美的总部大楼LED照明设计与控制理念(图)

美的总部大楼 LED 照明设计与控制理念 (图 ) 一、 LED的特点 LED 是英文 Light Emitting Diode(发光二极管 )的缩写，是一种新型的用微弱电能就能发光的高效固体光源。 LED 的主要特点是：寿命长、能耗低、显色度高、环保、易维护、体积小、直流电驱动、驱动电压低、点亮速度快、无频闪、眩光少、耐震性佳、发热少、适合智能调光控制等特性，是近年来全球最具发展前景的高新技术领域之一。目前 LED 发光效率已远高于其它所有光源，在照明领域显现出明显的节能效果。 LED路灯有如下优势： 1、节能显著 。采用超高亮度大功率 LED 光源配合高效率电源，实际照明效果经测试比目前道路使用的高压钠灯综合节能 60%以上 ; 2、单一黄色的高压钠灯显色指数很低 (约 23)，照射下物体颜色失真就非常明显。而 LED 路灯显色指数很高 (高于 80)，接近日光 (显色指数 100)，对颜色的呈现更真实，更鲜艳。根据建设部城市道路照明设计标准有关条文，与高压钠灯相比，显色性好的白光灯光源的光谱分布有较高的蓝绿成分，因此，在道路照明 (非明视 )条件下可以产生更高的可见度，因此达到相同的视觉效果所需要的光源功率，白光灯就要比高压钠灯低很多 。 3、多种色温可选。能满足不同场合对色温的需求，消除了钠灯色温过低和汞灯色温过高引起的催眠情绪和压抑情绪，使观察者倍感舒适 ; 4、超强寿命 50,000 小时以上。 LED 采用高可靠性的先进封装工艺，充分保障 LED 的超长寿命，是传统钠灯、汞灯的 5-10 倍。 5、绿色环保。 LED 照明路灯不含铅、汞等污染元素，对环境没有任何污染，从生产过程到使用过程直至报废几乎全无污染 ,实现了真正意义上的绿色环保节能照明。 6、耐冲击。 LED 灯无灯丝和玻璃外壳，没有传统灯管碎裂的问题，抗震力强。 7、低热低电压 。直流低压工作的特点相比传统的灯具更加安全可靠。 LED 结温控制在理想的温度下，(TJ60 ，环境温度 Ta=25 时 )。 8、无辐射。 LED 灯无紫外线 (UV)和红外线 (IR)辐射，对人体无伤害，灯下也不会招惹蚊虫。 9、 LED 路灯可以方便地调整照射角度，使被照区域的照度变得更为均匀。同时减少对环境空间的光污染。 10、对电网无污染。功率因数 0.9，谐波失真 20%， EMI 符合全球指标，减少输电光效率远远高于现在所有的电光源。 12、 LED 直流、低压、节能的特点可极为方便的与太阳能，风力发电 相结合。 二、美的 LED路灯独有的技术特点及突破 目前美的 1W 白光功率型 LED 已进入稳定批量产业化阶段，发光效率可达到 95 lm/W。美的 LED 路灯采用当今最高亮度和高稳定性的芯片，结合美的的封装技术 , 达到了国际先进技术水准，除具备以上 LED路灯具有的特点 ,又具有其他厂家不具有的以下主要特点： 1、独特的二次光学设计，可将取光效率达 90%以上，在 12 米高的情况下，形成 10m40m 的矩形光场，且光分布非常均匀，被照区域的均匀度达到 0.6 以上 (国家标准 0.4)，完全能滿足道路照明要求。 2、整个灯具使用当今业已成熟的光效率最高的最先进的 1W 的 LED 列阵而成，每颗 LED 都具有一个独立的二次光学系统。 3、低热阻的结构设计与良好的散热设计，保证了温升不会超过 30 ，从而保证了 LED 的工作寿命。 4、目前研制出的 56W、 70W、 84W、 98W、 112W、 126W、 140W、 154W、 168W、 182W 及 196W大功率 LED 路灯比普通高压钠灯节约电量 60%以上 5、 LED 路灯自动控制 : 可根据不同时间段的需要设定不同的亮度，更加提高节能的效果 6、驱动电源部分与灯具分开安装，降低了灯 体的额外温升，保证 LED 温升不会超过 30C，并使维护方便。 7、在大功率 LED 路灯项目上已拥有国际、国内专利 200 多项专利，其中 LED 路灯正在受理中的有 9项国家发明专利、 16 项实用新型专利、 8 项外观专利 );其它核心专利中还包括美国、德国专利 17 项，同时通过多项国际国内权威认证。中国 3C、美国 UL、加拿大 OSA、德国 GS、 VDE、欧盟 CE 认证 8、灯体采用压铸铝材料。 