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KNX/EIB总线在智能照明控制系统的应用

更新时间:2021-06-04点击次数:431次
KNX/EIB总线在智能照明控制系统的应用
【摘要】介绍了EIB控制总线的结构, 提出了几种EIB总线在智能照明中的控制策略。同时以图书馆智能照明设计为例, 分析了EIB智能照明系统的设计方法和实际节能的效果。实践证明, EIB智能照明控制系统节能效果良好。 
 
【关键词】EIB控制总线;智能照明;控制策略;节能
 
1 引言 
        绿色节能是当今世界建筑的主要潮流, 也得到国家政府的大力支持和提倡。随着科学技术的迅猛发展, 现代建筑的功能日趋复杂, 品质不 断提高, 智能建筑对于集中服务和管理的自动化要求也越来越高 。采用传统的控制和布线方式, 往往需要敷设大量的导线, 形成越来越复杂的电气安装系统, 一方面造成了设计与施工的难度, 另一方面大大降低了系统的可靠性 、易用性, 给日后的维护工作带来诸多不便。因此, 随着智能建筑的普及, 各类总线控制系统应运而生, 促使传统的电气安装系统转向智能、灵活的方式。智能照明系统正是顺应了这一市场潮流,在传统的照明系统中融入了先进的计算机和通信技术, 实现了节能控制及许多传统照明控制系统难以实现的功能。 
 
2 EIB控制系统简介
        EIB( EuropeanInstallationBus)在亚洲称为电气安装总线( ElectricalInstalla-tionBus), 是电气布线领域使用范围广的行业规范和产品标准。EIB标准的制定不仅提高了人们的生活水准, 更提高了多家产品和新旧产品之间的兼容性, 使用户在使用时更加方便。 EIB系统作为欧洲安装总线标准, 利用一条双绞线作为控制总线, 使照明、调光、百叶窗、场景控制、用电负荷控制 、安保、供热系统实现智能化, 并形成一个完整的总线系统, 可依据外部环境的变化自动调节总线中设备的状态, 达到安全 、节能、人性化的效果, 并能在今后的使用中根据用户的要求增加或修改系统的功能, 其方法是连接计算机重新编程, 而无须重新敷设电缆, 成为灵活的电气安装系统 。这是传统的电缆敷设方式所无法做到的。
        EIB总线系统可用于各个建筑领域, 包括机场、酒店、展览馆、办公楼、多功能会议室、住宅等。主要的控制对象有照明、百叶窗、保安系统、能源管理、供暖、通风、空调系统、信号和监控系统、服务界面、楼宇控制系统、远程控制、计量、音视频控制、大型家电等。
 
3 EIB控制系统结构
        EIB控制系统的结构称为支线, 标准情况下至多可以有64个总线元件在同一线路上运行。当 EIB系统中总线连接的总线元件超过64个时, 则至多可以有15条线路通过线路耦合器(LineCoupler, LC) 组合连接在一条主线上。线路耦合器起总线信号路由的作用 。上述结构称为域, 每条线路可以连接64个总线元件, 一个域包含15条线路, 故可以连接960个总线元件。 
        安装总线可以按主干线的方式进行扩展, 干线耦合器 ( BackboneCoupler, BbC)将其域连接到主干线上。总线上可以连接15个域, 故可以连接超过14400个总线元件。系统结构图如图1所示。
图 1 EIB总线系统结构图
        总线元件分为两类:传感器和驱动器。传感器负责探测建筑物中智能面板的操作或光线、温度、湿度等信号的变化, 发出总线控制信号, 控制驱动器执行相应的动作。驱动器负责接收传感器传送的总线信号, 并执行相应的操作, 如开闭和调节灯光的亮度等。
        InstabusEIB智能安装总线, 将基于EIB标准开发生产的智能元件连接起来形成系统。挂在总线上的元件具有储存、记忆、运算、响应性能, 可通过计算机编程而对其赋予一定的程序, 各元件根据自己的程序分散独立工作 。同时, 每个元件对应不同的功能和作用, 通过编程将整个分散的元件有机地结合起来, 形成一个可以完成各种运行功能和控制任务的系统。 
 
