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淺談智能化照明控制在高校教室的作用

更新時間：2023-11-01

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吳柯霓

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，節能效果明顯，值得推廣。

【關鍵字】：智能化照明；無效照明；節能；柔性智能燈光系統。

0 引言

闡述北京某學院教學樓智能照明改造前的傳統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

當前在建設生態文明、美麗中國大環境下，作為大學也要執行精準的能源供給，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，實現按需提供照明，減少無效照明供給，達到節約電能目的。

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；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。隨著智能照明系統的發展，其在節能與管理方面優勢突出，高校把這兩種改造（燈具和智能化）相結合才可以把照明節能和管理工作做到*佳。通過智能照明控制系統，可以實現整個校園公共區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進行管理，達到預期節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的思路

智能照明市場，存在無線式智能照明系統與總線式智能照明系統兩種主要形式，他們各有優劣。

2.1無線智能照明系統介紹

無線型智能照明控制系統根據采用的無線協議而分為WIFI、Zigbee、ENOCEN和無線射頻燈等。無線智能照明系統，不需要設備連接總線運行，實現了眾多智能照明控制器與智能照明監控管理中心的無線組網，再通過與設備現場每一臺智能照明控制器在線網絡通信聯系。具有設計簡單，安裝、維護方便等優點，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運行中，其十分依賴無線協議信號，在大型建筑中，由于建筑墻面多，容易造成信號干擾，導致運行照明系統時不穩定。

2.2總線式智能照明系統介紹

總線式智能照明控制系統將各設備使用現場總線連接起來形成照明系統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，具有多種控制策略，冗余度高，抗干擾性能力強和工作穩定，維修簡便化的優點。缺點是施工布線工程量大，影響美觀。

3 FLCS智能化照明的系統原理及特點

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

3.1FLCS智能化照明的系統原理

FLCS智能照明系統是在RS485基礎上研發的總線式智能照明系統，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議（包含DALI，KNX，MODBUS-TCP）的系統搭配，實現靈活多樣的行業智能化照明控制解決方案。

FLCS智能照明系統包括開關驅動器、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，還有可實現整個控制系統可圖形化編程組態的軟件界面，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，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，實現對燈光具有高度的強弱調節、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、性能優良、系統成熟、維保簡捷等特點。

4 智能化照明系統形成機理

4.1教學樓智能化照明系統

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，再由監控室的電腦通過后臺FLCS智能照明控制軟件進行監控。如圖1所示。

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圖1 北京某學院智能照明系統

技術人員由第一鍵智能面板時，智能網關會將該按鍵已編寫程序內容數據發送到開關模塊處，然后實現程序效果。

4.2教學樓的智能照明控制方式

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

（1）按人數控制。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，FLCS智能照明系統采用根據課室人數決定燈光需求的方案。具體是每間教室都使用人體計數器，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器加1，反之滿足出門的條件則計數器減1，當教室內人數達到一定數量的時候，FLCS智能照明系統會判定該教室的需光亮度，然后打開相應數量的燈具。要實現這個計數功能只有計數器是完不成的，還需要在教室門口安裝紅外對射，與計數器聯動方可實現功能。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，計數器加1，當前教室會打開1排燈，且在計數器計數為（1~9）人情況下教室燈保持開一排燈的狀態，當計數器為（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，更規范的控制燈具。紅外傳感規范了教室無人情況下燈具仍然打開的現象，智能照明系統利用紅外傳感本身的產品技術特點，觸發時為一個判定，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（計數器上有人數數據時），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它，它就會根據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系統的智能面板控制。技術人員可編程開關燈場景指令數據到網關上儲存，通過觸發面板上相應的按鍵，往網關發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送到該教室的開關驅動器上，實現其場景效果。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智能照明系統根據學校的上下課時間、休息時間給各教室設置了定時的開關燈動作。

（5）后臺計算機的監控。由FLCS智能照明中央監控軟件，連接到智能網關，再通過已經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量，實時刷新狀態，管理的智能化系統使整個教學樓的照明煥然一新。

5 實施智能化照明后節能分析

自北京某學院教學樓使用FLCS智能照明控制系統以來，取得了非常可觀的節能效果。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，同期節省用電量效果好，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

區域	日期	耗電量
智能照明改造前	2017年9月1日—2017年11月1日	65785kW·h
智能照明改造后	2018年9月1日—2018年11月1日	42256kw·h

