摘要：隨著照明的不斷發(fā)展，照明控制系統(tǒng)已從傳統(tǒng)控制方式發(fā)展到智能控制系統(tǒng)，本文對各個控制系統(tǒng)的控制原理都進行了分析，重點對智能照明控制系統(tǒng)進行了探討，分析了集中式智能照明系統(tǒng)與分布式智能照明控制系統(tǒng)的特點，最后預測了智能照明必將取代普通照明。 關鍵詞：照明 控制系統(tǒng) 智能照明 [align=center]The intelligentized trend of lighting control system Liu Junhua Ye Feng（Southwest Jiaotong University ）[/align] Summary:With the development of illuminate, lighting control system have already developed to the intelligent control system from the tradition control system. This text analysed the principles of lighting control systems, especially introduced the intelligent control system .The characteristics of two intelligent lighting control systems are analyzed .Finally,it is predict that the intelligent lighting control system necessarily will replace the common lighting control systems. Keywords:Illuminate Control system Intelligent lighting 1引言 在當今世界經濟全球化和區(qū)域經濟一體化的形式下，隨著信息行業(yè)和計算機產業(yè)的高速發(fā)展、人們物質與精神生活水平的迅速提高，人們對工作和生活環(huán)境的靈活性、高效性和舒適性要求越來越高，傳統(tǒng)的工作、居住環(huán)境受到了強有力地挑戰(zhàn)，智能建筑，智能小區(qū)，智能家居等應運而生，樓宇自動化（BA）、通信自動化（CA）、辦公自動化（OA）、家庭自動化（HA）等各種自動化系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，人們對照明的要求也越來越高，傳統(tǒng)的照明技術受到了時代的強烈沖擊，現(xiàn)代照明技術發(fā)生了深刻的變化，“智能照明”技術隨之出現(xiàn)，并迅速地向前發(fā)展，以致形成照明技術發(fā)展的一個重要趨勢。 2 傳統(tǒng)照明控制方式 照明控制可分為開關控制和調光控制，調光控制又包括連續(xù)的調光控制（被控光源的光通量可連續(xù)的變化）和不連續(xù)的調光控制（被控光源的光通量只能在若干固定的預設值之間變化）。按發(fā)光原理劃分，照明光源通?？煞譃闊彷椛涔庠春蜌怏w放電光源，其典型的光源分別為白熾燈和熒光燈。熱輻射光源，即利用電能使物體加熱到白熾程度而發(fā)光的光源；氣體放電光源，即利用氣體或蒸氣的放電而發(fā)光的光源。對于熱輻射光源來說，既可以實現(xiàn)開關控制，也可以實現(xiàn)調光控制，只需要調節(jié)供給光源的供電電壓即可調節(jié)光通量的輸出。而對氣體放電光源來說，實現(xiàn)調光控制并非那么簡單，不能簡單的控制供給光源的供電電壓，這類光源都有鎮(zhèn)流器，220V工頻電壓經過整流器后再給光源供電，要實現(xiàn)調光控制，必須研制適應具體氣體放電光源的匹配鎮(zhèn)流器。通過控制鎮(zhèn)流器的輸出電壓的頻率和電壓來調節(jié)光源的光通量輸出。 自愛迪生發(fā)明第一個燈泡開始，傳統(tǒng)照明控制方式就己經產生，這種控制方式多以手動控制為主。常見的有以下幾種:其一，利用設置在燈具配電回路中的開關（配電回路中的保護開關或手動開關等）來控制配電回路的通斷，從而實現(xiàn)燈具開關控制；其二，利用設置在燈具配電回路中的手動旋鈕（傳統(tǒng)調光控制柜和燈光控制臺等）調節(jié)供電回路的電氣參數(shù)（主要是電壓、電流、頻率等），從而實現(xiàn)燈光的明暗調節(jié)，即調光控制〔其原理如圖1所示〕。 [align=center] 圖1傳統(tǒng)照明控制方式原理圖[/align] 傳統(tǒng)方式對照明控制而言，簡單，有效，直觀。但它過多依賴控制者的個人能力，控制相對分散和無法有效管理，其實時性和自動化程度太低。 3 自動照明控制方式 這種控制方式利用數(shù)字控制技術來遙控燈具的開關。通常是控制中心發(fā)出信號，通過直接數(shù)字控制器（DDC）來控制配電回路中的交流接觸器的分合，從而控制配電回路的通斷，實現(xiàn)燈具開關控制。采用該種方式，解決了傳統(tǒng)方式控制相對分散和無法有效管理等問題，實現(xiàn)了照明控制的自動化但卻無法實現(xiàn)調光控制功能。其控制原理如圖2所示。 [align=center] 圖2 自動照明控制方式[/align] 自動照明控制方式與傳統(tǒng)照明控制方式相比，主要解決的問題是集中控制的問題，自動化程度相對提高，但由于DDC系統(tǒng)本身固有的技術特點，使得DDC在照明控制系統(tǒng)中表現(xiàn)出明顯不足，不僅無法實現(xiàn)調光控制，而且也很難實現(xiàn)燈光場景等預設置和場景管理等功能。DDC系統(tǒng)的主要優(yōu)點是易于根據(jù)全局情況進行控制計算和判斷，在控制方式、控制時間的選擇上可以統(tǒng)一調度安排。不足的是，對控制器本身要求很高，必須具有足夠的處理能力和極高的可靠性，當系統(tǒng)任務量增加時，控制器的效率和可靠性將急劇下降。 盡管集散控制系統(tǒng)（DCS ）逐步取代DDC系統(tǒng)，而且實現(xiàn)了分散控制與集中管理功能，但對于底層的設備來說，仍然是傳統(tǒng)的DDC技術，唯有把現(xiàn)場總線技術應用到現(xiàn)場設備級管理后，這個問題才能得到根本性解決。 4 智能照明控制系統(tǒng) 二十一世紀是一個網絡化時代，數(shù)字控制技術不斷提高，網絡化管理正逐漸滲透至各種傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中。進入二十世紀后，隨著人民生活水平不斷提高，人們對十照明的要求也發(fā)生了很大的改變。尤其在一些中高檔的建筑中，照明不再單純地為滿足人們視覺上的明暗效果，更應具備多種的控制方案，使建筑物更加生動，藝術性更強，給人豐富的視覺效果和美感。 二十世紀90年代初，智能建筑己不再簡單地等同于樓宇設備自動管理。在一些建筑物中的重要場所，簡單地開關控制己無法滿足要求。人們開始追求多樣化的照明控制方式，使環(huán)境能體現(xiàn)出多種藝術效果。智能照明控制方式使照明自動控制不再依賴于樓宇設備自動管理系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了照明控制的獨立。同時該方式不僅具備開關燈控制，而且還能對光源進行調光控制。它是一個集多種照明控制方式、現(xiàn)代化數(shù)字控制技術和網絡技術于一身的控制系統(tǒng)。它的出現(xiàn)和發(fā)展，使照明控制和維護管理變得更為簡單，并為建筑照明提供了多種藝術效果。 智能照明控制系統(tǒng)被越來越廣泛地接受和使用，這類產品和生產商更是層出不窮。正確的照明控制方式是實現(xiàn)照明藝術性和舒適性的有效手段，是節(jié)約能源的有效措施。綠色照明是指所用照明產品高效率、長壽命、節(jié)電、節(jié)能、低噪音、低諧波、低電磁干擾。在照明設計中，合理和正確地選用照明控制方式，不僅是經濟性和實用性的良好統(tǒng)一，也是一個實現(xiàn)“綠色照明”的重要環(huán)節(jié)。 目前，縱觀國內外研究開發(fā)的智能照明控制系統(tǒng)，按其通信介質主要有總線型、電力線載波型、無線網絡型等。按照網絡的拓撲結構可以分為集中式或分布式?！? 集中式智能照明控制系統(tǒng)主要為星形拓撲，即以中央控制節(jié)點為中心，把若干外圍節(jié)點連接起來的輻射式互連結構。各照明控制器、控制面板等設備均連接到中央控制器（CPU）上，由中央控制器向照明控制器等末端執(zhí)行單元傳送數(shù)據(jù)包，其結構如圖3所示。該系統(tǒng)的優(yōu)點:照明的控制功能高，故障的診斷和排除簡單，存取協(xié)議簡單，傳輸速率較高。其缺點是: 因過分依賴中央控制器，故系統(tǒng)的可靠性和經濟性相對較低。雖然采用多種改進措施后，可提高中央控制器和系統(tǒng)的可靠性，但其價格上的劣勢仍十分突出。 [align=center] 圖3 集中式智能照明控制系統(tǒng)[/align] 分布式智能照明控制系統(tǒng)以中央監(jiān)控為中心，組建控制主干網和多個控制子網，各照明控制器，控制面板等設備均具有中央處理器CPU單元，每個控制器和面板都可以直接連接在子網上。系統(tǒng)將原控制中心的控制功能分散至靠近末端的控制設備，通過一種訪問控制策略，決定設備與監(jiān)控中心信息傳輸?shù)捻樞颍浣Y構如圖4所示。 [align=center] 圖4 分布式智能照明控制系統(tǒng)[/align] 為了組建分布式智能照明控制系統(tǒng)，一般是把照明控制器和面板之間通過現(xiàn)場總線相連接，組建現(xiàn)場總線子網。把照明線路中的開關或控制箱作為現(xiàn)場總線中的一個網絡節(jié)點，然后通過現(xiàn)場總線這個樞紐組成網絡，所有的控制信號、開關燈的狀態(tài)信號以及采集的電量信號都通過現(xiàn)場總線網絡進行通信，這樣，網絡中的每個節(jié)點都可以接受網絡中其他節(jié)點的信息，非常方便的實現(xiàn)節(jié)點間互相監(jiān)測與控制。這樣就可以脫離于中央監(jiān)控主機而獨立運行，同時也解決了現(xiàn)場設備層的每個控制量一根線的點對點連接方式帶來的種種弊端，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)采用總線連接方式替代一對一的連線，減少了由接線點造成的不可靠因素。同時系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可完成遠程設備的參數(shù)設定、修改等參數(shù)化工作，也增強了系統(tǒng)的可維護性?