智能照明技术课程设计.doc

课程设计（论文）用纸

基于lonworks总线的智能照明网络控制系统的设计
班级：智能901 姓名：李兵 指导老师：孙继武
摘要
此次智能照明系统设计是基于LON总线以海湾5201DDC为基础实现庭灯、走廊灯、卧室灯、厕所灯的智能照明控制。通过学习掌握LON总线的原理与应用，掌握DDC的控制原理，了解被动红外探测器、光照度传感器等信号采集装置的信号采集与继电器组的反馈原理，绘制智能照明系统的控制原理图，在亚龙YL-795S3型SAS及BAS集成系统应用教学平台进行硬件安装与接线，在经过软硬件调试，实现用DDC手自动实现不同区域的控制照明，及智能照明系统的设计。
此次设计最重要的地方就是如何把多个DDC连接在一个电脑上并同时对其进行控制与组态的监视，经过我的学习及查找资料，DDC是完全可以连接的，但如何用Lonmaker软件编程就成了最大的问题，这个我以后还要做更深入的研究。

关键词：LON总线，智能照明、组态王、DDC

目录
摘要 1
1.绪论 2
1.1引言 2
1.2智能照明系统及其发展现状 2
1.3课题的研究意义 4
2系统设计原理 6
2.1亚龙YL-795S3型SAS及BAS集成系统应用教学平台简介 6
2.2信号采集器的工作原理 7
2.2.1紧急求助按钮 7
2.2.2被动红外空间探测器 7
2.2.3声光控延时开关 8
2.2.4时间控制模块 9
2.3 DDC控制模块 9
2.4 LonMaker3.1 网络管理软件 12
2.5组态王 14
3成果及分析 15
3.1 LonMaker软件设计 15
3.2组态界面设计与分析 17
3.3硬件安装与接线 19
3.3.1硬件搭建清单 19
3.3.2 硬件运行图 21
4总结 22
5参考文献 23

1.绪论
1.1引言
随着现代建筑和照明技术的发展，传统的照明设计方法己经不能解决实际场景对照明效果的不同需求，简单的控制方式更不便于管理和维护。智能照明控制技术顺应了计算机技术、通信技术、控制技术的发展潮流，能够实现对建筑的分散控制、集中管理的智能化照明，具有很大的发展空间。论文通过亚龙YL-795S3型SAS及BAS集成系统应用教学平台，研究讨论了LonWorks总线在照明系统中的应用，设计了基于LonWorks总线的智能照明系统。
该系统利用光照度传感采集光照度，讲过处理输出电压传给DDC，DDC可以输出电压控制照明灯的亮度，还有利用光照度开关控制庭灯的开关，使得系统更加的节能。应用LonWorks技术，将灯具的状态数据以数据变量的形式进行上位传输，达到对照明灯具的智能化、分布式控制。
1.2智能照明系统及其发展现状
智能照明控制系统，又称建筑调光系统。是指利用计算机、无线通讯数据传输、扩频电力载波通讯技术、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。
智能照明系统一般由主控模块、采集器模块、执行器模块、监控上位机四个部分组成。主控模块是系统的控制者，负责总线上信号的仲裁和传递，同时负责总线的供电。它是系统中的核心部件，每个系统必须有一个主控模块。采集器模块是系统信息的输入通道，控制指令由用户或传感器经它发出。目前，采集器模块基本上包括按键和传感器。执行器是具体的驱动单元，系统的信息输出通道，它根据控制指令去驱动具体的对象，如灯、电源开关、警灯、警铃等。监控上位机提供了整个系统的集中显示，实时监控，可以对现场进行直接操作，具有系统生成、信息诊断等功能，通过主控模块与其他设备连在一起，要求具有较高的可靠性和良好的稳定性。
现代意义上的智能照明系统是从舞台灯光控制系统发展起来的。1986年美国影视剧场技术协会工程委员会开始制定控制灯光设备和附件的数字式传输标准—DMX512协议。上世纪90年代后期，随着楼宇自动化和办公自动化的兴起，智能照明控制系统的应用从剧场的舞台灯光逐渐转向了各种建筑物的照明。照明控制技术也由集中控制方式转变为集散控制和分布式控制。进入21世纪后，大量的新产品、新技术的出现，使智能照明技术向系统一体化集成的方向发展。网络技术的渗透使得不同控制方式的系统间相互结合，实现了资源共享、远程监控以及异常信息处理等一体化管理。各类智能照明产品的生产和技术实现也随着行业标准和规范的制定逐步地完善，并进入成熟、实用、可靠阶段。
国外从上世纪90年代就开始从事智能照明系统的开发与应用，如今已开发出不少智能灯具和智能照明的控制与管理系统，如澳大利亚奇胜(Clispal)的C-BUS总线，德国ABB公司的I-BUS总线，邦奇Dynet,总线协议，Philips的DALL协议，日本松下的HBS协议，以及X-10电力线载波协议。采用无线网络技术的智能灯光控制系统产品最近也相继出现。与电力线载波方案一样，由于不需要专用的网络线，且可以使用电池供电，因此该方案安装或扩展非常灵活方便，而且也降低了用户的总体成本。 我国在灯光调控方面的研究起步较晚。灯光调控在美国的使用率为70%，欧洲为40%-50%，亚洲为10%-15%，其中日、韩占15%-20%，中国还不到1%0。但是国内在智能照明控制技术方面的研究也相当迅速，如智能住宅中心控制系统(IHCC)，和“真善美”品牌的智能照明控制开关等。
总的说来，智能照明还处于发展阶段，国内外很多知名企业都看好这个新锐行业，己经投入了大量的人力和财力来着手研发新颖的智能照明控制系统。目前，智能照明系统在住宅、道路、体育场馆、工业厂房、公园等照明场合得到不同程度的应用。
1.3课题的研究意义
为贯彻我国资源节约与开发并举，把节约放在首位的方针，早在1993年国家经贸委就把节电工作列为节能工作的重点之一，并于19%年9月18日正式启动了《中国绿色照明工程实施方案》。目前，我国电力工业的发展速度很快，但是用电效率低和电力供应不足的问题仍然比较严峻，并且在今后一段时间内将继续存在。推行终端节电技术节约电能，是改善电力负荷紧张的主要方法。我国照明用电约占发电总量10%左右，且以低效照明为主，是终端节电的主要对象之一。照明用电大多数属于峰时用电，因此，照明节电具有缓和高峰用电的作用。同时，我国电耗高和用电浪费的问题相当严重，是造成环境污染和企业经济效益不高的重要因素。照明节电具有良好的经济效益，节约千瓦电量的投资只有新建千瓦容量电厂造价的15%-50%，用户节电平均成本只相当于终端电价的1/3左右，节电投资回收期平均不到一年。“九五”期间，实施绿色照明工程，可减少电力建设投资490-630亿元，扣除节电投入实际可减少社会支出300-400亿元。和传统的照明系统相比，智能照明系统更具有操作安全(一般采用24V低压)、安装简单、维护方便、可扩展性好(使用软件设计)、功能丰富(能实现灯光的任意组合)、便于系统集成(配有通讯单元)等优点。此外，智能照明能够根据人们的行为模式和住宅的光环境决定照明的控制规律，体现了以人为本的照明控制思想，创造了一个个性化、艺术化、舒适、高雅的居住环境。
2系统设计原理
2.1亚龙YL-795S3型SAS及BAS集成系统应用教学平台简介

