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国家博物馆智能照明控制系统
来源:中国之光网
发布:2013-12-12
        国家博物馆位于天安门广场东侧,利用原有中国历史博物馆和中国革命博物馆的原址改扩建,地下两层,地上五层,属于大型公建项目,总建筑面积为191900平方米。
  本工程装有各类照明灯具30000多盏,总功率约2500kw,其耗电量仅次于空调用电,特别是在夏季除照明灯具本身耗电以外,灯具的发热还会导致空调制冷量的增加。为保证照明功能的需要,又最大限度地节约能源,传统的人工控制不可能满足要求,必须对照明灯具采用智能控制的方法。
  1对照明控制的要求
  关于照明灯具的控制,要求采用智能照明控制系统:公共场所、展厅、室外照明灯可以按时间、照度自动控制,展厅、学术报告厅、数码影院、重要会议室等考虑调光控制,智能照明系统预留与其他系统集成的接口。
  (1)在各展厅采用一般照明与局部照明相结合,展厅照明可由控制中心集中控制,也可通过展厅内设置的面板控制,另外可在展柜旁设置红外或移动探测器,实现人到灯亮,人走灯灭,以节能和保护展品。
  (2)在公共区,可分区域对所有公共照明系统按工作时间进行本地控制及智能程序远程控制。
  (3)设备机房、办公用房、卫生间及各种竖井处的照明采用就地设置照明开关控制。
  (4)在文物库房,采用门禁卡与智能开关双重控制,即进门刷卡开灯,出门刷卡关灯,在库房内还可通过智能控制面板控制灯具的开闭。
  (5)应急照明平时采用就地控制或由智能照明控制系统统一管理,消防状态下强启相关区域的应急照明灯。
  (6)文物库区、展厅及各公共区域的照明系统均与安防系统联动,当任何区域的安防探测器报警时,智能照明系统可以迅速开启相关区域的照明。
  (7)室外景观照明控制纳入建筑设备监控系统统一管理。
  根据对智能照明控制系统的要求,该工程选用目前技术比较成熟的西门子InstabusEIB/KNX系统(欧洲标准现场总线控制系统),该系统属于分布式总线系统,系统中的每一个控制元件均自带微处理器,使安装在控制箱和现场的控制元件能够独立运行;系统的总线连接可使各个分散的控制元件有机结合起来,充分保证了系统间的信号传输。当系统中某个控制元件或某个区域的控制装置发生故障时,不影响其他控制元件或其他区域控制装置的正常操作控制、设备运行和网络通信。同时,其不依赖于主机的控制方式,也保证了系统运行的稳定性。
  2系统介绍
  西门子InstabusEIB/KNX系统的功能包括:实现灯光的开关控制、调光控制、电动窗帘和百叶窗的开关、角度调节控制、联网控制等。控制方式包括:分散/集中控制、远程控制、延时控制、定时控制、光线感测控制、红外线遥控、移动感应控制、主动人体感应控制、中央监控、OPC服务、与其他设备系统的联动控制等。西门子InstabusEIB/KNX总线将以上不同控制对象完全纳入到了一个统一的系统进行管理控制,节约了资源,同时功能更加强大。
  2.1系统特点
  西门子InstabusEIB/KNX系统控制方式方便、灵活、易于修改、易于操作、易于维护,且具有强大的系统可扩展性和变更的灵活性。
  2.1.1安全性
  西门子EIB的面板全部采用24V供电,强弱电隔离,实现了操作的安全性。本工程公共区域照明均考虑与安全防范和报警系统联锁开闭控制,由安防竖井内的安防控制器给出信号至智能照明输入模块,总线接收信号后在系统中实现相应回路的开闭,满足报警后即时开灯或直接使用身份识别卡开闭照明的特殊要求。
  2.1.2节能性
  系统采用时钟控制,根据灯光开启要求、季节变换和节假日的特殊性,对灯光进行时间的控制,这样既能达到预期的效果,又能很好地节约能源。通过照度传感器感知室外照度的变化,合理地控制室内灯光的强弱来达到节能目的。通过移动感应器监控区域,当有人走动时开启灯光,人走开后自动关闭,达到节能、便于管理的目的。
  2.1.3灵活性
  整个系统的电缆连接少,每个功能均由软件编程控制,系统稳定,省维护,易操作;功能用途改变时,不需要改动原有电缆,方便决捷,容易扩展。
