建筑电气智能照明系统课程设计.docx

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建筑电气智能照明系统课程设计

照明监控系统设计·············································7

4、各部分照明系统设计···········································8

照明系统详细设计及灯具的选择配置和回路的设置·················8

书库阅览室照明系统设计9

实验室照明设计10

办公室照明系统设计·······································11

多功能会议室·············································13

小会议室·················································14

活动中心照明系统设计·····································15

走廊，楼梯公共区域照明系统设计····························16

洗手间照明设计···········································16

.灯具的选择···················································18

总结与体会·······················································18

前言

办公环境不仅要有足够的工作照明，更应营造一个舒适的视觉环境，减少光污染。

现代办公楼的照明已经成为直接影响办公效率的主要因素之一，因此,越来越引起人们的高度重视。

做好照明设计，加强照明控制设计，已成为现代智能办公大楼的一个重要内容。

据国内外有关资料介绍，办公照明用电量占整幢大楼能耗的约1/3，办公照明的设备费用（包括照明器件和配布线工程费）约占电气工程费用的10%以上，因此选择合理的照明方案，配置先进的控制系统，不仅能大大简化穿管布线的工作量，而且能有效地节约能源，降低用户运行费用，提高大楼管理水准，具有极大的经济意义和社会效益。

在一些欧美发达国家，照明系统的智能化控制已成为智能化大楼不可分割的组成部分，而且应用范围越来越广。

智能照明控制系统的技术，随着现代建筑技术的发展而不断更新以适应各种建筑结构布局，不同灯具的选配，实现多样化的控制模式。

由于这是一个开放式的系统，采用标准接口可以方便地与其它系统诸如BA、安保、消防等相互连接完成系统集成功能；同时利用系统配备的监控软件，大楼管理工作人员借助“友好”的用户界面，能极其方便地遥控、监控大楼所有控制设备的工作状态。

1、设计任务及要求

设计内容

1）走廊及公共区域；2）教室；3）会议室；4）办公室

．技术要求

1）采用分布式智能照明系统，有调光功能

2）充分考虑图书实验大楼应用特点，实现方便管理与使用，节约能源

3）多功能会议室充分考虑会议特点，应满足投影演讲、圆桌会议、一般会议等多种模式的灯光要求）

4）整层平面图主要反映走廊及公共区域，实验室、会议室、办公室各以典型房间为例）

.给定条件

某图书实验楼图纸及建筑概况

2、设计思想

智能照明概念

智能照明是指利用计算机、无线通讯数据传输、扩频通讯技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥讯控制系统，来实现对照明设备的智能化控制。

具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能；并达到安全、节能、舒适、高效的特点。

采用智能照明控制系统的主要目的是节约能源，智能照明控制系统借助各种不同的"预设置"控制方和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现节能。

2．2智能照明控制系统应具备的功能

　　智能照明控制包括：

集中控制、现场控制、遥控、时间控制、电话控制、可视化软件控制、场景设置、灯光软启动、调光、亮度记忆等。

　　2．2．1集中控制

　　在中央控制室设一台智能照明组态王软件，在该计算机上用图形模拟显示照明设备平面布置图，在图上以形象直观的方式实时动态地显示各区域的照明设备使用状况。

操作人员可通过界面监视整个智能照明系统的运行状态，根据需要用鼠标点击图形来进行控制。

组态王软件具有历史数据存储能力，能实时提供智能照明系统的资料，并生成和打印各种报表，为设备维护提供依据。

系统采用专用的编程软件，操作人员可对系统进行程序修改或编程。

通过手持式编程器插入网络上的编程接口，就可修改照明工作状态的参数。

　　2．2．2现场控制

　　在一些人员经常工作的地方（如会议室、控制室、主要通道、重要办公场所）设置智能开关代替普通的机械式开关，组态王软件不工作时也可在现场控制灯光。

它由230V的交流电源直接供电，按动开关上的按钮，可作为一个普通的开关使用；同时，有一个内置的接收器可以接收遥控器或无线探头发出的信号，使用遥控器可以对电子开关进行控制。

　　现场智能开关可设定密码保护功能，避免无关人员操作。

　　2．2．3遥控功能

　　一般情况下，办公室、会议室内设置遥控功能，遥控器或无线探头可以发出无限射频，这种无限射频能穿越障碍物，被智能开关上的接收器接收，无线接收器可把无线信号转换为电力载波信号，并发送到220V电力线路上。

