基于C-Bus的智能照明系統(tǒng)研究

宋星 楊彥青

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?隨著現(xiàn)代化社會的不斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提高，從而使群眾越加追求高品質的生活，對舒適生活的要求也越來越高。同時，隨著能源的不斷消耗和枯竭，21世紀初提出的綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展理念正逐漸成為一種趨勢。在這種環(huán)境下，照明占了人們日常能源消耗的大部分，如何節(jié)能減排，讓智能建筑更高效、更便捷、更安全、更舒適，已成為開展智能照明研究課題的主要目標。將C-Bus用于現(xiàn)代智能建筑的照明控制系統(tǒng)，研究了基于C-Bus的照明控制系統(tǒng)，設計了基于C-Bus的智能照明控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)具有復雜的場景控制功能的同時，根據(jù)智能照明控制系統(tǒng)的特點，解決了相對應的有關諧波抑制問題。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?C-Bus;照明系統(tǒng);智能

[中圖分類號] ?TM76 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2022）18-0070-03

現(xiàn)代建筑不僅能為消費者提供生活和餐飲服務。如今，它們以綜合性活動場所的形式出現(xiàn)，將休閑娛樂與會議和商務活動相結合。因此，對建筑設施的需求也在一定程度上增加。尤其是建筑照明系統(tǒng)，不僅滿足了住戶最基本的視覺需求，還有更多的視覺和心理需求。同時，不同的情況需要不同的照明環(huán)境。實現(xiàn)上述要求的傳統(tǒng)照明控制是困難的，電路非常復雜。因此，加強建筑智能照明系統(tǒng)的設計是非常有必要的。

一、基于C-Bus的智能照明系統(tǒng)意義

在中國現(xiàn)代化水平和國際化程度逐步提高的同時，基于對中國經(jīng)濟長期樂觀的信心，中外建筑投資者正在加速擴大對華投資，越來越多的國際知名建筑集團進入中國，與當?shù)刂饕康禺a(chǎn)開發(fā)商聯(lián)合開發(fā)五星級建筑，以滿足高端客戶對住宿和娛樂的高要求。目前，信息技術的不斷發(fā)展，促進了我國各種現(xiàn)代建筑信息化建設。中國現(xiàn)代建筑發(fā)展的一個重要方向是創(chuàng)造和發(fā)展智能建筑的照明設計。在現(xiàn)代建筑中發(fā)展智能照明，是建筑智能化成為現(xiàn)實的重要組成部分，也是構建智能電力系統(tǒng)的重要抓手。因此，現(xiàn)代建筑中的智能照明設計應體現(xiàn)以用戶為中心的原則?，F(xiàn)代建筑平臺讓居民擁有舒適、優(yōu)質、便捷的生活環(huán)境，讓居民更好地了解我國現(xiàn)代建筑照明[1]。在具體設計上，要嚴格按照現(xiàn)代建筑設計和結構的特點，保證功能完整。另外，從用戶的角度出發(fā)，可以考慮到不同的要求，所以現(xiàn)代建筑智能照明具有現(xiàn)代化的設計和先進的技術，兼顧系統(tǒng)的可擴展性和系統(tǒng)間的兼容性以及各種實用和經(jīng)濟的特點。

（一）實現(xiàn)現(xiàn)代建筑照明智能化控制

現(xiàn)代建筑的智能照明控制系統(tǒng)可以使照明系統(tǒng)工作在智能化狀態(tài)，照明按照程序設計的幾個功能進行工作，并根據(jù)需要的時間執(zhí)行和切換這些功能。例如，在實際生活中，現(xiàn)代建筑中的智能照明系統(tǒng)可以在白天和黑夜自動切換運行狀態(tài)，并針對不同的地方自動調節(jié)照明。同時，智能照明系統(tǒng)的環(huán)境檢測功能也自動開啟。它在無人看管時自動關閉，并調整亮度以適應環(huán)境。此外，現(xiàn)代建筑智能照明控制系統(tǒng)，通過其設計，不僅可以根據(jù)客戶的需求改變各個區(qū)域的照明，還可以改變不同場景的亮度，以滿足不同場景的要求。

