淺談智能化照明控制在高校教室的作用

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】：介紹北京某學院教學樓照明系統(tǒng)形成機理，包括其如何進行控制的過程和控制方式。列出智能照明改造前后同期的用電量對比，實證結果說明北京某學院教學樓在照明智能化改造后節(jié)能量十分可觀。智能化照明是解決大學校園無效照明供給的途徑，節(jié)能效果明顯，值得推廣。

【關鍵字】：智能化照明；無效照明；節(jié)能；柔性智能燈光系統(tǒng)。

0 引言

闡述北京某學院教學樓智能照明改造前的傳統(tǒng)照明方式及存在的問題，描述高校照明智能化改造的意義。針對改造，提出解決計數(shù)誤差的途徑和關于用電量可控制及其他的改善建議。

1 照明背景及照明智能化的意義

1.1教學樓與圖書館照明的背景

當前在建設生態(tài)文明、美麗中國大環(huán)境下，作為大學也要執(zhí)行精準的能源供給，減少無效能源的供給，避免浪費，做到按需供能，智慧供能。

北京某學院教學樓智能化照明改造就是能源供給側改革的一次嘗試。通過技術改造，在保障照度的情況下，實現(xiàn)按需提供照明，減少無效照明供給，達到節(jié)約電能目的。

北京某學院的教學樓B座建筑面積1.1萬平米，地上五層，有165座至245座階梯教室共12間，其他大小教室共36間。教室在白天室內照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(yè)；即使室內無人或人數(shù)很少的情況下，也是全部開啟室內照明。夜間許多教室，即使僅有幾個學生在教室自習，室內照明全部開啟，不會有師生因為只有少數(shù)人而僅開幾盞燈。長明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在，可以說無效照明供給大量存在。

改造前教學樓照明采用的是每個教室使用的是固定式的開關面板各控制每一條線路的燈；這種傳統(tǒng)照明控制方式存在共同的缺點。淤不夠“人性化"；于存在電能浪費的現(xiàn)象；盂耗費人力，管理成本高。

1.2校園智能化照明的意義

高校校園里的照明燈具數(shù)量眾多，無效照明供給量大，人工管理難度也非常大。燈具、光源（LED）的改造并不能減少無效照明供給。隨著智能照明系統(tǒng)的發(fā)展，其在節(jié)能與管理方面優(yōu)勢突出，高校把這兩種改造（燈具和智能化）相結合才可以把照明節(jié)能和管理工作做到*佳。通過智能照明控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)整個校園公共區(qū)域及不同功能建筑物的照明和能源管理，通過不同的場景模式、定時模式、感應模式、集中控制模式等，可以對校園內的所有照明系統(tǒng)進行管理，達到預期節(jié)能減排及有效人性化控制管理的目標，使校園更加“智慧"。

2 采用智能化照明系統(tǒng)的思路

智能照明市場，存在無線式智能照明系統(tǒng)與總線式智能照明系統(tǒng)兩種主要形式，他們各有優(yōu)劣。

2.1無線智能照明系統(tǒng)介紹

無線型智能照明控制系統(tǒng)根據(jù)采用的無線協(xié)議而分為WIFI、Zigbee、ENOCEN和無線射頻燈等。無線智能照明系統(tǒng)，不需要設備連接總線運行，實現(xiàn)了眾多智能照明控制器與智能照明監(jiān)控管理中心的無線組網(wǎng)，再通過與設備現(xiàn)場每一臺智能照明控制器在線網(wǎng)絡通信聯(lián)系。具有設計簡單，安裝、維護方便等優(yōu)點，無線組網(wǎng)省去了布網(wǎng)絡線等各種器材和人工費用。缺點是無線智能照明系統(tǒng)運行中，其十分依賴無線協(xié)議信號，在大型建筑中，由于建筑墻面多，容易造成信號干擾，導致運行照明系統(tǒng)時不穩(wěn)定。

2.2總線式智能照明系統(tǒng)介紹

總線式智能照明控制系統(tǒng)將各設備使用現(xiàn)場總線連接起來形成照明系統(tǒng)的形式對照明回路進行智能化的控制。總線式智能照明控制系統(tǒng)，具有多種控制策略，冗余度高，抗干擾性能力強和工作穩(wěn)定，維修簡便化的優(yōu)點。缺點是施工布線工程量大，影響美觀。

3 FLCS智能化照明的系統(tǒng)原理及特點

北京某學院出于穩(wěn)定的角度*終選擇總線式智能照明系統(tǒng)，通過招標，*終選擇FLCS（Flexible Lighting Control Sys原tem，柔性智能燈光系統(tǒng)）

3.1FLCS智能化照明的系統(tǒng)原理

FLCS智能照明系統(tǒng)是在RS485基礎上研發(fā)的總線式智能照明系統(tǒng)，可以單獨自組解決方案的同時，也可以與市場上不同通訊協(xié)議（包含DALI，KNX，MODBUS-TCP）的系統(tǒng)搭配，實現(xiàn)靈活多樣的行業(yè)智能化照明控制解決方案。

