美的總部大樓LED照明設計與控制理念(圖)

美的總部大樓 LED 照明設計與控制理念 (圖 ) 一、 LED的特點 LED 是英文 Light Emitting Diode(發(fā)光二極管 )的縮寫，是一種新型的用微弱電能就能發(fā)光的高效固體光源。 LED 的主要特點是：壽命長、能耗低、顯色度高、環(huán)保、易維護、體積小、直流電驅動、驅動電壓低、點亮速度快、無頻閃、眩光少、耐震性佳、發(fā)熱少、適合智能調光控制等特性，是近年來全球最具發(fā)展前景的高新技術領域之一。目前 LED 發(fā)光效率已遠高于其它所有光源，在照明領域顯現(xiàn)出明顯的節(jié)能效果。 LED路燈有如下優(yōu)勢： 1、節(jié)能顯著 。采用超高亮度大功率 LED 光源配合高效率電源，實際照明效果經(jīng)測試比目前道路使用的高壓鈉燈綜合節(jié)能 60%以上 ; 2、單一黃色的高壓鈉燈顯色指數(shù)很低 (約 23)，照射下物體顏色失真就非常明顯。而 LED 路燈顯色指數(shù)很高 (高于 80)，接近日光 (顯色指數(shù) 100)，對顏色的呈現(xiàn)更真實，更鮮艷。根據(jù)建設部城市道路照明設計標準有關條文，與高壓鈉燈相比，顯色性好的白光燈光源的光譜分布有較高的藍綠成分，因此，在道路照明 (非明視 )條件下可以產(chǎn)生更高的可見度，因此達到相同的視覺效果所需要的光源功率，白光燈就要比高壓鈉燈低很多 。 3、多種色溫可選。能滿足不同場合對色溫的需求，消除了鈉燈色溫過低和汞燈色溫過高引起的催眠情緒和壓抑情緒，使觀察者倍感舒適 ; 4、超強壽命 50,000 小時以上。 LED 采用高可靠性的先進封裝工藝，充分保障 LED 的超長壽命，是傳統(tǒng)鈉燈、汞燈的 5-10 倍。 5、綠色環(huán)保。 LED 照明路燈不含鉛、汞等污染元素，對環(huán)境沒有任何污染，從生產(chǎn)過程到使用過程直至報廢幾乎全無污染 ,實現(xiàn)了真正意義上的綠色環(huán)保節(jié)能照明。 6、耐沖擊。 LED 燈無燈絲和玻璃外殼，沒有傳統(tǒng)燈管碎裂的問題，抗震力強。 7、低熱低電壓 。直流低壓工作的特點相比傳統(tǒng)的燈具更加安全可靠。 LED 結溫控制在理想的溫度下，(TJ60 ，環(huán)境溫度 Ta=25 時 )。 8、無輻射。 LED 燈無紫外線 (UV)和紅外線 (IR)輻射，對人體無傷害，燈下也不會招惹蚊蟲。 9、 LED 路燈可以方便地調整照射角度，使被照區(qū)域的照度變得更為均勻。同時減少對環(huán)境空間的光污染。 10、對電網(wǎng)無污染。功率因數(shù) 0.9，諧波失真 20%， EMI 符合全球指標，減少輸電光效率遠遠高于現(xiàn)在所有的電光源。 12、 LED 直流、低壓、節(jié)能的特點可極為方便的與太陽能，風力發(fā)電 相結合。 二、美的 LED路燈獨有的技術特點及突破 目前美的 1W 白光功率型 LED 已進入穩(wěn)定批量產(chǎn)業(yè)化階段，發(fā)光效率可達到 95 lm/W。美的 LED 路燈采用當今最高亮度和高穩(wěn)定性的芯片，結合美的的封裝技術 , 達到了國際先進技術水準，除具備以上 LED路燈具有的特點 ,又具有其他廠家不具有的以下主要特點： 1、獨特的二次光學設計，可將取光效率達 90%以上，在 12 米高的情況下，形成 10m40m 的矩形光場，且光分布非常均勻，被照區(qū)域的均勻度達到 0.6 以上 (國家標準 0.4)，完全能滿足道路照明要求。 2、整個燈具使用當今業(yè)已成熟的光效率最高的最先進的 1W 的 LED 列陣而成，每顆 LED 都具有一個獨立的二次光學系統(tǒng)。 3、低熱阻的結構設計與良好的散熱設計，保證了溫升不會超過 30 ，從而保證了 LED 的工作壽命。 