　　2．2．4灯光亮度记忆功能

　会议室中通常为个人设置，不同人对灯光亮度的要求有所不同，所感觉的舒服光照度也有所不同，为了方便个人使用，灯光可配备亮度记忆功能，以免进行重复性设置。

　　2．2．5火灾应急照明控制

　　图书馆的建筑防火要求很高，发生火灾时，应自动启动相应区域的应急照明，强行关闭一般照明回路。

事故照明可选择仅用消防中心的计算机控制而禁止用监控计算机或现场控制，也可选择都有控制权。

另外，控制系统要具有良好的可扩展性、开放性和电磁兼容性。

智能照明控制系统是整个地下建筑智能化系统的子系统，可以通过标准接口与其他控制系统兼容进行互联。

　　为了抑制电磁干扰，使系统具有良好的电磁兼容性，总线传输距离较远，可采取以下措施：

与附近可能产生电磁干扰的电气设备（如电动机、电力变压器、复印机等）保持必要的隔离；对系统进行连续、有效的屏蔽；上升时间，即电压从额定电压的5％上升至95％所用的时间，应超过200μs。

3、方案设计及系统选择

总体结构设计

设计分析：

根据建筑照明设计标GB50034－2004，确定各部分的照度标准，普通办公室为300lx,高档办公室为500lx。

根据图书实验楼特点，确定按普通办公室进行处理，平均照度为300lx。

多功能会议室按照会议室的平均照度设置为300lx。

实验室限度标准照度为500lx，走廊及公共区域按平均150lx处理。

确定图书实验楼各区域的控制目标

照明控制采用分布式智能控制网络，调光、开关控制、时间自动控制、场景控制、自动调光，保持恒定的照度、遥控控制、记忆模块，按各楼层、功能区域进行配置，实现了模块的就地安装和就地控制，并且通过C-BUS总线上传到总控制计算机，可以对各个分区进行远程监视，远程控制，故障检查等多种操作。

系统由智能传感器、调光控制器、可编程控制面板、液晶触摸屏、时钟管理器、PC机组成。

各部分通过系统总线，接口标准为RS-485接口，控制器通过双绞线连接，系统结构图见附图。

图书实验楼主要用作办公阅读，实验。

其一个书库、一个大会议室、一个小会议室、29个普通办公室、15个实验室、12个大洗手间、12个小洗手间、两个活动室作初步设计，设计目标如下表：

区域

控制要求

门厅

门厅对灯光没有特殊要求，只需要美观，明亮即可，有上下班时间自动控制

书库与计算机网络中心

书库与计算机网络中心通常对光照度要求较高，而且保持恒定照度，并且具有多场景模式

小会议室

场景控制、遥控、调光

多功能会议室

充分考虑会议特点，应满足投影演讲、圆桌会议、一般会议等多场景模式的灯光要求

办公室

自动调光，保持恒定的照度、遥控、并且具有多场景切换

走廊

红外线控制，有人时开灯，并且自动延时，无人自动关灯

阅览室与实验室

实验室通常对光照度要求较高，而且保持恒定照度，并且具有多场景模式

楼梯

楼梯采用声控延时处理，当有人走动时并发出声音变自动点亮并延时

活动中心

活动中心面积大，不需要恒定照度，所以在此我们设计成感应式的照明方式

控制系统的选择

C－BUS智能照明系统是由澳大利亚电器行业的领导制造商――奇胜电器公司于1994年开发，其产品设计和制造工艺满足澳大利亚和欧洲电气安全和电磁兼容性标准。

目前C－BUS智能照明系统已经广泛应用在国内各个行业中，实践证明，C－BUS系统功能先进，技术可靠，备受用户青睐。

控制原理

C－BUS系统是一个二线制的照明管理系统，所有C－BUS单元由一对通讯信号线（UTP5）连接成网络，每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设置功能，通过输出单元控制各负责回路，输入地址通过群组地址和输出单元建立对应联系。

当有输入时，输入单元将其转换成C－BUS信号在系统总线上广播，所有的输出单元接收并作出判断，控制相应输出回路。

C－BUS系统的控制方式是由计算机设定的，一旦系统设置完成后电脑即可撤除。

C－Bus系统的每个单元均内置微处理器，所有的参数被分散存储在各个单元中，即使系统断电也不会丢失。

C－BUS系统优点和特点:

目前，设计师在设计照明系统时一般仍然沿用传统的方法设计，比较先进的就是在某些照明回路中串联由楼宇自控（BA）系统控制的触点，通过控制这些触点可以实现诸如区域控制、定时开关、中央监控等功能，但是这种控制方法具有一定的局限性：

