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KNX/EIB總線在智能照明控制系統的應用
更新時間：2021-06-04點擊次數：2793次
KNX/EIB總線在智能照明控制系統的應用
【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智能照明系統的設計方法和實際節能的效果。實踐證明, EIB智能照明控制系統節能效果良好。
【關鍵詞】EIB控制總線；智能照明；控制策略；節能
1 引言
綠色節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展, 現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, 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, 各類總線控制系統應運而生, 促使傳統的電氣安裝系統轉向智能、靈活的方式。智能照明系統正是順應了這一市場潮流,在傳統的照明系統中融入了先進的計算機和通信技術, 實現了節能控制及許多傳統照明控制系統難以實現的功能。
2 EIB控制系統簡介
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規范和產品標準。EIB標準的制定不僅提高了人們的生活水準, 更提高了多家產品和新舊產品之間的兼容性, 使用戶在使用時更加方便。 EIB系統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、供熱系統實現智能化, 并形成一個完整的總線系統, 可依據外部環境的變化自動調節總線中設備的狀態, 達到安全 、節能、人性化的效果, 并能在今后的使用中根據用戶的要求增加或修改系統的功能, 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 。這是傳統的電纜敷設方式所無法做到的。
EIB總線系統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、能源管理、供暖、通風、空調系統、信號和監控系統、服務界面、樓宇控制系統、遠程控制、計量、音視頻控制、大型家電等。
3 EIB控制系統結構
EIB控制系統的結構稱為支線, 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。總線上可以連接15個域, 故可以連接超過14400個總線元件。系統結構圖如圖1所示。
圖 1 EIB總線系統結構圖
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, 發出總線控制信號, 控制驅動器執行相應的動作。驅動器負責接收傳感器傳送的總線信號, 并執行相應的操作, 如開閉和調節燈光的亮度等。
InstabusEIB智能安裝總線, 將基于EIB標準開發生產的智能元件連接起來形成系統。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。
4 EIB智能照明系統的特點
采用 EIB總線燈光控制系統的照明回路分為可調光回路、開關回路, 并通過現場的智能開關面板進行現場控制。采用多種可調光源,通過智能調光始終保持柔和、幽雅的燈光環境。根據不同時間、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生良好的視覺效果。可通過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、節假日, 開啟不同的燈光場景。根據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,部分區域可根據需要進行自動定時控制。可以隨時靈活更改控制時間 。
4.2 調光量控制
為節省用電量, 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, 為不同的閱覽區域營造良好的閱讀環境。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, 基本能實現移動感應, 感知范圍為360°(吸頂)和180°(墻裝)。當員工在某個區域辦公時,該區域的感應裝置自動探測到有人,便自動開啟該區域的燈光、電動窗簾、空調等, 無人便自動關閉 (可設定延時關閉)。系統通過智能的人體感應器來對燈光進行自動控制,實現人來自動開燈,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,相關區域可實現無面板控制,既方便,又達到了節能的目的。
4.4 集中控制
中控軟件用于對整個建筑的EIB/KNX系統進行集中監視及控制, 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控制室集中控制。根據工作環境對照明要求的不同,分區、分段控制,根據區域照度的變化控制開啟照明燈并調節亮度,采用自然光線及照度控制方式追求無人值守的控制理念, 以達到節能條件下適合每個工作環境的更佳需求。
圖書館2層智能照明控制系統設計采用的是EIB智能照明系統, 設計中將該區域劃分為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 智能照明控制系統圖
圖書館的照明區域主要分為公共區域、閱覽區域等。根據各區域的工況條件及工作特點,對系統的設計進行分析 。
(1)在圖書館2層, 公共區域較少, 主要以閱覽區域為主, 平均人流量較大, 照明燈可能會處于常亮狀態, 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)在衛生間、樓梯過道這樣的公共區域,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, 由于主通道樓梯經常有人走動,所以不裝設紅外人體感應器, 而在衛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, 實現自動控制, 達到節能的目的。
(3)2層閱覽室的面積較大, 可以分不同的區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域照度情況, 根據室內照度的情況自動控制燈具開啟狀態, 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流器。該鎮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品 。
