淺談現(xiàn)場(chǎng)總線的智能照明系統(tǒng)分析與應(yīng)用研究

【摘要】：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得照明控制的方法不斷發(fā)生改變，近年來(lái)照明控制系統(tǒng)大多在現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能控制的，而總線的類型與技術(shù)又是多種多樣的。文中將對(duì)照明控制的主要實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，然后探究基于現(xiàn)場(chǎng)總線的智能照明控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容，*后提出可用于鉀能照明控制系統(tǒng)的總線類型及其通信協(xié)議。

【關(guān)鍵詞】：現(xiàn)場(chǎng)總線；智能照明控制系統(tǒng)；分析；應(yīng)用；

0引言

照明控制系統(tǒng)越來(lái)越向著自動(dòng)化與智能化的方向發(fā)展，其靈活性與精度越來(lái)越高，從DDC(直接數(shù)字控制)、DCS(集散控制系統(tǒng))到FCS(現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng))，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化程度不斷增強(qiáng)，逐步實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的統(tǒng)一自控，對(duì)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的智能照明控制系統(tǒng)的研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1照明控制的主要實(shí)現(xiàn)方式

1.1傳統(tǒng)式

傳統(tǒng)式的照明控制大多為手動(dòng)控制，回路系統(tǒng)中的通斷控制主要通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)完成，也就是說(shuō)燈具的開(kāi)關(guān)以手動(dòng)形式實(shí)現(xiàn)，光度的調(diào)節(jié)也要根據(jù)對(duì)回路電壓的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，其調(diào)節(jié)元件為手動(dòng)形式。與其它方式相比，傳統(tǒng)方式具有直觀、有效、簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但是由于對(duì)手T操作的依賴性過(guò)強(qiáng)，系統(tǒng)呈現(xiàn)出較強(qiáng)的分散性，管理的效率較低，自動(dòng)化水平不高，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)的高效率需求。

1.2自動(dòng)式

DDC技術(shù)是A動(dòng)照明控制的主要技術(shù)依托，控制中心將開(kāi)或關(guān)的信號(hào)發(fā)出，然后對(duì)燈具實(shí)施遙控，供電回路內(nèi)部的接觸器均由自接數(shù)字器實(shí)現(xiàn)控制。與傳統(tǒng)的照明控制相比，自動(dòng)式具有控制集中性強(qiáng)、管理效果強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)化特征明顯。其局限在于照明設(shè)備與控制器之間以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的形式連接，無(wú)法有效調(diào)光。

1.3智能式

智能照明控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與應(yīng)用得益于現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，照明設(shè)備可以根據(jù)用途、室內(nèi)外亮度的變化、時(shí)間的變化等條件而自動(dòng)進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的燈具能夠受到統(tǒng)一且集中的監(jiān)控與管理。在這種控制系統(tǒng)的支持F，人們生活與工作環(huán)境的舒適度將很大地的增加；同時(shí)智能控制系統(tǒng)町以脫離樓字設(shè)備運(yùn)行，并根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求調(diào)整場(chǎng)景。

2基于現(xiàn)場(chǎng)總線的智能照明控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容

無(wú)論是傳統(tǒng)式還是自動(dòng)式的照明控制系統(tǒng)，均采取點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行連接，每個(gè)控制點(diǎn)都與一根控制線相連，這種情況導(dǎo)致線路中的電纜數(shù)量很多，施T難度很大，容易造成人力、物力、財(cái)力上的浪費(fèi)，如果需要根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求調(diào)整控制方法，整個(gè)線路都需要進(jìn)行整改。而在以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)中，控制箱或照明開(kāi)關(guān)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)存在于現(xiàn)場(chǎng)總線當(dāng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)揮著樞紐的作用，無(wú)論是開(kāi)關(guān)燈信號(hào)、控制信號(hào)還是電量信號(hào)，都要依托現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)通信。在控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)等監(jiān)控節(jié)點(diǎn)能夠?qū)ο到y(tǒng)中的設(shè)備予以必要的檢測(cè)與控制。智能照明控制系統(tǒng)中的主要節(jié)點(diǎn)包括智能繼電器、智能調(diào)光器、智能開(kāi)關(guān)、智能主機(jī)、上位Pc機(jī)等，其它的節(jié)點(diǎn)可能還包括圖像采集設(shè)備、聲音采集設(shè)備、照度傳感器等。各個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備CPU，以實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)、通訊、故障診斷等功能。