4、目前研制出的 56W、 70W、 84W、 98W、 112W、 126W、 140W、 154W、 168W、 182W 及 196W大功率 LED 路燈比普通高壓鈉燈節(jié)約電量 60%以上 5、 LED 路燈自動控制 : 可根據(jù)不同時間段的需要設定不同的亮度，更加提高節(jié)能的效果 6、驅動電源部分與燈具分開安裝，降低了燈 體的額外溫升，保證 LED 溫升不會超過 30C，并使維護方便。 7、在大功率 LED 路燈項目上已擁有國際、國內專利 200 多項專利，其中 LED 路燈正在受理中的有 9項國家發(fā)明專利、 16 項實用新型專利、 8 項外觀專利 );其它核心專利中還包括美國、德國專利 17 項，同時通過多項國際國內權威認證。中國 3C、美國 UL、加拿大 OSA、德國 GS、 VDE、歐盟 CE 認證 8、燈體采用壓鑄鋁材料。 三、景觀照明設計理念 1、照明設計主題：開放、和諧、務實、創(chuàng)新。 2、 B、 D 區(qū)采用豎向與橫向 LED 燈光的配合表達設計 主題。 3、 A、 C 區(qū)采用內透光與橫向燈光的配合表達溫馨、自然的效果。 4、利用燈光表達出美的企業(yè)的企業(yè)精神與美的總部大樓的建筑外結構是本次照明設計的目的。 四、接地及安全 1、本工程接地型式為 TN-S 系統(tǒng) ,設置專用保護線 (PE),凡正 常不帶電而絕緣損壞時可能帶電的電氣設備外殼 ,穿線金 屬管 ,支架等均應與保護線可靠連接。 2、總配電箱裝有二級浪涌保護，各配電箱應與總等電位接 地干線連接。 五、電氣回路說明 1、 20 盞橫向 LED 燈共用 1 個驅動電源， 10 盞豎向 LED 燈 共用 1 個驅動電源。 2、橫向燈的電纜沿各層水平方向敷設，豎向燈的電纜沿裝 飾柱豎向敷設。 3、 A、 C 區(qū)的內透光燈具與橫向燈具分開控制。 六、控制方式 設計標準： 1、注冊電氣工程師設計手冊 (ISBN7-5083) 2、建筑物電氣裝置標準及相關規(guī)定匯編 (TU85-65) 3、建筑施工平面圖 4、建設單位的各種要求及提供的各種設備資料 5、工業(yè)企業(yè)通信接地設計規(guī)范 (GBJ79-85) 6、通信光纜的一般要求 (GB/T7424-87) 7、高層民用建筑設計防 火規(guī)范 (GB50045-1995). 8、民用建筑電氣設計規(guī)范 (JGJ/T16-1992). 9、智能建筑弱電工程設計施工圖紙 (GJ137-471) 10、民用建筑電氣設計標準 (GBJ 133-1990) 11、信息技術互連國際標準 (ISO/IEC11801-95) 12、綜合布線工程設計規(guī)范 (CFECS72-97) 13、商用建筑線纜標準 (EIA/TLA-568A) 1.控制系統(tǒng)方案 1.1 系統(tǒng)架構設計 (1)概述 B、 D 區(qū)縱向的 LED 燈光采用電腦控制、大樓燈光變化無限，表達出開放、和諧、務實、創(chuàng)新。 內透光燈具與橫向燈具控制只有定時開啟與關閉功能 ,開啟與關閉的功能控制合并在大樓弱電控制系統(tǒng)內。 照明控制系統(tǒng)協(xié)調整個燈光景觀照明系統(tǒng)的正常運行，高可靠的 LED 燈具控制器可以控制每個燈具的亮度，可以 16 灰度級連續(xù)平滑調制，變化速度不小于 20 幀 /秒。 B、 D 區(qū)縱向的 LED 燈獨立可控，通過LED 燈具從控制器，主控制器，交換機和燈光場景實時控制服務器的實時協(xié)同運行，實現(xiàn) LED 專用燈具的同步運行，同步延時小于 25ms。 燈光場景表演服 務程序運行預先設定的燈光場景表演列表，運行中可以動態(tài)更新當前表演列表。 