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KNX/EIB總線在智能照明控制系統(tǒng)的應用
更新時間：2021-06-04點擊次數(shù)：2150次
KNX/EIB總線在智能照明控制系統(tǒng)的應用
【摘要】介紹了EIB控制總線的結構, 提出了幾種EIB總線在智能照明中的控制策略。同時以圖書館智能照明設計為例, 分析了EIB智能照明系統(tǒng)的設計方法和實際節(jié)能的效果。實踐證明, EIB智能照明控制系統(tǒng)節(jié)能效果良好。
【關鍵詞】EIB控制總線；智能照明；控制策略；節(jié)能
1 引言
綠色節(jié)能是當今世界建筑的主要潮流, 也得到國家政府的大力支持和提倡。隨著科學技術的迅猛發(fā)展, 現(xiàn)代建筑的功能日趨復雜, 品質不 斷提高, 智能建筑對于集中服務和管理的自動化要求也越來越高 。采用傳統(tǒng)的控制和布線方式, 往往需要敷設大量的導線, 形成越來越復雜的電氣安裝系統(tǒng), 一方面造成了設計與施工的難度, 另一方面大大降低了系統(tǒng)的可靠性 、易用性, 給日后的維護工作帶來諸多不便。因此, 隨著智能建筑的普及, 各類總線控制系統(tǒng)應運而生, 促使傳統(tǒng)的電氣安裝系統(tǒng)轉向智能、靈活的方式。智能照明系統(tǒng)正是順應了這一市場潮流,在傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)中融入了先進的計算機和通信技術, 實現(xiàn)了節(jié)能控制及許多傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)難以實現(xiàn)的功能。
2 EIB控制系統(tǒng)簡介
EIB( EuropeanInstallationBus)在亞洲稱為電氣安裝總線( ElectricalInstalla-tionBus), 是電氣布線領域使用范圍廣的行業(yè)規(guī)范和產(chǎn)品標準。EIB標準的制定不僅提高了人們的生活水準, 更提高了多家產(chǎn)品和新舊產(chǎn)品之間的兼容性, 使用戶在使用時更加方便。 EIB系統(tǒng)作為歐洲安裝總線標準, 利用一條雙絞線作為控制總線, 使照明、調光、百葉窗、場景控制、用電負荷控制 、安保、供熱系統(tǒng)實現(xiàn)智能化, 并形成一個完整的總線系統(tǒng), 可依據(jù)外部環(huán)境的變化自動調節(jié)總線中設備的狀態(tài), 達到安全 、節(jié)能、人性化的效果, 并能在今后的使用中根據(jù)用戶的要求增加或修改系統(tǒng)的功能, 其方法是連接計算機重新編程, 而無須重新敷設電纜, 成為靈活的電氣安裝系統(tǒng) 。這是傳統(tǒng)的電纜敷設方式所無法做到的。
EIB總線系統(tǒng)可用于各個建筑領域, 包括機場、酒店、展覽館、辦公樓、多功能會議室、住宅等。主要的控制對象有照明、百葉窗、保安系統(tǒng)、能源管理、供暖、通風、空調系統(tǒng)、信號和監(jiān)控系統(tǒng)、服務界面、樓宇控制系統(tǒng)、遠程控制、計量、音視頻控制、大型家電等。
3 EIB控制系統(tǒng)結構
EIB控制系統(tǒng)的結構稱為支線, 標準情況下至多可以有64個總線元件在同一線路上運行。當 EIB系統(tǒng)中總線連接的總線元件超過64個時, 則至多可以有15條線路通過線路耦合器(LineCoupler, LC) 組合連接在一條主線上。線路耦合器起總線信號路由的作用 。上述結構稱為域, 每條線路可以連接64個總線元件, 一個域包含15條線路, 故可以連接960個總線元件。
安裝總線可以按主干線的方式進行擴展, 干線耦合器 ( BackboneCoupler, BbC)將其域連接到主干線上?？偩€上可以連接15個域, 故可以連接超過14400個總線元件。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。
