淺析KXN總線智能照明系統(tǒng)在綜合體項(xiàng)目中的應(yīng)用

徐秋霞
安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

【摘要】智能照明控制是一種被廣泛引用于建筑中的節(jié)能型照明控制方式。主要簡介了KNX的基本原理、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)提點(diǎn)。通過其在綜合體項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用情況，對控制方案做了闡述。
【關(guān)鍵詞】智能照明；KNX總線；控制模式；綠色照明

1工程概況
       某綜合體是位于上海外灘風(fēng)貌旅游區(qū)、十六鋪水上旅游中心及上海豫園特色商業(yè)旅游區(qū)的交匯點(diǎn)。工程建設(shè)基地面積為45472m2，總建筑面積426073m2，地上建筑面積274777m2，計(jì)容面269968m2，地下室面積約為151296m2。其中南地塊是由兩棟較高層辦公塔樓、商業(yè)裙房和地下車庫組成。
       本工程優(yōu)越的地理位置使得其設(shè)計(jì)定位為匯集商業(yè)、商務(wù)辦公、文化中心等多種功能業(yè)態(tài)，為多功能集聚的新型城市綜合體。其建成后將給上海外灘增添一抹新的亮麗風(fēng)景，同時(shí)也讓上海外灘成為世界的會(huì)客廳。

圖1 本綜合體照明效果圖

 

       本項(xiàng)目具有辦公類建筑和商業(yè)類建筑的復(fù)合多重要求除辦公大堂、重要辦公室和重要會(huì)議室等特殊重要場所外，辦公類項(xiàng)目總體對照明控制的要求簡單，以開關(guān)控制為主。商業(yè)類項(xiàng)目對照明的控制要求就相對較高，不僅有基本的開關(guān)控制，更有針對商場中庭、休息區(qū)、走道及展示區(qū)等不同部位大量調(diào)光控制。   
       因此，本項(xiàng)目的照明系統(tǒng)具有控制區(qū)域多、燈具數(shù)量多、控制要求多的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)照明的藝術(shù)性和舒適性，同時(shí)也是為了提高項(xiàng)目后期運(yùn)營管理效率，更是為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能的“綠色照明”，所以該項(xiàng)目的照明系統(tǒng)中應(yīng)用了歐洲的KNX/EIB技術(shù)KNX系統(tǒng)。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)基本原理
       智能建筑控制系統(tǒng)采用KNX總線標(biāo)準(zhǔn)。KNX標(biāo)準(zhǔn)起源于歐洲，是匯集了其技術(shù)前身歐爿、It安裝總線(ElB)、歐洲住宅系統(tǒng)(EHS)及BatiBUS 20年的知識經(jīng)驗(yàn)所得的結(jié)果。系統(tǒng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/lECl4543、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN90050、美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASHRAEl35、中國GB/Z20965住宅和樓宇控制標(biāo)準(zhǔn)，并且是此領(lǐng)域中全球性的住宅和樓宇控制開放標(biāo)準(zhǔn)。
       系統(tǒng)元件主要分為傳感器、驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)元件等3大類設(shè)備。傳感器的功能是負(fù)責(zé)根據(jù)環(huán)境情況或手動(dòng)操作向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制信號。驅(qū)動(dòng)器的任務(wù)是接受并處理前期傳感器傳送的信號，并做出相應(yīng)的動(dòng)作。如燈光的開關(guān)、燈光照度的調(diào)節(jié)等。系統(tǒng)元件是為系統(tǒng)運(yùn)行提供必要的基礎(chǔ)附件，如信號接口和電源模塊等。系統(tǒng)中受控的負(fù)載直接與控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器相連。所有傳感器和驅(qū)動(dòng)器都是通過總線相互連接。當(dāng)智能面板的按鈕按下時(shí)，命令信號通過KNX總線向設(shè)定的驅(qū)動(dòng)器以電信號的方式發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)器收到信號后經(jīng)過內(nèi)置CPU進(jìn)行信息處理后再驅(qū)動(dòng)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)相對應(yīng)的功能。這意味著在系統(tǒng)沒有任何改動(dòng)的情況下通過編程可實(shí)現(xiàn)功能的靈活多變。具體系統(tǒng)工作原理見圖2。