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無人誤觸發開燈現象，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計功能。同時感應設備受環境影響，因觸發條件或許不是人為的，但設備依然滿足到了觸發條件，從而出現誤觸發現象。

6.2解決問題的辦法思路

在分析人體計數器問題上，發現了其問題所在，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，系統將人體計數器的人數統計清零，從而實現教室燈全關的效果。

（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能方案，方案實施后耗電量可在軟件上、實際電表數上體現出來。

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

7安科瑞智能照明控制系統

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、醫院、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系統結構

7.4系統功能

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

2）當發生模塊離線、網關設備掉線或者狀態反饋和下發控制命令不一致時會發生故障報警，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開關控制。

4）開關驅動器支持過零觸發功能，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，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；確保重新上電時燈具的開關狀態是確定與可控的。

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調光控制，調光總控可以對一個模塊的照明回路實現調光控制，也可以對多個照明回路實現調光控制，通過圖標的亮滅狀態反饋現場開關的狀態。

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，實現日落開燈、日出關燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發保存至驅動模塊；當上位機系統故障或模塊離線時，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行，不影響日常的照明控制效果。

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

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

名稱	型號	功能			備注
安科瑞智能照明控制系統	ALIBUS	可通過控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現靈活多樣的智能化控制
名稱	型號	上行	下行	外形尺寸	備注
智能通信管理機	Anet-1E1S1	1路以太網	1路RS485	1409050
智能通信管理機	Anet-1E2S1	1路以太網	1路RS485	1409050
智能通信管理機	Anet-2E4S1	2路以太網	4路RS485	16811354
智能通信管理機	Anet-2E8S1	2路以太網	8路RS485	16811354

名稱	型號	負載電流	安裝方式	外形尺寸	備注
4路開關驅動器	ASL220Z-S4/16	16A	導軌式	1449070	1.控制火線 2.每回路額定電流16A 3.磁保持繼電器 4.延時控制 5.電流檢測 6.定時控制
8路開關驅動器	AS220Z-S8/16	16A	導軌式	2169070	1.控制火線 2.每回路額定電流16A 3.磁保持繼電器 4.延時控制 5.電流檢測 6.定時控制
12路開關驅動器	ASL220Z-S12/16	16A	導軌式	2889070	1.控制火線 2.每回路額定電流16A 3.磁保持繼電器 4.延時控制 5.電流檢測 6.定時控制
16路開關驅動器	ASL220Z-S16/16	16A	導軌式	3609070	1.控制火線 2.每回路額定電流16A 3.磁保持繼電器 4.延時控制 5.電流檢測 6.定時控制
8路調光驅動器	ASL220Z-SD8/16	16A	導軌式	3609070	1.控制火線 2.每回路額定電流16A 3.磁保持繼電器 4.延時控制 5.0-10V調光

名稱	型號	性能	安裝方式	外形尺寸	備注
紅外感應傳感器	ASL220-PM/T	3-5m 120°	嵌入式吸頂	φ80	開孔55mm
微波感應傳感器	ASL220-RM/T	5-7m 120°	嵌入式吸頂	φ80	開孔55mm
微動感應傳感器	ASL220-PR/T	5-7m 120°	嵌入式吸頂	φ80	開孔55mm
IP網關	ASL200-485-IP	ALIBUSnet/IP	導軌式	142839	系統組網元件監控軟件接口設備
1聯2鍵智能面板	ASL220-F1/2	2組控制指令	86盒	862486	開關調光場景
2聯4鍵智能面板	ASL220-F2/4	4組控制指令	86盒	862486
3聯6鍵智能面板	ASL220-F3/6	6組控制指令	86盒	862486
4聯8鍵智能面板	ASL220-F4/8	8組控制指令	86盒	862486

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。智能照明控制系統利用總線系統代替傳統種類繁多的普通電纜, 使照明、場景控制實現智能化,并依據外部環境的變化自動調節總線中設備的狀態,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、節能、人性化的智慧化教學場所。同時未來的電氣安裝系統將吸取目前各類總線制智能安裝系統的優點，通過更多地向樓宇自控、安全防范等其他系統相互滲透、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、網絡化的多功能網絡集成式全分布控制系統。

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，智能樓宇是智慧校園建設的范疇，隨著國內高校節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。

參考文獻:

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作者簡介：吳柯霓，女，現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領域。