基于C-Bus的智能照明系统研究

宋星 杨彦青

[摘           要]  随着现代化社会的不断发展，人们的生活水平也在不断提高，从而使群众越加追求高品质的生活，对舒适生活的要求也越来越高。同时，随着能源的不断消耗和枯竭，21世纪初提出的绿色、环保、可持续发展理念正逐渐成为一种趋势。在这种环境下，照明占了人们日常能源消耗的大部分，如何节能减排，让智能建筑更高效、更便捷、更安全、更舒适，已成为开展智能照明研究课题的主要目标。将C-Bus用于现代智能建筑的照明控制系统，研究了基于C-Bus的照明控制系统，设计了基于C-Bus的智能照明控制系统。在系统具有复杂的场景控制功能的同时，根据智能照明控制系统的特点，解决了相对应的有关谐波抑制问题。

[关    键   词]  C-Bus;照明系统;智能

[中图分类号]  TM76                   [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2022）18-0070-03

现代建筑不仅能为消费者提供生活和餐饮服务。如今，它们以综合性活动场所的形式出现，将休闲娱乐与会议和商务活动相结合。因此，对建筑设施的需求也在一定程度上增加。尤其是建筑照明系统，不仅满足了住户最基本的视觉需求，还有更多的视觉和心理需求。同时，不同的情况需要不同的照明环境。实现上述要求的传统照明控制是困难的，电路非常复杂。因此，加强建筑智能照明系统的设计是非常有必要的。

一、基于C-Bus的智能照明系统意义

在中国现代化水平和国际化程度逐步提高的同时，基于对中国经济长期乐观的信心，中外建筑投资者正在加速扩大对华投资，越来越多的国际知名建筑集团进入中国，与当地主要房地产开发商联合开发五星级建筑，以满足高端客户对住宿和娱乐的高要求。目前，信息技术的不断发展，促进了我国各种现代建筑信息化建设。中国现代建筑发展的一个重要方向是创造和发展智能建筑的照明设计。在现代建筑中发展智能照明，是建筑智能化成为现实的重要组成部分，也是构建智能电力系统的重要抓手。因此，现代建筑中的智能照明设计应体现以用户为中心的原则。现代建筑平台让居民拥有舒适、优质、便捷的生活环境，让居民更好地了解我国现代建筑照明[1]。在具体设计上，要严格按照现代建筑设计和结构的特点，保证功能完整。另外，从用户的角度出发，可以考虑到不同的要求，所以现代建筑智能照明具有现代化的设计和先进的技术，兼顾系统的可扩展性和系统间的兼容性以及各种实用和经济的特点。

（一）实现现代建筑照明智能化控制

现代建筑的智能照明控制系统可以使照明系统工作在智能化状态，照明按照程序设计的几个功能进行工作，并根据需要的时间执行和切换这些功能。例如，在实际生活中，现代建筑中的智能照明系统可以在白天和黑夜自动切换运行状态，并针对不同的地方自动调节照明。同时，智能照明系统的环境检测功能也自动开启。它在无人看管时自动关闭，并调整亮度以适应环境。此外，现代建筑智能照明控制系统，通过其设计，不仅可以根据客户的需求改变各个区域的照明，还可以改变不同场景的亮度，以满足不同场景的要求。

（二）实现舒服的工作环境和较高的工作效率

传统的建筑照明控制系统配备有以恒定频率闪烁荧光灯的传统镇流器。这种固定的频率让人更累，降低了人们的工作效率。现代建筑中的智能照明系统可以在高频下操作调光电子镇流器。这样既消除了传统镇流器的频闪效应，又降低了光的亮度不稳定性，提供了一个更加舒适和温暖的环境，显著提高了现代建筑中智能照明系统的效率[2]。

（三）实现良好的节能效果

现代建筑的智能照明控制系统可以在室外照明强度较高时智能调节大部分家用灯具（主要包括荧光灯、汞灯、钠灯、霓虹灯等）的亮度，采用先进的照明控制技术，室内照明根据外部环境自动调暗。如果外部光的强度较弱，它会调整室内光的照明，将室内光的强度始终保持在人眼最佳设置范围内。在为人们提供良好的工作和生活环境的同时，可以充分利用户外的自然光，达到家居照明节能的目的。

（4）降低维护费用

现代建筑中的智能照明控制系统将传统照明系统的手动开关动作转变为智能开关管理，减轻了人们的劳动强度，将先进的管理意识应用到现代建筑的智能照明控制系统中。同时，可以显著降低现代建筑的运维成本。

在現代建筑中，智能照明系统不仅为人们提供了良好的工作、生活和学习环境，而且还利用照明的形状和色彩调节，创造出满足人们心理和生理需求的审美生活环境。它还实现了现代建筑照明管理的智能化和简单化，实现了卓越的照明布局和变更管理实践。现代建筑中的智能照明控制系统不仅可以改善室内环境质量，还可以通过最大限度地利用现有能源来节约能源。因此，现代建筑中的智能照明控制系统优势明显，在现代建筑中的应用越来越广泛。