圖2 系統(tǒng)工作原理示意圖

2.2系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
       系統(tǒng)至小的結(jié)構(gòu)單位為支線，至多64個(gè)總線元件在同一支線上運(yùn)行，每條支線實(shí)際所能連接的設(shè)備數(shù)取決于所選電源的容量和支線元件的總耗電量。
       至多15條支線通過線路耦合器連接在一條干線上，由支線和干線組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稱之為區(qū)域。同時(shí)也可以通過區(qū)域耦合器將系統(tǒng)主干線上擴(kuò)展鏈接15個(gè)區(qū)域，這樣由支線、干線和主干線共同組成的結(jié)構(gòu)成為系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)容量至多可以接入14400個(gè)總線元件(64X15×15)，數(shù)據(jù)傳輸速率為9600bit/s。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意見圖3。

圖3 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

 

       除此以外，一些總線元件還可以控制多達(dá)8個(gè)獨(dú)立的電路。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使系統(tǒng)排列緊密、層次分明，且有利于將來對系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)容，體現(xiàn)了KNX系統(tǒng)的靈活性，這是傳統(tǒng)的布線方式所無法比擬的。
2.3系統(tǒng)特點(diǎn)
       (1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)傳感器和驅(qū)動(dòng)器有獨(dú)立CPU乖13儲存器，相互之間是對等關(guān)系?？梢元?dú)立工作運(yùn)行，即使當(dāng)主機(jī)或通信網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，仍可按預(yù)定程序工作。任何模塊損壞或拆卸均不影響其他模塊工作，增加系統(tǒng)可靠性和安全性。
       (2)所有輸出驅(qū)動(dòng)模塊均帶有機(jī)械自鎖裝置，即使模塊斷電，也不會(huì)自行釋放。
       (3)所有輸出驅(qū)動(dòng)模塊選用1 6A驅(qū)動(dòng)器，尤其適合阻性負(fù)載，并且都帶有手動(dòng)操作開關(guān)，可在應(yīng)急時(shí)進(jìn)行強(qiáng)行手動(dòng)啟動(dòng)。
       (4)輸出模塊具有長動(dòng)作機(jī)械壽命(滿負(fù)荷電流及cos=O．8時(shí))≥10萬次。
       (5)開關(guān)模塊在燈具集中啟動(dòng)時(shí)，通過編程可使燈具自動(dòng)分組延時(shí)打開，防止產(chǎn)生過大的浪涌電流。對金屬鹵素?zé)粲型〝嘌訒r(shí)保護(hù)功能，即金屬鹵素?zé)絷P(guān)閉后，再次打開需經(jīng)過預(yù)先設(shè)置的延時(shí)時(shí)間。
       (6)所有輸出模塊、系統(tǒng)電源等均采用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)化設(shè)計(jì)尺寸，35mm丁導(dǎo)軌安裝在強(qiáng)電照明箱內(nèi)，與強(qiáng)電微型斷路器配套于同一照明箱中，無需專用控制箱。

3系統(tǒng)區(qū)域設(shè)計(jì)
       根據(jù)表1不難發(fā)現(xiàn)本項(xiàng)目無論是從面積、層高還是業(yè)態(tài)上都可以算是一個(gè)較為復(fù)雜的多形態(tài)城市綜合體，故本文無法一一贅述所有控制內(nèi)容。因此按普遍性和實(shí)用性的原則，選取了塔樓辦公的公共區(qū)域、裙房商業(yè)的公共區(qū)域和地下車庫作為控制對象作詳細(xì)說明，時(shí)段劃分可詳見表2。

