工具，在Spyder控制器工程模式下，根據系統功能要求，分析邏輯關系，完成物理點和軟件點的建立與配置，功能塊的選擇與配置，以及邏輯功能的連接，設計人體紅外智能照明系統的應用程序。如圖3所示。

圖3 人體紅外感應智能照明監控系統程序

3 圖形界面設計

智能照明監控系統完成編程后，滿足了功能上的設計，但還不能投入使用，需要在上位機上設置人機交互接口，即圖形界面，實現在監控中心的遠程監控管理。

3.1 系統監控界面設計

選用WEBSTION-AX軟件，通過對監控系統功能要求及需要實現的功能分析，完成智能照明監控系統設計，監控系統的人機交互圖形界面設計如圖4所示。

圖4 智能照明監控系統圖形界面結構圖

3.2 智能照明監控系統實時監控畫面

該監控畫面友好簡單，可以實現統籌管理智能照明系統，包括監視現場各照明燈具的運行工況、數據和各變量的變化情況，控制照明系統的運行參數等。圖形界面如圖5所示。

圖5 智能照明監控系統實時監控畫面圖

3.3 歷史記錄畫面

功能：顯示系統參數的運行的圖表或曲線，并且后期可以在歷史服務中查詢歷史記錄數據，生成歷史記錄的圖表。

3.4 報警畫面

功能：當某個參數超限或者數值變化時，有報警提示，并可以在報警控制器查詢報警具體信息，確認后消除報警信息[3]。

4 結束語

該智能照明監控系統實訓裝置可以進行如下實訓：智能照明系統構成的認識，光照度傳感器、聲光探測器等前端設備的安裝及接線操作，普通燈具的手動調校，可調節燈具的手動調校，普通照明控制實訓，時間控制模式下的照明控制，定時狀態下的照明控制，光照度控制狀態的照明控制等多情景模式下的智能樓宇照明系統實訓。解決了以往教學中單純的理論教學方式和參觀實際現場所帶來的不安全，無法全面了解設備內部結構及運行過程等種種實際問題，高效實用，是樓宇自動控制系統工程技術課程教學不可多得的實訓教學系統。■