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智慧生活設計事務所


2016年3月30日 星期三

來源:《電氣&智能建築》  作者:劉光平
  
1983年第一座帶有智慧化概念的建築物在美國落成,建築智慧化就逐漸成為當今建築發展的主流技術。作為建築自控系統的重要組成部分,智慧照明控制技術也得到了快速發展。


在現代建築中,照明的能源消耗在建築能耗中佔了較大比重,採用智慧照明控制系統,不僅可以提升照明環境品質,還可以實現客觀的節能效果。據統計,一般情況下,普通辦公大樓採用智慧照明控制系統,其節能效果可以達到40%以上,在商場、地鐵等場合,節能效果能達到25%30%.

1 前言
目前,照明系統的自動控制有兩種形式,一種是將照明系統和建築物內空調系統、給排水系統等設備,包含在一起採用直接數位控制器(DDC進行監控,直接數位控制器通過控制供電迴路中接觸器的分合,從而控制供電迴路的通斷,實現燈具開關控制DDC控制方式屬於集中控制方式,這種控制方式功能簡單、可靠性較低,無法實現調光控制。另一種是採用專業的分散式匯流排型智慧照明控制系統,這種控制方式具有控制功能強、結構簡單、可靠性與可擴展性好等特點,因此應用更為廣泛。


常見的匯流排型智慧照明控制系統,包括澳洲邦奇的DynetABB公司的I-BUS、奇勝的C-BusSiemensEIB等。這些智慧照明控制系統的構成基本相同,但細節微有差異。C-Bus智慧照明系統技術先進,性能優異,目前廣泛應用於各個行業,有著良好的應用前景。

2 C-Bus匯流排
2.1 工作原理
C-BusClipsal Bus的簡稱,是奇勝(Clipsal)公司制定的一個兩線制匯流排資料傳輸協訂,它定義了電子鎮流器與設備控制器之間的數位通信方式。C-Bus匯流排結構簡單、安裝方便、操作容易、功能豐富,是一種獨立的、分散式、匯流排型照明控制系統,能很好的滿足現代建築中的照明需求。

系統所有的單元器件(除電源外)均內置微處理器和儲存單元,由一對信號線(五類線)連接成網路。每個單元均設置唯一的單元位址,並用軟體設定其功能,通過輸出單元控制各迴路負載。輸入單元通過群組位址和輸出元件建立對應聯繫。

 

當有輸入時,輸入單元將包含單元位址資訊的資料,包在C-Bus系統匯流排上廣播,所有的輸出單元接收並做出判斷,控制相應迴路輸出。系統所有的參數被分散儲存在各個單元器件中,即使系統斷電也不會丟失。恢復供電時,系統會根據預設記憶參數,自動恢復停電前的工作狀態,實現無人值守。

C-Bus採用五類雙絞線作為傳輸媒介,在一對線上既提供匯流排設備工作電源(15VDC36VDC),又傳輸匯流排控制信號。匯流排設備之間直接相互通訊,無須通過中央控制器,避免了集中式系統中央控制器,出現故障時整個系統癱瘓的危險。

C-Bus系統控制回路與負載迴路實現分離,控制匯流排將所有單元器件相連接,構成控制網路。控制網路結構形式多樣,其拓撲結構可以是匯流排型、星型或樹型,但不支援環網結構。

系統以網段為基本單位,網段之間通過獨立的網路橋進行通信,可以實現網段之間的聯動,提高了整個系統運行的可靠性。C-Bus的傳輸協定為CSMA/CD,通信速率為9600Kbps.


2.2 C-Bus匯流排的技術特性
C-Bus匯流排提供多種控制方式,主要有場景控制、調光控制、定時控制、就地手動控制、區域控制、群組控制等。C-Bus系統是一個獨立的燈光控制系統,它既能獨立運行,又能通過閘道介面和軟體協訂,與BA系統相互連接和通信,構成一個完整的建築設備管理系(BMS)。

通過閘道介面,C-Bus匯流排可為BMS提供照明系統現場資訊,接受BMS的控制,實現建築物機電設備的統一綜合管理。C-Bus還可與消防、安控系統實現聯動。消防系統的一對無源常開觸點接入C-Bus輸出模組的遠端控制接入點。