圖 1 EIB總線系統(tǒng)結構圖
總線元件分為兩類:傳感器和驅動器。傳感器負責探測建筑物中智能面板的操作或光線、溫度、濕度等信號的變化, 發(fā)出總線控制信號, 控制驅動器執(zhí)行相應的動作。驅動器負責接收傳感器傳送的總線信號, 并執(zhí)行相應的操作, 如開閉和調節(jié)燈光的亮度等。
InstabusEIB智能安裝總線, 將基于EIB標準開發(fā)生產(chǎn)的智能元件連接起來形成系統(tǒng)。掛在總線上的元件具有儲存、記憶、運算、響應性能, 可通過計算機編程而對其賦予一定的程序, 各元件根據(jù)自己的程序分散獨立工作 。同時, 每個元件對應不同的功能和作用, 通過編程將整個分散的元件有機地結合起來, 形成一個可以完成各種運行功能和控制任務的系統(tǒng)。
4 EIB智能照明系統(tǒng)的特點
采用 EIB總線燈光控制系統(tǒng)的照明回路分為可調光回路、開關回路, 并通過現(xiàn)場的智能開關面板進行現(xiàn)場控制。采用多種可調光源,通過智能調光始終保持柔和、幽雅的燈光環(huán)境。根據(jù)不同時間、不同用途精心地進行會場燈光場景預設置,使用時只需調用預先設置好的更佳燈光場景, 使置身其中的人員產(chǎn)生良好的視覺效果?？赏ㄟ^不同的控制方法達到預期的設置。
4.1 定時控制
EIB智能控制系統(tǒng)可使用專門的定時模塊,通過ETS3編程軟件設定每個燈光回路的開閉時刻、開閉時間等,還可以設定不同的日期、節(jié)假日, 開啟不同的燈光場景。根據(jù)圖書館開館時間進行時間控制,閱覽室場所設計為8:00～21:00,部分區(qū)域可根據(jù)需要進行自動定時控制?？梢噪S時靈活更改控制時間 。
4.2 調光量控制
為節(jié)省用電量, 可利用自然光線對照明進行補充。使用照度傳感器, 感應自然光線的變化, 再配合調光量控制, 為不同的閱覽區(qū)域營造良好的閱讀環(huán)境。陰天的實用性照明, 靠窗回路照度為40%, 其他地方依次加強;晴天的節(jié)能性照明,靠窗回路為0%亮度, 臨近回路為25%亮度。
4.3 人體感應控制
人體感應控制器分為墻裝式和吸頂安裝式兩種, 基本能實現(xiàn)移動感應, 感知范圍為360°(吸頂)和180°(墻裝)。當員工在某個區(qū)域辦公時,該區(qū)域的感應裝置自動探測到有人,便自動開啟該區(qū)域的燈光、電動窗簾、空調等, 無人便自動關閉 (可設定延時關閉)。系統(tǒng)通過智能的人體感應器來對燈光進行自動控制,實現(xiàn)人來自動開燈,人走之后延時自動關閉。同時,人體感應器也具有光線感應的功能,在環(huán)境照度高于設定值的情況下,人來也不會開燈。通過感應器,相關區(qū)域可實現(xiàn)無面板控制,既方便,又達到了節(jié)能的目的。
4.4 集中控制
中控軟件用于對整個建筑的EIB/KNX系統(tǒng)進行集中監(jiān)視及控制, 包括燈光、電動窗簾、插座、風機盤管等末端設備。軟件采用標準的圖形界面進行操作控制, 并插入bmp圖形, 如樓宇、樓層、多功能廳的照片或平面圖, 使控制更加簡易、直觀。
5 智能照明設計
以某學校圖書館的智能照明設計為例, 整個場所的照明控制應能做到在保證分散控制的情況下實現(xiàn)控制室集中控制。根據(jù)工作環(huán)境對照明要求的不同,分區(qū)、分段控制,根據(jù)區(qū)域照度的變化控制開啟照明燈并調節(jié)亮度,采用自然光線及照度控制方式追求無人值守的控制理念, 以達到節(jié)能條件下適合每個工作環(huán)境的更佳需求。
圖書館2層智能照明控制系統(tǒng)設計采用的是EIB智能照明系統(tǒng), 設計中將該區(qū)域劃分為24個控制回路, 在24個回路中有調光回路、開關回路 、紅外感應控制回路、照度控制回路, 同時通過中心電腦的ETS2軟件對所有的回路進行集中的編程和控制, 如圖2所示。
