田仁榮，陳麗麗

（1：長春潤德投資集團(tuán)有限公司展館運(yùn)營分公司，吉林 長春 130000；2：深圳市華納國際建筑設(shè)計(jì)有限公司長春分公司，吉林 長春 130000）

1 C-Bus 總線

現(xiàn)場總線是一種近年來得到快速發(fā)展的工業(yè)數(shù)據(jù)總線，在樓宇自動化、過程自動化、制造自動化的各類場景中得到了廣泛應(yīng)用。它具有了智能化，高度適用分散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)用性的特點(diǎn)。目前全世界推廣應(yīng)用的總線有ABB 公司研發(fā)的I-Bus 總線、澳大利亞奇勝公司研發(fā)的C-Bus 總線，以及Echelon 公司的LonWorks 總線等。

C-Bus 總 線 由 Qisheng Electric Company 于1994 年開發(fā)。其控制方式集中了開關(guān)控制，現(xiàn)場、應(yīng)急控制，時(shí)間控制等。電源供電和信號傳輸采用雙絞線，總線電源（DC15-36 V）和總線控制信號傳輸共同使用一對雙絞線，總線設(shè)備之間形成鏈路實(shí)現(xiàn)直接通信，鏈路可設(shè)置為菊花鏈形、線形、星形、樹形拓?fù)涞姆绞?，但不支持環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)[1]。各總線對比情況見表1。

表1 各總線對比

C-Bus 總線具有明顯的距離優(yōu)勢，應(yīng)用靈活、安全可靠性，分布式控制場景和實(shí)時(shí)控制場均可使用，可以滿足大型綜合展館照明系統(tǒng)的控制要求。由C-Bus 總線控制的照明系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)管理。每個(gè)節(jié)點(diǎn)分布在控制系統(tǒng)中。所有的復(fù)合協(xié)議都可以通過總線來完成系統(tǒng)的擴(kuò)展。C-Bus 總線糾錯能力在應(yīng)用中體現(xiàn)特別突出，可以保證智能照明系統(tǒng)安全使用，該系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

2 智能照明系統(tǒng)的控制方式選擇

2.1 直接數(shù)字控制系統(tǒng)

直接數(shù)字控制在工程項(xiàng)目建設(shè)和使用中又簡稱為DDC 系統(tǒng)，第一步設(shè)置最初原始值，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，將設(shè)置的原始值與被控對象傳回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對比，通過算法對被控對象進(jìn)行直接有效的控制。直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 直接數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在DDC 系統(tǒng)中，被控對象的過程參數(shù)通過檢測電力裝置實(shí)時(shí)采樣，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的比較和分析，形成所需的控制信息，然后完成多個(gè)系統(tǒng)控制。DDC 系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力完成閉環(huán)控制，可完全替代傳統(tǒng)的模擬調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的比例積分微分控制（PID），并通過程序化控制可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜場景[2]。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)控制、分時(shí)控制、靈活性和多功能的特點(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛。

2.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也可稱為SCC 系統(tǒng)。它主要使用計(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)信息和參數(shù)，并根據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型或算法自動調(diào)整給定值，使整個(gè)設(shè)備功能始終處于控制系統(tǒng)的最佳狀態(tài)。該系統(tǒng)框如圖2 所示。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)控制需求實(shí)時(shí)對給定值進(jìn)行改變，達(dá)到設(shè)定值控制的目的。SCC 計(jì)算機(jī)直接收集和優(yōu)化DDC 計(jì)算機(jī)控制，從而構(gòu)成只傳輸設(shè)定值的兩級，并且上下級之間沒有通信。如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，可以直接控制模擬儀器。然而，SCC系統(tǒng)昂貴且低效。

2.3 分布式控制系統(tǒng)

圖2 SCC 系統(tǒng)基本框圖

分布式控制系統(tǒng)又可以稱之為DCS 系統(tǒng)。其主要基礎(chǔ)為C4 技術(shù)，即是指計(jì)算機(jī)、控制、通信及CRT 顯示技術(shù)，其系統(tǒng)框如圖3 所示。

2.4 總線式控制系統(tǒng)