如果發生火災時,無源常開觸點閉合,與該觸點連接的C-Bus輸出模組強制關閉相應的照明迴路;消防系統恢復正常後,無源觸點斷開,C-Bus自動恢復到原來的照明狀態。安防系統的聯動實現方式與消防系統相同。

2.3 C-Bus系統構成
典型的C-Bus系統硬體由系統單元、輸入單元、輸出單元三部分組成。系統單元主要包括電源裝置、橋接器、PC介面和乙太網介面。輸入單元主要包括:NEO系列面板開關、觸控式螢幕、五場景控制器等;輸出單元主要包括輸出繼電器、調光器、類比輸出單元、紅外線輸出模組等。這些控制裝置均直接掛接於C-Bus匯流排上,其系統結構圖如圖1所示。

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調光器是C-Bus系統中必不可少的單元器件,根據照明燈具的不同,調光器有多種類型。它是直接控制燈具的設備,用於對燈具進行調光或開關控制,能記憶多個預設置燈光場景,不因停電而被破壞。調光器控制燈具亮度採用軟啟動方式,這種方式使燈具的亮度逐漸增加或者是逐漸減小,使人的視覺自然地適應亮度的變化,沒有突然變化的感覺。同時,此調節方式能防止電壓突變對燈具的衝擊,有效延長燈具的壽命。

C-Bus系統的系統軟體主要有C-Bus V2.0系統程式設計軟體、C-Bus系統監控軟體C-Lution、介面軟體C-Gate等,以實現對系統元件參數的設定,及採用圖形化介面對C-Bus系統進行監控。C-Bus通過系統程式設計,使控制開關與輸出迴路,建立邏輯對應關係,因此在設計時更加簡單、方便、靈活[1]

3 酒店C-Bus智慧照明系統設計 
某觀光酒店是一座9層高,建築總面積為130000m2的現代化、多功能星級酒店。該酒店內各功能空間面積較大,對照明控制的要求比較高且較複雜。控制系統的設計建立在酒店照明設計藍圖的基礎之上,採用奇勝公司的C-Bus智慧照明控制系統,對酒店的整體環境照明進行智慧控制。

 

系統能夠對酒店所有的燈光照明實現自動控制,根據不同的應用區域需要設定相應的照明控制方式,或預設各種照明場景,滿足不同場合的需求,提升了照明品質。因此,智慧照明控制系統的應用,不僅滿足了功能需求,提高了管理的便捷與效率,還可以實現靈活控制、節約能源的目的。
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3.1 系統拓撲結構
根據酒店建築結構特點以及控制要求的不同,將酒店大樓劃分為以下區域:一是辦公區;二是客房區;三是功能區,包括宴會廳、會議室等;四是輔助區,包括大廳、走廊、樓梯間、洗手間等公共區域。

根據不同的區域特點,所設計的控制方式和控制功能有所不同。由於該酒店每層建築面積較大,需控制的照明燈具數量較多,為了便於施工與管理,在設計時,將每一層設為1C-Bus智慧照明子網,因此共設有9C-Bus智慧照明子網。

每個子網通過乙太網周邊設備(5500CN),經RJ-45介面實現C-Bus匯流排協定與TCP/IP協定的轉換,與酒店局域網連接,並由設在酒店五樓資訊中心機房的中央監控主機集中管理。中央監控主機安裝有C-Bus系統軟體C-GateC-Lution,操作人員可以在中文圖形化顯示的介面上進行監控和操作,監視整個智慧照明系統的運行狀態。該系統拓撲結構如圖2所示。

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3.2 各控制區域的設計
1)辦公區域
辦公區包括員工辦公區和經理辦公室。該酒店員工辦公地點相對集中,員工辦公室的面積較大,因此在設計時,將員工辦公室分成若干獨立的照明區域,採用NEO系列四鍵開關,根據需要開啟相應區域的照明。


由於該酒店每個員工辦公室都設有兩個出入口,為方便員工就近控制辦公區內燈具的開閉,四鍵開關設置在出入口,兩個出入口分別設置1個,實現多點控制。另外,每個辦公室設置1個計時器,使辦公室內照明可以根據時間進行控制,每天上班前自動開燈,午休時自動關閉部分回路,下班後自動關燈。

