楼宇智能照明控制系统设计

许乾祖（上海建科工程咨询有限公司，上海　200032）

1　楼宇智能照明控制系统关键需求

楼宇智能照明控制的使用是为了达到节能、减排、绿色、环保、人性化的目的，对于智能照明控制的场所需要进行科学系统地分析，才能达到投入与产出的合理收益的效果。针对某企业总部研发大楼工程项目，上海现代建筑装饰环境设计研究院有限公司进行了科学严谨的数据分析，并结合日本电工数据进行佐证。建筑物内照明用电量约占全体用电的 33%，大办公室内使用智能照明控制能节约能效约 12%，厕所内使用智能照明节约能效约 61%，走廊内使用节约能效约 69%，车库内使用将节约能效约 60%。为了真正发挥智能照明控制系统的节能优势，要求所设计的系统应当具备如下特征需求：① 稳定可靠；② 节能、绿色；③智能化控制；④ 分布集中控制；⑤ 掉电保护；⑥ 系统开放性。

2　智能照明控制系统结构

本大楼智能灯光控制从有无控制面板上来区分，可以分为面板控制方式和非面板控制方式；从控制区域来区分，可以分为办公区域智能控制、走廊智能控制、卫生间智能控制、地下车库智能控制。

2.1　智能节能控制系统工作原理

大楼智能照明控制系统工作原理如图1 所示。

图1　智能照明控制系统工作原理框图

2.2　智能面板控制系统结构

根据大楼精装设计方案，一些配电箱中智能照明回路的控制数量不大于 8 条，一些配电箱中智能照明回路的控制回路数量大于 8 条。因此在系统设计时，应采用具有8路继电器输出接口的现场控制单元，这样既能优化控制器的应用数量又能兼顾使用上的灵活性，为用户降低控制系统应用成本。

2.2.1不大于8回路面板控制系统

对于不大于 8 回路智能照明控制的配电箱，采取以下控制方案，即在配电箱内安装一个 24 V 直流开关电源，为现场单元和控制面板供电；一套现场控制单元(即图中所示现场单元，内嵌集中管理软件模块)，接受控制面板的控制信号，控制相应继电器的开关，实现相应照明回路的灯具开关。面板与现场单元的通讯信号采用标准的 CAN 总线进行通讯，控制系统全部采用低压直流弱电控制与供电，保证系统不会对其他系统造成信号干扰，最大程度保证了使用者的操作安全。不大于 8 回路面板控制系统如图2 所示。

图2　不大于 8 回路面板控制系统布置图

总线上同时挂接着节假日自动判别器、总线人体感应器，接收感应信号，将信号发送到现场单元，由现场单元进行逻辑判断与时序仲裁，决定哪个回路继电器的开启与关断，实现忘记关闭灯光回路时的智能自主判知与决策功能。

2.2.2大于8回路面板控制系统

对于大于 8 回路智能照明控制的配电箱，采取以下控制方案，即在配电箱内安装一个 24 V 直流开关电源，为现场单元和控制面板供电；一套集中管理控制器(即图中所示控制单元)，负责对现场单元的智能控制，所有来自总线上的任何主动(面板开关)与被动(传感器)方式的信号，均要最先送达该集中管理控制器，由该控制器进行信号分析、时序仲裁、动作执行方式判断、定时判别、传感器信号融合、节假日分析等内容的工作，将解算的分析处理后信号发送至现场控制单元；n 套现场控制单元(图纸所示的现场单元)，接收集中管理控制器的指令信号，控制相应继电器的开关，实现相应照明回路的灯具开关。其中 n 的数量由配电箱内的回路数决定，即每个现场控制单元能够输出 8 路继电器。控制面板实现相应照明回路的开启与关断，具体数量由回路数决定。每个开关面板上有 4 个按键，其中 2 个按键的功能为群组控制，另外 2 个按键的功能是模式控制。至于群组控制与模式控制的具体功能将在后面进行说明。面板与现场单元的通讯信号采用标准的 CAN 总线进行通讯，控制系统全部采用低压直流弱电控制与供电，保证系统不会对其他系统造成信号干扰，在使用上最大程度上保证了使用者的操作安全。大于 8 回路面板控制系统如图3 所示。

图3 大于 8 回路面板控制系统

3　大楼区域控制系统结构

3.1　办公区域智能控制模式与策略

智能照明控制的办公区域是指办公人员数量多、办公区域大、回路数多，经常使用的场所包括办公室、会议室、大休息厅、多功能厅等区域。这些场合经常出现人员离开后忘记关灯的现象，造成极大浪费。以下就下班后有人进来加班的情况进行说明。

(1) 下班后，办公室灯光已经全部关闭。当有人进来时，办公室门口上方的节假日自动判别器，将感知到有人进入，将感知的信号通过信号总线发送到配电箱内的集中管理控制器或内嵌集中管理软件模块的现场控制单元，由控制器判断下一步的控制模式。

(2) 控制器发出控制指令，立即开启引导灯，照亮门口前方区域，方便人员开启所需回路的面板开关。从用户的体验角度来讲，用户开门瞬间，照明引导灯就随机点亮。

(3) 这时用户就可以直接操作控制面板，开启自己所需要区域的照明灯按键即可。

(4) 用户所需照明区域被点亮。此时控制系统将启动照明定时策略，即工作时间是根据用户长期的使用习惯预先配置好，时间可长可短，例如 1 h 时间。

(5) 如果系统的时间设置为 1 h 关闭，则加班人员在自己照明区域工作接近 1 h (可以设置为 55 min)后，门口上方的引导回路灯自动开启点亮，提醒加班人员再过 5 min(时间可以根据工作习惯进行设定)工作区域的照明灯将被自动关闭。如果加班人员在 5 min 内到门口处重新触发所需工作区域的控制面板按键，则引导回路灯立即关闭，计时又重新开始。