（二）實現(xiàn)舒服的工作環(huán)境和較高的工作效率

傳統(tǒng)的建筑照明控制系統(tǒng)配備有以恒定頻率閃爍熒光燈的傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器。這種固定的頻率讓人更累，降低了人們的工作效率。現(xiàn)代建筑中的智能照明系統(tǒng)可以在高頻下操作調光電子鎮(zhèn)流器。這樣既消除了傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器的頻閃效應，又降低了光的亮度不穩(wěn)定性，提供了一個更加舒適和溫暖的環(huán)境，顯著提高了現(xiàn)代建筑中智能照明系統(tǒng)的效率[2]。

（三）實現(xiàn)良好的節(jié)能效果

現(xiàn)代建筑的智能照明控制系統(tǒng)可以在室外照明強度較高時智能調節(jié)大部分家用燈具（主要包括熒光燈、汞燈、鈉燈、霓虹燈等）的亮度，采用先進的照明控制技術，室內照明根據(jù)外部環(huán)境自動調暗。如果外部光的強度較弱，它會調整室內光的照明，將室內光的強度始終保持在人眼最佳設置范圍內。在為人們提供良好的工作和生活環(huán)境的同時，可以充分利用戶外的自然光，達到家居照明節(jié)能的目的。

（4）降低維護費用

現(xiàn)代建筑中的智能照明控制系統(tǒng)將傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的手動開關動作轉變?yōu)橹悄荛_關管理，減輕了人們的勞動強度，將先進的管理意識應用到現(xiàn)代建筑的智能照明控制系統(tǒng)中。同時，可以顯著降低現(xiàn)代建筑的運維成本。

在現(xiàn)代建筑中，智能照明系統(tǒng)不僅為人們提供了良好的工作、生活和學習環(huán)境，而且還利用照明的形狀和色彩調節(jié)，創(chuàng)造出滿足人們心理和生理需求的審美生活環(huán)境。它還實現(xiàn)了現(xiàn)代建筑照明管理的智能化和簡單化，實現(xiàn)了卓越的照明布局和變更管理實踐?，F(xiàn)代建筑中的智能照明控制系統(tǒng)不僅可以改善室內環(huán)境質量，還可以通過最大限度地利用現(xiàn)有能源來節(jié)約能源。因此，現(xiàn)代建筑中的智能照明控制系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，在現(xiàn)代建筑中的應用越來越廣泛。

采用現(xiàn)代建筑的智能照明控制系統(tǒng)，除了能滿足控制簡單、照明效果好的要求外，還能達到更好的節(jié)能效果?，F(xiàn)代建筑中的智能照明系統(tǒng)可以節(jié)省30%～50%以上的電力，延長燈具壽命約3～5倍，還可以降低照明的運維成本。常規(guī)照明需要購買的配電控制裝置，大大減輕了配管和布線的負擔。此外，現(xiàn)代建筑的智能照明控制系統(tǒng)具有特殊性。例如，現(xiàn)代建筑中的智能照明控制系統(tǒng)可以將整個照明系統(tǒng)控制到人們最舒適的狀態(tài)，以保障人們的健康生活，提高居住者的舒適度。因此，為了提高中國居民的生活質量，實現(xiàn)綠色環(huán)保，對現(xiàn)代建筑的智能照明控制系統(tǒng)進行研究是非常必要和重要的[3]。

二、關于建筑內部C-Bus總線控制原理概述

（一）工作原理

所謂C-BUS智能照明控制技術，是指計算、通信等控制技術相互滲透、互相結合的產(chǎn)品。最引人注目的功能是能夠預設場景變化，操作方便簡潔，可根據(jù)需要實現(xiàn)事件節(jié)目響應控制、自動時間控制、自動順序控制、分區(qū)空間控制等多種自動控制方式，還可以增加自動陽光控制、遠程上網(wǎng)控制、遠程電話控制。此外，安裝方便、結構簡單、操作簡單，是C-Bus的一大特色。

