林军谈:城市照明控制系统的沿革与技术限制

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林军谈:城市照明控制系统的沿革与技术限制
来源:信达电通发布日期:2018-09-21 09:37-

城市照明控制系统随着照明主体由单体到群楼再到城市整体的升级而不断进化,控制方式也从回路的开关控制、主从网络控制、无线远程控制发展到现在智慧物联网云控制,更智能更便捷的城市亮化需求带给亮化工作者全新的机遇和挑战,在城市亮化日趋成熟的今天,我们该如何思考,打造出不仅符合技术潮流、满足城市管理者预期,而且能够引领行业发展的照明控制系统?

一、城市照明控制系统的历史沿革

城市照明亮化控制系统的发展日益精进,纵观城市照明控制的发展轨迹,大体可以总结为四个大的阶段,回路开关控制、主从网络控制、无线远程控制、智慧物联云控制。

照明回路的开关控制属于非智能的回路电气控制,虽然简单可靠,但是控制回路无法定时、多为人工开关,而且无法对灯具进行调光、RGB变光。

回路开关控制系统示意图

图片|回路开关控制系统示意图

主从网络控制突破人工控制的多种局限性,实现定时、准确等多种优势功能。

主从网络控制系统示意图

图片|主从网络控制系统示意图

无线远程控制突破再次升级突破地域限制。

无线远程控制系统示意图

图片|无线远程控制系统示意图

智慧物联网云控制包含无线物联网云智能照明控制系统、景观亮化云智能照明控制系统、智慧路灯照明控制系统三个控制系统分支,并且实现移动智能终端的控制操作。

鼎立慧联云控制器

图片|鼎立慧联云控制器

鼎立慧联物联网云智能照明控制系统拓扑图(精简版)

图片|鼎立慧联物联网云智能照明控制系统拓扑图(精简版)

鼎立慧联集成云智能控制器DALI模块、电量采集模块的配电箱

图片|鼎立慧联集成云智能控制器DALI模块、电量采集模块的配电箱

智慧物联网云控制系统在路灯照明控制、广告牌照明控制、景观照明控制、产业园照明控制、港口码头照明控制、古城亮化照明控制、夜景亮化照明控制中都有运用。

信达科技·西藏拉萨大昭寺建筑外立面亮化

图片|信达科技·西藏拉萨大昭寺建筑外立面亮化

信达科技·西安高新区永阳公园亮化

图片|信达科技·西安高新区永阳公园亮化

信达科技·西安高新区都市之门亮化

图片|信达科技·西安高新区都市之门亮化

二、城市照明控制系统的种类和特点

串行SPI控制系统

即DVI视频输出的串行SPI控制系统。SPI ( Serial Peripheral Interface一一串行外设接口)总线是Mototola公司推出的一种同步串行接口技术。

由于这种控制方式的芯片是专为LED显示屏设计的,而为显示屏设计的LED驱动芯片是多路的,如8路、16路,所以这种控制方式应用较多的是在LED轮廓灯上。如果当中有一个LED驱动芯片出现故障,将导致整条总线通信中断。因为级联方式、出线过多等各方面原因并不适合在LED点光源上应用。

DVI视频输出的串行SPI控制系统示意图

图片|DVI视频输出的串行SPI控制系统示意图

主从网络控制

即基于扩展DMX512的控制方式。DMX512通信方式是采用了异步通信格式,每个调光点由11位组成,其中一个是起始位,8位调光数据,两次传输能512个调光点。DMX512控制线采用5针XLR(有时候是3针)连接设备。规范中用一条两对导线(4个连接口)来实现屏蔽,但只需要其中一对,第二对导线用于未指定的可选场合中。

基于扩展DMX512的控制系统示意图

图片|基于扩展DMX512的控制系统示意图

物联网的云控制方式

云智能照明控制系统采用物联网云技术、无线通信技术和智能照明技术,具有简单、实用、智能、节能、高性价比等优点。以云智能照明控制器为基础设备,用户能够快速搭建起高效的智能照明管理平台,并借助手机、电脑、PAD等终端随时随地对现场照明进行远程实时监控和管理。全能型云智能照明控制器具有良好的扩展性,通过外接扩展设备可实现开关回路扩展、能源监测、电流电压采集、环境信息监测等功能。

信达科技物联网云智能照明控制台

信达科技物联网云智能照明控制台

图片|信达科技物联网云智能照明控制台

三、城市照明控制系统的技术限制

1基于DVI视频输出的SPI控制方式特点技术限制

ⅰ 信号带宽较宽,最高可达10MHz;

ⅱ 由于信号频率高,所以传输距离较短;

ⅲ 构成图像的刷新率高,最高帧刷新率达800Hz、灰度等级高,单色可达16bit(65536色阶), RGB三基色可显示280万色;

