C-Bus智能照明控制系統在體育館中的應用

文│ 蘇州大學城市軌道交通學院 劉光平

蘇州朝陽智能科技有限公司 吳雪芳

1 引言

樓宇智能化已經成為當今建筑發展的主流技術。現代建筑中的照明不僅要求能為人們的工作、學習、生活提供良好的視覺條件，利用燈具造型和光色協調營造出具有一定風格和美感的室內環境，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。智能照明系統適應了人們對現代照明的需求，在我國公共建筑中的應用日益廣泛，如今已成為建筑智能化系統的重要組成部分。智能照明控制系統的應用不僅提高了照明環境品質及管理效率，而且能夠有效節約電能。

2 照明自動控制系統拓撲結構

照明自動控制系統主要有星型和總線型兩種結構。星型照明控制系統屬于集中式控制，以直接數字控制器（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，實現燈具的開關控制。采用DDC盡管可以實現對照明燈的定時開關以及對各區域進行調控，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，燈具以開關控制為主，即使能進行調光，其調光功能和調光技術都很簡單，且照明燈調光后的場景效果較差，燈光場景等預設置和場景管理之類的新型照明控制系統功能也很難實現。而且由于通常以中央監控為主，缺乏現場調控手段，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。當系統任務量增加時，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用較少。

總線型照明控制系統則屬于分散式控制，它是一種基于計算機控制平臺的全數字、模塊化的分布式照明控制系統。該系統以中央監控為中心，組建控制主干網和多個控制子網，各照明控制器、控制面板等設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上。系統將原控制中心的控制功能分散至各終端控制設備，該設備可獨立運行，完成相應的控制功能。總線型照明控制系統是一種專業的智能照明系統，與星型照明控制系統相比，它不僅具有豐富的控制功能，而且在系統的可靠性、可維護性、可擴展性方面也具有優勢。因此，在照明控制工程中，總線型智能照明控制系統應用更加廣泛。圖1所示為典型的智能照明控制系統結構圖。

圖1 典型智能照明控制系統結構圖

總線型智能照明控制系統數不勝數，這些智能照明控制系統的結構基本相同，差異較小。其中C-Bus智能照明控制系統具有技術先進、性能優異等特點，目前廣泛應用于我國各個行業，具有良好的應用前景。

3 C-Bus智能照明控制系統的組成及工作原理

C-Bus即Clipsal Bus的簡稱，是奇勝（Clipsal）公司制定的兩線制總線數據傳輸協議，它定義了電子鎮流器與設備控制器之間的數字通信方式。C-Bus總線結構簡單、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，能很好的滿足現代建筑中的照明需求。

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

C-Bus系統的系統軟件主要由C-Bus V 2.0系統編程軟件、C-Bus系統監控軟件C-Lution、接口軟件C-Gate等，以實現對系統元件參數的設定及采用圖形化界面對C-Bus系統進行監控。C-Bus通過系統編程使控制開關與輸出回路建立邏輯對應關系，因此在設計時更加簡單、方便、靈活。

C-Bus智能照明控制系統中的所有單元器件（除電源外）均內置微處理器和存儲單元，每個單元均設置唯一的單元地址并用軟件設定其功能，通過輸出單元控制各回路負載。輸入單元通過群組地址和輸出組件建立對應聯系，當有輸入時，輸入單元將其轉變為C-Bus信號并在C-Bus系統總線上廣播，所有的輸出單元接收并做出判斷，控制相應回路輸出。這些單元器件直接掛接于C-Bus總線上，設備之間相互直接通信，無須借助中央控制器，避免集中式系統中央控制器出現故障時導致整個系統癱瘓的危險。C-Bus系統控制回路與負載回路實現分離，控制總線由一對5類雙絞線連接成網絡，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智能照明控制系統具有豐富的控制功能，可實現場景控制、調光控制、定時控制、就地手動控制、區域控制、群組控制等多種方式。它既可以獨立運行，也可以通過網關接口和軟件協議與樓宇自控系統（BAS）相互連接和通信，實現系統集成。通過網關接口，C-Bus智能照明控制總線可以為BAS提供照明系統現場信息，并接受BAS的控制，實現建筑設備的統一控制與管理。

4 體育館智能照明控制系統設計

4.1 工程概況

位于蘇州市工業園區的某體育館，占地11650m2，總建設面積23560m2，共五層，分地下一層，地上四層，內設主館、訓練館、游泳館及停車場等設施。該體育館是一座集現代化場館設施、網絡化信息傳播為一體的智能型體育場館。在對體育館照明設計圖紙詳細分析的基礎上，根據C-Bus智能照明控制系統的設計思想，兼顧局部照明控制，完成智能照明控制系統的設計。C-Bus智能照明控制系統在體育館內的控制范圍主要包括以下幾個部分：①地下一層公共區域照明、多功能廳等重要場所；②一層公共區域照明；③二至四層公共區域照明及二層包廂照明；④場館部分（主場館、訓練館、游泳館）照明。