（二）C-Bus總線的技術性能

C-Bus系統(tǒng)是一個獨立的照明控制系統(tǒng)。C-Bus總線主要提供場景控制、調光控制、定時控制、本地手動控制、區(qū)域控制與群組控制等多種控制方式，可獨立運行，可通過網(wǎng)關接口與BA系統(tǒng)連接通信和軟件協(xié)議，形成完整的樓宇設備管理系統(tǒng)。C-Bus總線可以通過網(wǎng)關接口接受BMS控制，為BMS提供照明系統(tǒng)的現(xiàn)場信息，實現(xiàn)樓宇機電設備的一體化綜合管理。此外，消防系統(tǒng)與安防系統(tǒng)的協(xié)同形式也離不開C-Bus系統(tǒng)。

（三）C-Bus系統(tǒng)組成

系統(tǒng)單元、輸入單元和輸出單元這三個組成部分是典型C-Bus系統(tǒng)硬件的主要組成。系統(tǒng)單元主要包括電源、計算機接口與網(wǎng)橋等。輸入單元主要由NEO系列面板開關、觸摸屏、5個場景控制器等組成。輸出繼電器、調光器、模擬輸出單元和紅外輸出模塊是輸出單元蓋板的主要組成部分。

（四）智能照明控制系統(tǒng)概述

現(xiàn)代建筑智能照明控制系統(tǒng)是集數(shù)字控制技術、數(shù)字傳輸控制技術、現(xiàn)代智能照明技術等多種技術于一體的系統(tǒng)?，F(xiàn)代建筑智能照明控制系統(tǒng)的配置一般由三部分組成：系統(tǒng)模塊、輸入模塊、輸出模塊。系統(tǒng)以單元為單位設置獨立的IP地址，并通過軟件編程提供各種必要的功能。

三、現(xiàn)代智能照明控制系統(tǒng)功能

（一）進行自動調光的功能

現(xiàn)代智能照明控制系統(tǒng)使用各種傳感器和相應的具有各種功能的控制器，因此也可以進行自動控制?？刂葡到y(tǒng)可設置多種不同亮度的運行狀態(tài)，通過設置相關程序可自由切換這些狀態(tài)。通過操作控制面板，無需增加人工操作，即可根據(jù)所需室內場景的情況進行調整和操作，從而降低人工成本。同時，住戶可以智能控制當前環(huán)境，實現(xiàn)實時調節(jié)，更能適應不同家庭的不同需求?，F(xiàn)代智能照明控制系統(tǒng)還有其他優(yōu)勢，如，可以平滑地調整燈光的亮度，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境等。

眾所周知，光在墻壁上的反射率會隨時間不同程度地降低。因此，燈光亮度的設計就是取一定時期的平均值進行設計。所以，燈光的亮度一定要大于實際使用的燈光的亮度。應用現(xiàn)代智能照明控制系統(tǒng)后，進行智能調光，智能照明控制系統(tǒng)根據(jù)程序設置保持照明區(qū)域相對穩(wěn)定的亮度，不會降低照明效率。

（二）能夠充分地利用自然光源

最先進的智能照明控制系統(tǒng)可協(xié)調白天或黑夜的照明，這種協(xié)調是由照明控制單元實現(xiàn)的，該控制單元可以與照明系統(tǒng)集成。當天氣和時間發(fā)生變化時，現(xiàn)代智能照明系統(tǒng)會自動調節(jié)，確保室內亮度保持在最佳水平。

（三）運行過程節(jié)能

現(xiàn)代智能燈光控制系統(tǒng)可以智能控制不同的燈光，可以在不同的時間、位置控制不同的調節(jié)。還可以同時關閉一些未使用的燈，同時還可以調整燈的亮度，降低能耗。