基于以上需求分析，設計了以下系統(tǒng)結構 整個系統(tǒng)體系結構采用 Ethernet 高速網(wǎng)絡通訊加現(xiàn)場總線通訊的方式，組成分布式燈光場景景觀照明控制。完成系統(tǒng)所要求的全部功能。 在整個系統(tǒng)的配置中，將以太網(wǎng)轉光纖交換機放置在中央 控制室，而其他的交換機則放置在控制現(xiàn)場。其中燈光場景實時控制核心交換機到現(xiàn)場交換機的通訊介質采用多芯鎧裝光纜，可以保證中央控制室服務器到現(xiàn)場控制交換機遠距離實時通訊 ;現(xiàn)場交換機之間，以及交換機到 LED 燈具主控制器之間通過超五類屏蔽線進行通訊，可以方便施工。 LED 燈具主控制器放置在同一樓層。 燈具從控制器通過現(xiàn)場總線與 LED 主控制器進行通訊，可以保證通訊的實時性和可靠性。 (2)功能描述 通過采用以上系統(tǒng)架構，系統(tǒng)具有以下主要功能： 1)基于 TCP/IP 協(xié)議的網(wǎng)絡通訊功能 通過選用 支持 TCP/IP 協(xié)議的網(wǎng)絡設備，整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)基于網(wǎng)絡協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊，極大提 高了系統(tǒng)的先進性和可擴展性。 2)LED 專用照明燈具單獨可控功能 通過采用千兆局域網(wǎng)技術，燈光場景實時控制服務器可以與 B、 D 區(qū)的縱向的 LED 燈從控制 器進行通訊，而每個 LED 燈具主控制器又通過現(xiàn)場總線與每個燈具控制器進行通訊，從而可以實現(xiàn)對每個燈具的單獨控制。 3)自動開關燈功能 通過采用現(xiàn)場總線技術，控制景觀照明系統(tǒng)的自動開關燈。 1.2 燈光場景實時控制服務器端方案設計 1)概述 燈光場景實時控制服務器是整個系統(tǒng)的核心，其要對整個景觀照明系統(tǒng)進行實時控制。除此以外，系統(tǒng)還要求播放燈光場景表演列表。 基于以上需求分析，采用以下方案： 燈光場景實時控制服務器通過景觀照明核心交換機與所有的 LED 燈具主控制器進行通訊，采用TCP/IP，這是整個燈光景觀照明的核心，也是對通 訊帶寬需求最大的部分，通過選用國際名牌千兆核心交換機，可以保證燈光景觀照明的實時性和可靠性 2)功能描述 燈光場景實時控制軟件，采集計算機屏幕上播放的場景，通過特定的轉換算法將數(shù)據(jù)發(fā)送到每個相應的 LED 燈具主控制器上，從而實現(xiàn)景觀照明場景的實時播放。 1.3 LED 主控器方案設計 (1) 概述 根據(jù)系統(tǒng)需求，要求對 B、 D 區(qū)的縱向 LED 燈都能單獨控制，根據(jù)模塊化，層次化控制的思路，為每個層配備一個 LED 主控制器，給其分配一個 IP 地址，通過此 IP 地址，可以與燈光場景實時控制服務器進行通訊，并 將獲得的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線發(fā)給與此層的所有 LED 燈具控制器，從而實現(xiàn)了對每個 LED 燈的單獨控制，按照以上思路，采用以下方案 (2 ) 功能描述 1)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)解析功能 :LED 燈具主控制器將 Intranet 網(wǎng)絡信號解析，最大通訊帶寬 100Mbps 2)總線輸出 :LED 燈具主控制器自動將數(shù)據(jù)格式 化，支持現(xiàn)場 iLED 總線協(xié)議，將從服務器得到的數(shù)據(jù)發(fā)給各個 LED 燈具控制器。 3)基于 IP 網(wǎng)絡通訊 :LED 燈具主控制器具有系統(tǒng)中唯一的 IP 地址，通過此 IP 地址，可以和主控制器進行通訊。 