(5) 在圖書館的照明控制中,設計方式將每個區域大致分為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需要對燈具進行分時段、分情況控制。
6 節能計算
學校圖書館的智能照明系統設計,選擇EIB總線控制方法,采用定時控制、分區控制、傳感器自動控制、集中控制等方式, 達到了節能的目的。下面對節能數據進行分析 。
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盞節能燈(每盞11W), 12盞雙節能燈(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), 節能燈45盞 (每盞11W),雙節能燈4盞(每盞2×11W)。總功率為49×62+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)，節能燈23盞 (每盞11W), 雙節能燈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。總功率為49×49 +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照度已基本達到要求, 剩余燈具的開關對閱覽區的照度影響不大。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), 節能燈31盞 (每盞11W),雙節能燈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節能燈31盞, 2×11W節能燈4盞,打開時間為8h；然后打開T5燈69盞(49W),柵欄燈40盞(54W),11W節能燈29盞,2×11 W節能燈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, 每天可節省152.81-110.86=41.95kWh, 當前節能率為41.92/152.81=27.4%。
通過EIB總線的智能控制照明設計,節能20%。
7安科瑞智能照明控制系統
7.1系統簡介
Acrel-BUS智能照明控制系統，是基于KNX總線技術設計的控制系統。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，既可實現照明燈具的遠程集中控制，又可實現就近控制功能。該系統理論可連接控制模塊數量達580000多個。
安科瑞智能照明產品種類齊全，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、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現靈活多樣的智能控制，特別適合于各類智能小區、醫院、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。
7.2系統工作原理示意圖
7.3產品選型
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、狀態反饋等功能，電氣參數如下：
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），電氣參數如下：
7.3.4總線電源
KNX/EIB系統標準供電電源，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，電氣參數如下：
7.3.5智能面板
用于接受按鍵觸動信號，可通過區分短按與長按并結合不同參數配置實現開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數如下：
7.3.6干接點輸入模塊
用于接受外部干接點信號輸入，可通過不同參數配置實現開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能，電氣參數如下：
7.4系統功能
（1）光照度（需要配照度傳感器）監測，對利用自然光照明區域，根據自然光照度變化，進行照明控制和調節，滿足照明和節能要求；
（2）公共區域、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）監控系統界面友好，畫面美觀,實時顯示各區照明工作狀態；
（7）應具有完善的用戶權限管理功能，避免越權操作；
7.5系統應用領域
7.6系統的控制優勢
（1）系統可通過、觸摸屏、電腦對現場的燈光、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）系統在實施過程中，充分結合自然光及人員的活動規律來自動控制燈光，減少能源消耗，達到很好的節能效果；
（4）系統采用分布分布式KNX總線結構，搭建簡單靈活，系統內各模塊互不影響，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）系統的自動控制、遠程集中控制等功能，在實現自動化的同時，大量減少了值班人員，提高了管理水平和工作效果；
（7）升級系統內控制模塊或更改系統功能時，無需增加連接線，不需關閉整個系統，只需更改設備參數即可實現，維護方便，操作簡單；
（8）系統可與消防系統聯動，在出現消防報警時，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安科瑞組網方案
智能照明控制系統組網方式靈活，擴展方便，當系統模塊數量較少、距離較近、范圍較小時，各設備以樹形枝狀延伸，構成支路系統智能照明控制系統；當系統模塊數量較多、距離較遠、范圍較大時，用支線耦合器組成多條支路，構成區域智能照明控制系統；當系統模塊數量很多、距離很遠、范圍很大時，用支線耦合器、區域耦合器等構成樓群智能照明控制系統。
8 結 語
EIB智能照明控制系統的應用,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在滿足圖書館照明需要的同時, 可更大限度地節約能源。
【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］安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版.
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