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[智能照明控制系统在学校中的应用] 智能照明控制系统原理

其他范文 时间:2023-04-10

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  前言      教室的照明设备老化,以及对照明设备的使用不当,使学生无法在舒适度很高的光环境下学习,这些很可能是导致学生近视的主要原因之一,尤其是使用电感镇流器的传统荧光灯的频闪很容易造成视觉疲劳,引起近视和神经紧张。教室照明环境已成为影响学习及教学效率的重要因素之一,引起越来越多的人的关注。教室照明不仅仅要为教育活动提供所需的基本照度,还应能很好的辅助并推进教学活动,提供与之相适应的灯光环境,提高教学效率。
  同时,学校教室长期大量存在的“长明灯”现象,浪费了许多能源。因此,为现代化的教学场所配备智能照明控制系统已成为很多高水平学校的迫切要求。
  电子科技大学在教室照明的应用上,可谓迈出了一大步,在国内率先将新校区的所有教室安装了智能照明控制系统。每个教室独立成为一个子系统,211个教室又联在一起构成一个大规模的系统。安装于控制中心的电脑可以对整个系统进行操作控制。
  
  电子科技大学新校区使用的智能照明控制系统为惠州大景照明控制有限公司率先在国内推出的景域荧光灯控制系统,是专为大面积使用荧光灯的场所提供的照明控制系统,采用景域系统总线进行智能照明控制。与普通的智能照明控制系统相比,它具有控制灵活、安装简单、造价低廉的优点;与DALI等国外的类似系统相比,它具有实现容易、性价比高的优点。
  
   系统应用介绍
  
  1.系统原理
  景域荧光灯控制系统是一个分布式、总线型的智能照明控制系统。系统中的每一个可调光电子镇流器均有自己的控制、存储单元,在系统中有独立的单元地址。各种感应器和控制面板、遥控接收器可直接连到镇流器上,最大限度地减少了布线。当感应器状态变化或有键按下时,所连的镇流器会按照系统配置时确定的控制策略,通过总线发出命令,寻址相应的受控镇流器做出调光或开关动作,从而实现场景控制、感应控制等控制方式。系统结构图如上图所示。
  2.控制区域
  多媒体教室;
  教学楼公共过道。
  3.控制模式
  开关控制;调光控制;场景设置;定时控制;占空感应;日光感应;PC配置及监控。
  4.说明
  设计中强电部分按照楼层原有照明回路不做改动,只需将强电线路并接到所有镇流器上。由景域系统总线将数字调光镇流器连成景域照明控制网络,墙控面板、感应器接入就近的镇流器即可。
  
  系统应用设计
  
  针对教室照明的具体需求和学校照明系统的管理而言,不仅要控制光源的发光时间、亮度和功率,还要配合不同应用而做出相应的灯光场景,而且更要考虑到它的经济性和易用性,以避免传统照明控制方式的不足。
  景域系统总线采用一条四芯双绞线,实际只使用其中两芯,其余备用。总线无须单独的电源线,只有两条信号线,且不分极性,并采用自由拓扑,可任意连接。各组件均内置微处理器及存储单元。在安装完毕后,通过计算机对系统各组件进行设置,设置信息均存储在各组件中。当执行操作时,各组件会根据状态变化,通过总线发出命令至各相关镇流器执行操作。这是一套小型高效的数字化系统,系统最多可连64个镇流器,总线长度最长300米。
  1.主要系统硬件
  景域系统由下列部件组成:
  (1)电源:为总线系统提供动力,DC24V,与总线信号共用一条双绞线;
  (2)墙控面板:通过接收人手动的按键,而将指令输入给系统进行处理。
  (3)占空感应器:感应到有无人的状态变化,并将结果发往系统进行处理。
  (4)日光感应器:检测日光的强弱变化,并将结果发往系统进行处理。
  (5)可调光电子镇流器:根据系统状态变化发出指令,同时也可执行调光、开关等动作。
  产品选型
  ●七键墙控器型号:DC-QK07
  尺寸:86mmX86mm
  产品特性:开关和亮度调节;可直接调出四种场景;标准尺寸,可接替换传统开关。
  ●红外遥控器
  型号:DY-YK
  尺寸:33mmX145mmX22mm
  有效范围:≥10m
  产品特性:四场景调出,开关、增强/减弱功能;系统最大可连接16个遥控装置。
  ●日光感应器
  型号:DF-RG
  工作电压:24V DC
  尺寸:40mm(D)X49mm(H)
  产品特性:体积小,造型美观;可方便的固定在安装表面上;传感应信号,可配合不同系列产品使用。
  许多研究表明,当教室里有更多的日光时,会成为一个更高效率的学习环境。办公环境里,当日光和电子照明达到一种合适的平衡时,人们办事效率会更高。
  为了保持合适的照度水平,当日光比较充足时,人工照明的水平必须成比例地下降。
  景域荧光灯控制系统会根据日光的变化,在适当的位置,补充适当的照度,使整个环境的照明水平保持一致。
  ●占空感应器
  型号:DF-ZK01
  工作电压:24V DC
  尺寸:114.5mm(D)X40mm(H)
  产品特性:体积小,造型美观;可方便的固定在安装表面上;传感应信号,可配合不同系列产品使用。
  占空感应器用于探测人体移动时发出的红外线,去感知环境是否有人在活动,通过总线输入相应信号,从而实现“人来灯亮,人走灯灭”的功能。最大感测角90度,水平感测距离为8.5米。
  ●数字可调光电子镇流器型号:EMC系列
  输入电压:220V 50/60HZ
  接口:墙控器接口
  占空感应接口
  日光感应接口
  红外感应接口
  工作温度:-10℃~+50℃
  调光范围:0~100%
  总线电压:DC 24V
  2.系统软件及功能
  系统配置软件:用于景域系统安装完成后的系统配置及调试工作。
  系统监控软件:用于监控和集中管理整个的系统状况、实时控制。
  系统配置软件是景域系统配置软件,利用红外线遥控技术,只要将红外适配器对准接收器就可对整个系统的组件进行各种参数的配置。可对系统进行物理测试,检测系统硬件。可配置照明所需的各种场景、组控/群控设置等。实现配置灵活、直观、便捷。可直接对各组件进行开关、调光、场景选择控制。根据工程实际需要可以和其他物业管理系统(BMS),楼宇自控系统(BA),保安及消防系统进行通讯,实现智能无缝联接。
  监控软件是景域系统监控软件。利用PC机的串口与系统相连,通过软件可以实时在线监测各组件的工作状态,监测主机、PC接口、镇流器等的好坏、可直观地看到出现故障的位置、以方便快捷的排除故障。也可对系统进行定时时间设置、以实现自动控制。或直接对各组件进行开关、调光、场景选择控制。根据工程实际需要可进行二次软件开发,以更大程度的满足用户需求。
  3.主要优点
  (1)安装简单:只须比传统照明多布一条4芯双绞线,减少了传统开关到照明主回路的昂贵的电力线材。线路简单,安装方便,易于维护,降低开发商的投资成本和维修管理费用,缩短安装工期,提高投资回报率。
  (2)控制功能强大:可实现单点、双点、多点、区域、群组控制、场景设置、定时开关、亮度手动/自动调节、实时监控、故障自检、遥控等多种照明控制任务。教室里设置了多种灯光场景:全开/50%亮度/全关/投影/半开。
  (3)节能效果显著:实际运行中比传统照明方式节电可达40%~60%。
  (4)使用安全:电压控制回路与负载分离,控制回路的工作电压为安全电压DC15-36V,即使开关面板意外漏电,也能确保人身安全。
  (5)方便管理维护:监控中心可方便地对系统运行情况进行全面监控。
  (6)当建筑物停电后,由于系统中每个输入输出元件里都预存系统状态和控制指令,因此在恢复供电时,系统会根据预先设定的状态重新恢复正常工作,提高能源管理水平。
  (7)方便与其他系统进行联接:有功能强大的接口软件,能通过PC接口进行BMS、消防、安防等系统的集成。
  
