胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

【摘要】于現代照明對靈活性、舒適性、節能性和智能化的要求，提出KNX現場總線控制的智能照明系統的方案。在介紹KNX總線系統的組成及通信原理的基礎上，以報告廳為例，詳細介紹KNX總線系統的軟硬件實現方法。運行結果表明，系統運行穩定可靠，能夠實現開關、調光、集中控制、場景控制等多種靈活控制功能，具有節能性、交互性和兼容性的優點。系統的應用，充分展現了KNX現場總線的智能性、開放性、便利性和靈活性，滿足了現代智能照明的要求，為類似照明控制提出借鑒。 

【關鍵詞】KNX總線；智能照明；bus；報告廳；Winswitch3 

 

0 引 言

     隨著我國經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對照明的要求也不斷提高，當前，照明不僅要滿足人們在視覺上豐富的感官效果，而且要滿足人們對照明舒適性、節能性、自動化與信息化等方面的要求。傳統手動控制、BAS控制的照明控制方式控制模式固定，控制效果單一，已無法滿足人們對現代照明的要求，更不能滿足人們對照明智能化和節能降耗的追求。依托計算機技術、通信技術和傳感器技術等現代技術而發展起來的智能照明技術可以很好解決上述問題，為此得到廣泛的關注和發展。 

     當前，智能照明技術一般可分為電力載波類、無線控制類和總線控制類。張玉杰等研究了電力載波類智能照明控制系統及應用，采用低壓電力線路作為智能照明系統的信號傳輸線路，避免重復布線，減少布線和施工成本，但是電力載波信號受負載變化、脈沖干擾影響衰減較為嚴重，由于無沖突避免機制，容易導致數據錯亂、丟失，不適合長距離、多設備通信。孫海艷等研究了基于ZigBee的智能照明技術，王曦等研究了基于遠程紅外的智能照明技術，曹祥紅等研究了基于WiFi的智能照明技術，這些智能照明技術均屬于無線控制類智能照明控制系統，應用時無需布線，操作靈活方便，適合于面積較小的智能家居，由于其無線信號受障礙物影響而衰減嚴重，無法應用于需要大面積、遠距 離通信的智能照明控制場合。對于總線控制類的智能照明技術，郭鐵橋等研究了基于CAN的智能照明控制技術，于莉媛等研究了基于C—Bus總線的智能照明控制技術，這些總線類的照明技術均滿足了現代照明要求，具有控制效果好，運行穩定，滿足大空問、多設備、遠距離智能照明控制要求，但是總線協議的交互性、兼容性相對較差。KNX總線技術基于全球性的住宅與樓字控制標準，提供開發式的標準協議，不僅具有電力載波類、無線控制類、總線控制類智能照明技術的優點，而且具有很好的交互性和兼容性。因此，本文提出基于KNX總線的智能照明控制系統方案，以報告廳為例，介紹系統的開關控制、調光控制、感應控制 和場景控制等控制功能，從而實現照明系統的智能化、舒適性和節能性等效果。 

 

1 系統組成及通信原理 

     KNX硬件系統由系統元件、傳感器和執行器三部分元件構成，采用KNX總線通信，設備之間以雙絞線為傳輸介質，以KNX報文實現信息傳遞，其中報文結構包括控制字段、地址段、長度、實用數據等，控制字段控制報文是否重復、報文發送的優先級等。 地址段由源地址與目標地址組成，源地址為總線元件的物理地址，按照域一線路一總線元件的方式配置，每個物理地址均W一的，為總線元件之間區別的W一地址，用于系統調試、檢測及維護。目標地址為總線元件的組地址，按照主組/中間組/子組方式 配置，用于連接傳感器與執行器的功能。編程時傳感器只能發送一個組地址命令，執行器可以接收多個組地址的命令，其結構如表l所示。長度字段記錄實用數據的字節長度，實用數據段用于定義應用的不同功能，檢驗字節用于對報文執行奇偶校驗。

表1 物理地址與組地址

 

2 KNX總線在報告廳照明系統中的應用

 

2.1 報告廳照明控制要求 

     報告廳作為各類會議、新聞發布、報告、演講等活動的重要場所，對照明要求較高。本文以一般報告廳為例，介紹基于KNX總 線的報告廳智能照明設計與應用。一般報告廳包含大會議廳、貴賓室等房間，要求照明系統具有開關、調光、分區、遙控、集中控制等多種控制方式，對不同應用模式具備不同的場景控制。比如在報告模式，要關閉報告廳聽眾席的燈光，逐漸調暗投影儀周圍的燈光，在保證基本照明的情況下，更大限度地觀看投影內容；在討論交流模式，要求打開并調亮主席臺與聽眾席位上所有的燈光等，作為公共大空間環境，要求系統運行穩定可靠，操作簡單方便，并具備一定的節能效果。 

