文│ 蘇州大學(xué)城市軌道交通學(xué)院 劉光平

蘇州朝陽智能科技有限公司 吳雪芳

1 引言

樓宇智能化已經(jīng)成為當(dāng)今建筑發(fā)展的主流技術(shù)。現(xiàn)代建筑中的照明不僅要求能為人們的工作、學(xué)習(xí)、生活提供良好的視覺條件，利用燈具造型和光色協(xié)調(diào)營造出具有一定風(fēng)格和美感的室內(nèi)環(huán)境，以滿足人們的心理和生理要求，同時還要考慮到管理智能化和操作簡單化以及靈活應(yīng)用于未來的照明布局和控制方式、變更要求等。智能照明系統(tǒng)適應(yīng)了人們對現(xiàn)代照明的需求，在我國公共建筑中的應(yīng)用日益廣泛，如今已成為建筑智能化系統(tǒng)的重要組成部分。智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用不僅提高了照明環(huán)境品質(zhì)及管理效率，而且能夠有效節(jié)約電能。

2 照明自動控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

照明自動控制系統(tǒng)主要有星型和總線型兩種結(jié)構(gòu)。星型照明控制系統(tǒng)屬于集中式控制，以直接數(shù)字控制器（DDC）為核心，各照明控制回路直接接入DDC的DO通道，DDC則通過控制供電回路中接觸器的分合，控制供電回路的通斷，實現(xiàn)燈具的開關(guān)控制。采用DDC盡管可以實現(xiàn)對照明燈的定時開關(guān)以及對各區(qū)域進(jìn)行調(diào)控，但它還是具有一定的局限性。它的控制器模塊性能、功能都比較簡單，輸出功率小、回路少，燈具以開關(guān)控制為主，即使能進(jìn)行調(diào)光，其調(diào)光功能和調(diào)光技術(shù)都很簡單，且照明燈調(diào)光后的場景效果較差，燈光場景等預(yù)設(shè)置和場景管理之類的新型照明控制系統(tǒng)功能也很難實現(xiàn)。而且由于通常以中央監(jiān)控為主，缺乏現(xiàn)場調(diào)控手段，會給操作使用帶來諸多不便。另外這種控制方式對DDC本身要求很高，必須具有足夠的處理能力和極高的可靠性。當(dāng)系統(tǒng)任務(wù)量增加時，DDC的效率和可靠性將急劇下降，因此在實際的照明工程中應(yīng)用較少。

總線型照明控制系統(tǒng)則屬于分散式控制，它是一種基于計算機控制平臺的全數(shù)字、模塊化的分布式照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以中央監(jiān)控為中心，組建控制主干網(wǎng)和多個控制子網(wǎng)，各照明控制器、控制面板等設(shè)備均具有中央處理器CPU單元，每個控制器和面板都可以直接連接在子網(wǎng)上。系統(tǒng)將原控制中心的控制功能分散至各終端控制設(shè)備，該設(shè)備可獨立運行，完成相應(yīng)的控制功能。總線型照明控制系統(tǒng)是一種專業(yè)的智能照明系統(tǒng)，與星型照明控制系統(tǒng)相比，它不僅具有豐富的控制功能，而且在系統(tǒng)的可靠性、可維護性、可擴展性方面也具有優(yōu)勢。因此，在照明控制工程中，總線型智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用更加廣泛。圖1所示為典型的智能照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 典型智能照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

總線型智能照明控制系統(tǒng)數(shù)不勝數(shù)，這些智能照明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本相同，差異較小。其中C-Bus智能照明控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)異等特點，目前廣泛應(yīng)用于我國各個行業(yè)，具有良好的應(yīng)用前景。

3 C-Bus智能照明控制系統(tǒng)的組成及工作原理

C-Bus即Clipsal Bus的簡稱，是奇勝（Clipsal）公司制定的兩線制總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它定義了電子鎮(zhèn)流器與設(shè)備控制器之間的數(shù)字通信方式。C-Bus總線結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、操作容易、功能豐富，是一種獨立的、分布式、總線型照明控制系統(tǒng)，能很好的滿足現(xiàn)代建筑中的照明需求。