（四）延長光源壽命

事實上，電網(wǎng)中的浪涌電壓與高壓是造成光源和家用電器損壞的主要原因，可以采用智能調光來延長燈具的使用壽命。智能照明控制系統(tǒng)采用軟啟動運行方式，可降低電網(wǎng)運行產(chǎn)生的沖擊電壓和浪涌電壓，可有效延長各種照明設備的運行時間。

四、基于C-Bus的智能照明控制系統(tǒng)設計

（一）C-Bus總線概述

1.C-Bus總線原理

C-Bus是一種兩線總線協(xié)議。C-Bus的控制協(xié)議完全獨立，與其他系統(tǒng)相比非常簡單，可以滿足人們對現(xiàn)代建筑照明控制的功能需求。C-Bus總線有一個獨立的微處理器和具有大量內存的內存模塊，它們有不同的地址。當數(shù)據(jù)輸入到C-Bus總線時，首先將信號轉換為總線信號，通過控制總線廣播總線信號，輸出單元接收輸入信號來判斷并執(zhí)行動作。C-Bus可以自動設置參數(shù)，系統(tǒng)狀態(tài)和控制命令存儲在輸入模塊和輸出模塊中，斷電后數(shù)據(jù)不易丟失?；謴凸╇姾?，系統(tǒng)自動恢復運行。由于參數(shù)被保存，因此它們不影響下一個任務，也不需要重復工作，還可以極大地降低成本。

2.C-Bus通訊協(xié)議

C-Bus總線控制系統(tǒng)地分為網(wǎng)段和組。不同的功能模塊可以通過尋址模塊分成不同的組，組之間互不影響工作。它是C-Bus的CSMA/CD傳輸技術協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率為956 kb/s，可配置成多種拓撲結構。C-Bus的基本單元是子網(wǎng)，每個網(wǎng)段都有一個獨立的控制器，既可以在網(wǎng)絡內執(zhí)行任務，也可以在網(wǎng)絡之間進行鏈接，增加了系統(tǒng)運行的可靠性。當傳輸介質為雙絞線時，C-Bus的傳輸距離可達1000 m以上。C-Bus總線可以承載29個控制器，大型C-Bus總線控制系統(tǒng)的主要部件由網(wǎng)段組成。每個網(wǎng)段不超過100個模塊，控制環(huán)地址小于等于255，網(wǎng)段傳輸距離小于1000 m。

（二）智能照明控制系統(tǒng)功能設計

照明控制要求比以前更復雜，因為現(xiàn)在的星級建筑由于功能性強，空間和面積都比較大?；诮ㄖ械恼彰髟O計，采用C-Bus智能照明控制系統(tǒng)，對建筑整體照明環(huán)境進行智能控制。系統(tǒng)可以自動控制建筑內的所有照明，并針對不同的應用設置相應的照明控制模式或預設不同的照明場景。這樣更容易響應各個領域的需求，并為提高照明質量做出了貢獻。

1.場景控制

智能照明控制系統(tǒng)引入了場景控制的概念。換言之，通過電子設備的控制部件（NEO控制面板、觸摸屏、管理軟件等）的功能來實現(xiàn)對多個照明和電子設備的控制。例如，在大廳設置一個“歡迎”場景。住戶到達時，按下此按鈕可同時打開房建內的所有燈，并將亮度調節(jié)到適當?shù)乃健Ｍ瑫r，電動窗簾與空調系統(tǒng)聯(lián)動，營造整個空間的愉悅氛圍。

2.電氣監(jiān)控

可以通過系統(tǒng)配置的觸摸屏或控制面板實時監(jiān)控照明電路和電器的開關狀態(tài)?？刂泼姘蹇梢员O(jiān)控電路中的開關狀態(tài)，也可以根據(jù)燈的顏色和亮度通過軟件進行設置。觸摸屏可讓在系統(tǒng)設計的平面圖上以動態(tài)電氣圖標的形式查看房間內受控電器的狀態(tài)。