表1 各部分建筑層數(shù)及建筑面積

表2 項(xiàng)目智能照明控制模式匯總表

3.1塔樓的公共區(qū)域
       塔樓主要用于商務(wù)辦公，其公共區(qū)域指的是辦公業(yè)態(tài)下的辦公大廳、電梯廳、公共走道及衛(wèi)生間等位。這些部位具有早晚高峰及午休高峰時(shí)間人流多、照明時(shí)間相對固定、要求相對簡單的特點(diǎn)。因此需要對上班時(shí)間、下班時(shí)間及巡更時(shí)間等時(shí)間對燈光照度做出個(gè)合理的規(guī)劃，從而可以通過對時(shí)間點(diǎn)、時(shí)間段以及周、月、年度特殊節(jié)假日的定時(shí)功能來確保在非正常工作時(shí)間內(nèi)的能源消耗。在上班模式下還可以峰時(shí)段交替開啟不同回路的燈光，從而延長燈具的壽命，降低燈具的維護(hù)成本。
       控制模式可設(shè)定：上班模式，全部燈光100%；下班模式，部分燈光70%；巡更模式，部分燈光25%。
3.2裙房的公共區(qū)域
       本項(xiàng)目的商業(yè)裙房規(guī)模大、檔次高，因此在商場的招商定位位于國際主流一線品牌。可以想象，見商場店中店的照明要求會(huì)根據(jù)租戶要求另行設(shè)計(jì)，不在本文討論范圍。
       本文主要討論商場中以顧客為主的走道和中庭以及營業(yè)員為主的貨物通道等公共區(qū)域。商場燈光需求相對較多，可分為準(zhǔn)備時(shí)段、營業(yè)時(shí)段、清掃時(shí)段等多種模式。同時(shí)根據(jù)模式調(diào)整照明的回路數(shù)量，以達(dá)到減少能耗的目的。控制模式可設(shè)定：營業(yè)時(shí)段，全部燈光100%；準(zhǔn)備時(shí)段，部分燈光70%；清掃時(shí)段，部分燈光25%。
3.3地下車庫
       本項(xiàng)目地下4層主要用于滿足兩棟辦公樓中企事業(yè)單位工作人員的長租車輛泊車，因此該樓層的燈光控制模式要充分考慮早晚高峰時(shí)段為繁忙時(shí)段，而工作時(shí)間和下班時(shí)間為空閑時(shí)段的需求特點(diǎn)。系統(tǒng)可根據(jù)模式狀態(tài)將車道照明和車位照明劃分為1/2、1/3等多回路組合。地下4層控制模式可設(shè)定：繁忙時(shí)段，車道燈光100％，車位燈光100％；空閑時(shí)段，車道燈光70%，車位燈光50%。
       地下3層主要用于滿足企業(yè)訪客和商場顧客的臨時(shí)車輛泊車，因此該樓層的繁忙時(shí)段自商場運(yùn)營時(shí)間起前后備延伸一小時(shí)，其他時(shí)間為非繁忙時(shí)段。同時(shí)由于臨時(shí)車輛的車位具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，故在照明數(shù)量上可以考慮按區(qū)域回路逐步開啟，從而引導(dǎo)車輛停泊。也就是說當(dāng)臨時(shí)車輛進(jìn)入車庫的時(shí)候，系統(tǒng)只開啟某一區(qū)域的車位照明和車道照明，將駕駛員的注意力引導(dǎo)該區(qū)域。同時(shí)系統(tǒng)對車庫內(nèi)其他區(qū)域經(jīng)保留車道應(yīng)急照明，關(guān)閉或減少車位照明。

4 安科瑞智能照明控制系統(tǒng)
4.1系統(tǒng)簡介
       Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)，是基于KNX總線技術(shù)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。KNX總線技術(shù)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(shù)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(shù)的主體。
       Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)照明燈具的遠(yuǎn)程集中控制，又可實(shí)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(dá)580000多個(gè)。
       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(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機(jī)系統(tǒng)、觸摸屏、手機(jī)、平板端等多種控制終端實(shí)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(xué)校、酒店，以及體育場所、機(jī)場、隧道、車站等大型公建項(xiàng)目的照明系統(tǒng)。
4.2系統(tǒng)工作原理示意圖

 

4.3產(chǎn)品選型
4.3.1開關(guān)驅(qū)動(dòng)器
       用于對設(shè)備進(jìn)行開關(guān)控制的驅(qū)動(dòng)器，具有延時(shí)、預(yù)設(shè)、邏輯控制、場景、閾值開關(guān)等功能，電氣參數(shù)如下：

4.3.2調(diào)光驅(qū)動(dòng)器
       2路0-10V調(diào)光器，可對每路進(jìn)行回路開關(guān)控制并輸出0-10V調(diào)光信號對具有0-10V調(diào)光接口的燈具進(jìn)行調(diào)光,具有開關(guān)、場景、狀態(tài)反饋等功能，電氣參數(shù)如下：

4.3.3傳感器
       傳感器是一種能感受外界信號、物理?xiàng)l件（如光、移動(dòng)）的設(shè)備裝置，并將感應(yīng)的信息傳遞給其它設(shè)備裝置（如調(diào)光器、開關(guān)驅(qū)動(dòng)器），電氣參數(shù)如下：