采用现代建筑的智能照明控制系统，除了能满足控制简单、照明效果好的要求外，还能达到更好的节能效果。现代建筑中的智能照明系统可以节省30%～50%以上的电力，延长灯具寿命约3～5倍，还可以降低照明的运维成本。常规照明需要购买的配电控制装置，大大减轻了配管和布线的负担。此外，现代建筑的智能照明控制系统具有特殊性。例如，现代建筑中的智能照明控制系统可以将整个照明系统控制到人们最舒适的状态，以保障人们的健康生活，提高居住者的舒适度。因此，为了提高中国居民的生活质量，实现绿色环保，对现代建筑的智能照明控制系统进行研究是非常必要和重要的[3]。

二、關于建筑内部C-Bus总线控制原理概述

（一）工作原理

所谓C-BUS智能照明控制技术，是指计算、通信等控制技术相互渗透、互相结合的产品。最引人注目的功能是能够预设场景变化，操作方便简洁，可根据需要实现事件节目响应控制、自动时间控制、自动顺序控制、分区空间控制等多种自动控制方式，还可以增加自动阳光控制、远程上网控制、远程电话控制。此外，安装方便、结构简单、操作简单，是C-Bus的一大特色。

（二）C-Bus总线的技术性能

C-Bus系统是一个独立的照明控制系统。C-Bus总线主要提供场景控制、调光控制、定时控制、本地手动控制、区域控制与群组控制等多种控制方式，可独立运行，可通过网关接口与BA系统连接通信和软件协议，形成完整的楼宇设备管理系统。C-Bus总线可以通过网关接口接受BMS控制，为BMS提供照明系统的现场信息，实现楼宇机电设备的一体化综合管理。此外，消防系统与安防系统的协同形式也离不开C-Bus系统。

（三）C-Bus系统组成

系统单元、输入单元和输出单元这三个组成部分是典型C-Bus系统硬件的主要组成。系统单元主要包括电源、计算机接口与网桥等。输入单元主要由NEO系列面板开关、触摸屏、5个场景控制器等组成。输出继电器、调光器、模拟输出单元和红外输出模块是输出单元盖板的主要组成部分。

（四）智能照明控制系统概述

现代建筑智能照明控制系统是集数字控制技术、数字传输控制技术、现代智能照明技术等多种技术于一体的系统。现代建筑智能照明控制系统的配置一般由三部分组成：系统模块、输入模块、输出模块。系统以单元为单位设置独立的IP地址，并通过软件编程提供各种必要的功能。

三、现代智能照明控制系统功能

（一）进行自动调光的功能

现代智能照明控制系统使用各种传感器和相应的具有各种功能的控制器，因此也可以进行自动控制。控制系统可设置多种不同亮度的运行状态，通过设置相关程序可自由切换这些状态。通过操作控制面板，无需增加人工操作，即可根据所需室内场景的情况进行调整和操作，从而降低人工成本。同时，住户可以智能控制当前环境，实现实时调节，更能适应不同家庭的不同需求。现代智能照明控制系统还有其他优势，如，可以平滑地调整灯光的亮度，创造良好的工作环境等。

众所周知，光在墙壁上的反射率会随时间不同程度地降低。因此，灯光亮度的设计就是取一定时期的平均值进行设计。所以，灯光的亮度一定要大于实际使用的灯光的亮度。应用现代智能照明控制系统后，进行智能调光，智能照明控制系统根据程序设置保持照明区域相对稳定的亮度，不会降低照明效率。

（二）能够充分地利用自然光源

最先进的智能照明控制系统可协调白天或黑夜的照明，这种协调是由照明控制单元实现的，该控制单元可以与照明系统集成。当天气和时间发生变化时，现代智能照明系统会自动调节，确保室内亮度保持在最佳水平。

（三）运行过程节能

现代智能灯光控制系统可以智能控制不同的灯光，可以在不同的时间、位置控制不同的调节。还可以同时关闭一些未使用的灯，同时还可以调整灯的亮度，降低能耗。

（四）延长光源寿命

事实上，电网中的浪涌电压与高压是造成光源和家用电器损坏的主要原因，可以采用智能调光来延长灯具的使用寿命。智能照明控制系统采用软启动运行方式，可降低电网运行产生的冲击电压和浪涌电压，可有效延长各种照明设备的运行时间。

四、基于C-Bus的智能照明控制系统设计

（一）C-Bus总线概述

1.C-Bus总线原理

C-Bus是一种两线总线协议。C-Bus的控制协议完全独立，与其他系统相比非常简单，可以满足人们对现代建筑照明控制的功能需求。C-Bus总线有一个独立的微处理器和具有大量内存的内存模块，它们有不同的地址。当数据输入到C-Bus总线时，首先将信号转换为总线信号，通过控制总线广播总线信号，输出单元接收输入信号来判断并执行动作。C-Bus可以自动设置参数，系统状态和控制命令存储在输入模块和输出模块中，断电后数据不易丢失。恢复供电后，系统自动恢复运行。由于参数被保存，因此它们不影响下一个任务，也不需要重复工作，还可以极大地降低成本。

