照明控制的发展

4．1　照明控制的发展

人类最早的照明控制，大概应当是在建筑物中通过确定门窗的朝向、尺寸和位置等对自然采光进行的控制。

第2章介绍过，在早期的电气照明设计中，一般采用开关、断路器等电气设施近距离地进行灯光的控制。这种照明控制方式的电气设计简单、直观，对局部灯光的管理比较方便，但当涉及大面积的区域灯光管理和高层楼宇灯光的管理时，灯光的管理和维护工作量很大，费人、费力、费时，又不能得到有效的控制和节能。

随着科学技术的进步，在后来的照明实践中，开始对灯光进行远距离的照明控制，主要利用触发器、继电器甚至是单体时钟等在中央控制室内或值班室内对灯光进行综合控制。这样的系统费用低廉，适合于控制系统比较简单的地方，多见于路灯控制和城市亮化的控制，可以全部实现电气控制；但体积较大且功耗较大，使用时会产生一定程度的电磁干扰。该系统的内部线路设计相对复杂，大多由专业的控制箱生产厂家按照照明控制的要求来定制。虽然它解决了灯光的集中控制问题，但这样的系统不能对灯光的状况得到及时的反馈，不能做到双向的通信交流，功能也比较简单，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则难度较大。

在霓虹灯、跑马灯等的动态灯光变化中，利用可编程序控制器（PLC）进行灯光控制，但只能实现固定的动态效果和简单的跳跃变化。

照明控制是照明系统的组成部分之一，也是照明设计的主要内容之一。过去，照明控制的内容主要是灯光回路的开关，只在舞台灯光和多功能宴会厅等的照明中才讲求场景的控制。而现在，照明控制的发展已经趋于智能化，并成为照明设计不可或缺的一部分。通过智能照明控制系统，可以对建筑物中灯光的色彩、明暗分布和发光时间进行控制，并通过其组合创造出不同的意境和效果，提升照明环境的品质，确保在建筑物中的工作和生活群体的舒适和健康。同时，采用智能照明控制系统，有助于节能和照明系统管理的智能化、维护操作简单化，以及灵活适应未来照明布局和控制方式变更，提高照明设计的技术和科技含量。智能照明控制系统的灵活运用是照明设计师技术与艺术才能的充分体现。

随着计算机技术、通信技术、自动控制技术、总线技术、信号检测技术和微电子技术的迅速发展和相互渗透，照明控制技术有了很大的发展，照明进入了智能化控制的时代。实现照明控制系统智能化的主要目的有两个:一是可以提高照明系统的控制和管理水平，减少照明系统的维护成本；二是可以节约能源，减少照明系统的运营成本。

照明控制的发展经历了手动控制、自动控制和智能化控制三个阶段。

（1）手动控制

最初阶段是手动控制，即利用开关等元器件，以最简单的手动操作来启动和关闭照明电器，从而满足照明的要求，达到控制的目的。此时照明的控制仅停留在让使用者有需要时手动开启照明电器，不能自动开启和关闭它。

（2）自动控制

伴随着电器技术的发展，照明控制进入了自动控制阶段，它的特征是以光、电、声等技术来控制灯具。自动控制方式的缺点是与人的互动较少，局限于单个或单组灯具的控制，难以完成网络化的监控任务。

（3）智能化控制

智能化照明控制系统以计算机和网络技术为核心，利用微处理器技术和存储技术，将来自传感器的关于建筑物照明状况的信息进行处理后，通过一定的程序指令控制照明电路中的设备，调用不同的程序，执行不同的功能，就可以达到不同的照明水平，营造出不同的氛围和环境。

智能化照明控制系统是全数字、模块化、分布式的控制系统。整个系统由管理模块、调光模块、探测模块、操作模块等各种功能模块组成。每个模块中含有微处理器和存储器，也可仅含存储器，系统的每个功能都储存于某个模块中。而系统网络连接只需通过总线相连，它可以是一般的五类双绞线，或是通过在载波方式调制在电力线上，或是通过无线网络方式进行通信。

智能照明控制技术经历了从模拟到数字化的转变。模拟技术的典型控制方式是1～10V电压调光接口，而数字控制方案的代表是数字可寻址照明接口（Digital Addressable Lighting Interface，DALI）技术。

0～10V接口的控制信号是直流模拟量，信号极性有正负之分，按线性规则调光荧光灯的亮度，即0．1V对应1%的灯功率（最暗一般在5%或3%）。调光时一旦当控制信号触发，镇流器启动荧光灯，首先被激励点亮并按控制量要求调节到相应亮度。如果同一回路（单一独立组）连接镇流器较多或第1个镇流器和最后一个镇流器的距离太远，1～10V总线电压下降，无法准确调光至需要亮度。直流模拟量调光是按比例计算，不能真正反映人眼的敏感度。需要按回路布线，关灯必须切断主电源。

数字信号接口（Digital Signal Interface，DSI）镇流器的控制信号是用数字信号曼彻斯特编码（Manchester Encoding），信号没有极性要求（镇流器内部有极性校正电路），信号在控制线上传输和同步方式比较可靠，调光按指数函数方式。这种镇流器被触发启动后，荧光灯亮度可以从1%开始调整到控制信号所指定的亮度，这对剧场类荧光灯调光应用十分适合。另外，DSI还可以通过信号命令，在电子镇流器内部对进入镇流器的主电源进行开关切换控制，当荧光灯被关闭熄灭后，镇流器可自动切断主电源以节省能源消耗。还可省掉调光器经过开关控制的主电源线连接，而直接与主电源线连接，也可节省系统成本。这样，解决了在同一回路里前端镇流器与后级镇流器的亮度不一致的问题，调光特性按指数函数方式，符合人眼对灯光的敏感曲线。

DALI协议构成的控制网络的特点是:控制线简单（无需分回路布线，无需区分极性）；可以点对点控制，也可对组控制；一个控制器在任何时候均可以同时独立控制所有个体单元；随时取得控制单元的状态信息（灯故障:哪一个组，哪个单元）；自动搜索控制器及单元执行器件；将一些独立的单元构成组（回路）的方法非常简单；所有的个体单元可以在某一时刻自动地选择一个场景或全部自动进入调光模式；系统可以智能地分配和管理组及单元的地址和场景；调光的速度可以根据实际需要自动调整；个体单元的类型可以自动识别；无需另加开关来控制受控单元的ON／OFF所带来的整个系统的微功耗；与0～10V的灯光控制系统相比具有功能更强、成本更低等优点。

电子镇流器控制技术的性能比较见表4．1。

表4．1　三种不同接口电子镇流器的性能比较