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 equipment access network system and etc.
Keywords　 BUS, lamplight control, TCP/IP, DMX512, remote setting, network monitoring, resource sharing, full optical network, network decoding, GPRS.
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、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24～36V）、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。（各种以太网类型见上图）
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，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，总线距离长短都可获得的传输速率，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
　　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:①绿色系统正常安全提示,②黄色轻微故障预警,③红色一般故障报警和④黑色严重事故警报。系统在不同终端将发出不同的声音和屏幕提示以区别四种不同的状态。

△ PDA监控、预警: 可采用无线PDA实时监控、预警整个灯光系统的实时工作状态;

△ 无线电脑监控、预警: 可采用无线电脑实时监控、预警整个灯光系统的实时工作状态;

△ 手机监控、预警:采用GPRS手机短信、WAP查询等现代电信终端实时监控、预警整个灯光系统的实时工作状态;

6、 灯光控制系统历史数据管理方面的新技术
　　在新的灯光控制系统中,文件总服务器通过光纤或网线接入各个灯光控制网络工作分站,一方面,它具有SQL数据库,是灯光总系统的‘黑匣子’,通过软件系统的配合,实现对所有设备的工作情况的监测、设置、记录和故障预警功能。在各种根据用户需求而设计的数据库应用软件的支持下,管理者可以从文件总服务器获得与管理需要相关的各种图、表。另一方面, 文件总服务器具有灯光网络系统路由器和Web浏览功能,它按用户的设定和规划交换不同的控制网络系统之间的控制和监测信息; 允许不同的用户按一定的权限浏览、查询、打印有关系统的各种信息。以下是灯光控制系统一些的数据处理软件的主要功能。

△ 灯光总服务器基本软件:调光、开关系统所有设备的工作状态基本监控、远程设置和不在线报警功能。

△ 灯光总服务器Web浏览功能软件: 支持多个网络终端获取系统信息,无需在网络终端安装特别软件。

△ 信息订制平台软件模块:根据使用者的权限和需求订制相关的信息如设备运行状态、分析报表和事件报警等。

△ 手机短信发射器及软件: 支持信息订制平台软件定时或在事件发生时把短信发送到相应的手机上。

△ 安全用电历史数据分析软件模块: 实时记录所有配电柜安全用电数据,手机短信、无线PDA系统安全用电的历史资料报表

△ 调光器历史数据分析软件模块: 根据用户需求量身订做与系统所有调光器运行数据相关的软件、如灯位分析、灯泡寿命分析等。

△ 网络开关柜历史数据分析软件模块: 根据用户需求量身订做与系统所有网络开关柜运行数据相关的软件、如效果灯灯位使用分析等。
△ 网络设备使用历史分析软件模块: 根据用户需求量身订做与系统所有网络灯光设备在线使用数据相关的软件、如在线时段表格、使用率分析图等

7、灯光控制网络系统的扩展性和持续发展性
　　新的灯光控制系统具有TCP/IP协议、开放式SQL数据库和Web浏览三大特征,因此应具有与相关的其它子系统扩展的接口能力,灯光系统的可持续发展性是灯光控制网络系统的重要标志之一。
　　近几年来,国内、外大型主题公园项目的发展异常迅猛,不少新建的综合性景观照明演示控制系统,其被控设备的分散在几平方公里甚至几十平方公里的范围内中。在这些项目中,各种不同控制系统之间的联动和系统信息共享这两大问题已成了投资者和系统设计师最关心的问题之一。灯光控制网络系统一方面被要求同音响、喷泉、激光、环境照明、LED、烟雾、舞台机械控制及其它特殊效果系统实行网络化联动以获得完美和谐的主题演示效果和最节省的运营成本;另一方面同所有其它相关控制系统一样,灯光控制系统必须具备与总控室交换各种设备的主要运行技术数据的功能,以便实行总系统“多网合一”的安全演出监控和设备系统的管理。
　　特别是LED灯的广泛应用，舞台电脑灯的建筑物景观照明中的广泛应用，都对建筑灯光控制系统提出了挑战，LED灯所做的建筑泛光照明工程，都具有流水、跑马、闪烁、渐变换色等快速变化的功能，电脑灯就具有更丰富的变化的，动态的美的表现力，这些都要求控制系统能够适应这些新型灯具、新兴的应用方法。

