C-Bus智能照明控制系统在体育馆中的应用

文│ 苏州大学城市轨道交通学院 刘光平

苏州朝阳智能科技有限公司 吴雪芳

1 引言

楼宇智能化已经成为当今建筑发展的主流技术。现代建筑中的照明不仅要求能为人们的工作、学习、生活提供良好的视觉条件，利用灯具造型和光色协调营造出具有一定风格和美感的室内环境，以满足人们的心理和生理要求，同时还要考虑到管理智能化和操作简单化以及灵活应用于未来的照明布局和控制方式、变更要求等。智能照明系统适应了人们对现代照明的需求，在我国公共建筑中的应用日益广泛，如今已成为建筑智能化系统的重要组成部分。智能照明控制系统的应用不仅提高了照明环境品质及管理效率，而且能够有效节约电能。

2 照明自动控制系统拓扑结构

照明自动控制系统主要有星型和总线型两种结构。星型照明控制系统属于集中式控制，以直接数字控制器（DDC）为核心，各照明控制回路直接接入DDC的DO通道，DDC则通过控制供电回路中接触器的分合，控制供电回路的通断，实现灯具的开关控制。采用DDC尽管可以实现对照明灯的定时开关以及对各区域进行调控，但它还是具有一定的局限性。它的控制器模块性能、功能都比较简单，输出功率小、回路少，灯具以开关控制为主，即使能进行调光，其调光功能和调光技术都很简单，且照明灯调光后的场景效果较差，灯光场景等预设置和场景管理之类的新型照明控制系统功能也很难实现。而且由于通常以中央监控为主，缺乏现场调控手段，会给操作使用带来诸多不便。另外这种控制方式对DDC本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性。当系统任务量增加时，DDC的效率和可靠性将急剧下降，因此在实际的照明工程中应用较少。

总线型照明控制系统则属于分散式控制，它是一种基于计算机控制平台的全数字、模块化的分布式照明控制系统。该系统以中央监控为中心，组建控制主干网和多个控制子网，各照明控制器、控制面板等设备均具有中央处理器CPU单元，每个控制器和面板都可以直接连接在子网上。系统将原控制中心的控制功能分散至各终端控制设备，该设备可独立运行，完成相应的控制功能。总线型照明控制系统是一种专业的智能照明系统，与星型照明控制系统相比，它不仅具有丰富的控制功能，而且在系统的可靠性、可维护性、可扩展性方面也具有优势。因此，在照明控制工程中，总线型智能照明控制系统应用更加广泛。图1所示为典型的智能照明控制系统结构图。

图1 典型智能照明控制系统结构图

总线型智能照明控制系统数不胜数，这些智能照明控制系统的结构基本相同，差异较小。其中C-Bus智能照明控制系统具有技术先进、性能优异等特点，目前广泛应用于我国各个行业，具有良好的应用前景。

3 C-Bus智能照明控制系统的组成及工作原理

C-Bus即Clipsal Bus的简称，是奇胜（Clipsal）公司制定的两线制总线数据传输协议，它定义了电子镇流器与设备控制器之间的数字通信方式。C-Bus总线结构简单、安装方便、操作容易、功能丰富，是一种独立的、分布式、总线型照明控制系统，能很好的满足现代建筑中的照明需求。

C-Bus智能照明控制系统硬件主要由系统单元、输入单元、输出单元三部分组成。系统单元主要包括电源装置、网桥、PC接口和以太网接口；输入单元主要包括NEO系列面板开关、触摸屏、五场景控制器等；输出单元主要包括输出继电器、调光器、模拟输出单元、红外输出模块等。

C-Bus系统的系统软件主要由C-Bus V 2.0系统编程软件、C-Bus系统监控软件C-Lution、接口软件C-Gate等，以实现对系统元件参数的设定及采用图形化界面对C-Bus系统进行监控。C-Bus通过系统编程使控制开关与输出回路建立逻辑对应关系，因此在设计时更加简单、方便、灵活。

C-Bus智能照明控制系统中的所有单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系，当有输入时，输入单元将其转变为C-Bus信号并在C-Bus系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。这些单元器件直接挂接于C-Bus总线上，设备之间相互直接通信，无须借助中央控制器，避免集中式系统中央控制器出现故障时导致整个系统瘫痪的危险。C-Bus系统控制回路与负载回路实现分离，控制总线由一对5类双绞线连接成网络，这对双绞线既为每个组件提供36V直流电源，又可加载总线控制信号。

