无线照明控制系统应用的详细讲解

近年来无线照明产品越来越普及，从家居使用的Philips Hue、ilumi等产品，到大型楼层乃至建筑中使用的OSRAM Encelium等等，都已经或即将成为我们生活和工作中的一个要件。本文旨在对已有的无线照明控制的设备、连接方式和协议做一个比较概括的介绍，使得读者能对这方面的知识有一个比较全面的了解。

典型的自动照明控制应用涉及输入设备（诸如光电传感器）以及与之交互的功率控制器（诸如开关、调光器等）。虽然这些组件可以集成到同一设备（例如，壁箱式占用传感器）中，但它们通常是分开安装的。为了进行交互，输入设备必须向控制器发送控制信号，然后由控制器来调控负载。传统的主要方法是沿着专用的低压线路（通常称为“硬连线”）发送控制信号。最近迅速普及的一种方法是使用在空中传播的无线电波进行通信，从而无需专用控制线路。由此产生的优势使得先进的照明控制具有更大的安装灵活性、良好的可扩展性和更低的安装劳动成本，适用于许多应用，特别是布线难度较大的应用，比如在外墙、高天花板、硬质天花板、石棉基底表面、需要重新配置的空间和现有的实体建筑物中的应用。

图1：无线控制的概念图。来源：Audacy Wireless Lighting Control。

优点

无线照明控制本身就具备硬连线控制系统的基本功能，而使用无线控制系统能够带来更多明显的好处：

●灵活性：无线控制设备可以放置在任何需要的地方，不受布线限制，包括难以布线的区域。独特的应用程序提供了更大的灵活性，这能有效缩短电气规划周期。安装后也可以相对轻松地移动设备并扩展系统。

●节省劳动力和材料成本：无线控制无需专用控制线路和相关的开关支路、钢丝绳、导管和其他原材料，可加快和简化安装进程。也无需对墙壁或天花板造成损坏，对业务运营几乎没有影响，因此无线控制非常适合于现有建筑物照明改造和街道照明等应用。

●可扩展性：随着空间需求的变化，可以轻松扩展无线照明控制系统。

无线控制的优势使这些解决方案特别适用于运行控制线路的成本太高或根本不可能的应用领域，例如户外区域、停车场、仓库等的升级改造。

无线系统

无线照明控制系统通常由以下部件组成：

●灯具控制器（也称为继电器模块、电源组或调光模块），通常安装在灯具内或灯箱内；

●输入设备（例如：传感器和开关）；

●管理设备，包括网关（其功能类似于无线路由器）；

●服务器。

传感器具有无线发射器，通过空气将信号发送到嵌入在网关或中继器模块中的接收器，后者将信号发送到服务器，然后服务器与控制器通信以调节灯具的状态。开关通常将信号直接发送到灯具控制器。

无线控制的设备在安装前一般都需要设置。在设置过程中，所有设备都会被识别并添加到可编程网络中，在那里它们通常会被分组，并可由用户为分组命名，比如“大厅灯”、“走廊灯”、“卧室灯”、“厨房灯”等等。设置方法因制造商而异，包括按钮编程、条形码扫描、手机应用设置、图形数据库生成等。

对于要通信的设备，它们必须在彼此的信号覆盖范围内以确保可靠的信号传输。这些设备在拓扑内配置，以确保可靠的信号路径。它们必须使用相同的协议（通信方法）进行互操作。否则，如果系统中的设备使用不同的协议，那么系统就需要使用网关、通过网关编程将操作数据发送回中央服务器。

灯具控制器

功率控制器是一种基于继电器的设备，提供ON ／ OFF切换以及0－10VDC、DALI等全范围调光操作。在无线系统中，控制器具有嵌入式无线接收器，可接受范围内的无线电控制信号，然后在其设定规则内对这些信号进行处理。

目前一些照明控制系统提供可集成到单个灯具中的控制器。许多系统还提供能够处理更大负载的控制器，通常用于控制多个灯具。请注意，这需要从控制器到每个灯具的电源布线以及低压调光控制布线。

传感器

大多数的商业建筑能源法规要求使用占用传感器和光传感器作为控制系统的输入设备。无线控制系统的唯一区别是这些传感器包含无线发射器以使用无线电波与系统通信。传感器可以是集成灯具的一部分或安装于灯具以外的独立组件。一些单独安装的独立传感器集占用传感器和光传感器的功能于一身，以最大限度地简化安装。还有一些传感器具备额外的功能，例如温度传感。

独立传感器可以由电池供电，如果使用EnOcean技术，则通过从所在空间收集能量（例如环境光）来提供动力。如果设备采用电池供电，则应配备高品质电池，以提供可靠性和长使用寿命。它还应与效率最高的设备相匹配，以最大限度地延长两次充电之间的时间。

开关和其他设备

与传感器一样，在大多数空间中需要开关以便于手动控制。手动控制的优先级应该高于任何预设定的程序，以便于用户在必要的时候可以自主地对系统进行控制，而不用受限于其他因素。开关也可提供调光操作。与传感器一样，它们可由电池供电或收集所在空间的能量，例如拨动开关产生的机械能。一些开关还提供附加功能，例如使用不同的按钮来选择不同的预设照明场景。

许多控制系统可以使用触摸屏手动控制面板。这些屏幕提供手动控制功能，可编程预设场景，具备联网功能，以及可以集成一些非照明功能，如温度控制和基于空间占用情况的节能调度。

最后，一些系统允许将第三方设备合并到网络中。例如，一些系统与无线插头负载控制器通信以满足现行的法规，而其他系统与暖通空调控制器通信以调控温度。

服务器和网关

如果无线控制系统联网进行单点日常操作和数据收集，它应具有中央服务器和（或）网关。服务器通常安装在IT或电气柜中，它存储关于网络上的照明和控制点的信息，它还存储调试、编程信息，还可以存储能源使用数据。

大多数联网的照明控制系统也使用网关将服务器的网络连接分配给设备（控制器、传感器和开关）。在大多数无线系统以及大多数有线系统中都是如此。在无线系统中，网关本质上是无线路由器，通常安装在完成装修的空间中。

图2：图片来自OSRAM Encelium。

如果服务器、网关和控制设备之间的连接中断，控制设备将按照上次配置继续运行。然而，与服务器中断连接可能导致能量数据和其他功能的丢失。在某些系统中，服务器功能已合并到网关中。通过将该服务器功能与网关功能相结合，位于受控空间中的一个设备就足以完成两项任务。

但是，在大多数系统中，服务器是与网关分开的。这种情况对于集中式控制系统来说是比较普遍的，对于大多数基于房间区域的系统而言通常也是如此。在这种情况下，网关必须通过某种形式的电缆连接到服务器，通常使用以太网电缆（即Cat 5e）来实现。在大型空间中，例如大型开放式办公楼层，服务器通常位于IT室或电气柜中。网关遍布整个受控空间。因此，电缆必须从受控空间中的网关路由到IT室或电气柜中。

如果业主允许，则可以使用业主现有的IT网络将网关连接到服务器。如果您可以将网关以及服务器物理连接至现有的网络端口，则只需确定网关的IP地址，服务器软件就可以找到它们并将它们拉到照明控制系统上。在这种情况下，不需要从受控空间到建筑物的核心排布额外的电缆来进行此连接。

图3：图片来自OSRAM Encelium。

审核编辑：符乾江