△ 与LED灯、电脑灯的接口：
新的灯光控制网络能够输入DMX512信号来控制LED灯、或者电脑灯，也可以通过电压不变（一般直流24V），调电流的方式来对LED灯调光。
同时控制系统内部软件上也有如流水、跑马、闪烁、渐变换色等快速变化的功能。
△ 与视频、音频设备的接口：
现实的很多大楼采用LED灯来做外墙景观照明，已经不是仅把LED灯当作装饰，通过提高LED密度的方法，可以实现视频图片和图象的显示，这些显示要求有高的处理速度，和很大的存储空间，一般由专用计算机和软件来完成，但要求控制灯光网络能够和该计算机通讯，并能协调动作。
△ 与安全用电系统的接口扩展: 的灯光控制网络已具有与剧场、电视台和主题公园主要设备配电柜的网络接口,可实现与安全用电网络的‘两网合一,资源共享’,必要时,可通过网络开关,实行中央控制远程配电柜。

△ PDA、监视器调用多个摄像头画面: 的灯光控制网络己具有与现场视频监控网络的接口实现与视频监控网络‘两网合一,资源共享’，通过TCP/IP来传送控制信号和图象信号/

△ 与机械控制网络的接口扩展:的灯光控制网络具有与舞台机械控制网络的接口,可实现与机械控制网络的 ‘资源共享,集中监控’,必要时也可实施‘网络联动’。

△ 与舞台调光网络的接口扩展: 的灯光控制网络已具有与剧场舞台调光网络的接口实现与建筑调光网络‘两网合一,资源共享’。智能环境照明与舞台灯光控制网络的联动控制已被广泛使用在最近国内、外一些大规模的城市景观照明和主题公园景观照明系统的设计方案中。

△ 与其它相关系统网络的接口扩展: 的灯光控制网络已具有与剧场各种弱电控制网络的接口,可实现与各种弱电控制网络‘多网合一,资源共享’。目前,随着网络技术的普及和发展,与剧场、电视台灯光控制相关的各种弱电控制系统网络化程度也相当高了,一般都具备网络服务器。一般来说,不同子系统的制造商经过适当的技术沟通,都比较容易实现“两网合一”和“多网合一”。在遇到有关知识产权问题及在有较大软、硬件接口改造工作量的时候,在业主的统筹和策划下,事情也会比较顺利解决。当然,业主或总设计师应在项目合同未签之前及早注意多网合一的问题。
8、 结语
　　信息化是现代网络系统最重要的标志之一。网络灯光设备的双向通讯能力是TCP/IP灯光网络成功的关键。系统信息共享和信息处理是新型智能建筑灯光控制系统区别于传统总线灯光控制系统的重要特征。网络灯光控制系统数据库在安全监控、业务管理和‘多网合一’方面的应用将把使用者与厂商引到一种新型的需求与改变的互动关系中。这种良性循环的供求关系将推动TCP/IP灯光控制网络技术应用的快速发展。
　　值得一提的是,近年来国内灯光控制生产商在灯光控制系统TCP/IP网络化及“多网合一”的进程中基本上保持了与世界同步发展的先进水平,甚至在某些方面,国内厂家己起到领跑世界的作用,外国产品在建筑灯光控制行业占优势的日子将历史。这是非常值得我们庆幸的事情!
　　TCP/IP灯光网络作为新的一代灯光控制系统技术,己开始向人们展示其巨大的应用潜力!
参考文献
1、现代电视照明 中国广播电视出版社 2005年5月版
2、剧场、演播室TCP/IP灯光控制网络解决方案 柳得安　梁国芹