  2.1.4可扩展性
  系统采用标准化通讯接口,网络无缝连接,易于扩展,现场总线拓扑形式为自由拓扑。与其他EIB系统厂商的产品兼容,具有较强的兼容性。
  2.1.5易于管理
  智能照明控制系统为现场总线控制系统,用一条总线将分布在现场的各控制器联接起来,软件与硬件分散配制。楼控中心设中控电脑,通过中央图形界面监控博物馆各区域的照明,由专业管理人员集中管理。报告厅、中央大厅、入口大厅等区域设置触摸屏对现场灯光进行多样化控制,包括开闭、调光及预设的场景控制。其他小面积入口大厅、展厅及会议室、领导室、屋顶餐厅等区域设置控制面板实现现场智能控制。本工程的控制面板按使用要求可通过编程分别实现多种功能:开关、调光、场景设定、定时控制等,并能通过红外遥控器控制,使其失效,避免无关人员误操作。另外,公共区域的面板可以通过中控电脑或遥控器控制。
  2.1.6系统集成
  系统在保证独立运行的同时可通过标准OPCServer与BA系统或上层管理平台BMS系统进行数据交换和共享,从而将智能照明控制系统纳入BMS系统。
  2.2系统构建
  根据要求及国家博物馆改扩建工程的实际情况,构建相应的西门子InstabusEIB/KNX系统。
  2.2.1系统构建方案
  (1)对系统分级管理,不同管理层通过不同的密码控制不同程度的照明设备。
  (2)就地面板实现整个场景灯光的切换功能,同时总控室可以对所有照明设备发出命令,以保证分散和集中控制模式的实现。
  (3)所有基层设备存储程序不受中央故障的影响,也不受其他故障区域的影响。
  (4)以线为单位,对相应的功能空间进行划分。
  2.2.2硬件设备
  (1)中央控制由PC结合EIB专用软件。
  (2)以线为单位,对空间功能进行控制,干线层采用IP方式。
  (3)通过相应的接口,对整个系统进行调试。
  (4)保留输人模块,以实现和其他系统联动(例如安防)。
  2.2.3硬件性能
  (1)开关模块单通道可以控制16A的负载,一次线由空气断路器保护。
  (2)通过OPC方式实现EIB与其他系统的通信。
  (3)设计年定时时钟。
  (4)以太网层传输速度达到l0M。
  (5)设备可以强制开关,满足维修要求。
  2.2.4软件性能要求
  (1)直观、清晰。
  (2)方便、稳定、快捷。
  (3)可切换和锁定,手自动功能。
  (4)断电恢复后,照明还原为断电前的照明模式。
  (5)开启顺序可以延时完成,以防止浪涌电流。
  2.3系统拓扑结构简图
  系统拓扑结构图如图1所示,说明如下:
  (1)系统由24个支线组成,支线和主线均采用i-bus总线电缆(西门子EIB总线,屏蔽双绞线2x2x0.8平方米)。
  (2)通过N146和网络集线器与中控电脑连接,中控电脑可监视和控制整个系统中的设备,并通过OPCServer与BA系统集成。
  (3)每个强电竖井为一个系统支路,支路以模块N140为起点,相应竖井内的所有照明控制模块串接于该支路上(包括该区域内的控制面板、移动探测器等模块)。
  (4)模块名称

  N510(4路开关模块)、N512(8路开关模块)、N526E02(8路荧光灯调光模块)、N146、N140(支线/干线祸合器)、UP287(4联控制面板)、UP114(总线祸合器)、UP321(面板边框)、UP220/03(4路双值输入模块)、N261(4路24VDC输入模块)、N125(电源供应器)、UP588(彩色触摸屏,用于显示一个电气安装系统的中控单元)、N525(荧光灯一路调光模块)、N527(卤素灯调光模块)、N522(电动窗帘控制模块)。

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  3典型区域控制方案
  3.1地下车库
  3.1.1控制内容:灯光
  3.1.2功能
  (1)场景控制
  地下停车场照明根据使用时段的不同分为三个场景:
  场景一:地下车库灯全部点亮,用于重大活动等。