4 EIB智能照明系统的特点 
        采用 EIB总线灯光控制系统的照明回路分为可调光回路、开关回路, 并通过现场的智能开关面板进行现场控制。采用多种可调光源,通过智能调光始终保持柔和、幽雅的灯光环境。根据不同时间、不同用途精心地进行会场灯光场景预设置,使用时只需调用预先设置好的更佳灯光场景, 使置身其中的人员产生良好的视觉效果。可通过不同的控制方法达到预期的设置。 
4.1 定时控制 
        EIB智能控制系统可使用专门的定时模块,通过ETS3编程软件设定每个灯光回路的开闭时刻、开闭时间等,还可以设定不同的日期、节假日, 开启不同的灯光场景。根据图书馆开馆时间进行时间控制,阅览室场所设计为8:00~21:00,部分区域可根据需要进行自动定时控制。可以随时灵活更改控制时间 。 
4.2 调光量控制 
        为节省用电量, 可利用自然光线对照明进行补充。使用照度传感器, 感应自然光线的变化, 再配合调光量控制, 为不同的阅览区域营造良好的阅读环境。阴天的实用性照明, 靠窗回路照度为40%, 其他地方依次加强;晴天的节能性照明,靠窗回路为0%亮度, 临近回路为25%亮度。 
4.3 人体感应控制 
        人体感应控制器分为墙装式和吸顶安装式两种, 基本能实现移动感应, 感知范围为360°(吸顶)和180°(墙装)。当员工在某个区域办公时,该区域的感应装置自动探测到有人,便自动开启该区域的灯光、电动窗帘、空调等, 无人便自动关闭 (可设定延时关闭)。系统通过智能的人体感应器来对灯光进行自动控制,实现人来自动开灯,人走之后延时自动关闭。同时,人体感应器也具有光线感应的功能,在环境照度高于设定值的情况下,人来也不会开灯。通过感应器,相关区域可实现无面板控制,既方便,又达到了节能的目的。 
4.4 集中控制 
        中控软件用于对整个建筑的EIB/KNX系统进行集中监视及控制, 包括灯光、电动窗帘、插座、风机盘管等末端设备。软件采用标准的图形界面进行操作控制, 并插入bmp图形, 如楼宇、楼层、多功能厅的照片或平面图, 使控制更加简易、直观。 
 
5 智能照明设计 
        以某学校图书馆的智能照明设计为例, 整个场所的照明控制应能做到在保证分散控制的情况下实现控制室集中控制。根据工作环境对照明要求的不同,分区、分段控制,根据区域照度的变化控制开启照明灯并调节亮度,采用自然光线及照度控制方式追求无人值守的控制理念, 以达到节能条件下适合每个工作环境的更佳需求。 
        图书馆2层智能照明控制系统设计采用的是EIB智能照明系统, 设计中将该区域划分为24个控制回路, 在24个回路中有调光回路、开关回路 、红外感应控制回路、照度控制回路, 同时通过中心电脑的ETS2软件对所有的回路进行集中的编程和控制, 如图2所示。
图 2 智能照明控制系统图
        图书馆的照明区域主要分为公共区域、阅览区域等。根据各区域的工况条件及工作特点,对系统的设计进行分析 。 
        (1)在图书馆2层, 公共区域较少, 主要以阅览区域为主, 平均人流量较大, 照明灯可能会处于常亮状态, 浪费了大量能源。若使用红外感应器控制, 传感器开断频率过高, 不仅对传感器本身造成伤害, 而且对于灯具也会造成不小的损伤。对于该类区域的设置, 在设计中主要应考虑开关面板控制和定时控制相结合。 
        (2)在卫生间、楼梯过道这样的公共区域,设计中采用红外人体感应器的控制方式来控制。在图书馆2层, 由于主通道楼梯经常有人走动,所以不装设红外人体感应器, 而在卫生间设计了红外人体感应器, 做到人来灯亮, 人离开后灯延时3-5min后熄灭, 实现自动控制, 达到节能的目的。
        (3)2层阅览室的面积较大, 可以分不同的区域空间利用自然光进行照明, 因此, 在阅览室中设置了照度采集器, 通过照度传感器感应不同的区域照度情况, 根据室内照度的情况自动控制灯具开启状态, 使阅览室照度达到标准的300lx。 
        (4) 荧光灯的控制和普通开关灯具的控制方式有所不同, 其调光控制方法是采用高频可调光电子式荧光灯镇流器。该镇流器作为荧光灯的电子控制装置 ( ECG)已成为当今荧光灯调光控制的主流产品 。
        (5) 在图书馆的照明控制中,设计方式将每个区域大致分为3部分,按照不同时间段设计的回路。 ①早上人流量较少时,该部分的回路设计是灯具间隔较大,但能基本覆盖整个区域的设计方式;②针对不同的情况灵活选择开断, 一般选择使用该回路的时间段为黄昏或外界光线较暗时,是对第一部分照明的配合和补充;③对剩下的灯具进行控制, 这样可以有选择地根据需要对灯具进行分时段、分情况控制。 
 
