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摘要:論文將針對本氣象單位的建筑結構特點與照明應用的控制需求,研究并設計了一套可用于進行圖形化的監視、進行智能化照明的管理與控制的軟件系統。本系統一定程度上實現了智能化的照明控制,系統可與其他系統進行聯動控制,實現降低運營費用、節約能源、美化環境的優點。針對該系統的使用可以降低線路和燈具的工作溫度,提高功率因素,使得不平衡的照明電路的額外功耗得到一定改善。智能照明控制系統采用動靜傳感器、照度感應等技術,利用先進的電子感應和電磁調壓技術,設置時鐘自動控制、最大限度地采用自然光源,實時的監控與跟蹤供電狀態,具有一定的實用價值。
關鍵詞:中央控制器;智能照明;遠程控制;控制系統;智能建筑
一、前言
現代的建筑中照明系統對于能源的消耗比例已經逐漸高達35%,節能、智能科技與美學是21世紀建筑業的主題,智能建筑主要是利用動靜傳感器、照度感應等最新的技術手段,實現照明光源的時鐘自動控制的設置,并對自然光源進行最大限度地采集,這也就是建筑領域所新提出的“綠色照明”概念[1]。本文將針對本氣象單位的建筑結構,研究并設計一套適合于本單位的、基于二線制的控制系統,該系統的應用將實現照明控制智能化,可與其他系統聯動控制,實現美化環境、節約能源、降低運營費用、延長燈具壽命、提高管理水平、減少維護費用等優點。
二、智能照明控制系統設計
(一)總體架構如圖1中所示,整個系統網絡是由4芯屏蔽雙絞線線(RVVSP4*0.75)[2]連接所組成的,除電源外,在系統中配置的單元器件中,都是包含了存儲單元與微處理器,從而形成了一套完整的二線制的控制系統。當有輸入時,控制相應回路輸出,所有的輸出單元接收并做出判斷,輸入單元將其轉變為數字信號在系統總線上廣播。同時,輸入單元通過群組地址和輸出組件建立對應聯系,通過輸出單元控制各回路負載,每個單元均設置唯一的單元地址并用軟件設定其功能。在設計時,智能照明控制系統更加簡單、靈活。系統可能直截接入電腦進行實時監控,通過專用接口元件及軟件,接入以太網進行遠程實時監控。智能照明控制系統已經有系統擴展方便、以及系統化產品,系統元件采用模塊化結構。控制開關與輸出回路建立邏輯對應關系,通過系統編程實現其操作功能。系統通過兩根總線連接成網絡,還加載了控制信號,為每個組件提供30伏直流電源。此外,該總體架構的設計為了避免集中式結構中央CPU一旦出現故障造成整個系統癱瘓的弱點,場景開關、多鍵開關、紅外傳感器等輸入模塊,可以通過內置的CPU,通過發送指令 → 接收指令 → 執行指令的通信方式,直接與調光器、輸出繼電器等輸出模塊進行連接,實現模塊化的結構以及分布式的控制,在系統的穩定上,具有較高的可靠性。
(二)總線設計系統中所有的設計都是通過一種統一的通信介質相互連接在一起,采用分層結構,系統分為線、區域這兩級結構單元。線是系統設計中最小的結構單元,一條線至少需要一個電源,最多可供應64個總線設備。由于每個支線元件以及每條支線上的電源的電容量,決定了各個支線上所能承載的設計數量。一個區域可有15條線通過線路耦合器連接,最多可連接15*64個總線元件。系統可通過區域耦合器、支線耦合器擴大其容量,一個系統最多可以由15個區域組成。設計的系統組成如圖2所示,但在線纜分布時棉絮要注意所有總線電纜總和不超過1000米,任何兩個元件之間的總線電纜長度均不超過700米。