2.2系統硬件設計 

     根據報告廳照明控制要求，系統采用符合KNX現場總線標準的bus智能建筑控制系統。依據報告廳的建筑平面圖，設計bus控制平面圖，如圖l所示。

圖1 bus控制平面圖

     報告廳由貴賓室、大會議室和設備控制室組成，考慮bus需要對貴賓室和大會議室燈光設備的控制，貴賓室照明由筒燈、射燈和燈帶等燈具構成，控制回路多，且貴賓廳使用較少，因此，設計時在貴賓室配置6324五聯智能面板一個和6131移動感應器一個。大會議室由筒燈、壁燈等燈具構成，控制回路多，空間跨度大，設計時在報告廳入口處配置一個6324五聯智能面板。設備控制室控制設備較少，配置6324五聯智能面板一個。對于系 統執行器的選擇，由于系統需要開關控制、調光控制等控制方式，設計時選用SA/S12.16.1開關驅動器、6197+6593+6594調光控制器、UD/S 2．230．1通用調光器等為執行器，配置系統元件SV/S30.640.5，所有執行器和總線元件均安裝在配電箱的DIN 導軌上，執行器和總線元件設備之間用bus總線J—Y(st)YH相連，并連接至現場傳感器。

 

 

2.3 軟件設計 

     在硬件設計完成的基礎上，根據報告廳智能照明控制要求， 需要對智能照明系統進行軟件設計，基于KNX總線的智能照明控制系統的軟件編程采用ETS3編程軟件實現，編程時首先在ETS3中創建房間，在房間中添加傳感器、執行器和總線元件，設置傳感器和執行器的物理地址，分別下載物理地址。之后根據功能的不同設置組地址，功能相同的對象組地址相同，傳感器同一功能只能有一個組地址，執行器組地址根據控制功能的不同可以劃分多個組地址。考慮到整個應用系統程序較長，選取貴賓廳燈光控制來介紹軟件編程設計，貴賓廳五聯面板的第一、二、三聯分別控制WL3、WL4、WL5回路，每聯面板的短按為對回路進行開關控制，長按為對回路進行調光控制，基本功能與編程如圖2所示。

圖2 貴賓廳基本功能與編程

 

3 運行結果分析

     系統經過編程調試，測試運行結果如圖3所示。圖3為貴賓廳組態軟件Wimwitch3的監控界面圖，監控界面上設置總開關和各組燈光分開關，可分別對現場燈光進行集中控制。當前，左邊筒燈和右邊筒燈處于打開狀態，其余燈光處于關閉狀態，滿足控制要求。應用過程中，系統現場面板和感應器的控制狀態可實時反饋到監控界面，監控界面的控制命令也通過KNX總線傳輸到驅動器，進行相應的動作，具有很好的交互性。當出現開關面板或監控界面開關打開而燈光不亮時，可檢查總線是否工作正常、驅動器是否正常及回路斷路器是否處于打開的狀態，判斷故障原因，便于查找故障。系統采用6324面板具有遙控控制功能，通過相應的遙控開關，可實現系統的遙控控制。

圖3系統監控界面圖

     考慮到貴賓廳使用較少，系統在貴賓廳采用了6131移動感應器，做到有人開燈、無人延時關燈，即節約能量，又實現人性化的管理。大會議室采用報告會場景、演講會場景、清掃場景、離開 場景等多種場景，合理控制開燈時間和調節燈光亮度，提供光源利用率，實現了節能效果。

系統應用過程中，KNX總線系統在保證獨立運行的同時，可通過標準TCP/IP協議和網關接口或采用RS232接口就可以同整棟大樓的BA系統，或上層管理平臺BMS服務器和其他系統進行數據交換和共享；通過系統輸入元件，接受其他系統或工作人員發出的干結點信號和交直流信號，實現消防系統、安保系統、音響系統和會議系統的聯動，使控制的燈光或設備進行及時變化。因此，采用KNX總線的智能照明系統具有控制靈活和兼容性好的優點。

 

4 安科瑞智能照明控制系統

4.1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（EuropeanInstallationBus,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*0.8EIBBUS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。

4.2系統工作原理示意圖

4.3產品選型

 

4.3.1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：

4.3.2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：

 

4.3.3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：

 

4.3.4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：

4.3.5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：

4.3.6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：

 

 

4.4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；

 

4.5系統應用領域

4.6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。

 

4.7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。

 

5  結 語

     KNX總線智能照明系統采用KNX總線電纜連接傳感器、驅動器和總線元件，通過編程實現了系統的開關控制、調光控制和遙控等多種靈活控制功能，滿足了系統控制要求。采用組態軟件Winswiteh3實現系統集中控制，減少了管理人員的工作量，采用移動感應器、場景控制等控制方法，合理利用能量，延長了燈具的使用壽命，通過以太網接1：3、輸入元件等可實現與其他系統的數據共享和任務聯動控制，不僅滿足了現代化建筑復雜多變的環境需要，還能夠滿足人們對安全性、舒適性、節能性和智能化等方面的要求，有很大的發展前景。 

 

【參考文獻】

［1］張玉杰，李棟，郭向陽．基于互聯網+的電力載波路燈照明系統設計[J]．電子器件，2017，40(3)：651—655． 

［2] 胡兵.KNX現場總線控制在智能照明系統的應用.

［3］安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版.