  场景二:车道灯点亮,车位灯关闭,用于正常工作日白天时段的照明。
  场景三:车道灯、车位灯均关闭,车库仅点亮应急灯,用于夜晚时段的照明。
        (2)时钟控制
  根据使用情况,将场景功能通过时钟控制,实现自动化管理。同时可以在中控室进行集中监控和手动控制。
  (3)现场控制
  在车道进出口处设置控制面板,保证在特殊情况下,工作人员可以进行实时控制。
  (4)消防联动
  当出现火灾报警时,系统根据需要会自动控制强制开启或关闭部分灯光回路,实现与消防的联动。
  3.1.3相关配置
  国家博物馆新馆停车场照明由设备监控中心统一控制。控制方式包括:日常定时开闭控制、特殊节假日时钟控制,分楼层控制、分区域控制、间隔开闭控制,以及各种组合方式,以达到业主的使用要求和先进智能控制系统的高集成性和优化性。定时开闭模块采用西门子年编辑控制器REG373,开闭模块采用N512。
  3.2文物库房
  3.2.1控制内容:灯光
  3.2.2功能
  (1)通过面板实现库区灯光的就地控制,分为全开和二分之一开两个功能。
  (2)根据消防需求,实现对灯光的联动。
  (3)与门禁系统联动实现进门刷卡灯亮,出门刷卡灯灭。
  (4)与安防系统联动,实现安防报警状态下的灯光强启。
  3.2.3相关配置
  (1)在文物库放置2联智能面板,控制各灯光回路的开关。可以设置成总开总关、二分之一总开总关对文物库进行本地控制。
  (2)配置安防联动模块实现与安防系统及门禁系统的联动。
  (3)配置消防模块实现与消防系统的联动。
  3.2.4元器件配置:N512开关驱动器、UP220安防输入模块、N261消防联动模块。
  3.3演播区
  3.3.1控制内容:灯光
  3.3.2功能
  (1)场景控制:演播厅根据使用时段及功能的不同分为三个场景。
  场景一:此时灯光的主要作用是一般的环境照明,只需打开区域的部分筒灯和灯带,供托整个空间的气氛,光线不是很强,既可使与会者心情舒畅,也可消除暗区,方便与会者入座。
  场景二:此时的灯光以主席台为起点,观众席的灯光逐渐增强,但最亮程度不超过70%,既保证主席台作为空间的重点,又不会产生眩光。
  场景三:空间的灯光中,仅打开基础照明,保证清扫等作业的进行即可。
  (2)现场控制
  在工作间设置控制面板,进行本地控制。
  (3)消防联动
  当出现火灾报警时,系统根据需要会强制开启或关闭部分灯光回路,实现与消防的联动。
  3.4展厅
  3.4.1控制内容:灯光
  3.4.2功能
  (1)展厅灯光的自动开启、关闭。
  (2)消防联动,安防联动。
  (3)调节灯光亮暗。
  3.4.3相关配置
  (1)展位处安装红外移动探侧器,当有人靠近展厅时,灯光会自动缓慢地开启,迎接客人的到来;人离开后灯光会自动缓慢地延时关闭,这样可以起到保护灯具、节约能源的目的。
  (2)当出现火灾报警时,根据需要系统会强制开启或者关闭部分灯光回路,实现与消防的联动。
  (3)展厅安装触摸屏,实现对现场灯光的有效检测和管理,同时触摸屏可设置管理密码,保证展览期间不会出现误操作。
  3.5领导办公室
  3.5.1控制内容:灯光、电动窗帘
  3.5.2功能
  (1)单独、分组开关
  (2)调光功能
  (3)消防联动
  (4)电动窗帘开关
  3.5.3相关配置
  (1)在办公室门口处安放了一个四联带遥控功能的智能面板,方便对办公室内的灯光进行开关/调光,也可以根据需要编辑不同的场景功能,比如办公场景、会客模式、休息场景等,只需轻轻一触按钮,上述功能即可实现功能转换。
  (2)设置红外存在探测器,当有人进入时,灯光会自动缓慢地开启,迎接客人的到来;人离开后灯光会自动延时关闭,起到保护灯具、节约能源的目的。
  (3)当出现火灾报警时,系统根据需要会自动开启或关闭部分灯光回路,实现与消防的联动。
  3.6公共区域
  3.6.1控制内容:灯光
  3.6.2功能
  (1)定时控制
  (2)消防,安防联动
  3.6.3相关配置