1）考虑造价因素，这些回路的数量一般很少，一般只有大面积区域控制，若将回路划分的较细则造价昂贵。

2）现场通常不设置开关，所有照明回路通过BA中控制室控制，现场无法根据实际情况干预照明状态，使用不便。

3）控制功能简单，只能实现定时、开关的功能，若要实现场景预设、亮度调节，软启动软关断等复杂的功能技术难度较大。

4）由于照明系统并不是一个独立的系统，所以，在BA系统出现故障时，照明系统同样受到影响。

系统网络结构图

C－BUS系统则是一个专门针对照明需要而开发的一个智能化系统，可以独立运行。

它有一套独立的控制协议，相对BA系统来说比较简单，完全满足对照明控制的需求，而且造价相对BA控制便宜。

采用专业的照明控制系统，既可以降低造价又可以实现更加完美的智能照明控制，同时还可以保护灯具，节约能源，降低运行费用。

控制回路与负责回路分离，输入输出单元仅用一根五类线作为总线相连，并且在网络中可以随时随地添加新的控制单元，控制面板的工作电压为安全电压DC36伏，确保人身安全。

该系统具有分布式智能控制特点和开发性，可以和其它建筑管理系统（BMS）、楼宇自控系统（BA）、安保及消防系统结合起来，提高物业管理智能化水平，符合现代生活的发展趋势。

照明监控系统设计

在该图书馆照明监控系统中，我们采用了DDC，C-BUS现场总线控制，要实现对整个图书馆的监控，可以对各个分区进行远程监视，远程控制，故障检查等多种操作。

首先我们要把各个分区的DDC连接到一起，并且设置一个总控制室，并且要对总控制室的监控控制软件进行选择。

可以对各个分区进行远程监视，远程控制，故障检查等多种操作。

总控制室设计

我们将总控制室设在该图书馆第5层为计算机网络中心，我们总共采用了42个DDC控制器，将所有的DDC控制器利用双绞线集成到总控制室。

系统图见附图

（1）。

监控软件的选择

组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。

它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。

通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。

其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。

尤其考虑三方面问题：

画面、数据、动画。

通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。

组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。

而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。

它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

为了满足此功能，我们选择组态王。

其主要功能有组态王的主要功能：

1.丰富的人机界面功能，可视化操作界面，真彩显示图形、丰富的图库。

 2.强大的通讯能力。

3.先进的报警和事件管理。

 4.强大的网络和冗余功能。

4、各部分照明系统设计

照明系统详细设计及灯具的选择配置和回路的设置：

门厅照明系统设计：

门厅对灯光没有恒定照度的要求，只需要美观，明亮即可。

在大厅布置了一盏花灯，门厅采用1台西门子549-610，PowerMEC1100系列（8DI,8DO,8AI,8AO）。

分别对花灯和八盏吸顶灯进行控制，我们根据上下班，以及时间设置如下：

白天上班时间

回路1和回路2以及花灯5

17点以后——下班期间

回路1和回路2以及所有花灯亮

下班以后

所有灯全部灭

门厅照明设备布置图

书库阅览室照明系统设计：

由于书库和阅览室中对光线要求较高，而且保持恒定照度，并且具有多场景模式，所以在书库中布置了16个光照度采集点，分别由左边到右边，距离窗户的远近分开布点，并将书库的LED灯光按图划分为16个区域，每个采集点所采集的到的光照度强度送入DDC控制器，光照度探测器选择居住者光照度探测器，传感器:

无源红外和光敏元件；范围：

10-2000LUX；监测区域：

360度角；监测面积：

安装高度米时监测直径7米；电源：

10-24VDC/AC（可选230VAC）；输出：

SPDT；关断延迟:

10秒~30分钟可调；亮度调节:

使用电位计连续调节；环境温度：

10~40°C；尺寸：

直径76mm；重量：

250g；根据书库限度标准照度为400lx的要求，并且有上下班场景的区分，并且可以手动控制，根据此要求对DDC控制器的输出变量进行设定，并保持整个书库的光照强度在上班时间都保持在300lx的情况下。

并且选用1台西门子549-612，PowerMEC1110系列，（16DI,8DO,8AI,8AO），含手动／自动切换开关。

该款DDC拥有16个输入/输出模块,模拟数字可切换。

完全可以满足该书库的输入输出需求。

书库照明系统布置图

实验室照明设计：

实验室通常对光照度要求较高，而且保持恒定照度，实验室普通限度标准照度为300lx，实验时的光照要求500lx，所以我们实验室设置为具有多场景模式，并且光照强度可调，范围为0——750lx。

而该图书馆一层的土木实验室，建材实验室，四层的继电保护实验室，电力电子实验室，车电实验室，程控交换实验室，机车控制实验室，电机实验室，通信信号实验室，6502电气集中实验室，变电所微机综合实验室，这些实验室的照明要求几乎一样，而且实验室的面积也类似，所以都采用同样的照明控制方案。