C-Bus智能照明控制系統(tǒng)硬件主要由系統(tǒng)單元、輸入單元、輸出單元三部分組成。系統(tǒng)單元主要包括電源裝置、網(wǎng)橋、PC接口和以太網(wǎng)接口；輸入單元主要包括NEO系列面板開關(guān)、觸摸屏、五場景控制器等；輸出單元主要包括輸出繼電器、調(diào)光器、模擬輸出單元、紅外輸出模塊等。

C-Bus系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件主要由C-Bus V 2.0系統(tǒng)編程軟件、C-Bus系統(tǒng)監(jiān)控軟件C-Lution、接口軟件C-Gate等，以實現(xiàn)對系統(tǒng)元件參數(shù)的設(shè)定及采用圖形化界面對C-Bus系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。C-Bus通過系統(tǒng)編程使控制開關(guān)與輸出回路建立邏輯對應(yīng)關(guān)系，因此在設(shè)計時更加簡單、方便、靈活。

C-Bus智能照明控制系統(tǒng)中的所有單元器件（除電源外）均內(nèi)置微處理器和存儲單元，每個單元均設(shè)置唯一的單元地址并用軟件設(shè)定其功能，通過輸出單元控制各回路負(fù)載。輸入單元通過群組地址和輸出組件建立對應(yīng)聯(lián)系，當(dāng)有輸入時，輸入單元將其轉(zhuǎn)變?yōu)镃-Bus信號并在C-Bus系統(tǒng)總線上廣播，所有的輸出單元接收并做出判斷，控制相應(yīng)回路輸出。這些單元器件直接掛接于C-Bus總線上，設(shè)備之間相互直接通信，無須借助中央控制器，避免集中式系統(tǒng)中央控制器出現(xiàn)故障時導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓的危險。C-Bus系統(tǒng)控制回路與負(fù)載回路實現(xiàn)分離，控制總線由一對5類雙絞線連接成網(wǎng)絡(luò)，這對雙絞線既為每個組件提供36V直流電源，又可加載總線控制信號。

C-Bus智能照明控制系統(tǒng)具有豐富的控制功能，可實現(xiàn)場景控制、調(diào)光控制、定時控制、就地手動控制、區(qū)域控制、群組控制等多種方式。它既可以獨立運行，也可以通過網(wǎng)關(guān)接口和軟件協(xié)議與樓宇自控系統(tǒng)（BAS）相互連接和通信，實現(xiàn)系統(tǒng)集成。通過網(wǎng)關(guān)接口，C-Bus智能照明控制總線可以為BAS提供照明系統(tǒng)現(xiàn)場信息，并接受BAS的控制，實現(xiàn)建筑設(shè)備的統(tǒng)一控制與管理。

4 體育館智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1 工程概況

位于蘇州市工業(yè)園區(qū)的某體育館，占地11650m2，總建設(shè)面積23560m2，共五層，分地下一層，地上四層，內(nèi)設(shè)主館、訓(xùn)練館、游泳館及停車場等設(shè)施。該體育館是一座集現(xiàn)代化場館設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)化信息傳播為一體的智能型體育場館。在對體育館照明設(shè)計圖紙詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)C-Bus智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計思想，兼顧局部照明控制，完成智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計。C-Bus智能照明控制系統(tǒng)在體育館內(nèi)的控制范圍主要包括以下幾個部分：①地下一層公共區(qū)域照明、多功能廳等重要場所；②一層公共區(qū)域照明；③二至四層公共區(qū)域照明及二層包廂照明；④場館部分（主場館、訓(xùn)練館、游泳館）照明。