  国家博物馆大楼的大堂、走廊、楼梯间等公共区域的照明由设备监控中心统一控制。控制方式包括:日常定时开关控制、特殊节假日时钟控制、分楼层控制、分区域控制、间隔开关控制,以及各种组合方式,以达到使用要求和先进智能控制系统高集成性和优化性。
  3.7中央监控
  照明监控软件采用进口的WINSWITCH控制平台,该软件由欧洲ASTON公司专为EIB系统开发研制具有友善的操作界面,支持全中文汉字输入显示的功能。对整个博物馆内的西门子EIB系统进行集中监视及控制,包括灯光、窗帘等末端设备。此软件采用标准的图形界面进行操作控制,并可插入bmp图形,如楼宇、展厅、多功能厅的照片或平面图,使控制更加简易、直观。

  注:所有纳入智能照明控制系统的照明回路,都可以在回路的基础上任意组合出不同的灯光效果,而不需要重复布线。控制方式可以通过软件编程实现。

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  4系统施工
  智能照明控制系统施工包括:系统管线敷设,设备安装、接线、调试,系统主机安装、调试等。
  4.1管线敷设
  系统采用分布式总线结构,通过一条四芯总线(2芯使用、2芯备用)将经由电脑编程的各个分散的控制模块连接起来,所有的模块均为模数化产品,采用标准的导轨由配电箱厂家安装于照明控制箱内,现场的控制面板或相应的感应器采用施工中常用的86接线盒安装,相互间的连接总线穿于钢管或线槽中,施工十分方便。
  4.2设备安装及接线
  4.2.1开关模块(包括N510,512)
  开关模块安装于配电箱(柜)内,接线示意如图2所示。其中1、2为进线端子,进线选择压1#端子;3为出线端子,以此类推。
  4.2.2调光模块(N526E02)
  调光模块安装于配电箱(柜)内,接线示意如图3所示,其中1、2为进线端子,进线选择压1#端子;3为出线端子,以此类推;25(+)、26(一)为1一l0V调光线压接端子。
  4.2.3支线/干线祸合器(N140)
  支线/干线祸合器为一条支路起始模块,安装于配电箱(柜)内,接线示意如图4所示。其中,左侧为进线端子,右侧为出线端子。
  4.2.4.4联控制面板(UP287)
  总线藕合器(UP114)、面板边框(UP321)、4联控制面板、总线祸合器、面板边框组合使用,一个完整的控制面板包括1个4联控制面板(UP287)、1个总线藕合器(UP114)、1个面板便空(UP321)。控制面板安装于标准86盒上(管路已预埋)。控制面板搭接于系统总线上。
  4.2.54路双值输入模块(UP220/3)
  4联双值输入模块安装于相应的安防室,接收来自安防控制器的干接J点输出信号,与安防系统联动。4联双值输入模块搭接于系统总线上。
  4.2.64路24VDC输入模块(N261)
  4路24VDC输入模块安装于配电箱(柜)内,接收来自消防系统的输出信号,与消防系统联动。4路24VDC输入模块搭接干系统总线上。
  4.2.7N125(电源供应器)
  电源供应器(N125)安装于配电箱(柜)内,为智能照明系统支路模块提供电源。接线示意图如图5所示,其中,L,N,PE为220V电源进线端子,由强电专业提供。
  4.2.8系统总线搭接
  系统总线搭接示意图如图6所示,N140为系统支线的起始模块,其余模块无序搭接。
  4.2.9模块(除UP287、UP220/03以外)安装于配电箱(柜)内的导轨上,模块排布见配电箱(柜)系统图,模块间用EIB线跳接。
  4.2.10系统接线注意事项
  EIB系统总线为四芯制,搭接只用其中两根(红线为+,黑线为-)。系统总线接线均为接插式,线缆敷设及压接符合相关电气质量验收标谁。
  5结束语
  经过严格的系统调试和交工验收环节,国家博物馆智能照明控制系统的质量得到了保证,能充分满足建筑物的照明质量要求,实现各种控制功能,集中或分散控制都十分方便,并能最大限度地实现节约电能的目的,预计能节电30一50%左右。
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