基于C-Bus总线的照明开关及调光控制

2015-02-02杨广华薛鹤飞郎斯喆张健珩张建彤付贤松

照明工程学报 2015年5期

杨广华，薛鹤飞，郎斯喆，张健珩，张建彤，付贤松

(天津工业大学电气工程与自动化学院，天津 300387)

1 C-Bus智能照明控制系统

随着人们在生活中节能意识和对舒适性要求的提高，智能照明控制系统在各种公共建筑以及一些家庭中得到越来越多地应用，尤其在智能和绿色建筑中更是不可或缺。当前常用的照明控制系统均基于现场总线(FCS)技术，按协议的开放性可分为封闭、开放协议两类。封闭协议有Bus(如C-Bus、i-Bus)和Dynet两种，开放协议有EIB、DALI、X-10和HBS[1-8]。

作为控制总线代表之一的C-Bus系统是一个分布式、总线型的智能控制系统，主要用于照明系统的控制，也可用于与消防、保安、门禁等系统、空调、窗帘、投影仪、电动幕布等设备联动。 C-Bus系统能够实现白炽灯、日光灯、节能灯、石英灯等多种光源调光，可以完成各种场合的灯光进行控制，进而满足复杂环境对照明的要求。一个C-Bus系统是由信号输入、控制单元及系统主机三部分组成。信号输入是将外界控制信号转换为系统信号，包括各类控制面板或触摸屏、智能传感器、遥控器等；控制单元执行系统命令实现照明控制，包括各类控制模块、调光模块等；系统主机包括监控软件及通信接口等。C-Bus系统通过控制总线将所有单元器件连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系，通过输出单元控制各回路负载。当有输入时，输入单元将其转变为C-Bus信号在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[9-11]。

图1 C-Bus智能照明控制系统框架图Fig.1 Frame diagram of C-Bus intelligent lighting control system

许多学者和工程技术人员对C-Bus系统进行了较多的研究和应用，目前C-Bus系统已经在运动场、酒店、校园照明、办公写字楼宇、博览中心、会展中心等对照明控制要求较高的环境中有了大量的实际应用案例，运行情况良好。学习和研究C-Bus智能照明控制系统对实现以智慧城市为主要目标的智能照明控制有着重要的实际意义[12-19]。

2 实践环境及系统

2.1 照明空间设计

为加强对智能照明控制系统的学习和掌握，天津工业大学光源与照明实验室建设了基于C-Bus智能照明控制系统的可移动多功能“智能生活空间”。此设施由两个房间组成，每个房间设计高度2.8m，长×宽为4m×3m，如果需要可随意进行扩充，接地支撑柱安装带闸滚轮，便于房间移动及固定。房间四周悬挂有遮光布帘，随时可拉开或遮挡。四周还可安装多孔金属板，以便于安放轨道及其它实验控制设备。顶部装有小孔金属丝网，方便安装相关灯具。整个房间为铝合金结构，配有接地导线，加强安全防护。房间的设计制造为照明实践的开展提供了极大的便利，保证了实验的真实性和科学性，如图2所示。

图2 智能生活空间Fig.2 Smart living space

2.2 C-Bus照明系统使用的软件及硬件单元

在应用中使用C-BusToolkit 1.11.12照明控制系统，以进行硬件控制及代码实现。在实验过程中，注意在进行编程前，要连接上网络并选择正确的接口。连接好灯具、控制线路及相应单元后，反复进行检查以确保正确，并注意用电安全。之后打开软件单击OPEN Network，连接C-Bus网络，进行线路硬件扫描，确认所使用的硬件单元，并上传到当前应用数据库中，就可根据相关要求进行编程控制设计，如图3所示。

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

为完成照明灯具的开关、调光、亮度检测及人体检测控制实验，在其中主要分别使用了以下硬件单元：5500PCU、NEO系列8Key面板编程、4路2A调光器L5504D2A、90度室内红外传感器E5751L、室内型亮度传感器E5031PE等。灯具选择40W普通照明用白炽灯。

3 应用实验设计

3.1 开关控制

由于需要使用开关面板对相关单元进行控制，所以这里主要对开关面板单元和继电器单元进行编程控制。在完成网络连接后单击Units开始进行编程，首先对智能继电器进行编程，双击打开继电器的编辑界面。单击在窗口中上侧Channel后的“+”号选择设置通道组地址，控制组地址的范围设定为0-255，如图4(a)所示。

图4 编程控制Fig.4 Programming control

第一个通道channel 1的组地址(Group address)定义为000，可以写汉字，但建议写英文数字，这里为1AL-P1。单击OK确认。同理，第二个通道的组地址定义为001，如果想修改可以点击下拉进行重新选择，描述为1AL-P2。后面的几个通道依次编号，然后单击OK保存程序，等待数据下传完毕，这样就完成对继电器模块的编程如图4(b)所示。

接着对NEO系列8Key面板编程。选中8Key面板单元，单击进入编辑界面，如果用Key1对应继电器的第一个组地址，可点击下拉箭头选择1AL-P1。注意此时功能Function 变成on/off，即开关功能。若需要修改功能，点击下拉箭头选择其它功能，类似的Key2控制第二个通道，Key3控制第三个通道，Key4控制第4个通道，完成控制面板编程后，单击OK，保存程序及下载。最终完成工作,实现了几个通道的开关控制功能，此时可以用8Key 开关控制对应继电器通道上的灯具或其他设备的通断。实验控制结果如图5所示。

图5 开关实现了对灯的控制Fig.5 Switch to achieve the control of the lights

3.2 调光控制

实现调光控制需要用到的硬件为4路2A调光器L5504D2A和Neo系列4路可编程控制面板E5084NL。编程前选择对应的接口及连接上C-Bus network，接口单元为5500PCU。首先对调光器进行编程。该模块单元已经加入且匹配好，选调光器点击进入编辑界面。单击第一通道的+号进行设置定义组地址。同样设置第二通道，完成后单击OK保存程序，等待下传完毕如图6所示。

图6 对第一通道设置Fig.6 Set for the first channel

接下来对4Key调光控制面板进行编程。设Key1对应第一通道的调光，Key2对应第二通道的调光。调光需要选择Function中的Dimmer选项，如图6(b)所示。旁边出现一个复选框，单击进行编辑，如果是调光器功能需要选Memory，否则选另一个。Dimmer表示短按此按钮，可以进行对灯具的开关控制，长按进行调光控制。同样对Key2选择同样的功能，这样就能实现Key 1和Key 2对同一个通道的控制。实验控制结果如图7所示。

图7 工作对比Fig.7 Working contrast

4 结论

除了对照明灯具实现开关和调光控制以外，C-Bus总线系统还有着许多其它功能，包括组网、远程控制、窗帘、声音、灯光等。在设计及应用过程中可以发现C-Bus系统有非常强大的功能应用，线路简单、工作稳定、安装方便、易于维护，缺点是成本较高。如高档写字楼、会议室、酒店、大型车站、机场、会展中心、体育场等很多场所都可以利用C-Bus系统实现智能控制，在不同应用场所还需要有不同的控制方案、代码编写及场景设计。随着现代智慧城市的迅速发展、互联网生活的盛行，如C-Bus等总线智能控制系统也将为绿色节能智能化的照明及家居控制做出重要贡献，期待我们的生活变得越来越美好。在此一并感谢奇胜公司技术服务人员的大力支持。

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