ⅳ 由于是信号串行通讯,任何一个信号链路出现故障都会导致后续通讯中断,信号传输处于无序不受控状态。

2基于扩展DMX512的控制方式特点及技术限制

DMX512通信方式是采用了异步通信格式,每个调光点由11位组成,其中一个是起始位,8位调光数据,两次传输控制512个调光点(RGB灯控制170.66,RGBW灯控制128),目前为了拓展DMX512的潜力和应用的需求,大部分采用非标准的扩展DMX512,扩展了DMX512的控制点达4096(RGB灯控制1365.33,RGBW控制1024)。

ⅰ 每个控制点为总线地址可编程,个别点失控不影响后续传输;

ⅱ 信号线采用6类网线时传输长度可达100米(实际应用控制在 70米之内);

ⅲ 灰度等级仅8bit(单色256级色阶,三基色可显示16兆色);

ⅳ 受DMX512协议限制,信号带宽不高(250KHz),所以刷新率不高,仅能满足视频图像的基本要求。

3基于物联网的云控制方式技术限制

ⅰ 由于采用了云控制技术操作,管理更加方便,实现了不受地域限制的远程操控,包括手机、PAD等移动操控;

ⅱ 可以在云服务器端对灯具进行运营数据管理及资产管理;

ⅲ 双向通讯,可以采集景观照明灯具的各项参数及环境参数(电流、电压、功耗、亮度、温度等);

ⅳ 由于受嵌入式控制器(ARM)性能及通讯条件的限制,目前较多的物联网云控制器大部分都作为回路及单灯的开关控制,我们已经通过RS485总线接通了DALI调光模块,可对单灯进行调光控制。

四、城市照明控制系统的发展及创新

1无线控制与有线控制的结合

立即博 ⅰ 以光纤为主的有线网络是最为稳定可靠的,是项目规划的首选;

ⅱ 无线可以作为有线网络补充;

ⅲ 在无线网络连接信号稳定可靠的条件下可以考虑全无线网络;

ⅳ 终端的控制器一定要有定时模式、场景模式、节目单模式,以便信号离线或者不受控的情况下进入上述模式,不至于影响灯具的控制。

2从灯具应用分类来看控制系统

立即博 亮化设计中灯光表现形式不同,所选用灯具不同,进而适合的控制系统也不同。

若使用以视频图像为主的LED点光源、灯条及格栅屏,一般情况下适合DMX512联机控制系统,对视频、图像要求高的适合DVI输出的SPI控制系统,也可无线接入云服务器。

若使用以表现建筑轮廓且有动态变化的多段控制的洗墙灯、线条灯,小型项目适合脱机(SD)DMX512控制系统,大型项目适合联机DMX512联机主从控制系统,也可无线接入云服务器。

若只使用单色、RGB、RGBW洗墙灯,适合DMX512控制系统、物联网云控制系统。

那么如何才能将多种控制系统融合在一起?可以通过网络交换机将不同的控制系统连接在一起,也可以通过RS485总线将控制系统连接在一起,还通过云服务器将控制系统连接在一起。其中,通过云服务器将各类控制系统用软件的方法整合是目前较可行的控制系统综合方案。

3控制系统综合的考虑

立即博 1)控制系统电磁特性

实现控制器电磁兼容性:控制系统电磁兼容性需要通过CE认证,包括EMC/EMI检测。

实现输出端子电磁隔离:输出端子与灯具信号间做到完整的磁耦隔离,防止灯具上的噪声信号反向串扰,防止某个端口灯具受雷电或物理损坏导致的故障传导到其他端口。

控制器供电与电网隔离:隔离电网由于雷电或其他原因(如焊接钢架)导致的波动,电源模块要具备防浪涌设计。

2)控制系统可靠性设计

为实现控制系统的可靠性,在设计中需要满足以下五个条件:

防宕机电路:防宕机电路通过监控心跳信号,在出现供电异常、超低温/高温异常、通讯线路异常等错误时自动触发恢复机制。

核心部件温度监控:实时监控核心器件工作温度,对可能出现的故障进行提前预警。

极端温度环境:支持-40℃~80℃的大范围温度环境。

控制器防雷击保护:耐受共模6KV瞬时高压。

电信号保护及自动恢复:数据线超过6V自动启动过压保护,数据线超过100mA自动启动过流保护。

城市夜景建设的发展一方面体现在亮化设计的不断创新,另一方面体现在亮化控制系统的不断革新。在城市美化运动的大潮下,灯光设计者和系统工程师们需要不断总结进步,研发出更加稳定、便捷、高效的控制系统。

信达科技拥有15年的城市照明设计及实施经验,核心团队人员从事过国家体育场(鸟巢)、奥体中心、国家游泳中心、国家会议中心、上海世博会荷兰馆及卢森堡馆、上海中心、重庆园博园等众多大事件照明项目的设计与施工。欢迎来电咨询。

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