图2-1
本设备的硬件由三维立体支架、系统器件、辅材及工具四部分组成。三维立体支架主要包括开放式标准19英寸机架、网孔电箱、网板、线槽及高级铝型材框架等；系统器件主要包括各种电源、网络、监控、显示、输入及输出装置等；辅材主要包括各种线材、连接及紧固件等；工具主要包括人字梯、各种常用及专用工具等。软件则由专用系统软件与通用监控软件等组成。
使用本设备能够使学生在三维支架各个自定义区域中对系统进行设计、安装、接线、编程、组态、集成、调试、运行及维护等操作，从而熟练掌握系统的根本技术要点及其拓展与集成。
2.2信号采集器的工作原理
2.2.1紧急求助按钮

图2-2
正常状态下的紧急求助开关NO-C为常开状态，压下锁定时NO-C接通。复位时需使用专用复位钥匙。使用万用表通断档进行测量。
系统中装有一个紧急求助按钮，安装在房间的墙壁上，用于遇到紧急情况时，按下向DDC主机发出紧急情况信号。
2.2.2被动红外空间探测器

图2-3
被动红外空间探测器防拆模拟开关压下时亮灯，表示正常状态；弹起时灭灯，表示被拆状态。
被动红外空间探测器在通电加温后1~2分钟内，不会有任何反应。可利用人体活动进行实验，首先在探测器前方保持身体不动，等探测器上红色指示灯熄灭后开始晃动身体，灯亮，表示探测器已经探测到自动探测区域内的人体动态移动现象，进入触发状态。
正常和通电状态下的被动红外空间探测器C-NC为常闭状态，触发状态或断电状态或被拆状态，都将使C-NC断开，进入报警状态。使用万用表通断档进行测量。
2.2.3声光控延时开关