圖 2 智能照明控制系統(tǒng)圖
圖書館的照明區(qū)域主要分為公共區(qū)域、閱覽區(qū)域等。根據(jù)各區(qū)域的工況條件及工作特點,對系統(tǒng)的設計進行分析 。
(1)在圖書館2層, 公共區(qū)域較少, 主要以閱覽區(qū)域為主, 平均人流量較大, 照明燈可能會處于常亮狀態(tài), 浪費了大量能源。若使用紅外感應器控制, 傳感器開斷頻率過高, 不僅對傳感器本身造成傷害, 而且對于燈具也會造成不小的損傷。對于該類區(qū)域的設置, 在設計中主要應考慮開關面板控制和定時控制相結合。
(2)在衛(wèi)生間、樓梯過道這樣的公共區(qū)域,設計中采用紅外人體感應器的控制方式來控制。在圖書館2層, 由于主通道樓梯經(jīng)常有人走動,所以不裝設紅外人體感應器, 而在衛(wèi)生間設計了紅外人體感應器, 做到人來燈亮, 人離開后燈延時3-5min后熄滅, 實現(xiàn)自動控制, 達到節(jié)能的目的。
(3)2層閱覽室的面積較大, 可以分不同的區(qū)域空間利用自然光進行照明, 因此, 在閱覽室中設置了照度采集器, 通過照度傳感器感應不同的區(qū)域照度情況, 根據(jù)室內(nèi)照度的情況自動控制燈具開啟狀態(tài), 使閱覽室照度達到標準的300lx。
(4) 熒光燈的控制和普通開關燈具的控制方式有所不同, 其調光控制方法是采用高頻可調光電子式熒光燈鎮(zhèn)流器。該鎮(zhèn)流器作為熒光燈的電子控制裝置 ( ECG)已成為當今熒光燈調光控制的主流產(chǎn)品 。
(5) 在圖書館的照明控制中,設計方式將每個區(qū)域大致分為3部分,按照不同時間段設計的回路。 ①早上人流量較少時,該部分的回路設計是燈具間隔較大,但能基本覆蓋整個區(qū)域的設計方式;②針對不同的情況靈活選擇開斷, 一般選擇使用該回路的時間段為黃昏或外界光線較暗時,是對第一部分照明的配合和補充;③對剩下的燈具進行控制, 這樣可以有選擇地根據(jù)需要對燈具進行分時段、分情況控制。
6 節(jié)能計算
學校圖書館的智能照明系統(tǒng)設計,選擇EIB總線控制方法,采用定時控制、分區(qū)控制、傳感器自動控制、集中控制等方式, 達到了節(jié)能的目的。下面對節(jié)能數(shù)據(jù)進行分析 。
在該設計中, 圖書館的燈具總量為207盞T5燈 (每盞49W), 116盞柵欄燈(每盞54W), 91盞節(jié)能燈(每盞11W), 12盞雙節(jié)能燈(每盞2×11W) 。
(1) 設圖書館8:00開館, 21:00閉館, 該回路照明的時間為13h,其中打開T5燈62盞 (每盞49 W), 柵欄燈26盞(每盞54 W), 節(jié)能燈45盞 (每盞11W),雙節(jié)能燈4盞(每盞2×11W)?？偣β蕿?9×62+54×26 +11×45+2×11×4=5.025kW, 耗電量為5.025kW×13h= 62.325kWh。
( 2) 15:00～21:00再打開第二部分回路, 照明的時間為 6h, 其中打開T5燈49盞 (49W每盞), 柵欄燈28盞(每盞54W)，節(jié)能燈23盞 (每盞11W), 雙節(jié)能燈2盞 (每盞2×11 W), 調光線路不改變, 調光線路開啟100%, 調光總功率為49×25 +54×20W?？偣β蕿?9×49 +28×54+23×11 +2×2×11=4.21kW,耗電量為4.21kW×6h=25.26kWh。
(3) 調光回路有25盞(每盞49 W)T5燈和20盞(每盞54W)柵欄燈, 這一部分燈8:00～15:00(共7 h) 開啟平均功率的40%, 15:00～21:00開啟平均功率的 100%。總耗電量為(49×25+54×20)×40%×7 +( 49×25 +54×20)×6 =20.284 kWh。一天總耗電量為62.325 +25.26 +20.284 =110.86 kWh。
