基于C-Bus總線的照明開關及調光控制

楊廣華，薛鶴飛，郎斯喆，張健珩，張建彤，付賢松

(天津工業大學 電氣工程與自動化學院，天津 300387)

1 C-Bus智能照明控制系統

隨著人們在生活中節能意識和對舒適性要求的提高，智能照明控制系統在各種公共建筑以及一些家庭中得到越來越多地應用，尤其在智能和綠色建筑中更是不可或缺。當前常用的照明控制系統均基于現場總線(FCS)技術，按協議的開放性可分為封閉、開放協議兩類。封閉協議有Bus(如C-Bus、i-Bus)和Dynet兩種，開放協議有EIB、DALI、X-10和HBS[1-8]。

作為控制總線代表之一的C-Bus系統是一個分布式、總線型的智能控制系統，主要用于照明系統的控制，也可用于與消防、保安、門禁等系統、空調、窗簾、投影儀、電動幕布等設備聯動。 C-Bus系統能夠實現白熾燈、日光燈、節能燈、石英燈等多種光源調光，可以完成各種場合的燈光進行控制，進而滿足復雜環境對照明的要求。一個C-Bus系統是由信號輸入、控制單元及系統主機三部分組成。信號輸入是將外界控制信號轉換為系統信號，包括各類控制面板或觸摸屏、智能傳感器、遙控器等；控制單元執行系統命令實現照明控制，包括各類控制模塊、調光模塊等；系統主機包括監控軟件及通信接口等。C-Bus系統通過控制總線將所有單元器件連接成網絡。每個單元均設置唯一的單元地址并用軟件設定其功能，輸入單元通過群組地址和輸出組件建立對應聯系，通過輸出單元控制各回路負載。當有輸入時，輸入單元將其轉變為C-Bus信號在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[9-11]。

圖1 C-Bus智能照明控制系統框架圖Fig.1 Frame diagram of C-Bus intelligent lighting control system

許多學者和工程技術人員對C-Bus系統進行了較多的研究和應用，目前C-Bus系統已經在運動場、酒店、校園照明、辦公寫字樓宇、博覽中心、會展中心等對照明控制要求較高的環境中有了大量的實際應用案例，運行情況良好。學習和研究C-Bus智能照明控制系統對實現以智慧城市為主要目標的智能照明控制有著重要的實際意義[12-19]。

2 實踐環境及系統

2.1 照明空間設計

為加強對智能照明控制系統的學習和掌握，天津工業大學光源與照明實驗室建設了基于C-Bus智能照明控制系統的可移動多功能“智能生活空間”。此設施由兩個房間組成，每個房間設計高度2.8m，長×寬為4m×3m，如果需要可隨意進行擴充，接地支撐柱安裝帶閘滾輪，便于房間移動及固定。房間四周懸掛有遮光布簾，隨時可拉開或遮擋。四周還可安裝多孔金屬板，以便于安放軌道及其它實驗控制設備。頂部裝有小孔金屬絲網，方便安裝相關燈具。整個房間為鋁合金結構，配有接地導線，加強安全防護。房間的設計制造為照明實踐的開展提供了極大的便利，保證了實驗的真實性和科學性，如圖2所示。

圖2 智能生活空間Fig.2 Smart living space

2.2 C-Bus照明系統使用的軟件及硬件單元

在應用中使用C-BusToolkit 1.11.12照明控制系統，以進行硬件控制及代碼實現。在實驗過程中，注意在進行編程前，要連接上網絡并選擇正確的接口。連接好燈具、控制線路及相應單元后，反復進行檢查以確保正確，并注意用電安全。之后打開軟件單擊OPEN Network，連接C-Bus網絡，進行線路硬件掃描，確認所使用的硬件單元，并上傳到當前應用數據庫中，就可根據相關要求進行編程控制設計，如圖3所示。

圖3 C-BusToolkit工作窗口Fig.3 C-Bus Toolkit working windon

為完成照明燈具的開關、調光、亮度檢測及人體檢測控制實驗，在其中主要分別使用了以下硬件單元：5500PCU、NEO系列8Key面板編程、4路2A調光器L5504D2A、90度室內紅外傳感器E5751L、室內型亮度傳感器E5031PE等。燈具選擇40W普通照明用白熾燈。

3 應用實驗設計

3.1 開關控制

由于需要使用開關面板對相關單元進行控制，所以這里主要對開關面板單元和繼電器單元進行編程控制。在完成網絡連接后單擊Units開始進行編程，首先對智能繼電器進行編程，雙擊打開繼電器的編輯界面。單擊在窗口中上側Channel后的“+”號選擇設置通道組地址，控制組地址的范圍設定為0-255，如圖4(a)所示。

圖4 編程控制Fig.4 Programming control

第一個通道channel 1的組地址(Group address)定義為000，可以寫漢字，但建議寫英文數字，這里為1AL-P1。單擊OK確認。同理，第二個通道的組地址定義為001，如果想修改可以點擊下拉進行重新選擇，描述為1AL-P2。后面的幾個通道依次編號，然后單擊OK保存程序，等待數據下傳完畢，這樣就完成對繼電器模塊的編程如圖4(b)所示。

