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1、TCPIP灯光控制系统在环境照明中的应用TCP/IP灯光控制系统在环境照明中的应用 Post By：2007/7/13 10:25:00 只看该作者 摘 要本文主要讨论近年来在国内、外的智能建筑、剧场、应用的TCP/IP灯光控制网络中的几种典型方案，重点讨论系统的布线结构、信号传输与分配、系统各种灯光设备接入网络系统等问题。关键词总线 灯光控制 TCP/IP DMX512远程设置 网络监控 资源共享 全光纤网络 网络解码 GPRS Application of TCP/IP Lighting Control System in architecture Lighting By Jack zha
2、ng liangguoqin Abstract The paper discusses the application of TCP/IP lamplight control network in theatres, TV studios and intelligent buildings in China in recent years, and puts the emphasis on the problems such as generic cabling of system, signal transmission and distribution, various lighting
3、equipment access network system and etc.1、 引言 中国高速的经济发展使智能建筑行业充满生机, 对室内、室外灯光环境要求的提高，也同时带动了这个领域的各种应用科技的新发展。在国内、外新的主题公园、剧场、电视演播室项目中, TCP/IP网络技术在灯光控制系统的应用成为显著的亮点。在很多最新的应用案例中,TCP/IP网络灯光控制技术成功地解决了因为控制系统日益复杂、庞大,而带来的控制对象多、远距离控制、远距离系统设置、设备运行信息回馈和数据处理、系统在运行中的安全监控以及相关的不同系统联动等具体技术问题。 笔者希望借此机会从灯光控制系统网络结构设计、传输介质
4、、控制对象、控制系统可靠性、系统运行实时网络安全监控、系统历史数据库管理和系统可持续发展性等几个方面与大家一起讨论TCP/IP灯光控制网络技术的最新发展和应用。 2、 建筑环境灯光控制系统结构的以太网络化 传统的灯光控制网络，特别是采用国外产品的总线式网络，采用如I-BUS、C-BUS、HDL-BUS、CAN-BUS、dynalite 、lutron等都有自己不同的协议，一般有某个厂家自行研制生产，采用自定的内部通信协议。协议的硬件物理接口及软件通信协议一般都不会很丰富。各个厂家一般都没有一个统一的、开放的通信接口。很多厂家有简单的又保密的通信协议，物理连接一般采用低压电力载波（一般为2436
5、V）、RS232、RS485、RS422、以太网等标准。如楼控厂家采用RS485协议、很多灯控厂家也采用低压电力载波、RS485协议，部分会议室中控的厂家，采用的RS232协议。以及舞台灯光控制的厂家都采用的是DMX512的传输协议。 RS-232是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传
6、输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。 上述的数据接口标准，作为工业控制总线类型，在智能建筑领域，都有着大量的应用案例。随着现代电力及电子技术的发展，以太网发展非常迅速，很多国内外的一些重要的工业控
7、制场合开始采用以太网络。 特别是采用10Base-T 的UTP双绞线以太网络。以太网用于灯光控制有着很明显的优势。 1）软硬件协议完全开放、完善、已经很广泛的应用，通用性好。 2）线路双端变压器隔离，抗干扰性强、防雷性能好，特别是有通用的防感应雷的设备。 3）速度快、网络速度可达到数千兆，双向，可以传输高速的反馈信息。 4）系统容量几乎无限制，不会因系统增大而出现不可预料的故障 5）作为信息传输介质，有大量成熟的通用的设备可以选用。例如大量的以太网络交换设备，以及无线以太网络的设备都可以采用。 目前，各个传统的建筑环境灯光控制的厂家，也都纷纷推出了，以太网络的接口设备，在自己专用网络的基础上，
8、都可以将一定大小规模的专网，转到以太网络上，利用以太网络来高速传输控制信号，同时进行信息的管理。有的控制系统几十个器件先采用专网的总线信号连接后，再走以太网协议，也有的控制系统是几个器件采用专网连接后，就转成以太网络传输。 随着网络应用的飞速发展，以及IPv6版本取代Ipv4，Internet上的地址空间将由现在的232，变成2128 ，IP地址的资源将大大增加，我们有理由相信，未来将会做到每一个调光器、每一个继电器，甚至每一个面板都有独立的IP地址，都可以直接联入以太网络中，或者互联网络中，可以很方便的组网来控制。3 、建筑环境灯光控制系统传输介质的光缆化、多样化， 传统的灯光网络控制系统大