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)也可稱為FCS 系統(tǒng)。它是一個(gè)完全分散的系統(tǒng)，基于MCU 和數(shù)字儀器，具有控制和通信功能[3]。散布在場景周圍的節(jié)點(diǎn)通過總線連接以形成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。此外，設(shè)備的互操作性可以通過功能模塊和參數(shù)來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)如圖4 所示。

隨著我國的快速發(fā)展，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的優(yōu)勢越來越明顯。在不久的將來，它將取代分布式控制系統(tǒng)，成為系統(tǒng)的主流。正是根據(jù)上述優(yōu)點(diǎn)，選擇了現(xiàn)場總線控制。照明系統(tǒng)各控制方式對比見表2。

圖3 分布式照明控制系統(tǒng)

圖4 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

表2 各控制方式對比

3 C-Bus 總線智能照明系統(tǒng)的具體分析

隨著建筑電氣智能化的快速發(fā)展，對大型綜合展館照明的智能化控制提出了新的要求，為了提升參觀體驗(yàn)，提高工作效率，節(jié)約有限資源，必須實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和精準(zhǔn)管理，不能只局限于照明系統(tǒng)簡單繁瑣的開關(guān)操作控制。此外，智能照明系統(tǒng)具有非常重要的優(yōu)勢，即它可以直接使用總線進(jìn)行布線，不僅為后續(xù)維護(hù)提供了便利條件，而且使整體更加美觀。

民用及工業(yè)建筑的智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越普遍，根據(jù)照明開啟時(shí)間、照明安全等級要求，需設(shè)置不同的照度級別。根據(jù)使用要求完全達(dá)到自動打開和自動調(diào)節(jié)的智能控制形式。當(dāng)照度不滿足工作生活需要時(shí)，通過感光元件、定時(shí)模塊自動實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的照度調(diào)節(jié)或自動啟閉，從而達(dá)到環(huán)保節(jié)能、安全高效、控制合理的使用效果。

照明上的光強(qiáng)度用dΦ 來表示。它表達(dá)的具體參數(shù)是該區(qū)域中光通量的面密度數(shù)值，照度E 定義為表面上一點(diǎn)的入射光通量（dΦ）與該單元面積（dA）的比值，其表達(dá)式如下：

照度的單位為勒克斯（lx），數(shù)量上，1 lx=1 lm/m2。

智能照明系統(tǒng)主要通過計(jì)算機(jī)照亮每個(gè)照明電路，可以自動調(diào)節(jié)開關(guān)，電路電流，完善照明電路中不必要的浪費(fèi)。真正的智能照明管理系統(tǒng)不只是控制照明燈具的啟閉時(shí)間、亮度的自動調(diào)節(jié)，在復(fù)雜的建筑格局中實(shí)現(xiàn)符合相應(yīng)要求的場景，還要考慮智能管理和簡化操作的要求，以滿足后續(xù)使用需求照明系統(tǒng)的擴(kuò)展性和控制模式的可變性。高效的智能照明系統(tǒng)可以提高建筑物中工作和生活群體的質(zhì)量并確保其舒適性和健康性。

通過比較傳統(tǒng)的照明控制模式、數(shù)字照明和智能照明控制模式，我們可以得出結(jié)論，智能照明具有以下特點(diǎn)。

1）軟啟動方式及軟關(guān)斷方式：通過電流連續(xù)的線性變化實(shí)現(xiàn)控制功能，可以實(shí)現(xiàn)照明燈具從暗到亮及從亮到暗連續(xù)的線性平滑漸變過程，避免照明燈具突然點(diǎn)亮及突然熄滅對人眼造成強(qiáng)烈的刺激，對照明系統(tǒng)使用的舒適性提升明顯[4]。電流的平穩(wěn)線性變化大大減少了瞬時(shí)大電流對照明燈具、照明供電線路、照明開關(guān)的沖擊，從而提高整個(gè)照明系統(tǒng)使用的安全性，延長物理和經(jīng)濟(jì)壽命。

2）時(shí)間控制：結(jié)合實(shí)際情況，燈具和不同的照明在不同時(shí)間運(yùn)行，不同的燈具按照一定的時(shí)間規(guī)則使用。