接著對NEO系列8Key面板編程。選中8Key面板單元，單擊進入編輯界面，如果用Key1對應繼電器的第一個組地址，可點擊下拉箭頭選擇1AL-P1。注意此時功能Function 變成on/off，即開關功能。若需要修改功能，點擊下拉箭頭選擇其它功能，類似的Key2控制第二個通道，Key3控制第三個通道，Key4控制第4個通道，完成控制面板編程后，單擊OK，保存程序及下載。最終完成工作,實現了幾個通道的開關控制功能，此時可以用8Key 開關控制對應繼電器通道上的燈具或其他設備的通斷。實驗控制結果如圖5所示。

圖5 開關實現了對燈的控制Fig.5 Switch to achieve the control of the lights

3.2 調光控制

實現調光控制需要用到的硬件為4路2A調光器L5504D2A和Neo系列4路可編程控制面板E5084NL。編程前選擇對應的接口及連接上C-Bus network，接口單元為5500PCU。首先對調光器進行編程。該模塊單元已經加入且匹配好，選調光器點擊進入編輯界面。單擊第一通道的+號進行設置定義組地址。同樣設置第二通道，完成后單擊OK保存程序，等待下傳完畢如圖6所示。

圖6 對第一通道設置Fig.6 Set for the first channel

接下來對4Key調光控制面板進行編程。設Key1對應第一通道的調光，Key2對應第二通道的調光。調光需要選擇Function中的Dimmer選項，如圖6(b)所示。旁邊出現一個復選框，單擊進行編輯，如果是調光器功能需要選Memory，否則選另一個。Dimmer表示短按此按鈕，可以進行對燈具的開關控制，長按進行調光控制。同樣對Key2選擇同樣的功能，這樣就能實現Key 1和Key 2對同一個通道的控制。實驗控制結果如圖7所示。

圖7 工作對比Fig.7 Working contrast

4 結論

除了對照明燈具實現開關和調光控制以外，C-Bus總線系統還有著許多其它功能，包括組網、遠程控制、窗簾、聲音、燈光等。在設計及應用過程中可以發現C-Bus系統有非常強大的功能應用，線路簡單、工作穩定、安裝方便、易于維護，缺點是成本較高。如高檔寫字樓、會議室、酒店、大型車站、機場、會展中心、體育場等很多場所都可以利用C-Bus系統實現智能控制，在不同應用場所還需要有不同的控制方案、代碼編寫及場景設計。隨著現代智慧城市的迅速發展、互聯網生活的盛行，如C-Bus等總線智能控制系統也將為綠色節能智能化的照明及家居控制做出重要貢獻，期待我們的生活變得越來越美好。在此一并感謝奇勝公司技術服務人員的大力支持。

[1] 宋海濤. C-BUS智能照明系統簡介與應用[J]. 山西建筑,2007,33(18):186-187.

[2] 沈璞,于志鵬. KNX智能家居控制在中國的應用現狀與發展分析[J].儀器儀表標準化與測量,2011(5):17-20.

[3] 葉敏莉.住宅和樓宇控制系統HBES(KNX/EIB)介紹[J]. 儀器儀表標準化與計量,2007 (5):1-5.

[4] 梁藝,周衛星,陳炳銳.基于DMX512 協議的燈光控制信號無線傳輸設計[J].單片機與嵌入式系統應用,2009(7):46-48.

[5] 郭鐵橋,陳勇.基于CAN / LIN總線的智能照明系統,自動化儀表[J].2011,32(2):46-48.

[6] 張慶,李凌宇,許錦標. 基于DALI協議的智能照明網絡系統設計[J]. 現代建筑電氣. 2010(09):22-24.

[7] 劉艷.基于LonWorks的智能照明系統設計[D]. 南京：南京理工大學, 2009.

[8] 秦宗錦,王永杰.基于RS485 總線照明電路系統設計[J].數字技術與應用,2012(7):145-146.

[9] 施耐德電氣(中國)有限公司.C-Bus Product Overview Guide[R].2013.

[10] Asea Brown Boveri Ltd. ABB i-bus EIB智能安裝手冊[R].2004.

[11] 施耐德電氣(中國)有限公司.KNX系統產品手冊[R].2011.

[12] 張云洲, 吳成東, 晉亮,等.基于C-Bus 總線的智能照明控制系統設計[J]. 控制工程,2008,15(2):182-184.

[13] 張岳軍,吳明光.智能照明系統控制網絡的研究[J].照明工程學報，2004,15(4):16-19.

[14] 石洋. 天津泰達足球場智能照明管理系統[J].智能建筑與城市信息,2005，9:23-28.

[15] 劉光平.酒店智能照明控制系統設計[J].電氣應用，2013,32(22):1-4.

[16] 陳丹,張彬.辦公樓智能照明控制系統設計[J].照明工程學報,2010,21(2):29-31.

[17] 童凌,鄒涯梅. 基于C-BUS協議的校園智能照明控制系統設計[J].成都航空職業技術學院學報，2012(4):43-46.

[18] 魏立明,李晨.基于C-Bus總線技術辦公樓宇智能照明控制系統設計[J].電氣應用，2014,33(18):26-28.

[19] 姜華,劉小起.C-BUS智能照明系統在中山博覽中心的應用[J].照明工程學報,2009,20(2):74-78.