FLCS智能照明系統(tǒng)包括開關驅動器、調光驅動器、場景面板、光照度傳感器、人體感應器等各種硬件設備，還有可實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)可圖形化編程組態(tài)的軟件界面，及通過云服務可以遠程下載和調試的服務。

FLCS智能化照明是一套利用程序控制系統(tǒng)，通過通訊傳輸技術，信息智能化處理及電器控制等技術組成的分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對燈光具有高度的強弱調節(jié)、場景設置、定時設置的功能。從照明的舒適度和控制的精細度兩方面提高建筑物的照明質量。

3.2 FLCS智能化照明的特點

FLCS智能化照明具有安全可靠、性能優(yōu)良、系統(tǒng)成熟、維保簡捷等特點。

4 智能化照明系統(tǒng)形成機理

4.1教學樓智能化照明系統(tǒng)

教學樓五層分別各用一個網(wǎng)關經(jīng)總線將各個教室的智能照明設備連接起來，再由監(jiān)控室的電腦通過后臺FLCS智能照明控制軟件進行監(jiān)控。如圖1所示。

圖1北京某學院智能照明系統(tǒng)

技術人員由第一鍵智能面板時，智能網(wǎng)關會將該按鍵已編寫程序內容數(shù)據(jù)發(fā)送到開關模塊處，然后實現(xiàn)程序效果。

4.2教學樓的智能照明控制方式

對于教室控制燈的方式，F(xiàn)LCS用了多個模塊的功能來制定嚴格的判斷開關燈創(chuàng)新綜合性方案。

（1）按人數(shù)控制。教學樓有階梯教室也有小教室，階梯教室滿座可容納200人，而小教室則是40到100人，F(xiàn)LCS智能照明系統(tǒng)采用根據(jù)課室人數(shù)決定燈光需求的方案。具體是每間教室都使用人體計數(shù)器，運用邏輯判斷，如果滿足一個學生從教室門口進入的條件則計數(shù)器加1，反之滿足出門的條件則計數(shù)器減1，當教室內人數(shù)達到一定數(shù)量的時候，F(xiàn)LCS智能照明系統(tǒng)會判定該教室的需光亮度，然后打開相應數(shù)量的燈具。要實現(xiàn)這個計數(shù)功能只有計數(shù)器是完不成的，還需要在教室門口安裝紅外對射，與計數(shù)器聯(lián)動方可實現(xiàn)功能。北京某學院教學樓設定的控制條件是：當紅外對射感應到有1個人從門口進入教室時，計數(shù)器加1，當前教室會打開1排燈，且在計數(shù)器計數(shù)為（1~9）人情況下教室燈保持開一排燈的狀態(tài)，當計數(shù)器為（10~29）時為開2排燈，為（30~49）的時候開3排燈，50及以上教室燈全開。如果說人體計數(shù)器是一個智能、合理化使用燈光的設備，那么，紅外傳感器與照度傳感器就是在他原有的基礎上條件，更規(guī)范的控制燈具。紅外傳感規(guī)范了教室無人情況下燈具仍然打開的現(xiàn)象，智能照明系統(tǒng)利用紅外傳感本身的產品技術特點，觸發(fā)時為一個判定，靜置時為另一個判定，量身為教室訂制一個人在燈保持開、人走燈關的效果。當教室內有學生上課時（計數(shù)器上有人數(shù)數(shù)據(jù)時），教室內燈具會保持打開當前需光亮度的燈具，而當教室內學生都離開了（計數(shù)器歸零時），而部分燈還打開的情況下，紅外傳感器此時無人可觸發(fā)它，它就會根據(jù)我們編好的程序延時10s進行關閉燈具的動作。

（2）按朝向、采光控制。使用的照度傳感器則是充分利用自然光，在不同的環(huán)境下，通過判斷自然光照射到教室的亮度是否達到學習需光亮度的要求，若達到要求但靠窗燈具仍打開情況下會進行關閉燈具的動作。

（3）FLCS系統(tǒng)的智能面板控制。技術人員可編程開關燈場景指令數(shù)據(jù)到網(wǎng)關上儲存，通過觸發(fā)面板上相應的按鍵，往網(wǎng)關發(fā)送一個動作指令請求，再把原先編好的上課模式、考試模式以及自習模式的指令發(fā)送到該教室的開關驅動器上，實現(xiàn)其場景效果。智能面板是作為教室開關燈的一個主控制來使用。

（4）時間控制。FLCS智能照明系統(tǒng)根據(jù)學校的上下課時間、休息時間給各教室設置了定時的開關燈動作。

（5）后臺計算機的監(jiān)控。由FLCS智能照明中央監(jiān)控軟件，連接到智能網(wǎng)關，再通過已經(jīng)布局好的平面圖清楚地顯示出每間課室的燈具開關情況以及學生數(shù)量，實時刷新狀態(tài)，quan方位管理的智能化系統(tǒng)使整個教學樓的照明煥然一新。