6 节能计算 
        学校图书馆的智能照明系统设计,选择EIB总线控制方法,采用定时控制、分区控制、传感器自动控制、集中控制等方式, 达到了节能的目的。下面对节能数据进行分析 。 
        在该设计中, 图书馆的灯具总量为207盏T5灯 (每盏49W), 116盏栅栏灯(每盏54W), 91盏节能灯(每盏11W), 12盏双节能灯(每盏2×11W) 。
        (1) 设图书馆8:00开馆, 21:00闭馆, 该回路照明的时间为13h,其中打开T5灯62盏 (每盏49 W), 栅栏灯26盏(每盏54 W), 节能灯45盏 (每盏11W),双节能灯4盏(每盏2×11W)。总功率为49×62+54×26 +11×45+2×11×4=5.025kW, 耗电量为5.025kW×13h= 62.325kWh。 
        ( 2) 15:00~21:00再打开第二部分回路, 照明的时间为 6h, 其中打开T5灯49盏 (49W每盏), 栅栏灯28盏(每盏54W),节能灯23盏 (每盏11W), 双节能灯2盏 (每盏2×11 W), 调光线路不改变, 调光线路开启100%, 调光总功率为49×25 +54×20W。总功率为49×49 +28×54+23×11 +2×2×11=4.21kW,耗电量为4.21kW×6h=25.26kWh。 
        (3) 调光回路有25盏(每盏49 W)T5灯和20盏(每盏54W)栅栏灯, 这一部分灯8:00~15:00(共7 h) 开启平均功率的40%, 15:00~21:00开启平均功率的 100%。总耗电量为(49×25+54×20)×40%×7 +( 49×25 +54×20)×6 =20.284 kWh。一天总耗电量为62.325 +25.26 +20.284 =110.86 kWh。 
以上照明设计图书馆的阅览区照度已基本达到要求, 剩余灯具的开关对阅览区的照度影响不大。如有特殊需要, 可再打开。 
        (4) 如在图书馆中采用普通照明开启方式,假设图书馆开闭馆时间不变 (仍为8:00~21:00闭馆 ), 先打开T5灯69盏 (每盏49W), 栅栏灯38盏 (每盏54W), 节能灯31盏 (每盏11W),双节能灯4盏(每盏2×11W),打开时间为13h;再打 开T5灯69盏(49W), 栅栏灯38盏(54W),11W节能灯31盏, 2×11W节能灯4盏,打开时间为8h;然后打开T5灯69盏(49W),栅栏灯40盏(54W),11W节能灯29盏,2×11 W节能灯4盏, 打开时间为5h,计算得功率分别为5.86、5.86、5.95 kW,耗电量为5.86×13+5.86×8+5.95×5=152.81kWh。 
        因此, 每天可节省152.81-110.86=41.95kWh, 当前节能率为41.92/152.81=27.4%。 
        通过EIB总线的智能控制照明设计,节能20%。 
 
7安科瑞智能照明控制系统
7.1系统简介
        Acrel-BUS智能照明控制系统,是基于KNX总线技术设计的控制系统。KNX总线技术起源于欧洲,是在EIB,Batibus和EHS这三种住宅和楼宇的总线控制技术上发展起来的,其中EIB(European Installation Bus,欧洲安装总线)是该总线技术的主体。
        Acrel-BUS智能照明控制系统采用标准的2*2*0.8EIB BUS总线(即KNX总线)作为总线线缆,将所有的智能照明控制模块连接到一起并组成一套完整的控制系统,既可实现照明灯具的远程集中控制,又可实现就近控制功能。该系统理论可连接控制模块数量达580000多个。
        安科瑞智能照明产品种类齐全,方案完善。用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能控制,特别适合于各类智能小区、医院、学校、酒店,以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明系统。
7.2系统工作原理示意图
 