4.3.4總線電源
       KNX/EIB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)供電電源，為總線提供電壓640mA 輸出電流，至多可以為 64 個(gè)設(shè)備供電，帶總線復(fù)位、 過流指示和短路保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，電氣參數(shù)如下：

4.3.5智能面板
用于接受按鍵觸動(dòng)信號，可通過區(qū)分短按與長按并結(jié)合不同參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、場景、窗簾控制、調(diào)溫、報(bào)警等功能，電氣參數(shù)如下：

4.3.6干接點(diǎn)輸入模塊
       用于接受外部干接點(diǎn)信號輸入，可通過不同參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、場景、窗簾控制、調(diào)溫、報(bào)警等功能，電氣參數(shù)如下：

4.4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(jìn)行照明控制和調(diào)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(yīng)設(shè)置紅外或微波類人體感應(yīng)器，并結(jié)合智能控制面板，實(shí)現(xiàn)各種場景照明控制，盡可能較少燈具點(diǎn)亮?xí)r間；
       （3）樓梯間照明采用人體感應(yīng)探測控制；
       （4）設(shè)備房、設(shè)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(jié)合時(shí)控的集中控制方式；
       （6）監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，畫面美觀,實(shí)時(shí)顯示各區(qū)照明工作狀態(tài)；
       （7）應(yīng)具有完善的用戶權(quán)限管理功能，避免越權(quán)操作；
4.5系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

 

4.6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(diào)及窗簾等進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制，使得控制更加方便智能，用戶體驗(yàn)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(shí)施過程中，充分結(jié)合自然光及人員的活動(dòng)規(guī)律來自動(dòng)控制燈光，減少能源消耗，達(dá)到很好的節(jié)能效果；
       （4）系統(tǒng)采用分布分布式KNX總線結(jié)構(gòu)，搭建簡單靈活，系統(tǒng)內(nèi)各模塊互不影響，可獨(dú)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(dòng)感應(yīng)控制，定時(shí)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(dòng)控制、遠(yuǎn)程集中控制等功能，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的同時(shí)，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(shí)，無需增加連接線，不需關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，只需更改設(shè)備參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)，維護(hù)方便，操作簡單；
       （8）系統(tǒng)可與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，在出現(xiàn)消防報(bào)警時(shí)，強(qiáng)制打開應(yīng)急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)，提高了建筑的安全性。
4.7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(kuò)展方便，當(dāng)系統(tǒng)模塊數(shù)量較少、距離較近、范圍較小時(shí)，各設(shè)備以樹形枝狀延伸，構(gòu)成支路系統(tǒng)智能照明控制系統(tǒng)；當(dāng)系統(tǒng)模塊數(shù)量較多、距離較遠(yuǎn)、范圍較大時(shí)，用支線耦合器組成多條支路，構(gòu)成區(qū)域智能照明控制系統(tǒng)；當(dāng)系統(tǒng)模塊數(shù)量很多、距離很遠(yuǎn)、范圍很大時(shí)，用支線耦合器、區(qū)域耦合器等構(gòu)成樓群智能照明控制系統(tǒng)。

5 結(jié)語
       綜上所述，本項(xiàng)目若采取傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)的話必將耗費(fèi)大量的人力物力，同時(shí)也會(huì)消耗大量的能源。智能照明系統(tǒng)在安全性、舒適性、節(jié)能性等方面都有著顯著的優(yōu)點(diǎn)。他既能降低物業(yè)持有者的運(yùn)營成本，也能提高物業(yè)管理者的工作效率和管理水平，更能提高物業(yè)使用者的黃金質(zhì)量。同時(shí)更重要的他是在滿足保證物業(yè)正常運(yùn)行的前提下，還能根據(jù)人員的活動(dòng)狀況、工作規(guī)律、自然光狀態(tài)來調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境照明，以大限度地減少能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的綠色環(huán)保和生態(tài)可持續(xù)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家對建筑節(jié)能的日益重視，智能照明系統(tǒng)發(fā)展也會(huì)更加廣闊。

 

參考文獻(xiàn)
［1］宋媚琳.I-bus智能照明系統(tǒng)在綜合體項(xiàng)目中的應(yīng)用.
［2］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2020.06版.

作者簡介：徐秋霞，女，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄苷彰骺刂葡到y(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用  Email: 2885208035@qq.com，手機(jī)：18702112087（微信同號），QQ:2885208035