以上照明設計圖書館的閱覽區(qū)照度已基本達到要求, 剩余燈具的開關對閱覽區(qū)的照度影響不大。如有特殊需要, 可再打開。
(4) 如在圖書館中采用普通照明開啟方式,假設圖書館開閉館時間不變 (仍為8:00～21:00閉館 ), 先打開T5燈69盞 (每盞49W), 柵欄燈38盞 (每盞54W), 節(jié)能燈31盞 (每盞11W),雙節(jié)能燈4盞(每盞2×11W),打開時間為13h；再打 開T5燈69盞(49W), 柵欄燈38盞(54W),11W節(jié)能燈31盞, 2×11W節(jié)能燈4盞,打開時間為8h；然后打開T5燈69盞(49W),柵欄燈40盞(54W),11W節(jié)能燈29盞,2×11 W節(jié)能燈4盞, 打開時間為5h,計算得功率分別為5.86、5.86、5.95 kW,耗電量為5.86×13+5.86×8+5.95×5=152.81kWh。
因此, 每天可節(jié)省152.81-110.86=41.95kWh, 當前節(jié)能率為41.92/152.81=27.4%。
通過EIB總線的智能控制照明設計,節(jié)能20%。
7安科瑞智能照明控制系統(tǒng)
7.1系統(tǒng)簡介
Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)，是基于KNX總線技術設計的控制系統(tǒng)。KNX總線技術起源于歐洲，是在EIB，Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線控制技術上發(fā)展起來的，其中EIB（European Installation Bus,歐洲安裝總線）是該總線技術的主體。
Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)采用標準的2*2*0.8EIB BUS總線（即KNX總線）作為總線線纜，將所有的智能照明控制模塊連接到一起并組成一套完整的控制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)照明燈具的遠程集中控制，又可實現(xiàn)就近控制功能。該系統(tǒng)理論可連接控制模塊數(shù)量達580000多個。
安科瑞智能照明產(chǎn)品種類齊全，方案完善。用戶可通過控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統(tǒng)、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現(xiàn)靈活多樣的智能控制，特別適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明系統(tǒng)。
7.2系統(tǒng)工作原理示意圖
7.3產(chǎn)品選型
7.3.1開關驅動器
用于對設備進行開關控制的驅動器，具有延時、預設、邏輯控制、場景、閾值開關等功能，電氣參數(shù)如下：
7.3.2調光驅動器
2路0-10V調光器，可對每路進行回路開關控制并輸出0-10V調光信號對具有0-10V調光接口的燈具進行調光,具有開關、場景、狀態(tài)反饋等功能，電氣參數(shù)如下：
7.3.3傳感器
傳感器是一種能感受外界信號、物理條件（如光、移動）的設備裝置，并將感應的信息傳遞給其它設備裝置（如調光器、開關驅動器），電氣參數(shù)如下：
7.3.4總線電源
KNX/EIB系統(tǒng)標準供電電源，為總線提供電壓640mA 輸出電流，至多可以為 64 個設備供電，帶總線復位、 過流指示和短路保護。標準導軌安裝，電氣參數(shù)如下：
7.3.5智能面板
用于接受按鍵觸動信號，可通過區(qū)分短按與長按并結合不同參數(shù)配置實現(xiàn)開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數(shù)如下：