3可用于智能照明控制系統(tǒng)的總線類型及通信協(xié)議

3.1C—bus

C—bus屬于兩線制的封閉總線協(xié)議，包括兩個(gè)雙絞線，由奇勝公司推出，一對(duì)線上既要實(shí)現(xiàn)對(duì)總線設(shè)備信息的傳輸，義要實(shí)現(xiàn)供電(DCI5V—Dc36V)，在C—bus總線中，總線設(shè)備可以不借助中央控制器而直接進(jìn)行通訊。其傳輸協(xié)議是CSMA／CD，基本單位為子網(wǎng)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種，一是總線形、二是樹形、三是星形。每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)部可以容納控制回路225個(gè)或單元100個(gè)，其傳輸距離可以達(dá)到1000米，而通信速率則可以達(dá)到9．6kbps。湖北仙桃體育館就應(yīng)用的該協(xié)議進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，智能控制效果良好。

3.2i—bus

i—bus以歐洲安裝總線的標(biāo)準(zhǔn)EIB為基礎(chǔ)，屬于兩線網(wǎng)絡(luò)。歐洲大部分家庭或者樓宇均按照EIB標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。ElBA組織主要負(fù)責(zé)管理EIB協(xié)議，該組織具有明顯的非盈利性與中立性，制造廠商只要向ElBA組織申請(qǐng)并同意遵守該協(xié)議就可以生產(chǎn)出相關(guān)產(chǎn)品。

3.3Dynet

Dynet系統(tǒng)通過(guò)Dlight軟件進(jìn)行控制，為四線制協(xié)議，包含雙絞線兩對(duì)，其巾一對(duì)雙絞線負(fù)責(zé)為設(shè)備提供電源(DC12V)，另一對(duì)則負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備信息的傳輸。為了做好全面的準(zhǔn)備，在進(jìn)行總線安裝時(shí)一般建議應(yīng)用5類線，除4對(duì)雙絞線外，多余的線留存?zhèn)溆谩ynet這種傳輸議以RS485四線制為基礎(chǔ)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅有總線形一種，主網(wǎng)與子網(wǎng)(64個(gè))之間的連接主要通過(guò)網(wǎng)橋來(lái)實(shí)現(xiàn)，而子網(wǎng)又與設(shè)備單元進(jìn)行連接，設(shè)備單元的數(shù)量也是64個(gè)。在該系統(tǒng)中，主網(wǎng)的傳輸速率至多為57．6kbps，而子網(wǎng)則為96kbps。

3.4DALL

DALL為數(shù)字化可尋址調(diào)光接口，該協(xié)議被納入到1EC60929標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中(1994年)，自此以后，國(guó)際上的相關(guān)制造商，如夾具商、燈具商、芯片商等都對(duì)其予以了很大的支持與認(rèn)可。飛利浦公司于1999年*了該協(xié)議的部分內(nèi)容，同時(shí)也在該協(xié)議的基礎(chǔ)上制造出了智能燈具產(chǎn)品。在DALL基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出的控制系統(tǒng)具有簡(jiǎn)潔、結(jié)構(gòu)清晰的主要特征，室內(nèi)所需的高性能照明與智能照明都能夠在該協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。其功能包括狀態(tài)顯示、場(chǎng)景、調(diào)光、開(kāi)關(guān)等，鎮(zhèn)流器為系統(tǒng)中的受控對(duì)象。

3.5HBS

HBS也叫做家庭總線系統(tǒng)，日本企業(yè)首先提出這一協(xié)議，該協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)電話、照明設(shè)備、視頻、音頻等裝置之間的相互連接，利用同軸電纜或雙絞線實(shí)現(xiàn)這一協(xié)議的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)家用電器的自動(dòng)化與綜合化HBS協(xié)議也對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)的內(nèi)容進(jìn)行了綜合考慮，包括家庭內(nèi)部的遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療以及購(gòu)物等。該協(xié)議可以通過(guò)專用總線實(shí)現(xiàn)塒簡(jiǎn)單模擬量與電器開(kāi)關(guān)量的控制，其優(yōu)勢(shì)在于風(fēng)險(xiǎn)低、抗干擾性強(qiáng)、成本低、反應(yīng)快等。

3.6DMX512

DMX512這…協(xié)議為數(shù)字多路復(fù)用協(xié)議，既不是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也不是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它由USITT提出，該協(xié)議*初用于對(duì)劇場(chǎng)或舞臺(tái)的控制器與調(diào)光器進(jìn)行兼容處理。優(yōu)勢(shì)在于實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單，因此國(guó)際上的很多廠商都認(rèn)可這一協(xié)議。在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)數(shù)字調(diào)光設(shè)備時(shí)，國(guó)內(nèi)也越來(lái)越關(guān)注DMX512這一協(xié)議的應(yīng)用。無(wú)論是劇場(chǎng)、舞臺(tái)，還是演播室使用的凋光器等設(shè)備，都可以在該協(xié)議系統(tǒng)的支持下開(kāi)展數(shù)字化控制，在主從式控制系統(tǒng)中該協(xié)議的作用更為突出，該協(xié)議具有可靠性高、操作簡(jiǎn)單、信息通路通暢等顯著特點(diǎn)。