三、景观照明设计理念 1、照明设计主题：开放、和谐、务实、创新。 2、 B、 D 区采用竖向与横向 LED 灯光的配合表达设计 主题。 3、 A、 C 区采用内透光与横向灯光的配合表达温馨、自然的效果。 4、利用灯光表达出美的企业的企业精神与美的总部大楼的建筑外结构是本次照明设计的目的。 四、接地及安全 1、本工程接地型式为 TN-S 系统 ,设置专用保护线 (PE),凡正 常不带电而绝缘损坏时可能带电的电气设备外壳 ,穿线金 属管 ,支架等均应与保护线可靠连接。 2、总配电箱装有二级浪涌保护，各配电箱应与总等电位接 地干线连接。 五、电气回路说明 1、 20 盏横向 LED 灯共用 1 个驱动电源， 10 盏竖向 LED 灯 共用 1 个驱动电源。 2、横向灯的电缆沿各层水平方向敷设，竖向灯的电缆沿装 饰柱竖向敷设。 3、 A、 C 区的内透光灯具与横向灯具分开控制。 六、控制方式 设计标准： 1、注册电气工程师设计手册 (ISBN7-5083) 2、建筑物电气装置标准及相关规定汇编 (TU85-65) 3、建筑施工平面图 4、建设单位的各种要求及提供的各种设备资料 5、工业企业通信接地设计规范 (GBJ79-85) 6、通信光缆的一般要求 (GB/T7424-87) 7、高层民用建筑设计防 火规范 (GB50045-1995). 8、民用建筑电气设计规范 (JGJ/T16-1992). 9、智能建筑弱电工程设计施工图纸 (GJ137-471) 10、民用建筑电气设计标准 (GBJ 133-1990) 11、信息技术互连国际标准 (ISO/IEC11801-95) 12、综合布线工程设计规范 (CFECS72-97) 13、商用建筑线缆标准 (EIA/TLA-568A) 1.控制系统方案 1.1 系统架构设计 (1)概述 B、 D 区纵向的 LED 灯光采用电脑控制、大楼灯光变化无限，表达出开放、和谐、务实、创新。 内透光灯具与横向灯具控制只有定时开启与关闭功能 ,开启与关闭的功能控制合并在大楼弱电控制系统内。 照明控制系统协调整个灯光景观照明系统的正常运行，高可靠的 LED 灯具控制器可以控制每个灯具的亮度，可以 16 灰度级连续平滑调制，变化速度不小于 20 帧 /秒。 B、 D 区纵向的 LED 灯独立可控，通过LED 灯具从控制器，主控制器，交换机和灯光场景实时控制服务器的实时协同运行，实现 LED 专用灯具的同步运行，同步延时小于 25ms。 灯光场景表演服 务程序运行预先设定的灯光场景表演列表，运行中可以动态更新当前表演列表。 基于以上需求分析，设计了以下系统结构 整个系统体系结构采用 Ethernet 高速网络通讯加现场总线通讯的方式，组成分布式灯光场景景观照明控制。完成系统所要求的全部功能。 在整个系统的配置中，将以太网转光纤交换机放置在中央 控制室，而其他的交换机则放置在控制现场。其中灯光场景实时控制核心交换机到现场交换机的通讯介质采用多芯铠装光缆，可以保证中央控制室服务器到现场控制交换机远距离实时通讯 ;现场交换机之间，以及交换机到 LED 灯具主控制器之间通过超五类屏蔽线进行通讯，可以方便施工。 LED 灯具主控制器放置在同一楼层。 灯具从控制器通过现场总线与 LED 主控制器进行通讯，可以保证通讯的实时性和可靠性。 (2)功能描述 通过采用以上系统架构，系统具有以下主要功能： 1)基于 TCP/IP 协议的网络通讯功能 通过选用 支持 TCP/IP 协议的网络设备，整个系统可以实现基于网络协议的数据通讯，极大提 高了系统的先进性和可扩展性。 2)LED 专用照明灯具单独可控功能 通过采用千兆局域网技术，灯光场景实时控制服务器可以与 B、 D 区的纵向的 LED 灯从控制 器进行通讯，而每个 LED 灯具主控制器又通过现场总线与每个灯具控制器进行通讯，从而可以实现对每个灯具的单独控制。 3)自动开关灯功能 通过采用现场总线技术，控制景观照明系统的自动开关灯。 1.2 灯光场景实时控制服务器端方案设计 1)概述 灯光场景实时控制服务器是整个系统的核心，其要对整个景观照明系统进行实时控制。除此以外，系统还要求播放灯光场景表演列表。 