(6) 如果加班人员在 5 min 内没有重新开启按键，则照明区域的灯将自动关闭。此时引导灯仍然处于点亮状态，如果仍无人触控，引导灯将在 5 min 后自动关闭，系统将认为此时不需要照明。

(7) 如果加班人员在系统所定时间内离开办公区域而没有主动关闭自己工作区域的照明回路，则系统将在设定的时间内将照明回路关闭。

(8) 工作区域的照明回路关闭后，如果系统仍未检测到有人进入或开启面板开关，则系统视为此时不需要照明，即判为无人状态。5 min 后也将引导回路照明灯关闭，恢复到初始状态。

(9) 如果加班的工作人员来到办公室的加班时间小于系统预先设定的间隔时间，系统在到达规定的设定时间后，将关断工作区域的照明回路。在延迟规定的时间内，自行将引导回路的照明灯关闭。

(10) 最后恢复到最初无人的初始状态，系统时刻保持处于有人和无人的监控状态，能够最大程度减少无人照明现象，降低能源消耗。

3.2　走廊照明智能控制模式与策略

大楼走廊占地面积较大，沿走廊分布的房间较多，需要控制的灯具较为集中，因此在走廊区域应用智能照明控制将会带来较大的投资收益。走廊照明控制分白天时段与夜间时段，对应的控制策略有所区别。

本项目采用具有智能感光的总线型人体感应控制器进行走廊灯光的智能控制。根据白天走廊里的亮度情况，通过设定照度阈值的方法按光照需要进行开启，既能满足使用者的照明舒适度，又能根据照度情况进行关断和开启走廊照明回路，最大限度减少电能消耗，避免浪费。走廊灯光智能控制如图4 所示。

图4　走廊灯光智能控制示意图

(1) 白天时段的控制，走廊上方相隔 5 m 安装一个总线型人体感应控制器，控制器内集成照度感应、人体感应、信号处理与发生模块，将采集的照度、人体信息发送至配电箱内的集中管理控制器进行仲裁决策，启动当前的控制策略，开启或关闭相应的照明控制回路。

(2) 夜间走廊的照明控制采用时间细分控制模式，此时的照度感应控制模式应当自动关闭，时间段的起始时间和结束时间，时间段的时间间隔均可以方便进行配置。这需要根据用户的实际使用习惯形成后才能进行修改。安装调试后的走廊灯智能照明控制系统将被初始化为常规配置参数，用户可以根据自身的需要经过使用一段时间后再进行参数调整。

在走廊灯具回路的常规控制参数中，在走廊无人通过时，系统仅开启 1 个照明回路，作为引导使用。如果检测到有人通过，系统将启动细分时段控制模式。控制系统的时间段的设定非常灵活，用户可以根据自身的实际需要进行参数的配置使用。检测到有人通过，系统将增加照明回路的开启，具体开启的数量由配置参数和细分时间决定。

当出入走廊的人员离开后，可以选择几分钟延时的控制方式关闭刚刚开启的照明回路，也可以选择人离开后立即关闭刚开启的照明回路。具体控制方式根据用户使用后的习惯进行配置参数的修改，初始参数默认为人员离开 5 min 后再关闭的控制方式。

3.3　卫生间照明智能控制模式与策略

卫生间内的照明控制采用就地控制模式，减少布线布管的繁琐和浪费，也提高了系统的可靠性。在卫生间内安装多个本地人体感应控制器，控制器内集成照度感应模块、人体检测模块、信号分析与处理模块、控制执行模块以及继电器单元。在照度感应模块检测到当前的照度低于设定的照度阈值时，人体感应控制器一旦检测到有人进入时，将立即开启负载照明灯具或照明回路；当人员离开后，系统再延时一定时间后(可根据实际需要进行调整)将照明关闭，可以最大程度降低电能消耗。

4　智能照明控制系统参数优化配置

大楼智能灯光控制系统的正确使用是在用户照明习惯的基础上逐步形成的。在智能照明控制系统安装调试完毕后，系统是基于初始化的使用参数，但初始化的设置参数可能不尽合理与科学。在用户日常使用后，逐步根据用户的习惯对初始化设置的回路分配、控制时间段、动作时序、优先级仲裁等参数进行调整。为了使系统能够满足用户的切身需要，需要对参数进行修改，即控制系统的参数合理化配置。智能照明控制系统参数的具体配置流程如图5 所示。

图5　智能照明控制系统参数配置示意图

5　结 语

本系统已经在该大楼成功应用 5 a。采用智能照明控制系统后，可使照明系统工作在自动状态定时开启/关闭照明回路，通过人体检测传感器实现“人来灯亮、人走延时熄灭”，减少人工干预，给物业管理带来便利。此外，还具有以下优点：① 节能效果显著。照明系统通过定时、传感器等控制方式，可将公共区域照明控制在适当的亮度，减少常明灯，避免不必要的浪费，节能效果非常显著。② 延长灯具寿命。智能照明控制系统能成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，使灯具不会因为上述原因而过早损坏。系统采用了软启动和软关断技术，避免了灯丝的热冲击，灯具寿命进一步得到延长。

相关工作人员应结合建筑楼宇照明系统功能特性和实际耗能情况，反复比较研究多个节能降耗方案，从设计、安装调试等源头上熟悉和理解智能楼宇建筑照明节能的功能特性。结合工程实际情况，采取积极有效优化方案和节能措施，以使整个照明系统达到更加优化的节能降耗效果，创建舒适节能的工作环境，提高照明系统能源综合利用效率。