C-Bus智能照明控制系统具有丰富的控制功能，可实现场景控制、调光控制、定时控制、就地手动控制、区域控制、群组控制等多种方式。它既可以独立运行，也可以通过网关接口和软件协议与楼宇自控系统（BAS）相互连接和通信，实现系统集成。通过网关接口，C-Bus智能照明控制总线可以为BAS提供照明系统现场信息，并接受BAS的控制，实现建筑设备的统一控制与管理。

4 体育馆智能照明控制系统设计

4.1 工程概况

位于苏州市工业园区的某体育馆，占地11650m2，总建设面积23560m2，共五层，分地下一层，地上四层，内设主馆、训练馆、游泳馆及停车场等设施。该体育馆是一座集现代化场馆设施、网络化信息传播为一体的智能型体育场馆。在对体育馆照明设计图纸详细分析的基础上，根据C-Bus智能照明控制系统的设计思想，兼顾局部照明控制，完成智能照明控制系统的设计。C-Bus智能照明控制系统在体育馆内的控制范围主要包括以下几个部分：①地下一层公共区域照明、多功能厅等重要场所；②一层公共区域照明；③二至四层公共区域照明及二层包厢照明；④场馆部分（主场馆、训练馆、游泳馆）照明。

4.2 系统网络拓扑结构

整个体育馆主要由主馆、练习馆、游泳馆及停车场等各自独立的建筑组成，空间跨度较大，因此宜采用就近组网、规模适中的原则。训练馆、游泳馆等建筑规模相对较小，各自组建成智能照明控制子网。主馆由于规模较大，设地下一层、地上一层、二至四层和主场馆共4个智能照明控制子网，因此整个照明系统共设6个C-Bus智能照明子网。各子网内的单元模块均通过C-Bus总线连接，一端串接各模块，另一端与以太网接口（5500CN）连接，经RJ45接口实现C-Bus总线协议与TCP/IP协议的转换，并与体育馆内的局域网连接。智能照明控制中心设置在主馆二楼灯光控制室内，配置一台监控计算机，并安装C-Bus智能照明管理软件。操作人员可以在中文图形化显示的界面上进行监控和操作，监视整个智能照明系统的运行状态。该系统拓扑结构如图2所示。

4.3 各控制区域的设计

（1）场地照明

体育馆场地照明主要包括主赛场区域和座位区两部分。根据场馆灯光照明要求，在二楼灯光控制室内安装一台中文图形化触摸屏，用于对主赛场区域和座位区的照明场景控制。系统预先设置若干基本照明场景，如场地准备、正式比赛、一般比赛、训练等照明场景，工作人员根据不同的比赛来选择相应的照明场景，这样可以让运动员在最佳的照明环境下进行比赛，有利于运动员发挥出自己的最高水平。场景控制也可使观众在最佳的灯光环境下观看比赛，达到最佳的视觉效果。场地照明灯具接入继电器输出回路，继电器模块均安装于照明配电箱内，继电器模块一端与各回路空气断路器连接，另一端接照明回路，场景切换由触摸屏控制继电器模块来实现。不同模式可在触摸屏控制界面上直接操作切换，也可在监控中心软件界面上进行切换。

图2 某体育馆C-Bus智能照明控制系统网络结构图

（2）公共区域照明

体育馆公共区域包括售票厅、入口大厅、走廊、公共通道和卫生间。售票厅和入口大厅的照明采用就地控制和中央监控计算机控制，并以中央计算机控制为主。售票厅和入口大厅均设置一个四键开关，用于现场就地控制。大厅照明的控制方式灵活多样，系统提供就地控制、中央监控计算机控制、时间控制等多种方式，工作人员可根据具体情况选择合适的控制方式。一般情况下，正式比赛时，全部打开，方便观众进出，比赛结束观众清场后关闭。

走廊采用自动定时控制，将一天分为几个时段或根据人流情况决定定时时间。在比赛期间或人流高峰期，将走廊灯全部开启；平时则关闭大部分照明回路或启动交叉照明，只保留基本照明。定时功能可由灯光控制室的触摸屏或监控计算机进行时段设置。另外，在每个走廊两端或中间位置设NEO系列4键开关，用于现场就地控制。监控计算机实时监控走廊照明灯具的开启状态。

