【應用案例】智能化照明控制在高校教室的作用

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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*文明、美麗中國大環(huán)境下，作為大學也要執(zhí)行精*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*的無線組網，再通過與設備現(xiàn)場每一臺智能照明控制器在線網絡通信聯(lián)系。具有設計簡單，安裝、維護方便等優(yōu)點，無線組網省去了布網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關經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)

技術人員由一鍵智能面板時，智能網關會將該按鍵已編寫程序內容數據發(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）按人數控制

（2）按朝向、采光控制。

（3）FLCS系統(tǒng)的智能面板控制。

（4）時間控制。

（5）后臺計算機的監(jiān)控。

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*報率高達0.35。

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器產生一點人數統(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，在判斷數據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，還有就是因聯(lián)動人體計數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，計數器仍有少量人數統(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)將人體計數器的人數統(tǒng)計清零，從而實現(xiàn)教室燈全關的效果。

（1）人體計數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，是解決教室人數和人數變化的*佳設備，他的產生可以準確的判斷教室的人數。

（2）用電量控制：FLCS智能照明控制系統(tǒng)可根據使用方提出的合理化降低用電量的需求，通過一系列的數據分析，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)微電網管理云平臺進行數據交換。

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)可以通過預設的當地經緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據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