9、都采用专用的总线电缆，或者UTP5来作为传输介质，一般传输速度可以达到9600b/s,不加中继设备，传输距离可以达到1200M。 随着以太网络传输技术的发展，在灯光控制网中，可以选择、双绞线、同轴电缆、光缆、或者无线的传输介质，光缆因为是传输速率高、抗干扰性强、防雷击，误码率低，以及敷设方便，现在已经大量的应用在灯光控制网络中。 目前，光纤主要有单模光纤和多模光纤两种。 单模光纤，光线沿光纤轴心平行直线传播，损耗小，传输距离长，频带宽，在2.5Gb/S的数据传输率下可以传输几十千米而不需要中继器。用于远距离主干控制网的传输。 多模光纤，其中存在多条入射角不同的光纤在内以不同的角度反射传播，因而
10、损耗大，传输距离短、频带宽，在控制网络速率要求不高的时候，可以达到数千米而不需要中继器。随着光纤的价格，以及光交换设备、熔接设备的价格的逐渐降低，其应用也越来越普及，例如，在南海观音灯控工程中采用了1.6万米光纤，南京长江大桥3桥灯控工程采用了6000的多模光纤。天津泰达广场灯控工程约采用了8000米的光纤。 由于以太网络设备的丰富和多样化，现代控制网络，还可以采用无线传输介质，ISDN、GPRS，CDMA，等方式来实现网络传输。特别是基于GPRS和CDMA技术上的无线网络传输方式，因为中国移动和联通的大力建设，稳定性和速率都完全可以满足灯光控制的要求，目前象南海观音工程、以及很多城市景观、路
11、灯工程中都采用了该技术。 现在的GPRS/CDMA网络技术，可以做到双向、实时、高速、点对点的传输灯光控制信号，在野外，大距离的路灯、景区灯控制方面优势很明显。 例如某大桥灯光网络控制系统在网络结构方面具有主要技术特点。 全光纤(网线)布线: 灯光网络控制系统干线全部取消传统的RS-485总线,实现光纤(网线)到配电箱的全光纤(网线)布线。非常好的解决了大桥开阔桥面，信号线防雷的问题，也解决了控制约300多盏电脑灯的快速同步表演的问题。 TCP/IP网络化设备: 灯光网络控制系统的主要设备(调光器、继电器、配电柜、DMX控制器等)都采用具TCP/IP双向通讯能力的网络化设备。 系统黑匣子: 灯
12、光网络控制系统总控室工作站具有文件总服务器和SQL数据库,它相当于系统的黑匣子记录器和信息处理中心,定期与灯光系统的各种主要灯光网络设备交换信息,记录各种重要的设备运行工作参数,并按照用户的实际管理需求输出各种管理用图表。总服务器不正常时不会影响系统的其它设备的正常工作。 4、 灯光控制信号和功率输出可靠性方面的新技术 灯光控制信号的可靠性是系统可靠性之根本, 新的建筑物、剧场、演播室灯光网络控制系统采用冗余热备份、无线备份、多方位备控制等多种信号备份控制模式,以保证使用中灯光控制的万无一失。功率输出部分的可靠性是系统可靠性重要保证,灯光网络控制系统调光部分都采用多种信号输入、多重保障触发和多
13、场备份等可靠性技术措施。 冗余同步热备份: 主、备服务器通过网络冗余同步热备份,例如在南海观音工程中，采用了两个光纤连接的以太网服务器，实时热备份，出现故障时能够及时切换，无缝转换。 采用工业级的以太网络交换设备 在重要的节点采用工业级的以太网络交换设备，采用工业、或者专业级的以太网络交换设备，平均无故障时间长，可以在恶劣的环境下使用，也是提高灯光控制网络运行稳定性的一个重要的方法。 采用双网络运行方式，采用专网和通用以太网络，同时存在的方式运行。如天津泰达体育场。 软件技术上采用智能CSMA/CD控制技术，载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）方法，可以确保系统无论总线设备多少，总线距
14、离长短都可获得最大的传输速率，从而提高可靠性。5、灯光控制系统实时安全监控方面的新技术 最新的TCP/IP灯光控制系统设计中,由于有了以太网络的双向高速的传输特性，所以可以在灯光控制局域网内通常配备多个信息终端,可以实时远程监控、远程设置系统所有设备安全工作情况,系统可在局域网内多个信息终端实时预警系统故障。系统还采用非常方便的个人无线信息终端对系统实时全面监控和多级预警故障。 同时，还可以配备真实的电流传感器来实时反映每个回路电流状态、反映灯光使用状态。目前很多厂家都推出了总线型的电流传感器，来实现坏灯检测，实时报告。 网络监控调光器、继电器:在灯光网络控制系统主控和备份服务器上能实时监控所
15、有调光器、继电器的工作状况;实时反映灯光控制实际情况。 开关柜的监控:可在灯光局域网的任一终端同时监控任何开关柜、工作灯控制面板、控制主机的实时工作状态; 配电柜的监控:通过以太网络电表、可在灯光局域网的任一终端同时监控任何配电柜的安全用电(三相电流、电压、功率、电度、功率因数等24个主要工作参数)状况;并可以实时报警。 控制线路的监控:可在灯光局域网的任一终端同时监控任何一段传输线路网线(光纤)的安全工作情况(在线工作或损坏); 远程设置:可在总服务器或网络任一授权终端设置系统任一设备的基本工作模式参数,这些工作模式参数包括:IP地址、DMX通道口、预热模式、调光曲线、同步方式、各种工作状态选择等。 设备离线报警:任一灯光设备在工作中突然离线或不正常时系统能立即发出报警信号; 控制线路安全报警:任何一段传输线路网线(光纤)断线或网络传输设备不正常工作时系统能立即发出报警信号; 设备使用越限报警:在所有主要灯光设备(调光台、调光器、直通开关、配电柜等)工作参数超出使用者指定值(如超流、超压、超温、三相不平衡)时可在灯光局域网的任一终端发出报警信号; 4级预警方式:系统具有根据设备工作参数越限的程度可设置4级预警方式:绿色系统正常安全提示,黄色轻微故障预警,红色一般故障报警和黑色严重事故警报。系统在