經理辦公室的照明控制設計以方便、舒適為前提,在經理辦公室入口處設置一個NEO系列雙鍵開關,並在經理辦公桌的正上方設置1個亮度感測器,當辦公室內亮度不夠時可自動調節燈具的亮度,使辦公室內始終保持恒定的照度。

2)客房區域
該酒店客房有普通客房和高級客房兩種。普通客房只有1個臥室和1個衛浴間,而高級客房還設有1個客廳。根據酒店照明設計藍圖,普通客房設有客廳、衛浴間、走道3路照明迴路,因此,在普通客房的門口和床邊各設一個Neo系列四鍵開關,實現房間內多點控制以及遙控控制。

 

高級客房的控制要求相對較高,不僅要實現就地控制,還需提供調光控制和場景控制。根據高級客房的結構佈局,在臥室、客廳和門口各安裝一個Neo系列四鍵開關,客廳另外還設置一個液晶觸控式螢幕,和一個五場景控制器。

根據場景預設,五場景控制器可通過有線或無線的方式,調動相應的執行機構控制照明設備,調整燈具開啟種類、光源照度高低、光色搭配以及照明角度等,實現所設模式。通過觸控式螢幕操作或使用遙控器,即可調用所需的燈光場景,產生各種燈光視覺效果,使客房內保持符合使用需求的燈光環境。

3)功能區域
功能區是舉辦各種公共活動的主要場所,具有面積大、空間高的特點,這一區域的照明區域照明燈具種類較多,有格柵螢光燈、筒燈、吊燈、壁燈和射燈等各種類型,其控制要求也相對較複雜。

 

根據照明設計藍圖,該酒店宴會廳共有8個照明迴路,因此設置1個四場景開關,並採用八路輸出繼電器5508RVF實現調光控制。根據不同用餐時段調用預設燈光場景模式,使宴會廳內始終保持柔和、幽雅的燈光環境。

會議室是酒店的重要組成部分,採用場景模式控制。在會議室入口處設置一個場景開關,設定四個場景:會議、演講、投影、全關。在進入會議室時可選擇會議模式,在會議進行中,可以通過場景開關實現場景的轉換。會議結束時,按全關鍵關閉所有燈具。通過觸控式螢幕或C-BUS中央監控主機可對開關模組、調光模組、投影儀等各種演示設備進行控制。同時,紅外遙控器控制是場景模式控制的延伸,通過紅外遙控器對觸控式螢幕進行遙控。

4)輔助區域
大廳是酒店人流量較大的區域。按照國際標準,酒店大廳的最佳照度為150300lx.為保持大廳的舒適性,設計時採用了亮度感測器控制,來調節大廳的光照度。系統根據設定的照度值和大堂內照度的變化,自動開/關大堂內照明設備的數量,使大廳內照度保持恒定。


另外,在大廳裡還設置一個Neo系列四鍵開關,用於現場就地控制。大廳照明的控制方式靈活多樣,系統提供就地控制、中央監控電腦控制、時間控制等多種控制方式,工作人員可根據具體情況選擇合適的控制方式。

走廊、樓梯間、洗手間等公共區域人流量少,照明燈具的使用頻率較低,因此,這些區域採用紅外線移動探測器,對照明燈具的開/關進行自動控制。當紅外線移動探測器檢測到有人進入探測範圍,信號送入相應的輸出繼電器模組,執行照明燈具開啟命令。若探測範圍內無人,照明燈具保持關閉狀態。這種控制方式避免了「長明燈」現象,可以有效節約能源[4]

4 結語
 與傳統方式相比,C-Bus匯流排的應用避免了複雜的施工安裝和走線。並且還可以根據需求和外界環境的變化,僅需修改軟體設置或少量改造線路,就可以調整照明佈局和擴充功能,適合不同的使用要求,大大降低了系統建設費用和建設週期。由於控制迴路與負載分離,系統具有較高的安全性。


據該酒店照明控制系統運行結果表明,所設計的酒店C-BUS智慧照明控制系統操作方便,控制手段靈活,控制功能豐富,為酒店營造了舒適的燈光環境。與傳統的照明系統相比,具有顯著的節能效果。


隨著市場對建築節能減排的日益重視,智慧照明控制系統具有良好的發展前景,C-Bus匯流排的應用也會更加廣泛。

                                                                                                                                                                                                                            

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