7.3.6干接點輸入模塊
用于接受外部干接點信號輸入，可通過不同參數(shù)配置實現(xiàn)開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數(shù)如下：
7.4系統(tǒng)功能
（1）光照度（需要配照度傳感器）監(jiān)測，對利用自然光照明區(qū)域，根據(jù)自然光照度變化，進行照明控制和調節(jié)，滿足照明和節(jié)能要求；
（2）公共區(qū)域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明，應設置紅外或微波類人體感應器，并結合智能控制面板，實現(xiàn)各種場景照明控制，盡可能較少燈具點亮時間；
（3）樓梯間照明采用人體感應探測控制；
（4）設備房、設備房走道采用分組就地控制；
（5）室外路燈、景觀等照明采用光照度控制結合時控的集中控制方式；
（6）監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，畫面美觀,實時顯示各區(qū)照明工作狀態(tài)；
（7）應具有完善的用戶權限管理功能，避免越權操作；
7.5系統(tǒng)應用領域
7.6系統(tǒng)的控制優(yōu)勢
（1）系統(tǒng)可通過、觸摸屏、電腦對現(xiàn)場的燈光、空調及窗簾等進行遠程集中控制，使得控制更加方便智能，用戶體驗更好；
（2）系統(tǒng)中控制模塊均工作在直流30V安全電壓下，用戶操作更加安全、舒適；
（3）系統(tǒng)在實施過程中，充分結合自然光及人員的活動規(guī)律來自動控制燈光，減少能源消耗，達到很好的節(jié)能效果；
（4）系統(tǒng)采用分布分布式KNX總線結構，搭建簡單靈活，系統(tǒng)內(nèi)各模塊互不影響，可獨立工作，可靠性更高；
（5）多種控制方式可供選擇，如本地控制，自動感應控制，定時控制，場景控制和集中控制等，控制方式更靈活；
（6）系統(tǒng)的自動控制、遠程集中控制等功能，在實現(xiàn)自動化的同時，大量減少了值班人員，提高了管理水平和工作效果；
（7）升級系統(tǒng)內(nèi)控制模塊或更改系統(tǒng)功能時，無需增加連接線，不需關閉整個系統(tǒng)，只需更改設備參數(shù)即可實現(xiàn)，維護方便，操作簡單；
（8）系統(tǒng)可與消防系統(tǒng)聯(lián)動，在出現(xiàn)消防報警時，強制打開應急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風險，提高了建筑的安全性。
7.7安科瑞組網(wǎng)方案
智能照明控制系統(tǒng)組網(wǎng)方式靈活，擴展方便，當系統(tǒng)模塊數(shù)量較少、距離較近、范圍較小時，各設備以樹形枝狀延伸，構成支路系統(tǒng)智能照明控制系統(tǒng)；當系統(tǒng)模塊數(shù)量較多、距離較遠、范圍較大時，用支線耦合器組成多條支路，構成區(qū)域智能照明控制系統(tǒng)；當系統(tǒng)模塊數(shù)量很多、距離很遠、范圍很大時，用支線耦合器、區(qū)域耦合器等構成樓群智能照明控制系統(tǒng)。
8 結 語
EIB智能照明控制系統(tǒng)的應用,使照明設計更加靈活,安裝更加方便、可靠。本文設計的智能照明控制系統(tǒng)在滿足圖書館照明需要的同時, 可更大限度地節(jié)約能源。
【參考文獻】
［1］GB50034—2004建筑照明設計標準[S].
［2］林昕,張超敏,徐智.EIB總線在智能照明中的控制策略.
［3］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2020.06版.
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