4.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

整個體育館主要由主館、練習(xí)館、游泳館及停車場等各自獨立的建筑組成，空間跨度較大，因此宜采用就近組網(wǎng)、規(guī)模適中的原則。訓(xùn)練館、游泳館等建筑規(guī)模相對較小，各自組建成智能照明控制子網(wǎng)。主館由于規(guī)模較大，設(shè)地下一層、地上一層、二至四層和主場館共4個智能照明控制子網(wǎng)，因此整個照明系統(tǒng)共設(shè)6個C-Bus智能照明子網(wǎng)。各子網(wǎng)內(nèi)的單元模塊均通過C-Bus總線連接，一端串接各模塊，另一端與以太網(wǎng)接口（5500CN）連接，經(jīng)RJ45接口實現(xiàn)C-Bus總線協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，并與體育館內(nèi)的局域網(wǎng)連接。智能照明控制中心設(shè)置在主館二樓燈光控制室內(nèi)，配置一臺監(jiān)控計算機，并安裝C-Bus智能照明管理軟件。操作人員可以在中文圖形化顯示的界面上進(jìn)行監(jiān)控和操作，監(jiān)視整個智能照明系統(tǒng)的運行狀態(tài)。該系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.3 各控制區(qū)域的設(shè)計

（1）場地照明

體育館場地照明主要包括主賽場區(qū)域和座位區(qū)兩部分。根據(jù)場館燈光照明要求，在二樓燈光控制室內(nèi)安裝一臺中文圖形化觸摸屏，用于對主賽場區(qū)域和座位區(qū)的照明場景控制。系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置若干基本照明場景，如場地準(zhǔn)備、正式比賽、一般比賽、訓(xùn)練等照明場景，工作人員根據(jù)不同的比賽來選擇相應(yīng)的照明場景，這樣可以讓運動員在最佳的照明環(huán)境下進(jìn)行比賽，有利于運動員發(fā)揮出自己的最高水平。場景控制也可使觀眾在最佳的燈光環(huán)境下觀看比賽，達(dá)到最佳的視覺效果。場地照明燈具接入繼電器輸出回路，繼電器模塊均安裝于照明配電箱內(nèi)，繼電器模塊一端與各回路空氣斷路器連接，另一端接照明回路，場景切換由觸摸屏控制繼電器模塊來實現(xiàn)。不同模式可在觸摸屏控制界面上直接操作切換，也可在監(jiān)控中心軟件界面上進(jìn)行切換。

圖2 某體育館C-Bus智能照明控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

（2）公共區(qū)域照明

體育館公共區(qū)域包括售票廳、入口大廳、走廊、公共通道和衛(wèi)生間。售票廳和入口大廳的照明采用就地控制和中央監(jiān)控計算機控制，并以中央計算機控制為主。售票廳和入口大廳均設(shè)置一個四鍵開關(guān)，用于現(xiàn)場就地控制。大廳照明的控制方式靈活多樣，系統(tǒng)提供就地控制、中央監(jiān)控計算機控制、時間控制等多種方式，工作人員可根據(jù)具體情況選擇合適的控制方式。一般情況下，正式比賽時，全部打開，方便觀眾進(jìn)出，比賽結(jié)束觀眾清場后關(guān)閉。

走廊采用自動定時控制，將一天分為幾個時段或根據(jù)人流情況決定定時時間。在比賽期間或人流高峰期，將走廊燈全部開啟；平時則關(guān)閉大部分照明回路或啟動交叉照明，只保留基本照明。定時功能可由燈光控制室的觸摸屏或監(jiān)控計算機進(jìn)行時段設(shè)置。另外，在每個走廊兩端或中間位置設(shè)NEO系列4鍵開關(guān)，用于現(xiàn)場就地控制。監(jiān)控計算機實時監(jiān)控走廊照明燈具的開啟狀態(tài)。

公共通道為進(jìn)出場館的區(qū)域，采用就地控制和集中控制兩種模式。正式比賽時，公共通道的燈光應(yīng)全部打開，方便觀眾進(jìn)出；比賽結(jié)束、觀眾清場后該區(qū)域的燈光全部關(guān)閉。該操作可通過設(shè)置在通道入口的4鍵開關(guān)就地控制，也可由中央監(jiān)控計算機進(jìn)行控制，并事先設(shè)置好開啟時段，采用的控制方式可根據(jù)實際的人流量確定。

