[ 高级搜索 ]
·照明工程公司问卷调查 ·2017年照明行业内容集萃 ·“和光·同程”照明品鉴会 ·信能阳光杯卡丁车大赛 [更多...]
 当前位置:照明频道首页 >> 照明论文
浅谈智能照明控制系统的设计
——广东德洛斯照明工业有限公司 杨和良
2017-10-24 14:42:18  作者:  来源:中国设计师网  
  •   随着城市建设的发展,越来越多的照明灯具应用在城市道路、景观、广告牌灯领域,管理着对于照明控制的需求也越来越多,本文阐述了一种智能照明控制系统的组成及其实现的功能,对该系统组成的集中控制器、单灯控制器及其软件的设计要点进行了归纳总结,开展智能照明控制系统的设计探讨,对实现户外领域智能照明控制系统整体设计水平进一步有效的提升,为我国户外智能照明控制系统设计、生产制造行业的良好发展提供了方向。
    关键字: 智能照明 照明

  1 引言

  照明耗能作为电力消耗的重要组成部分占总电力耗能的30%,在这照明使用的耗能中,一大部分是由于过度照明或者采用了不合理照明造成的资源浪费。因此,通过科学的手段,对照明进行管理及有序调度使用有着非常重要的意义。

  2 智能照明控制系统的作用

  基于民众的日常需求以及城市建设发展的需要,各地城市纷纷开始重点对城市照明进行工程建设,其功能性照明和景观性照明的灯具数量不断增加,且对不同种类的灯具要求也越来越多,在城市照明管理部门中,今后的工作除了需要管理城市功能性照明外,还将对城市的景观性照明进行管理。

  目前以一般的城市照明管理方法是以按时段的方式对功能性照明进行开关管理,稍微管理上先进一些的部门则利用远程控制开关的方式进行亮灯时段管理,但无法做到远程调光、实时监控运行状态、故障报警等等问题,更无法实现资产管理、亮灯率、能耗分析等可作为重要参考、决策报表汇集功能。

  智能照明控制系统汇集了参与在照明体系内的所有设备的信息及其运行状态、运行参数等,运用智能策略将它们之间协调起来依照城市习惯有序运作的同时,收集了各设备的运作情况按时段汇总相应的决策性报表和关键指标。

  因此,智能照明控制系统将在城市建设中将发挥着极其重要的作用。

  3 智能照明控制系统组成

  智能照明控制系统中,以两级网络层组成智能控制网络,所有的智能设备通过智能控制网络互相连接、传递、交换数据。智能集中控制器与监控中心连接采用有线 Ethernet网络通过 2G/3G/4G 的无线公共网络进行实时连接交换数据;而智能集中控制器与终端控制器之间采用的是电力载波PLC、RS485或者ZigBee组网技术。

  3.1 系统组成部分

  智能照明控制系统的三部分:智能照明监控管理软件、智能集中控制器、终端控制器。

  智能照明监控管理软件:智能照明控制系统的人机对话窗口,所有的调试及监控功能均在这个窗口上完成。

  智能集中控制器:存储设备基础信息及各个场景、策略等参数;统一协调各个终端控制器的运行。终端控制器:执行及反馈单元。

  3.2 网络构架图

图1 RS485 网络架构图

图2 PLC 网络架构图

  如图 2 所示,智能照明监控软件安装在中央控制室的服务器上,而服务器和控制柜内的智能集中控制器通过有线以太网或高速 3G/4G 无线网络技术组成一个以太网,所有的交换数据可在此网络内高速、大量的传递。

  控制柜中的智能集中控制器与终端控制器采用了电力载波(PLC)RS485 或者 ZigBee 组网技术进行数据交换。

  控制终端或移动应用终端登陆服务器上的智能照明控制软件后,可发出控制命令,此TCP/IP 格式的数据里包含智能集中控制器地址:IP号,对应的智能集中控制器接收控制命令后,会将控制信号转换成相应规范的信号发到各个终端控制器上。PLC 或 RS485、ZigBee 控制信号内有智能终端控制器的地址:逻辑地址,对应此逻辑地址的终端控制器会对命令做合适响应,包括调光、回传电压采样值、回传电流采样值等等。