5 實施智能化照明后節(jié)能分析

自北京某學院教學樓使用FLCS智能照明控制系統(tǒng)以來，取得了非?？捎^的節(jié)能效果。教學樓在改造智能照明之前，2個月共61天時間里總計消耗了65785kW·h。智能照明改造前后耗電量見表1。在智能照明改造之后，同期節(jié)省用電量效果li竿見影，總計消耗42256kW·h。北京某學院每一度電的價格為0.52元/度。所以在去年未改造前同期產生電費65785伊0.52=34208.2元，改造后同期產生電費42256伊0.52=21973.12元，同期智能照明改造投資回報率高達35%。

表1北京某學院教學樓B座智能照明改造前后耗電量

6 智能化照明的不足之處及解決問題的辦法思路

6.1智能化照明的不足

（1）因人體計數(shù)器在使用時過于機械化，模塊對判定人流增減有硬性要求，這種情況下會使計數(shù)器產生一點人數(shù)統(tǒng)計上的誤差，從而導致影響控制燈具。

（2）紅外感應器有會出現(xiàn)無人誤觸發(fā)開燈現(xiàn)象，這種情況屬于感應器靈敏程度過高導致。計數(shù)設備的功能是基于功能需求做出，寫入的公式只判定加減，在判斷數(shù)據(jù)上會受一些特殊情況影響其統(tǒng)計功能。同時感應設備受環(huán)境影響，因觸發(fā)條件或許不是人為的，但設備依然滿足到了觸發(fā)條件，從而出現(xiàn)誤觸發(fā)現(xiàn)象。

6.2解決問題的辦法思路

在分析人體計數(shù)器問題上，發(fā)現(xiàn)了其問題所在，主要是學生同時出入門但只計算一個人數(shù)，還有就是因聯(lián)動人體計數(shù)器的紅外對射安裝在腿部位置，在學生出入門時有概率在擺動雙腿過程中1人計算成2人的小部分情況；我們通過技術上不斷地測試，嘗試解決這種誤差，但都沒有取得非常好的減少誤差效果。因此，想出另一個思路，利用教室安裝的紅外感應器，將誤差后導致的教室無人，計數(shù)器仍有少量人數(shù)統(tǒng)計使教室不關燈的情況解決。其思路是通過紅外感應器，感應到教室無人的情況下，系統(tǒng)將人體計數(shù)器的人數(shù)統(tǒng)計清零，從而實現(xiàn)教室燈全關的效果。

（1）人體計數(shù)器不可避免會產生誤差，目前新型的存在感應器，只要人呼吸或微小的活動就能感知人的存在，是解決教室人數(shù)和人數(shù)變化的*佳設備，他的產生可以準確的判斷教室的人數(shù)。

（2）用電量控制：FLCS智能照明控制系統(tǒng)可根據(jù)使用方提出的合理化降低用電量的需求，通過一系列的數(shù)據(jù)分析，從燈具功率到1間教室的耗電量做出相應的節(jié)能方案，方案實施后耗電量可在軟件上、實際電表數(shù)上體現(xiàn)出來。

（3）學校計劃將對教室的分體空調的控制融入到FLCS智能照明系統(tǒng)中，策劃的方案理念符合節(jié)能、智能并且便于管理。

7安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

7.1概述

ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關驅動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

7.2應用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

7.3系統(tǒng)結構

7.4系統(tǒng)功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關設備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現(xiàn)開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關控制。

4）開關驅動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時，開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調光控件，照明設備從0%到100%進行調光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調光控制，調光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調光控制，通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態(tài)是打開還是關閉。

8）設置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預設的當?shù)亟?jīng)緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關，實現(xiàn)日落開燈、日出關燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅動模塊；當上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結構是分布式總線結構；系統(tǒng)內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內各元件可以通過程序的設定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

7.5設備選型

8 結束語

通過智能照明改造，解決了農學院教學樓大量無效照明供 給問題，節(jié)能效果明顯，同時也提升了相關的管理水平。智能照 明控制系統(tǒng)利用總線系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)種類繁多的普通電纜, 使照 明、場景控制實現(xiàn)智能化,并依據(jù)外部環(huán)境的變化自動調節(jié)總線 中設備的狀態(tài),同時可以擴展到分體空調、中央空調等用能設備 的控制，*終達到安全、節(jié)能、人性化的智慧化教學場所。同時未 來的電氣安裝系統(tǒng)將吸取目前各類總線制智能安裝系統(tǒng)的優(yōu) 點，通過更多地向樓宇自控、安全防范等其他系統(tǒng)相互滲透、相 互融合，并以其更好的靈活性、易用性、可靠性、安全性，成為標 準化、人性化、分散化、網(wǎng)絡化的多功能網(wǎng)絡集成式全分布控制 系統(tǒng)。

推廣大學校園智能化照明改造是有必要的、可行的。智能化 照明屬于智能樓宇子系統(tǒng)，智能樓宇是智慧校園建設的范疇，隨 著國內高校節(jié)約型校園建設和智慧校園的建設的深入進行，智 能化照明因市場巨大、前景光明。

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作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明控制系統(tǒng)領域。