  应用效果
  
  根据学校的实际情况,对基础教学楼所有教室安装了照明控制系统。每盏灯配备一个可调光电子镇流器,直接替换原有灯盘中的传统镇流器,并安装于原来镇流器位置,从外观看与传统的照明系统并无异样。另外在每个电子镇流器上,接有一个占空感应器,采用吸顶式安装于灯的旁侧。每间教室还接有一个日光感应器,来探测太阳光的变化。在教室的进门和出门墙上,还有讲台内,均装一个墙装控制器,用来手动的进行操控。
  当教室开始上课时,可使用教室前后的墙装面板进行手动的开灯,于是所有的灯一键全部点亮。当进行到投影讲解时,老师只要一按讲台内面板上的投影按键,教室的灯光立即切换至事先设定的与投影相匹配的灯光模式。
  上公共课的教室一般很大,而且不会每堂课都满座,有时可能只有一半的人来听课;而自习时教室里的人可能更少,并且会很分散。这时景域系统的占空感应器就会起作用,当占空感应到有人时,会将灯点亮,而当五分钟内没有感应到有人的信号时,就会自动的将灯关掉。这样就能避免“长明灯”带来的电能浪费。当下课或下自习人全部离场后,所有的感应器都没感应到有人的信号,于是所有的灯都会自动关闭。只有当再次感应到有人来到时才亮,从而实现了自动化控制。
  在电子镇流器里使用了一项技术:精确控制的预热启动技术,使用该技术,能大大延长日光灯管的的使用寿命。从而避免频繁的开关灯而导致影响日光灯管寿命的问题。这些都是传统的照明设备不具备的。
  在白天上课时,太阳光可透过窗户照入教室。此时若关掉灯,则会产生照度不足;若全开着灯,又明显感到靠窗的区域没必要,此时若能把灯光调暗些即能满足正常的需求。而传统的照明方式下是不可能把日光灯调暗的,因此也造成了一部分电能的浪费。而景域系统却很好的解决了这一难题:日光感应器感应到太阳光的变化,当其强度超过某一设定的标准值时,就会自动的调暗靠窗的日光灯,来维持室内的照度在标准值附近,并保持均匀恒定,给教学提供一个稳定的灯光环境,进而提高教学效率。
  由211个教室(景域子系统)连成一个大网络,组成集中控制系统。在集中监控室里的电脑上装有照明控制软件,运行后,可以查看到每个子系统的工作情况,教室有人/无人情况,故障灯的情况,通过软件也能跟教室里面板进行相同的控制。坐在电脑前,即能对一整栋楼的照明进行操作和管理,并方便的安排检修维护,大大减少了管理成本。
  
  结束语
  
  经过近一年的使用,该系统运行稳定。整栋楼所有的教室照明均实现了无人化管理,大大减少了以往照明需专人来管理的情况。实际统计数据显示,配置先进的照明控制系统后,能有效地节约能源,比例可达40%~60%。同时还能提供高质量的照明效果,提高大楼管理水准,降低运行费用,具有明显的经济效益和社会意义。此举也开创了学校在节能应用方面的先河,必将对学校照明管理的节能、健康、便捷产生深远的影响。
  
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