3）遙控：為達(dá)到智能照明系統(tǒng)的遙控控制，通過接入以太網(wǎng)，利用計(jì)算機(jī)控制終端，智能手機(jī)、平板等智能設(shè)備APP 進(jìn)行遙控控制，實(shí)現(xiàn)照明燈具的遠(yuǎn)程遙控和照明場景遙控切換的功能，并可以了解每個(gè)電路的工作狀態(tài)、設(shè)備的在線狀態(tài)、使用壽命等，以便及時(shí)排除故障。

如果要實(shí)現(xiàn)上述自動控制效果，必須仔細(xì)分析控制模式和通信模式，然后選擇合適的控制模式。只有這樣，整個(gè)系統(tǒng)才能長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。本文研究案例設(shè)計(jì)了一種以C-Bus 現(xiàn)場總線為脈絡(luò)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制為核心的控制模式，通過C-Bus 現(xiàn)場控制和遠(yuǎn)程計(jì)算網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的完美兼容。這種控制方法既具備網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)點(diǎn)，又能體現(xiàn)現(xiàn)場總線集中管理的特點(diǎn)，可節(jié)約有限資源，維護(hù)方便快捷。結(jié)合這2 種方法，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性得到改善。

3.1 系統(tǒng)組成及其原理介紹

C-Bus 系統(tǒng)硬件由通訊路由、輸出模塊單元、輸入模塊單元、程序控制單元、數(shù)據(jù)采集處理單元組成。照明智能化傳輸系統(tǒng)由C-Bus 總線搭建。功能單元負(fù)責(zé)外部控制信號的采集和轉(zhuǎn)換，通過C-Bus總線實(shí)現(xiàn)信號的傳輸[5]。主要功能根據(jù)輸出單向總線上的信號，控制相應(yīng)回路的輸出，并控制負(fù)載。它由微型繼電器，模擬調(diào)光器和模擬信號輸出單元組成?；贑-Bus 總線的智能照明系統(tǒng)原理如圖5 所示。

圖5 基于C-Bus 總線的智能照明系統(tǒng)原理圖

智能照明控制系統(tǒng)信號處理器、存儲模塊單元、供電模塊單元、控制模塊單元的所有組件，由一對雙絞線形成菊花型鏈路連接。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對每個(gè)模塊單元按照鏈路方向按順序設(shè)置獨(dú)立的單元地址編號，并通過軟件編輯其具體功能?？刂茊卧ㄟ^帶地址編碼的輸入單元與輸出組件建立通訊。當(dāng)接收到輸入信號時(shí)，通過信號處理器將輸入信號轉(zhuǎn)換為C-Bus 信號，通過C-Bus 系統(tǒng)總線進(jìn)行傳輸。輸出模塊單元對接收到的控制信號進(jìn)行處理，根據(jù)信號指令控制輸出。系統(tǒng)流程如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)流程圖

基于C-Bus 總線的智能照明控制系統(tǒng)完全可以滿足當(dāng)今社會的照明效果，特別是在大型智能建筑中，尤為突出?；贑-Bus 總線的智能化不僅可以直接控制照明，還可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制照明。我們通常使用智能控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)建筑物室內(nèi)亮度。

3.2 系統(tǒng)的優(yōu)越性和應(yīng)用范圍

與其他總線相比，C-Bus 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下。

1）生產(chǎn)線供貨快捷、易于安裝、維修保養(yǎng)容易、節(jié)省材料，有利于投資總成本的控制和后期運(yùn)營維護(hù)管理成本，提高投資回報(bào)。

2）采用目前先進(jìn)的電子控制技術(shù)，具備單回路單控、分區(qū)域控制、不同建筑主體群控、復(fù)雜場景的適應(yīng)性控制，根據(jù)時(shí)間要求定時(shí)啟閉、亮度根據(jù)環(huán)境自動調(diào)節(jié)、手動調(diào)節(jié)等多種照明控制模式。達(dá)到優(yōu)化照明系統(tǒng)、節(jié)約能源消耗、降低運(yùn)營成本的目的。

3）可根據(jù)用戶提供個(gè)性化需求，根據(jù)應(yīng)用和需求制定切實(shí)可行的具體化方案，通過軟硬件的優(yōu)化組合，最終通過軟件設(shè)置的調(diào)整，照明場景實(shí)現(xiàn)多樣化，并具備完美的擴(kuò)展功能，縮短調(diào)整轉(zhuǎn)換周期，適用于工業(yè)、民用、商業(yè)等不同場所的要求。