4)自動流量管理 :LED 燈具主控制器對上連接整個 Intranet 網(wǎng)絡， 對下連接每個 LED 控制器，其起到一個承上啟下的作用，由于網(wǎng)絡速度和總線速度不同， LED 燈具主控制器具有自動流量管理功能，使得數(shù)據(jù)有序的被發(fā)送到每個 LED 燈具控制器。 1.4 LED 燈具控制器方案設計 (1 ) 概述 系統(tǒng)要求每個 LED 采用 PWM 恒流調光控制?？蓪崿F(xiàn)每個燈具 16 級灰度變化。 每個 LED 燈具都需要一個控制器來控制并驅動其運行， LED 燈具控制器在整個系統(tǒng)中數(shù)量最多，其可靠性設計非常關鍵，根據(jù)系統(tǒng)需求，采用如下圖所示設計方案。 整個系統(tǒng)結構采用智能化單片微控制器加外圍電路的方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收，輸出 PWM，通道 輸出工作電流 30mA。 智能單片微控制器具有以下特性以提高 LED 燈具控制系統(tǒng)的可靠性： 1)數(shù)字看門狗 2)VDD 監(jiān)視器 3)熱設計措施 所選用的元器件全部采用工業(yè)級標準 ,工作溫度范圍 : -40 +85 4)光偶隔離設計 采用高速光藕，隔離不同模塊，避免干擾信號 5)電源反接保護設計 電源接口安裝有防電源反接的保護二極管，不會因為電源反接而損壞器件 1.5 內透光燈具與橫向燈具控器方案設計 其通訊線路和其它的分布式 LED 燈相同。通過開關燈控制模塊來實現(xiàn)。 1.6 通訊系統(tǒng)方案設計 根據(jù)系統(tǒng)的特點，將整個通訊網(wǎng)絡設計為主干通訊網(wǎng)絡和現(xiàn)場總線通訊相結合的方式，將網(wǎng)絡通訊的快速性和現(xiàn)場總線通訊的高可靠性結合在一起。 1 主干網(wǎng)絡通訊設計 主干通訊系統(tǒng)負責發(fā)送從服務器到各個 LED 燈具主控制器的燈光場景數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)配置如下圖所示： 為了布線方便，除了核心交換機之外，將所有其他的交換機全部放在燈具照明現(xiàn)場，這樣只需要從核心交換機出來 6 根光纜連接現(xiàn)場即可，然后每個現(xiàn)場交換機再通過超五類線將數(shù)據(jù)發(fā)到每個 LED 燈具主控制器。由于現(xiàn)場工作環(huán)境比較惡劣，為此必須采用高可靠的工業(yè)級交換機以滿足系統(tǒng)需求 (如下圖所示 這種交換機產(chǎn)品是 MOXA 公司專為惡 劣的工業(yè)環(huán)境設計，其工作特性如下： 1)10/100BaseT(X) (RJ45), 100BaseFX (SC 或 ST接口 , 多模 /單模 ) 2)IEEE 802.3/ 802.3u/ 802.3x 3)冗余雙直流 24 VDC 電源輸入 4)廣播風暴防護 5)-40 75C 擴展工 作溫度 6) 濕度最大 98% 7)符合 FCC、 TV、 UL 及 CE 標準 8)40km 或 80km 的遠距離傳輸 9)危險環(huán)境認證 (Class 1 Div. 2/Zone 2) (2)功能說明： 1)通訊自診斷功能 全部采用智能交換機， LED 燈具主控制器也具有通訊效驗功能，使得整個通訊網(wǎng)絡具有自診斷功能。 2)冗余功能 交換機冗余，傳輸通道有冗余，同時采用多芯光纖保證主干網(wǎng)絡具有冗余性 3)易于升級功能 采用全部基于 IP 的網(wǎng)絡通訊，為滿足未來更高的功能需求，可以非常方便的進行 升級 4)通訊實時性 100Mbps 通訊速率，完全可以保證通訊實時