2.C-Bus通讯协议

C-Bus总线控制系统地分为网段和组。不同的功能模块可以通过寻址模块分成不同的组，组之间互不影响工作。它是C-Bus的CSMA/CD传输技术协议，数据传输速率为956 kb/s，可配置成多种拓扑结构。C-Bus的基本单元是子网，每个网段都有一个独立的控制器，既可以在网络内执行任务，也可以在网络之间进行链接，增加了系统运行的可靠性。当传输介质为双绞线时，C-Bus的传输距离可达1000 m以上。C-Bus总线可以承载29个控制器，大型C-Bus总线控制系统的主要部件由网段组成。每个网段不超过100个模块，控制环地址小于等于255，网段传输距离小于1000 m。

（二）智能照明控制系统功能设计

照明控制要求比以前更复杂，因为现在的星级建筑由于功能性强，空间和面积都比较大。基于建筑原有的照明设计，采用C-Bus智能照明控制系统，对建筑整体照明环境进行智能控制。系统可以自动控制建筑内的所有照明，并针对不同的应用设置相应的照明控制模式或预设不同的照明场景。这样更容易响应各个领域的需求，并为提高照明质量做出了贡献。

1.场景控制

智能照明控制系统引入了场景控制的概念。换言之，通过电子设备的控制部件（NEO控制面板、触摸屏、管理软件等）的功能来实现对多个照明和电子设备的控制。例如，在大厅设置一个“欢迎”场景。住户到达时，按下此按钮可同时打开房建内的所有灯，并将亮度调节到适当的水平。同时，电动窗帘与空调系统联动，营造整个空间的愉悦氛围。

2.电气监控

可以通过系统配置的触摸屏或控制面板实时监控照明电路和电器的开关状态。控制面板可以监控电路中的开关状态，也可以根据灯的颜色和亮度通过软件进行设置。触摸屏可让在系统设计的平面图上以动态电气图标的形式查看房间内受控电器的状态。

3.调光控制

C-Bus系统的特点是通过渐亮调光、渐暗调光等调光功能，大大提高建筑物的装饰档次，同时适应人眼对光的生理适应性。通过延长光源寿命实现节能效果。

4.感应照明

在某些区域（走廊、浴室、楼梯等），系统使用红外传感器照明。当有人进入该区域时，照明系统会自動开启，省去在匆忙进出物品时切换灯具的麻烦，体现了智能的优势。

5.恒亮控制

室外亮度的变化会影响控制区域的亮度，C-Bus系统将控制区域的亮度设置为一个值，从传感器获取亮度值，调整光照强度以保持设定的亮度，为控制区域提供舒适的照明环境。

6.时间顺序控制

根据实际应用需求，设定按照时间顺序自动控制灯光、电器等设备，如在夜晚到来之时，C-Bus系统打开室外的公共照明和泛光照明，在日出之前自动将其关闭。

7.系统的编程管理功能

系统使用编程管理软件对所有操作设备进行编程，如改变控制面板上的每个按钮场景、触摸屏图形界面或管理功能，可以根据业主的需要进行定制。

8.系统拓扑结构设计

根据建筑的结构特点和各种管理要求，建筑板块可分为办公区、客房区、功能区以及辅助区四个区域板块。根据区域特点，设计了多种功能控制方式和管理模式。由于建筑物每层楼的建筑面积较大，需要控制的灯具数量越来越多。为方便建设和管理，建筑在设计时将接入局域网，每层楼配置一个C-Bus智能照明子网。每个子网通过RJ-45接口通过以太网接口单元（5500CN）实现C-Bus总线协议与TCP/IP协议的转换，由信息中心机房的中央监控主机集中，中央监控主机配备C-Bus系统软件C-Gate和C-Lution。操作员监控任务可以从图形界面执行，监控整个智能照明系统的运行状态[4]。

五、结语

总体而言，智能照明系统在星级建筑中的作用非常明显。本文采用的C-BUS智能照明控制技术是我国现阶段使用得比较成熟稳定的技术。在现代化进程不断推进的今天，如何进一步完善C-BUS智能照明控制技术，为高评级建筑提供卓越的控制性能，是我们未来研究的重要方向。

参考文献：

[1]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）.

[2]段建胜.浅谈C-BUS智能化照明控制技术[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2012（4）.

[3]甘亦波.小议C-BUS智能化照明控制技术管理[J].智能建筑与城市信息，2008（6）.

[4]孙杏花.浅谈星级酒店智能照明控制系统的问题与控制措施探讨[J].科技资讯，2012（10）.

编辑 王亚青

①基金项目：台州职业技术学院2022年度一般课题“基于C-Bus的智能照明系统研究”（课题编号：2022YB05）。

作者简介：宋星（1982—），女，汉族，云南昭通人，本科，讲师，电气自动化方向。

杨彦青（1980—），男，汉族，河北故城人，本科，讲师，电气自动化方向。