4）控制電路與負(fù)載分離，控制電路工作在36 V。即使切換電流意外，也可以確保人身安全。

C-Bus 系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用?？梢钥刂普彰?，滿足各種照明環(huán)境的需要。在學(xué)校、辦公室、醫(yī)院、工廠等場所，C-Bus 時(shí)間控制功能用于進(jìn)行自動照明控制，利用亮度傳感器自動照明，節(jié)約能源。C-Bus調(diào)光功能和場景切換可用于影院、會議室等場所轉(zhuǎn)換各種照明場景，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制，并可控制空調(diào)、風(fēng)扇，它的群控功能可用于控制整個(gè)區(qū)域的照明。CBus 系統(tǒng)可應(yīng)用于智能住宅區(qū)、路燈和景觀燈區(qū)域，用于多點(diǎn)、定時(shí)、遠(yuǎn)程控制。

C-Bus 系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用?？梢钥刂普彰?，滿足各種照明環(huán)境的需要。根據(jù)長春市規(guī)劃館、博物館及美術(shù)館不同功能區(qū)域?qū)φ彰鞣绞叫枨蟮牟顒e，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，對長春市規(guī)劃館、博物館及美術(shù)館不同功能區(qū)域照明系統(tǒng)采取不同的控制方式，總體思路為在長春市規(guī)劃館1F 層控制中心設(shè)置智能照明工作站，館內(nèi)16 個(gè)照明配電間內(nèi)控制模塊通過C-Bus 總線形成“手拉手”菊花鏈狀控制回路。由于控制模塊數(shù)量多，輻射線路長，為解決供電電壓不足問題，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況在回路中加入電源供電模塊，保證電路系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。該方式提高了該系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，線路出現(xiàn)斷點(diǎn)時(shí)不影響該系統(tǒng)正常工作，個(gè)別模塊故障時(shí)不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常使用。C-Bus 智能照明工作站及模塊見圖7。

圖7 C-bus 智能照明工作站及模塊圖

通過工作站對長春市規(guī)劃館、美術(shù)館和博物館照明系統(tǒng)分別進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，規(guī)劃館展廳、美術(shù)館展廳、博物館展廳、博物館庫區(qū)通過4 塊觸摸屏可進(jìn)行分區(qū)域控制，地下功能房區(qū)域根據(jù)安防級別要求分2 個(gè)區(qū)域進(jìn)行觸摸屏分控，每個(gè)配電間控制箱內(nèi)安裝多回路控制模塊，可進(jìn)行就地單回路操作。由于規(guī)劃館設(shè)置于3 層、4 層，植物墻對照度要求較高，使用率較高，植物墻補(bǔ)光照明燈通過C-Bus 時(shí)間控制功能用于進(jìn)行自動照明控制，節(jié)省人力和能源。其他公共區(qū)域通過軟件對照明回路進(jìn)行設(shè)定，共設(shè)置4 種開啟模式，包括全開啟模式、二分之一開啟模式（夜間）、四分之一開啟模式（白天）及自由組合模式（根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況自由組合）。通過以上模式的合理利用，在日常運(yùn)營中能夠達(dá)到良好的節(jié)能效果。

4 結(jié)語

本文以大型綜合展館的智能照明系統(tǒng)和C-Bus總線應(yīng)用為實(shí)例，并與其他常用的現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行對比分析，重點(diǎn)分析了大型展館C-Bus 總線智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用。同時(shí)，根據(jù)每種控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行了詳細(xì)比較。最后選擇了一種將總線模式與分布式控制模式相結(jié)合的新型控制模式，充分利用C-Bus 智能照明系統(tǒng)的靈活性、適應(yīng)性和安全可靠性，實(shí)現(xiàn)了智能照明系統(tǒng)使用方便、節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。此系統(tǒng)在大型綜合場館的實(shí)際應(yīng)用，為今后類似大型綜合場館的照明系統(tǒng)智能控制積累了經(jīng)驗(yàn)，具有推廣實(shí)用的實(shí)際意義，也為大型場館照明系統(tǒng)節(jié)能方案提供了參考案例。