图2-4
声光控延时开关在大于一定光照度的情况下（如白天），该产品不会动作，所控制的照明灯不会点亮；在小于一定光照度的情况下（如黑夜）,大于一定强度的声音（如脚步声，说话声等），将会使该产品动作并持续一段时间，所控制的照明灯也会点亮并持续一段时间。该产品不但能给人们带来方便，而且实用，可节约电能，是环保“绿色”产品。
2.2.4时间控制模块
本系统采用的是海湾公司生产的HW-BA5210DDC控制模块。它是只能控制系统的时间校对模块，在它内部有块电池，能够在掉电后重新通电的情况下精确的输出系统时间。它的外形如下图
图2-5
2.3 DDC控制模块
直接数字控制系统(Direct Digital Control简称DDC)，计算机通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制生产过程。因此DDC系统是一个闭环控制系统，是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式。DDC系统中的计算机直接承担控制任务，因而要求实时性好、可靠性高和适应性强。
本系统采用中国海湾公司的HW-BA5201DDC控制模块作为控制主机。HW-BA5201DDC控制模块是智能楼宇控制系统的一部分，它采用LONWORKS现场总线技术与外界进行通讯，具有网络布线简单、易于维护等特点。它可完成对楼控系统及各种工业现场标准开关量信号与模拟量信号的采集，并且对各种模拟量以及开关量设备进行控制。
模块特点
l 具有11路通用输入端口，可采集多种类型的模拟量信号与不同电平的开关量信号，并对其进行不同方式的处理。
l 具有4路开关量输出端口，可输出多种形式的开关量控制信号。
l 具有2路模拟量输出端口，可对各种模拟量控制设备进行控制。
l 具有2路通用输出端口，可输出模拟量或开关量控制信号。
l 控制器内部集成多种软件功能模块，通过相应的Plug_in，可对其方便地进行配置。
l 控制器内部集成有空调控制功能模块，可对温度、湿度与风阀进行手动或自动调节。
l 控制器内部集成有事件日程功能模块，通过配置，可分别对6路开关量控制设备进行定时启停。
l 控制器内部集成有状态机功能模块，通过配置，可实现各种不同的逻辑组合功能。
l 控制器内部集成有机组运行时间累计模块，可对某一开关量设备的运行时间进行累计。
l 通过配置，可使控制器内部各软件功能模块任意组合，相互作用，从而实现各种逻辑运算与算术运算功能。
功能特性
l 工作电压：DC24V，允许范围：DC21.6V～26.4V或AC17V
允许范围：AC14.45V～18.7V工作电流：500mA
l 协 议： LONTALK
l 通讯介质：双绞线（推荐使用：Keystone LonWorks 16AWG(1.3mm)
l I/O数量：11个UI，4个DO，2个UO，2个AO
l 输入信号类型：
AI 0~5VDC，0~10VDC，0~24VDC，4~20mADC，10K电阻温度传感器模拟量信号，10位A/D
DI DC5V，DC12V，DC24V有源开关量信号
无源开关量信号
输入保护：信号输入口具有防反接与过压保护功能
l 输出信号类型：
DO 触点容量250VAC/5A，具手/自动转换开关，输出为常开或常闭选择
AO 0~10VDC，具手/自动输出转换开关，10位D/A
UO 可作DO/AO输出用，具手/自动输出转换开关
a） DO：触点容量250VAC、5A，输出为常开或常闭选择。
AO： 0~10VDC，10位D/A。
图2-6 HW5000系列DDC总结
2.4 LonMaker3.1 网络管理软件
LonMaker 集成工具（版本3.1）是Echelon 公司提供的一个软件包，它可以用于设计、安装、操作和维护多厂商的、开放的、可互操作的LonWorks 网络。它以Echelon 公司的LNS 网络操作系统为基础，把强大的客户-服务器体系结构和很容易使用的Microsoft Visio®用户接口综合起来。这使得LonMaker 成为一个完善的，并足以用于设计和启动一个分布式的控制网络的工具。
LonMaker 工具为LonMark 节点，i.LON Internet 服务器和其它LonWorks 节点提供全面的支持。这个工具充分利用了LonMark 特点的优越性，例如标准功能属性、配置属性、资源文档、网络变量别名、动态网络变量和可修改的类型等。LonMark 功能模式在LonMaker 图形中以图形功能块的形式显示，可以很方便的目视和编制控制系统的逻辑文档。此外，它还向用户提供用于设计控制系统的、大家较为熟悉的、类似于CAD 的环境。Visio 灵巧的图形绘图功能为创建节点提供了直接的、简单的方法。LonMaker 工具包括许多LonWorks 网络用的灵巧的图形，并且用户可以创建新的自定义图形。自定义图形可以像单个节点、功能块和连接线一样简单，也可以像带有嵌套子系统和预定义节点、功能块以及它们之间的连接的完整的系统一样复杂。当设计一个复杂的系统时，使用自定义子系统图形是节省时间的特性，只要通过简单的从模板（Stencil）中拖动一个自定义子系统图形到绘图区，额外的子系统就能被创建。