7.3产品选型
7.3.1开关驱动器
        用于对设备进行开关控制的驱动器,具有延时、预设、逻辑控制、场景、阈值开关等功能,电气参数如下:
7.3.2调光驱动器
        2路0-10V调光器,可对每路进行回路开关控制并输出0-10V调光信号对具有0-10V调光接口的灯具进行调光,具有开关、场景、状态反馈等功能,电气参数如下:
7.3.3传感器
        传感器是一种能感受外界信号、物理条件(如光、移动)的设备装置,并将感应的信息传递给其它设备装置(如调光器、开关驱动器),电气参数如下:
7.3.4总线电源
        KNX/EIB系统标准供电电源,为总线提供电压640mA 输出电流,至多可以为 64 个设备供电,带总线复位、 过流指示和短路保护。标准导轨安装,电气参数如下:
7.3.5智能面板
        用于接受按键触动信号,可通过区分短按与长按并结合不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能,电气参数如下:
 
7.3.6干接点输入模块
        用于接受外部干接点信号输入,可通过不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能,电气参数如下:
7.4系统功能
        (1)光照度(需要配照度传感器)监测,对利用自然光照明区域,根据自然光照度变化,进行照明控制和调节,满足照明和节能要求;
        (2)公共区域、走廊、通道、门厅、电梯厅等的照明,应设置红外或微波类人体感应器,并结合智能控制面板,实现各种场景照明控制,尽可能较少灯具点亮时间;
        (3)楼梯间照明采用人体感应探测控制;
        (4)设备房、设备房走道采用分组就地控制;
        (5)室外路灯、景观等照明采用光照度控制结合时控的集中控制方式;
        (6)监控系统界面友好,画面美观,实时显示各区照明工作状态;
        (7)应具有完善的用户权限管理功能,避免越权操作;
7.5系统应用领域
7.6系统的控制优势
        (1)系统可通过、触摸屏、电脑对现场的灯光、空调及窗帘等进行远程集中控制,使得控制更加方便智能,用户体验更好;
        (2)系统中控制模块均工作在直流30V安全电压下,用户操作更加安全、舒适;
        (3)系统在实施过程中,充分结合自然光及人员的活动规律来自动控制灯光,减少能源消耗,达到很好的节能效果;
        (4)系统采用分布分布式KNX总线结构,搭建简单灵活,系统内各模块互不影响,可独立工作,可靠性更高;
        (5)多种控制方式可供选择,如本地控制,自动感应控制,定时控制,场景控制和集中控制等,控制方式更灵活;
        (6)系统的自动控制、远程集中控制等功能,在实现自动化的同时,大量减少了值班人员,提高了管理水平和工作效果;
        (7)升级系统内控制模块或更改系统功能时,无需增加连接线,不需关闭整个系统,只需更改设备参数即可实现,维护方便,操作简单;
        (8)系统可与消防系统联动,在出现消防报警时,强制打开应急回路,方便人员疏散,从而降低了人员伤亡的风险,提高了建筑的安全性。
7.7安科瑞组网方案
        智能照明控制系统组网方式灵活,扩展方便,当系统模块数量较少、距离较近、范围较小时,各设备以树形枝状延伸,构成支路系统智能照明控制系统;当系统模块数量较多、距离较远、范围较大时,用支线耦合器组成多条支路,构成区域智能照明控制系统;当系统模块数量很多、距离很远、范围很大时,用支线耦合器、区域耦合器等构成楼群智能照明控制系统。
8 结 语
        EIB智能照明控制系统的应用,使照明设计更加灵活,安装更加方便、可靠。本文设计的智能照明控制系统在满足图书馆照明需要的同时, 可更大限度地节约能源。 
 
【参考文献】
[1]GB50034—2004建筑照明设计标准[S].
[2]林昕,张超敏,徐智.EIB总线在智能照明中的控制策略.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版.
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