基于以上需求分析，采用以下方案： 灯光场景实时控制服务器通过景观照明核心交换机与所有的 LED 灯具主控制器进行通讯，采用TCP/IP，这是整个灯光景观照明的核心，也是对通 讯带宽需求最大的部分，通过选用国际名牌千兆核心交换机，可以保证灯光景观照明的实时性和可靠性 2)功能描述 灯光场景实时控制软件，采集计算机屏幕上播放的场景，通过特定的转换算法将数据发送到每个相应的 LED 灯具主控制器上，从而实现景观照明场景的实时播放。 1.3 LED 主控器方案设计 (1) 概述 根据系统需求，要求对 B、 D 区的纵向 LED 灯都能单独控制，根据模块化，层次化控制的思路，为每个层配备一个 LED 主控制器，给其分配一个 IP 地址，通过此 IP 地址，可以与灯光场景实时控制服务器进行通讯，并 将获得的数据通过现场总线发给与此层的所有 LED 灯具控制器，从而实现了对每个 LED 灯的单独控制，按照以上思路，采用以下方案 (2 ) 功能描述 1)网络数据解析功能 :LED 灯具主控制器将 Intranet 网络信号解析，最大通讯带宽 100Mbps 2)总线输出 :LED 灯具主控制器自动将数据格式 化，支持现场 iLED 总线协议，将从服务器得到的数据发给各个 LED 灯具控制器。 3)基于 IP 网络通讯 :LED 灯具主控制器具有系统中唯一的 IP 地址，通过此 IP 地址，可以和主控制器进行通讯。 4)自动流量管理 :LED 灯具主控制器对上连接整个 Intranet 网络， 对下连接每个 LED 控制器，其起到一个承上启下的作用，由于网络速度和总线速度不同， LED 灯具主控制器具有自动流量管理功能，使得数据有序的被发送到每个 LED 灯具控制器。 1.4 LED 灯具控制器方案设计 (1 ) 概述 系统要求每个 LED 采用 PWM 恒流调光控制。可实现每个灯具 16 级灰度变化。 每个 LED 灯具都需要一个控制器来控制并驱动其运行， LED 灯具控制器在整个系统中数量最多，其可靠性设计非常关键，根据系统需求，采用如下图所示设计方案。 整个系统结构采用智能化单片微控制器加外围电路的方式来实现数据接收，输出 PWM，通道 输出工作电流 30mA。 智能单片微控制器具有以下特性以提高 LED 灯具控制系统的可靠性： 1)数字看门狗 2)VDD 监视器 3)热设计措施 所选用的元器件全部采用工业级标准 ,工作温度范围 : -40 +85 4)光偶隔离设计 采用高速光藕，隔离不同模块，避免干扰信号 5)电源反接保护设计 电源接口安装有防电源反接的保护二极管，不会因为电源反接而损坏器件 1.5 内透光灯具与横向灯具控器方案设计 其通讯线路和其它的分布式 LED 灯相同。通过开关灯控制模块来实现。 1.6 通讯系统方案设计 根据系统的特点，将整个通讯网络设计为主干通讯网络和现场总线通讯相结合的方式，将网络通讯的快速性和现场总线通讯的高可靠性结合在一起。 1 主干网络通讯设计 主干通讯系统负责发送从服务器到各个 LED 灯具主控制器的灯光场景数据。 系统配置如下图所示： 为了布线方便，除了核心交换机之外，将所有其他的交换机全部放在灯具照明现场，这样只需要从核心交换机出来 6 根光缆连接现场即可，然后每个现场交换机再通过超五类线将数据发到每个 LED 灯具主控制器。由于现场工作环境比较恶劣，为此必须采用高可靠的工业级交换机以满足系统需求 (如下图所示 这种交换机产品是 MOXA 公司专为恶 劣的工业环境设计，其工作特性如下： 1)10/100BaseT(X) (RJ45), 100BaseFX (SC 或 ST接口 , 多模 /单模 ) 2)IEEE 802.3/ 802.3u/ 802.3x 3)冗余双直流 24 VDC 电源输入 4)广播风暴防护 5)-40 75C 扩展工 作温度 6) 湿度最大 98% 7)符合 FCC、 TV、 UL 及 CE 标准 8)40km 或 80km 的远距离传输 9)危险环境认证 (Class 1 Div. 2/Zone 2) (2)功能说明： 1)通讯自诊断功能 全部采用智能交换机， LED 灯具主控制器也具有通讯效验功能，使得整个通讯网络具有自诊断功能。 2)冗余功能 交换机冗余，传输通道有冗余，同时采用多芯光纤保证主干网络具有冗余性 3)易于升级功能 采用全部基于 IP 的网络通讯，为满足未来更高的功能需求，可以非常方便的进行 升级 4)通讯实时性 100Mbps 通讯速率，完全可以保证通讯实时