图2-7 LonMaker软件界面
2.5组态王  
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。
　　组态王kingview6.55是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。

3成果及分析
3.1 LonMaker软件设计

图3-1 LonMaker软件模块设计

图3-2 LonMaker软件连接模块设计

3.2组态界面设计与分析

图3-3越层卫生间灯亮，卧室亮一盏灯

图3-4光照度开关动作，庭灯亮

图3-5越层被动红外探测动作，日光管亮

图3-6越层卫生间灯亮、卧室亮一盏，平层卧室全亮

图3-7按下紧急开关，灯全亮
3.3硬件安装与接线
3.3.1硬件搭建清单
类别
序号
名称
数量
单位
备注
平台
1_1
高级铝型材支架
2
台

1_2
网板
2
批

1_3
线槽
2
批
特定布置
1_4
网孔电箱
2
个
漏电开关、开关电源及接线端子等
1_5
标准19英寸机架
2
台
电源排插、托架及键盘活动层板等
1_6
计算机移动推车
2
台

智能照明系统器件
3_1
继电器
8
个

3_2
光照度开关
2
个

3_3
卤钨灯
2
个

3_4
光照度传感器
2
个

3_5
LED调光驱动器
2
个

3_6
LED灯
2
个

3_7
被动红外探测器
2
个

3_8
日光灯
2
个

3_9
三位场景按钮
2
个

3_10
日光管
4
个

3_11
紧急开关
2
个

3_12
DDC控制模块
2
台

3_13
LON网络接口
2
个

3_14
DDC编程软件及相关Plug-in程序
1
套
LonMaker3.12
SAS及BAS
4_1
网络跳线
1
根

4_2
DDE接口服务器软件
1
套
LNS DDE Server 2.1
表3-1
3.3.2 硬件运行图

图3-8 硬件运行

第1页 共22页

4总结
经过为期一个七天的课程设计将要结束了。在这个星期的学习中，我学到了很多，也找到自身的不足，感受受益匪浅。
这几天我们分工合作、齐心协力，一起完成了课程设计前的准备工作，小组分工讨论分工，先后实验了几种连接方式，最终得出一个可以实现的方法。
在课程设计的过程中，我们经历了感动，经历了一起奋斗的酸甜苦辣，也一起分享了成功的喜悦。这次课程设计对我们每个人来说都是一个挑战，虽然我们在之前的竞赛中做过关于智能照明的东西，但是我们所做的只是用一台电脑控制一个DDC，然后完成组态监控。这次课程设计的主要目的是完成一台电脑控制多个DDC，并在组态上监控，开是我觉的很简单，可是我尝试的时候就出现问题了，我先是把两个DDC的USB都插在电脑上，在新建Lonmaker是发现要选择USB，我意识到这样做是不行的，我就只能换别的方法了。后来我想这把两个DDC连在一个USB上，我开始尝试，新建成功了，然后我一步一步往下做，开是都很顺利，当我给第二个DDC配置输入输出时问题就出现了，我发现在给第二个DDC配置时无法实现，智能配置ui1，ui2就不能配置了，我很想知道那里出了问题，但最终我还是没办法解决，我就只能改变方法，用一个多i/o的DDC来控制多个灯了。
此次设计基本达到了设计目的，通过对组态王和Lonmaker两大工业软件的使用借助亚龙YL-795S3型SAS及BAS集成系统应用教学平台实现了智能照明控制系统的手动和自动控制功能。对组态王和Lonmaker网络管理软件有了更深的理解，加深了对其基本功能的理解和拓展功能的应用。对DDC和上位机的连接也有了一定的认识，了解了通讯协议485/232的一些基本知识。
课程设计这样集体的任务光靠团队的一个人或几个人是不可能完成好的，合作的原则就是要利益均分，责任共担，如果把任务交给一个人，那样即增加了他的压力，也增大了完成任务的风险，降低了工作的效率。所以在集体工作中，团结是必备的因素，要团结就要让我们在合作的过程中真诚、自然、微笑。课程设计结束了，但我们一起奋斗的精神和这份宝贵的经历将成为我们永远的美好记忆。

5参考文献
[1]于军琪等.《智能建筑课程设计与项目实例》北京：中国电力出版社，2011
[2]黄民德等主编.《建筑电气照明》北京：中国建筑工业出版社，2008
[3]国家建筑标准设计图集06DX008-1《电气照明节能设计》
[4]民用建筑电气设计与施工图集08D800-4《照明控制与灯具安装》
[5]亚龙795S3型 SAS及BAS集成系统应用教学平台技术资料
[6]其他照明控制相关资料