(三)拓撲設計整個系統的拓撲設計如圖3所示,整個系統的拓撲是通過KNX總線[3]進行連接的。在系統中智能控制面板通過總線線纜與開關驅動器進行連接,開關驅動器再通過配電箱與智能面板進行連接,之間連接著照明的燈具、窗簾等。在使用功能上,當有人體移動或者光的照度變化時,傳感器以及智能面板就可以監測,通過電信號的方式,將采集的信息傳輸發送到開關驅動器上,進行聯合控制,整個系統的拓撲架構即是驅動、傳感設備與負載設備之間的信號采集、信號傳輸、信號處理的過程。系統拓撲結構中每一層的設備通過手拉手相連形成一條總線,在氣象部門的辦公大樓中,將采用嵌入式吸頂安裝傳感器,同時采用標準的DIN導軌安裝系統中的各個驅動模塊,使用標準的86盒安裝智能面板,以此將樓層中的傳感器、現場智能面板以及各個驅動模塊形成一條完整的控制鏈路。系統劃分為兩層總線組網結構,即設備層、線路層。智能照明控制系統的設備在某氣象單位的詳細分布設計,如圖4所示,明確地劃分了各個樓層所配置的系統設備。
(四)傳感器設計控制傳感器采用的人體感應及光照度二合一傳感器,能感受外界信號、物理條件的設備裝置,將感應的信息傳遞給其他設備裝置以實現其功能,主要用于照明中與亮度有關的場合,或者需要監控的場合。具有照度感應、移動監測、光照度閥值設定、帶10級靈敏度人體監測、邏輯功能[4]等特點。其分布平面如圖5所示,確定了控制面板、傳感器、配電箱的數量及位置;確定總線對設備的連接次序及走向;確定了感應設備通信線的連接走向。
(五)軟件終端設計如下圖6所示,系統的中央監控軟件,通過接口軟件對前端進行監視,對現場的回路進行控制,該照明控制系統,可以通過網絡實現控制,能夠較好地與TCP/IP網絡進行兼容。系統軟件其界面簡單易學、界面也非常友好,經過系統測試具有較高的穩定系數,能夠對照明系統進行良好的控制與管理。智能照明控制系統的中央軟件,其實現的功能具體如下:1.數據采集功能:為了滿足自動記錄燈具的電費以及使用時間的數據記錄,軟件系統將對照明模塊進行關鍵數據的定期采集功能。2.控制時間功能:系統的軟件端需要進行回路的自動按程序開關,依據照度變化、作息時間以及季節環境的變化,對時間控制程序進行合理編制。3.系統的安全設置:首先要控制系統的操作人員,劃分不同級別的操作權限,對人員進行權限上的管理,同時對軟件的操作進行密碼的安全設置。4.場景的控制功能:系統中的場景模式是靈活的,可根據需要進行修改或增減,且場景的控制可實現系統的自動執行,在軟件界面上可選擇相應的模式,獲得需要的場景。5.實時監控功能:對系統中的回路可通過軟件上的燈具圖形來操作,通過軟件屏幕可得到系統中的燈具的狀態參數,在監視器上顯示模擬圖形,體現系統的運行情況。
結語
總之,對于整個智能照明生態系統來說,一個完善穩定的系統是不或缺的,不是裝上些模塊單獨控制就可以的。本文針對氣象單位所設計的智能照明控制管理系統,可與其他系統進行聯動控制,實現降低運營費用、節約能源、美化環境的優點。針對該系統的使用可以降低線路和燈具的工作溫度,提高功率因素,使得不平衡的照明電路的額外功耗得到一定改善。系統采用動靜傳感器、照度感應等技術,設置時鐘自動控制、最大限度地采用自然光源,實時的監控與跟蹤供電狀態,具有一定的實用價值。
參考文獻
[1]楊軍志,葛長俊,張劍.基于人工智能的服務區智慧照明管理系統[J].建筑電氣,2019(2).
[2]楊茜.探究智能化建筑照明控制系統[J].建筑工程技術與設計,2018(36).
[3]宋濤.智能照明控制系統的擴展應用[J].建筑工程技術與設計,2018(35).
[4]邢書劍,王明強,史經倫.采用無線通信的航站樓智能照明控制系統[J].現代電子技術,2019(1).
作者:楊昆 單位:臨沂市氣象局