4.2 系統網絡拓撲結構

整個體育館主要由主館、練習館、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、規模適中的原則。訓練館、游泳館等建筑規模相對較小，各自組建成智能照明控制子網。主館由于規模較大，設地下一層、地上一層、二至四層和主場館共4個智能照明控制子網，因此整個照明系統共設6個C-Bus智能照明子網。各子網內的單元模塊均通過C-Bus總線連接，一端串接各模塊，另一端與以太網接口（5500CN）連接，經RJ45接口實現C-Bus總線協議與TCP/IP協議的轉換，并與體育館內的局域網連接。智能照明控制中心設置在主館二樓燈光控制室內，配置一臺監控計算機，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行監控和操作，監視整個智能照明系統的運行狀態。該系統拓撲結構如圖2所示。

4.3 各控制區域的設計

（1）場地照明

體育館場地照明主要包括主賽場區域和座位區兩部分。根據場館燈光照明要求，在二樓燈光控制室內安裝一臺中文圖形化觸摸屏，用于對主賽場區域和座位區的照明場景控制。系統預先設置若干基本照明場景，如場地準備、正式比賽、一般比賽、訓練等照明場景，工作人員根據不同的比賽來選擇相應的照明場景，這樣可以讓運動員在最佳的照明環境下進行比賽，有利于運動員發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境下觀看比賽，達到最佳的視覺效果。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，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。不同模式可在觸摸屏控制界面上直接操作切換，也可在監控中心軟件界面上進行切換。

圖2 某體育館C-Bus智能照明控制系統網絡結構圖

（2）公共區域照明

體育館公共區域包括售票廳、入口大廳、走廊、公共通道和衛生間。售票廳和入口大廳的照明采用就地控制和中央監控計算機控制，并以中央計算機控制為主。售票廳和入口大廳均設置一個四鍵開關，用于現場就地控制。大廳照明的控制方式靈活多樣，系統提供就地控制、中央監控計算機控制、時間控制等多種方式，工作人員可根據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，方便觀眾進出，比賽結束觀眾清場后關閉。

走廊采用自動定時控制，將一天分為幾個時段或根據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控計算機進行時段設置。另外，在每個走廊兩端或中間位置設NEO系列4鍵開關，用于現場就地控制。監控計算機實時監控走廊照明燈具的開啟狀態。

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

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/關進行自動控制。當紅外移動探測器檢測到有人進入探測范圍，信號送入相應的輸出繼電器模塊，執行照明燈具的開啟命令；若探測范圍內無人，照明燈具則保持關閉狀態。這種控制方式避免了“長明燈”現象，能有效節約能源。

（3）功能區域照明

功能區域包括多功能廳、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置一個場景開關，可預先設定若干場景，使多功能廳在不同用途下，都可以產生令人舒適的照明效果，充分體現多功能廳的高性能。

更衣室采用紅外移動探測器對照明燈具的開/關進行自動控制，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鍵開關用于就地控制。如有需要，可由感應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，還能有效節約能源。

在主客隊休息室，設置1個智能8鍵開關進行控制。采用智能8鍵開關可分別對每個按鍵進行編程定義，實現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，得到更好的休息。

對于包廂房間，每個包廂設置一個液晶觸摸屏和一個五場景控制器。根據場景預設，五場景控制器可通過有線或無線的方式調動相應的執行機構控制照明設備，調整燈具開啟種類、光源照度高低、光色搭配以及照明角度等，以實現所設模式。通過觸摸屏操作或使用遙控器，即可調用所需的燈光場景，產生各種燈光視覺效果，使包廂內的燈光環境符合使用需求。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，停車場照明受監控計算機的控制，處于自動控制狀態。停車區域采用紅外移動探測傳感器，當有人或車移動時開啟相應的局部照明，車停好后或人、車離開后燈延時關閉。當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，通過軟件的設置，在這些時段內，自動控制燈具開閉的數量，保證停車場內活動所需的最基本照度。同時，在停車場的管理室設置一個雙鍵開關和兩個4鍵開關，用于停車場照明燈光的手動控制。4鍵開關的每個按鍵分別單獨控制停車場內的每一條照明回路，雙鍵開關被設定為總開、總關功能，第一個按鍵為總開，第二個按鍵為總關。

5 結束語

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

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