3.7X一10

X一10協(xié)議廣泛應(yīng)用與北美地區(qū)，它依托電力線載波技術(shù)進(jìn)行控制，具有較高的實(shí)用性。其傳輸工作是否可以順利展開(kāi)主要依賴于120kHz脈沖信號(hào)，當(dāng)電力信號(hào)從零點(diǎn)處通過(guò)時(shí)觀察脈沖信號(hào)是否產(chǎn)生，然后確定信號(hào)能夠進(jìn)行傳輸。在傳輸?shù)倪^(guò)程中，1110為信號(hào)幀頭所顯示的以真值形式存在的標(biāo)識(shí)符，而其它的信號(hào)于交流點(diǎn)中進(jìn)行傳送，在零相位以補(bǔ)碼或真值的形式存在。該協(xié)議的優(yōu)勢(shì)在于使用便捷、可適用于改建項(xiàng)目。

4安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

4.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩(wěn)定。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器具備獨(dú)立工作的能力，適用于一些中小型的項(xiàng)目；模塊化設(shè)計(jì)，可以任意拼接擴(kuò)展，同時(shí)預(yù)留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機(jī)場(chǎng)、隧道、車站等大型公建項(xiàng)目的照明控制需求。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示各個(gè)模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場(chǎng)受控回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來(lái)瀏覽。

2）當(dāng)發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時(shí)會(huì)發(fā)生故障報(bào)警，并將故障報(bào)警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對(duì)單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應(yīng)的模塊控制開(kāi)關(guān)和樓層控制開(kāi)關(guān)，也可以一個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制。

4）開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負(fù)載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對(duì)每個(gè)照明回路可以預(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當(dāng)照明電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進(jìn)行調(diào)光，可以對(duì)單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對(duì)一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對(duì)多個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，通過(guò)圖標(biāo)的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

7）點(diǎn)擊場(chǎng)景控件，打開(kāi)或者關(guān)閉對(duì)應(yīng)場(chǎng)景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場(chǎng)景模式和場(chǎng)景功能，通過(guò)圖標(biāo)的亮滅顯示對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景狀態(tài)是打開(kāi)還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時(shí)時(shí)間，確認(rèn)時(shí)間點(diǎn)后，對(duì)該事件點(diǎn)執(zhí)行的動(dòng)作進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過(guò)預(yù)設(shè)的當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度信息，自動(dòng)計(jì)算每天的日升日落時(shí)間；根據(jù)天文時(shí)鐘控制照明開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計(jì)劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動(dòng)模塊；當(dāng)上位機(jī)系統(tǒng)故障或模塊離線時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計(jì)劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)內(nèi)各元件不依賴于其他元件而能夠獨(dú)立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過(guò)程序的設(shè)定實(shí)現(xiàn)功能的多樣性。

12）預(yù)留BA或第三方集成平臺(tái)接口，采用modbus、opc等方式。

4.5設(shè)備選型

5結(jié)語(yǔ)

智能照明控制系統(tǒng)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)的照明控制設(shè)計(jì)相比，依現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的照明控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，使用便捷、適應(yīng)性強(qiáng)，系統(tǒng)內(nèi)的燈具能夠受到統(tǒng)一且集中的監(jiān)控與管理。當(dāng)前市場(chǎng)上的相關(guān)協(xié)議種類很多，如C—bus、i—bus、Dynet、DALL、HBS、DMX512、X一10等，雖然種類繁多、優(yōu)勢(shì)顯著，但是各協(xié)議適用的環(huán)境與條件存在一定的差異，為了擴(kuò)大系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，應(yīng)當(dāng)制定統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)規(guī)范。

參考文獻(xiàn)

[1]陳世棟，樊霽，曹宇，等．基于DevieeNet總線的智能照明控制器設(shè)計(jì)[J].照明工程學(xué)報(bào)，2016(03)．

[2]趙運(yùn)婷，賈文民．智能樓宇DDC照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2016(07)．

[3]馮國(guó)柱，呂偉，段宏全，于躍，林彤．火電廠總線式智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2015(s2)．

[4]樊軒睿.工業(yè)照明系統(tǒng)中嵌入式智能網(wǎng)關(guān)的研究與應(yīng)用[D].大連理工大學(xué)，2015．

[5]孔祥春，陳曉陽(yáng)．基于CAN總線的LED智能控制系統(tǒng)在隧道照明中的應(yīng)用研究[J]．公路交通技術(shù)，2014(O4)．

[6]孔雅．基于CAN總線的隧道照明系統(tǒng)的研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2014．

[7]黃曉廷．基于KNX協(xié)議的智能燈控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].上海交通大學(xué)，2014．

[8]羅杰.基于現(xiàn)場(chǎng)總線的智能照明控制系統(tǒng)分析與應(yīng)用

[9]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05．