  3.3 智能照明监控系统底层组网技术

  3.3.1 ZigBee 无线组网技术

  ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通讯技术,这名称来源于蜜蜂的八字舞,蜜蜂(bee)是依靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀来告诉同伴传递花粉所在方位信息,在ZigBee无线通讯技术就是依靠类似于蜜蜂这样的交流模式形成的一种通讯模式。

  3.3.2 电力载波组网技术

  电力载波通讯是指利用现有电力线网络,通过高频载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的一种通讯技术。其最大特点是利用现有的电力线就能进行数据传递。

  PLC 在目前国内的通讯应用中,较为推广的是电力抄表系统的通讯网络,基于本来的电力线进行数据通讯,可大大节约铺设数据网络线路费用,该载波传输技术的另外一案例是电力猫,在国外比较盛行,国内由于线路复杂性、负荷变化大比较容易发生断网事件;而在国内采用的专变供电方式的功能性照明中,这种依靠有线的载波通讯方式确相当稳定。

  3.4 实现的功能

  智能照明监控管理软件安装于控制中心的 WEB 服务器中,管理人员通过用户端电脑登录 WEB 服务器后可以直观、方便的管理和监控所有终端控制单元。

  用户通过电脑、手机、PAD 等设备通过以太网登录 WEB 服务器,进行管理和监控终端控制单元。

  实现单播控制,每个终端控制单元都有独立地址,能够独立的改变亮度。

  实现组播控制,可将终端控制单元按功能分为不同小组,进行分组独立控制。

  实现广播控制,可迅速调节所有终端控制单元的开关或亮暗。

  灵活的策略设计控制,可以调节不同终端控制单元不同亮度,以适应不同环境下不同需求。

  实现可查询各终端控制单元的电流、电压、功率等实时运行状态值。

  实现对终端控制单元的工作状态和控制联接状况进行预警和报警,能够报告过压、过流、温度异常、异常开盖、通讯异常等不正确状态。

  实现多种智能策略,组合不同条件下的不同场景应用。

  实现预设场景模式和时间管理计划两种管理方式进行无人值守的自动管理模式。

  实现可在线升级功能,可更新终端控制器内部的程序,适当调整功能性增强等等。

  智能集中控制器和服务器间通信兼容RJ45网线和4G/3G/GPRS无线两种连接模式,根据实地情况自由选择。

  4 控制系统设备设计要点

  4.1 智能集中控制器

  智能照明控台采用主频400MHz,32bit数据位宽、高性能汽车级处理器;64MByte DDRSDRAM;256MByte Nand Flash;内置RTC 时钟;内置硬件看门狗;操作系统为裁剪后 Linux。

  具备有RS485 总线接口,可用来联接外部仪器仪表比如功率计等。

  与终端控制器之间使用 PLC、ZigBee、RS485接口进行通讯。

  上位机通信接口:以太网电口(10/100 Mbit/s 通信速率),无线接口(4G/3G/GPRS)。

  回路控制:控台自带 4 路自保持继电器输出干接点,可以控制交流接触器的通断,用于远程投切路灯回路供电。

  无线上位机通信接口支持 GPRS,EVDO,TDSCDMA,WCDMA,天线接口为SMA。

  与上位机通信支持TCP/IP/UDP/SNMP/Modbus/DHCP/HTTP SEVER/DNS等协议。

  智能策略:按可按配置的智能策略对应每个场景,智能协调各传感器与终端设备之间的逻辑关系。

  4.2 终端控制器

  终端控制器通信接口可选用PLC或ZigBee、RS485;

  支持调光电源驱动,其调光接口为 PWM、0~10V。

  内部有继电器做调光驱动电源输入的开关。且有初级电流、电压值采集、功率、温度值采集等功能。

  预设通信异常处理机制:电源在10分钟内,从PLC或ZigBee、RS485接口上(此时间可根据用户需求调整)收不到有效信号,会进入通信异常处理流程,电源 100%恒流输出。

  电源意外断开重新上电后,智能终端调节电源的电流输出保持为断电前的状态。

  4.3 软件设计

  监控软件功能简介:采用 Windows平台的Web界面,易用性好。软件框图如图3。


图 3 软件框图

  本软件主要功能设计:

  (1)系统配置

  按不同的照明区域或控制对象进行不同功能划分组别;

  编制多个调光等级控制,便于直接调配适合不同场合下应用。

  (2)工具

  导入存储不同设备信息;

  对不同的输入设备(传感器)进行数据采集及校正;

  对终端控制器进行升级,使得能够适应不同时期的指令应用。

  (3)设备管理

  实现对各个集中控制器的网关进行设置管理;

  实现对终端控制器进行管理;

  实现对输入单元(传感器)管理。

  (4)监控中心

  根据控制的需要分别进行单播调光、组播调光、场景调光、策略智能调光、广播调开关、终端状态监测、地图引导几种控制方式。

  (5)报警处理

  智能控制终端的故障、设备及线路被盗、过流、过压、开路、短路、窃电以及相应预警即时报警。

  (6)统计分析

  每日每月每年任意时段的能耗统计;

  灯具损坏率统计;

  能耗的历史趋势;

  巡检历史数据;

  亮灯率统计。

  (7)系统管理

  用户的管理:通过对系统中心的设置,防止非授权人员进行操作,确保智能照明控制系统控制安全可靠;

  用户通信录管理。

  5 智能照明控制系统在不同领域的应用情况

  5.1 智能照明控制系统在隧道照明中的应用

  智能终端控制器与智能集中控制器、控制软件的结合可以很方便地对入口段与加强段的灯具进行开关与调光。系统集成照度检测仪与车辆检测器后更可以实现随洞外亮度与车流自动调整光照,大大降低隧道运营能耗与开支。

  智能照明控制系统会定时巡检灯具的电流电压等数据,如果巡检数据超过预设的最大或者最小值,系统会在人机对话的界面上很明显的表述出来。可以很明确哪个灯具出现了问题,无需大量排查就可以明确,可以节省大量维护工时。每次的巡检数据还可以轻松的导出成报表,方便管理。系统还会在出现故障时给已经设定的相关负责人发送短信通知。

  5.2 智能照明控制系统在路灯照明中的应用

  路灯照明可通过智能照明监控系统提高道路照明终端的可靠性,避免类似白天亮灯、黑夜不开灯情况的出现;同时,系统利用照度传感器和车流量检测传感器,在预置的时间区段内根据光照度、车流量决定路灯的输出亮度,实现能源的按需分配,提高了节能减排功效。作为智能控制,同样可以实现不同传感器

  用灯光语言的方式对人们进行示警,成为智慧城市的一部分。

  根据运行的智能照明监控表明,采用智能照明监控系统后,依照人们习惯制定的时间策略、光控策略、车流量策略乃至它们之间的组合策略可自动调整每天开关灯的时间;根据自然光照的强度调整智能终端在黄昏和凌晨的光照强度输出;设定相对应的夜灯工作模式,合理设置不同时段人们对照明的需求,调低后半夜的照明强度,可以相比无照明监控系统节约 30%~50%的耗电量。

  6 结束语

  综上所述,开展智能照明控制系统的设计讨论,首先应当明确智能照明控制系统的基本组成,进而根据我国的目前网络通讯的现状,进行对不同底层组网技术的探讨分析,明确智能照明控制系统最终所需实现的功能,本着实用、可靠、先进、安全、灵活、易维护的特性对各个智能单元进行分解设计。同时也进一步的展开智能照明控制系统在不同领域中的应用前景。国内不断增加及改造的灯光设备让照明管理部门措手不及,智能照明管理系统无疑将在这些领域中大放异彩。

  作者简介: 杨和良,男,1976 年 8 月生,广东平远人,大学本科。

  研究领域:LED照明灯具设计。

中国设计师网照明微信公众平台】 微信号 赛尔照明
打开微信,点击底部的“发现”,使用 “扫一扫” 即关注“赛尔照明”。扫描右侧二维码即可分享本网页到朋友圈!
 
   
本文引用地址:
关于我们赛尔传媒联系我们网站地图
Copyright © 2005-2017 shejis.com.All Rights Reserved 京ICP备14009797号-5 京公网安备: 11010802022333