3.調光控制

C-Bus系統(tǒng)的特點是通過漸亮調光、漸暗調光等調光功能，大大提高建筑物的裝飾檔次，同時適應人眼對光的生理適應性。通過延長光源壽命實現(xiàn)節(jié)能效果。

4.感應照明

在某些區(qū)域（走廊、浴室、樓梯等），系統(tǒng)使用紅外傳感器照明。當有人進入該區(qū)域時，照明系統(tǒng)會自動開啟，省去在匆忙進出物品時切換燈具的麻煩，體現(xiàn)了智能的優(yōu)勢。

5.恒亮控制

室外亮度的變化會影響控制區(qū)域的亮度，C-Bus系統(tǒng)將控制區(qū)域的亮度設置為一個值，從傳感器獲取亮度值，調整光照強度以保持設定的亮度，為控制區(qū)域提供舒適的照明環(huán)境。

6.時間順序控制

根據(jù)實際應用需求，設定按照時間順序自動控制燈光、電器等設備，如在夜晚到來之時，C-Bus系統(tǒng)打開室外的公共照明和泛光照明，在日出之前自動將其關閉。

7.系統(tǒng)的編程管理功能

系統(tǒng)使用編程管理軟件對所有操作設備進行編程，如改變控制面板上的每個按鈕場景、觸摸屏圖形界面或管理功能，可以根據(jù)業(yè)主的需要進行定制。

8.系統(tǒng)拓撲結構設計

根據(jù)建筑的結構特點和各種管理要求，建筑板塊可分為辦公區(qū)、客房區(qū)、功能區(qū)以及輔助區(qū)四個區(qū)域板塊。根據(jù)區(qū)域特點，設計了多種功能控制方式和管理模式。由于建筑物每層樓的建筑面積較大，需要控制的燈具數(shù)量越來越多。為方便建設和管理，建筑在設計時將接入局域網(wǎng)，每層樓配置一個C-Bus智能照明子網(wǎng)。每個子網(wǎng)通過RJ-45接口通過以太網(wǎng)接口單元（5500CN）實現(xiàn)C-Bus總線協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉換，由信息中心機房的中央監(jiān)控主機集中，中央監(jiān)控主機配備C-Bus系統(tǒng)軟件C-Gate和C-Lution。操作員監(jiān)控任務可以從圖形界面執(zhí)行，監(jiān)控整個智能照明系統(tǒng)的運行狀態(tài)[4]。

五、結語

總體而言，智能照明系統(tǒng)在星級建筑中的作用非常明顯。本文采用的C-BUS智能照明控制技術是我國現(xiàn)階段使用得比較成熟穩(wěn)定的技術。在現(xiàn)代化進程不斷推進的今天，如何進一步完善C-BUS智能照明控制技術，為高評級建筑提供卓越的控制性能，是我們未來研究的重要方向。

參考文獻：

[1]周芳，劉美根.智能照明控制系統(tǒng)在電氣照明節(jié)能設計中的應用[J].低壓電器，2007（16）.

[2]段建勝.淺談C-BUS智能化照明控制技術[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2012（4）.

[3]甘亦波.小議C-BUS智能化照明控制技術管理[J].智能建筑與城市信息，2008（6）.

[4]孫杏花.淺談星級酒店智能照明控制系統(tǒng)的問題與控制措施探討[J].科技資訊，2012（10）.

編輯 王亞青

①基金項目：臺州職業(yè)技術學院2022年度一般課題“基于C-Bus的智能照明系統(tǒng)研究”（課題編號：2022YB05）。

作者簡介：宋星（1982—），女，漢族，云南昭通人，本科，講師，電氣自動化方向。

楊彥青（1980—），男，漢族，河北故城人，本科，講師，電氣自動化方向。