，F(xiàn)場總線網絡系統(tǒng)具有優(yōu)良的系統(tǒng)擴展性，可以非常方便增加網絡節(jié)點，如增加聲音檢測、照度檢測、圖像采集、紅外線信號采集等網絡節(jié)點，通過這些傳感器節(jié)點采集人們活動環(huán)境的變化參數(shù)，上傳至中央監(jiān)控主機分析、處理、計算，做出各種控制決策，實現(xiàn)智能化管理，能夠更好的滿足智能建筑的信息集成要求?，F(xiàn)場總線是數(shù)字化通信網絡，可以實現(xiàn)設備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。采用現(xiàn)場總線網絡取代傳統(tǒng)的控制電纜，大大地減少了電纜敷設工程費用，降低了系統(tǒng)及工程成本?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)既是一個開放通信網絡，又是一種全分布式控制系統(tǒng)，它把單個分散的測量控制設備變成網絡節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務的網絡系統(tǒng)與測控系統(tǒng)｝。 因而研究基于現(xiàn)場總線技術的智能測控節(jié)點成了研究測控新技術和新發(fā)展的重點。由于現(xiàn)場總線適應了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網絡化、智能化發(fā)展的方向，它一經產生便成為全球工業(yè)自動化技術的熱點，受到全世界的普遍關注?，F(xiàn)場總線的出現(xiàn)，導致目前生產的自動化儀表、集散控制系統(tǒng)、可編程控制器在產品的體系結構、功能結構方面的較大變革、自控化設備的制造廠家被迫面臨產品更新?lián)Q代的又一次挑戰(zhàn)，因而對智能測控節(jié)點的研究既是對先進技術應用的研究，也是開發(fā)市場的需要。 而在照明控制中應用最廣泛的是LonWorks現(xiàn)場總線，LonWorks（Local Operating Networks，局部操作網絡）網絡，簡稱L0N網，它標志著控制系統(tǒng)網絡化的新紀元。LonWorks是一種完整的、全開放的、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控制網絡技術，眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網絡方案中采用LonWorks技術。基于LonWorks智能節(jié)點的照明控制系統(tǒng)主要是以Neuron芯片作為智能控制節(jié)點，控制下屬的各類執(zhí)行單元，控制系統(tǒng)總體結構框圖如圖5所示。 [align=center] 圖5 系統(tǒng)總體結構[/align] 智能節(jié)點Neuron芯片一方面可以進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理，另一方面也可以通過傳輸線路與其他控制節(jié)點連接，與上位控制機進行通信，實現(xiàn)了規(guī)模的擴展。構成 LonWorks 控制網絡的 Neuron 智能節(jié)點由神經元芯片、傳感器、控制設備、收發(fā)器和電源等組成，系統(tǒng)結構框圖如圖6所示。各部分的主要作用如下： （1）神經元芯片：控制現(xiàn)場數(shù)據(jù)的輸入和輸出、信息處理，還可以實現(xiàn)與LonWorks網絡的通信。 （2） I/0接口：測量電路主要負責采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，控制電路將控制命令傳輸給執(zhí)行單元，當上端指令傳到控制電路后，控制電路負責打開或關閉相應的燈對象。 （3）其它電路：控制系統(tǒng)還包括晶振電路為神經元芯片提供工作時鐘。復位電路可以避免神經元芯片工作在低于最小工作電壓的情況出現(xiàn)。 [align=center] 圖6系統(tǒng)結構框圖[/align] 5 結束語 綠色照明已經正式列入國家計劃,終端節(jié)能優(yōu)先的觀念已經深入人心;智能照明控制是節(jié)約能耗及提高物業(yè)管理水平、體現(xiàn)現(xiàn)代化生活方式與優(yōu)化工作環(huán)境的有效手段。在不久的將來,智能照明將取代普通照明,各種優(yōu)越性必然會得到充分的體現(xiàn)。 參考文獻 [1]陳濤,毛信偉.智能照明控制系統(tǒng)的工程應用[J].智能電氣,2004（11）:69-71. [2]王文升.智能照明控制與節(jié)能[J].智能建筑與城市信息.2005,（4）:120-122. [3]丘吉平.基于現(xiàn)場總線的智能照明控制系統(tǒng)分析與探討[J].低壓電器,2005,（7）:19-26. 作者的詳細聯(lián)系方式 姓名： 劉軍華 工作單位：西南交通大學電氣學院 通信地址：四川成都西南交通大學九里校區(qū)241信箱 郵政編碼：610031 電話傳真：13880604672 E-mail：liujunhua24@163.com 38065125@qq.com 作者簡歷： 劉軍華（1982－），男，湖南永州人，碩士研究生，主要研究方向：控制理論及其應用。 葉鋒（1982－），男，湖北武漢人，碩士研究生，主要研究方向：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。