公共通道为进出场馆的区域，采用就地控制和集中控制两种模式。正式比赛时，公共通道的灯光应全部打开，方便观众进出；比赛结束、观众清场后该区域的灯光全部关闭。该操作可通过设置在通道入口的4键开关就地控制，也可由中央监控计算机进行控制，并事先设置好开启时段，采用的控制方式可根据实际的人流量确定。

洗手间人流量少，照明灯具的使用频率较低，因此，采用红外移动探测器对照明灯具的开/关进行自动控制。当红外移动探测器检测到有人进入探测范围，信号送入相应的输出继电器模块，执行照明灯具的开启命令；若探测范围内无人，照明灯具则保持关闭状态。这种控制方式避免了“长明灯”现象，能有效节约能源。

（3）功能区域照明

功能区域包括多功能厅、更衣室、主客队休息室和独立控制包厢房间。体育馆的多功能厅主要用于会议以及召开新闻发布会等。多功能厅采用就地控制，提供遥控、场景控制等方式。在多功能厅的入口处设置一个场景开关，可预先设定若干场景，使多功能厅在不同用途下，都可以产生令人舒适的照明效果，充分体现多功能厅的高性能。

更衣室采用红外移动探测器对照明灯具的开/关进行自动控制，其控制原理与洗手间相同。不同的是，更衣室还提供手动控制方式，并在更衣室的入口安装4键开关用于就地控制。如有需要，可由感应控制切换为就地手动控制。控制方式灵活多样，不仅使用方便，还能有效节约能源。

在主客队休息室，设置1个智能8键开关进行控制。采用智能8键开关可分别对每个按键进行编程定义，实现由按键控制不同灯光场景的交换，以满足教练员和运动员对灯光照明的需要，使运动员在有限的时间内，得到更好的休息。

对于包厢房间，每个包厢设置一个液晶触摸屏和一个五场景控制器。根据场景预设，五场景控制器可通过有线或无线的方式调动相应的执行机构控制照明设备，调整灯具开启种类、光源照度高低、光色搭配以及照明角度等，以实现所设模式。通过触摸屏操作或使用遥控器，即可调用所需的灯光场景，产生各种灯光视觉效果，使包厢内的灯光环境符合使用需求。主客队休息室和包厢房间的控制以就地独立控制为主。

（4）停车场照明

一般情况下，停车场照明受监控计算机的控制，处于自动控制状态。停车区域采用红外移动探测传感器，当有人或车移动时开启相应的局部照明，车停好后或人、车离开后灯延时关闭。当有车移动时可以通过主机显示出来，方便保安和管理人员的管理。根据实际照明及车辆的使用情况，可将一天的照明分成几个时段，如上午、中午、下午、晚上、深夜5个时段，通过软件的设置，在这些时段内，自动控制灯具开闭的数量，保证停车场内活动所需的最基本照度。同时，在停车场的管理室设置一个双键开关和两个4键开关，用于停车场照明灯光的手动控制。4键开关的每个按键分别单独控制停车场内的每一条照明回路，双键开关被设定为总开、总关功能，第一个按键为总开，第二个按键为总关。

5 结束语

随着体育场馆智能化程度越来越高，智能照明控制系统已成为体育场馆智能化系统的重要组成部分。通过应用C-Bus智能照明控制系统，体育馆的照明控制功能将更加丰富，照明系统管理效率和管理水平得到很大提高，并且具有显著的节能效果。随着我国对建筑节能减排的日益重视，智能照明控制系统具有良好的发展前景，C-Bus总线的应用也将更加广泛。

【1】 童凌，邹涯梅.基于C-Bus协议的校园智能照明控制系统设计[J].成都航空职业技术学院学报，2012（4）：43-46.

【2】 周芳，刘美根.智能照明控制系统在电气照明节能设计中的应用[J].低压电器，2007（16）：20-23.

【3】 陈丹，张彬.办公楼智能照明控制系统设计[J].照明工程学报，2010（2）：29-31.

【4】 周晓伟，蔡建平等.基于ZigBee传感网的楼宇智能照明控制系统的设计与实现[J].计算机工程与科学，2009（8）：150-152.

【5】 张云洲，吴成东等.基于C-Bus总线的智能照明控制系统设计[J].控制工程，2008 （2）：182-184.

【6】 李卫东.智能照明控制系统在体育场馆中的应用[J].现代建筑电气，2011（9）：1-4.