具体系统设计方案如下：

首先，信号采集点的设置，由于到窗户的距离不一样而导致室内光强的不一样，所以，信号采集点的设置则按照从窗户到内部的纵深布置。

其次选用的设备为15台西门子549-610，PowerMEC1100系列（8DI,8DO,8AI,8AO）。

该建筑的所有15个实验室都采用相同的照明系统配置，如图：

实验室采集点与控制回路

说明：

信号采集点1送入DDC，然后控制回路1的光照度，采集点2与回路2匹配，采集点3与回路3匹配，采集点4与回路4匹配。

实验室的场景模式确定：

上班模式

光照度稳定在300lx

实验模式

光照度稳定在500lx

下班模式

所有灯全部熄灭

可调模式

该模式下光照度可在0——750lx调节

办公室照明系统设计：

该图书馆中的所有办公室智能照明系统，关系到工作人员的工作效率以及工作心态，我们要对办公室建立更加智能的照明系统，并且该图书馆中的办公室大致分为两种尺寸规格，所以在此，我们针对两种尺寸的办公室分别设计不同的照明方案

（1）.小办公室照明设计方案

设计功能有：

自动调光，保持恒定的照度、遥控、并且具有多场景切换，并且在办公室都设有记忆模式，任何场景下都可以调节至记忆模式，可以方便调制最舒适光照强度。

该建筑共有小办公室18个，我们采用相同的设计，每个小办公室需要4个输入点，2个输出点，计算得：

共有输入点72个，输出点36个，所以，我们采用5台西门子549-612，PowerMEC1110系列，（16DI,8DO,8AI,8AO），含手动／自动切换开关。

便可以满足所有会议室的模式要求，模式如下：

上班模式

光照度稳定在400lx

休息模式

光照度稳定在150lx

下班模式

所有灯全部熄灭

可调模式

任何时候可切换至可调模式，并且有记忆功能，记忆最佳模式

小办公室智能照明模式

小办公室照明设备布局图

（2）.大办公室照明设计方案

设计功能有：

自动调光，保持恒定的照度、遥控、并且具有多场景切换，并且在办公室都设有记忆模式，任何场景下都可以调节至记忆模式，及最舒适光照强度。

此办公室加入了花灯，而且花灯也有上班休息灯多种模式配合场景需求，该图书馆共有8个大办公室，每个大会议室需要有7个信号输入点，4个输出点，计算的：

输入点共有56个，输出点共有32个。

所以工选用4台西门子549-612，PowerMEC1110系列，（16DI,8DO,8AI,8AO），含手动／自动切换开关。

便可以满足大会议室的控制要求。

具体模式如下：

上班模式

光照度稳定在400lx，花灯切换至上班模式

休息模式

光照度稳定在150lx，花灯切换至休息模式

下班模式

所有灯全部熄灭

可调模式

任何时候可切换至可调模式，花灯此时也可多种模式，并且场景有记忆功能，记忆最佳模式

遥控功能

遥控功能可以任意更改模式，调节灯光亮度，并可以选择记忆模式

大办公室智能照明模式

大办公室照明设备布局图

多功能会议室：

大会议室面积为×6=㎡，平均照度设置为500lx，，因为多功能会议室要满足投影演讲、圆桌会议、一般会议等多种模式的灯光要求，并且需要可以遥控，手动控制多种模式。

所以分9个回路，一般会议模式下，只需要回路七个回路点亮，并且会议室由DDC控制器接收采集器信号，保持该模式下，会议室的亮度恒定在500lx，圆桌会议模式下，该会议室模式下只需要2——8回路点亮，并且该模式下，会议室的亮度横挡在500lx，而投影模式是，假设在会议室的最左侧，次场景下，光照强度由左到右以此由0lx——150lx程梯度变化。

散会场景，所有灯全部熄灭。

会议室内共有输入点21个，所以采用1台西门子549-612，PowerMEC1110系列，（16DI,8DO,8AI,8AO），含手动／自动切换开关和1台西门子549-610，PowerMEC1100系列（8DI,8DO,8AI,8AO），对该多功能会议室的灯光进行控制。

场景设置如下:

一般会议

回路七个回路点亮

圆桌会议

2——8回路点亮

投影演讲

由左到右以此由0lx——150lx程梯度变化

散会场景

所有灯全部熄灭

遥控模式

通过遥控控制室内的场景模式，光照强度

多功能会议室照明布置图

小会议室

小会议室面积为×6=㎡，平均照度设置为500lx，，因为小会议室要满足投影模式，一般会议等多种模式的灯光要求，所以分4个回路，可以遥控控制，一般会议模式下，会议室由DDC控制器接收采集器信号，保持该模式下，会议室的亮度恒定在500lx，而投影模式时，室内光照度稳定在50lx，散会场景，所有灯全部熄灭。

该会议室共有输入点16个，采用1台西门子549-612，PowerMEC1110系列，（16DI,8DO,8AI,8AO），含手动／自动切换开关，便可以满足小会议室的场景控制要求。

场景模式设置如下:

一般会议

会议室的亮度恒定在500lx

投影演讲

室内光照度稳定在50lx

散会场景

所有灯全部熄灭

遥控模式

可以通过遥控控制办公室内的场景模式

小会议室照明系统布置

活动中心照明系统设计

活动中心面积大，不需恒定照度，所以我们设计成感应式的照明方式，将活动中心分为15个区域，每个区域安装两个被动红外探测器，每当检测到该区域有人动作时就会自动点亮该区域的LED光管，并且自动延时10分钟，，所以，该区域有人活动时，LED灯管会一直亮着。

连个活动中心的每个区域采用相同的设置，共十五个区域30个输入点，15个输出点，选用2台西门子549-612，PowerMEC1110系列，（16DI,8DO,8AI,8AO），含手动／自动切换开关。

活动中心局部照明设计图

走廊，楼梯公共区域照明系统设计：

走廊及公共区域灯具以可调嵌入式吸顶灯，走廊灯具布置为每三米设置一个，采用自动照明控制，正常工作时间全开，非工作时间改为减光照明，各出入口有手动控制开关，可根据需要手动控制就地灯具的开关。

楼梯间采用定时控制和红外移动控制方式并且加入声音控制，工作时间全部开启，在平时启动红外移动控制方式，人来开灯，人走后延时关闭。

走廊及公共区域布置见楼层平面图。

有无人控制。

对于走廊及大厅，可通过设置在走廊及大厅等公共区域的所有红外传感器，实现晚间无人控制，此时吸顶灯打开，照度为100%,其余熄灭。

统计该实验楼的楼道共需要的输入点有48个，输出点共有24个，所以采用3台西门子549-612，PowerMEC1110系列，（16DI,8DO,8AI,8AO），含手动／自动切换开关。

便可以满足所有的楼道自动控制。

楼梯照明设备布置点

洗手间照明设计：

走廊及公共区域灯具以可调嵌入式吸顶灯，洗手间的灯具有声控，手动控制两种模式，声控必须要在洗手间布置信号采集点，从而保证灯具的亮度。

手动控制选用延时开关，手动启动后会延迟5分钟，5分钟后会自动熄灭。

从而保证对整个洗手间提供灯光，对洗手池前面的灯光，我们采用红外探测器，当有人站在洗手池前面时，红外探测器被触发，灯光亮，并且自动延时2分钟，2分钟内再次收到信号，会自动延时，从而保证灯具的亮度，当接收到声控信号后，延时5分钟，五分钟内再次收到信号，会自动延时。

六层所有大洗手间都采用如下布局，统计该图书馆的洗手间共有48个输入点，42个输出点，所以采用3台西门子549-612，PowerMEC1110系列，（16DI,8DO,8AI,8AO），含手动／自动切换开关。

便可以满足整栋楼的控制要求。

洗手间照明设备布局图如下：

洗手间照明设备布局图

小卫生间设备布置图

灯具的选择

（1）LED日光灯特点:

LED日光灯以质优、耐用、节能为主要特点，投射角度调节范围大，15W的亮度相当于普通40W日光灯，抗高温，防潮防水，防漏电。

使用电压有:

110V、220V可选，外罩可选玻璃或PC材质。

灯头与普通日光灯一样。

LED日光灯采用最新的LED光源技术，数位化外观设计，节电高达70%以上，12W的LED日光灯光强相当于40W的日光灯管LED日光灯寿命为普通灯管的10倍以上，几乎免维护，无须经常更换灯管、镇流器等。

绿色环保的半导体电光源，光线柔和，光谱纯，有利于使用者的视力保护及身体健康。

6000K的冷光源给人视觉上清凉的感受，人性化的照度差异设计，更有助于集中精神，提高效率。

（2）发光原理：

PN结端电压构成一定势垒，当加正向偏置电压时势垒下降，P区和N区的多数载流子向对方扩散。

由于电子迁移率比空穴迁移率大得多，所以会出现大量电子向P区扩散，构成对P区少数载流子的注入。

这些