洗手間人流量少，照明燈具的使用頻率較低，因此，采用紅外移動探測器對照明燈具的開/關(guān)進(jìn)行自動控制。當(dāng)紅外移動探測器檢測到有人進(jìn)入探測范圍，信號送入相應(yīng)的輸出繼電器模塊，執(zhí)行照明燈具的開啟命令；若探測范圍內(nèi)無人，照明燈具則保持關(guān)閉狀態(tài)。這種控制方式避免了“長明燈”現(xiàn)象，能有效節(jié)約能源。

（3）功能區(qū)域照明

功能區(qū)域包括多功能廳、更衣室、主客隊休息室和獨立控制包廂房間。體育館的多功能廳主要用于會議以及召開新聞發(fā)布會等。多功能廳采用就地控制，提供遙控、場景控制等方式。在多功能廳的入口處設(shè)置一個場景開關(guān)，可預(yù)先設(shè)定若干場景，使多功能廳在不同用途下，都可以產(chǎn)生令人舒適的照明效果，充分體現(xiàn)多功能廳的高性能。

更衣室采用紅外移動探測器對照明燈具的開/關(guān)進(jìn)行自動控制，其控制原理與洗手間相同。不同的是，更衣室還提供手動控制方式，并在更衣室的入口安裝4鍵開關(guān)用于就地控制。如有需要，可由感應(yīng)控制切換為就地手動控制。控制方式靈活多樣，不僅使用方便，還能有效節(jié)約能源。

在主客隊休息室，設(shè)置1個智能8鍵開關(guān)進(jìn)行控制。采用智能8鍵開關(guān)可分別對每個按鍵進(jìn)行編程定義，實現(xiàn)由按鍵控制不同燈光場景的交換，以滿足教練員和運動員對燈光照明的需要，使運動員在有限的時間內(nèi)，得到更好的休息。

對于包廂房間，每個包廂設(shè)置一個液晶觸摸屏和一個五場景控制器。根據(jù)場景預(yù)設(shè)，五場景控制器可通過有線或無線的方式調(diào)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)控制照明設(shè)備，調(diào)整燈具開啟種類、光源照度高低、光色搭配以及照明角度等，以實現(xiàn)所設(shè)模式。通過觸摸屏操作或使用遙控器，即可調(diào)用所需的燈光場景，產(chǎn)生各種燈光視覺效果，使包廂內(nèi)的燈光環(huán)境符合使用需求。主客隊休息室和包廂房間的控制以就地獨立控制為主。

（4）停車場照明

一般情況下，停車場照明受監(jiān)控計算機的控制，處于自動控制狀態(tài)。停車區(qū)域采用紅外移動探測傳感器，當(dāng)有人或車移動時開啟相應(yīng)的局部照明，車停好后或人、車離開后燈延時關(guān)閉。當(dāng)有車移動時可以通過主機顯示出來，方便保安和管理人員的管理。根據(jù)實際照明及車輛的使用情況，可將一天的照明分成幾個時段，如上午、中午、下午、晚上、深夜5個時段，通過軟件的設(shè)置，在這些時段內(nèi)，自動控制燈具開閉的數(shù)量，保證停車場內(nèi)活動所需的最基本照度。同時，在停車場的管理室設(shè)置一個雙鍵開關(guān)和兩個4鍵開關(guān)，用于停車場照明燈光的手動控制。4鍵開關(guān)的每個按鍵分別單獨控制停車場內(nèi)的每一條照明回路，雙鍵開關(guān)被設(shè)定為總開、總關(guān)功能，第一個按鍵為總開，第二個按鍵為總關(guān)。

5 結(jié)束語

隨著體育場館智能化程度越來越高，智能照明控制系統(tǒng)已成為體育場館智能化系統(tǒng)的重要組成部分。通過應(yīng)用C-Bus智能照明控制系統(tǒng)，體育館的照明控制功能將更加豐富，照明系統(tǒng)管理效率和管理水平得到很大提高，并且具有顯著的節(jié)能效果。隨著我國對建筑節(jié)能減排的日益重視，智能照明控制系統(tǒng)具有良好的發(fā)展前景，C-Bus總線的應(yīng)用也將更加廣泛。

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