基于KNX總線的辦公場(chǎng)所智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)

李嶠 郭根 廖勇

摘 ? 要：全球環(huán)境污染與能源短缺日益嚴(yán)重，智能照明研究越來(lái)越受到重視。文章首先對(duì)比了幾種在智能照明控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到的通信協(xié)議，然后對(duì)某高檔辦公室進(jìn)行智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分展現(xiàn)了基于KNX總線的智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：KNX總線;通信協(xié)議;智能照明

隨著人們生活水平的提高，當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)美好生活的需求日益增長(zhǎng)。建筑光環(huán)境與人類(lèi)正常生活、工作、休息、娛樂(lè)息息相關(guān)，對(duì)人們觀察物體的能力、舒適感和人體健康都存在一定的影響。光環(huán)境不僅對(duì)人的生理和心理有影響，而且對(duì)動(dòng)植物的生存也有影響。人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到環(huán)境和能源對(duì)人類(lèi)生存的意義，建筑光環(huán)境和照明節(jié)能也引起了社會(huì)各界越來(lái)越高的重視，研究、控制建筑光環(huán)境和照明節(jié)能已經(jīng)成為國(guó)際上特別關(guān)注的涉及全球環(huán)境的問(wèn)題。從2000年起，中國(guó)建筑科學(xué)研究院陸續(xù)主編了《玻璃幕墻光學(xué)性能》《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》等與控制光污染相關(guān)的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，研究室內(nèi)智能照明有著重要的意義。

1 ? ?智能照明控制系統(tǒng)通信協(xié)議

常見(jiàn)的智能照明控制系統(tǒng)通信協(xié)議有DALI，DMX512，KNX，ZigBee，Z-Wave，WiFi、藍(lán)牙和基于RS-485物理接口的自定義協(xié)議等[1]。DALI，DMX512和KNX是目前市面上較常用的照明領(lǐng)域?qū)I(yè)有線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，其部分技術(shù)參數(shù)對(duì)比如表1所示。

DALI和DMX兩項(xiàng)協(xié)議是照明領(lǐng)域?qū)I(yè)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，主要是有線連接方式;KNX則是歐洲樓宇自動(dòng)化工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，整合了家居控制標(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入DALI照明子系統(tǒng);ZigBee是開(kāi)放的無(wú)線組網(wǎng)協(xié)議;Z-Wave是封閉的無(wú)線組網(wǎng)協(xié)議;RS-485是傳統(tǒng)工控通信技術(shù)。隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，ZigBee和Z-Wave發(fā)展較快，但在穩(wěn)定性方面，總線通信比無(wú)線通信穩(wěn)定。

2 ? ?KNX總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在智能樓宇控制系統(tǒng)的研發(fā)中有很多彼此無(wú)法兼容的問(wèn)題，使用戶(hù)的后期維護(hù)和擴(kuò)展存在一定問(wèn)題，也阻礙了樓宇控制行業(yè)的發(fā)展。KNX是唯一開(kāi)放的家庭和樓宇控制領(lǐng)域的國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，由歐洲EIB，BatiBus和EHS三大總線協(xié)議合并而成，以EIB為基礎(chǔ)，兼顧了BatiBus和EHS的物理層規(guī)范，吸收了BatiBus和EHS配置模式的優(yōu)點(diǎn)[2]。KNX標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)不同性能、不同廠家產(chǎn)品之間的互操作，并且通過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制和第三方KNX認(rèn)證，進(jìn)一步保證產(chǎn)品的質(zhì)量[3]。圖1為KNX總線的智能照明控制系統(tǒng)拓?fù)洹?/p>

基于開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)、分布式系統(tǒng)FCS、各單獨(dú)功能的集成、傳輸媒介多樣化、靈活性和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，KNX總線的智能照明控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種照明控制節(jié)能方案，如時(shí)間表/事件的照明控制、依照室外照度的照明控制和存在（有人無(wú)人）探測(cè)的照明控制等。

3 ? ?KNX總線在某高檔辦公室照明系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 ?照明控制要求

某高檔辦公室長(zhǎng)約5 m，寬約8 m，高約4 m。房間中裝設(shè)6盞燈，4個(gè)工作位，2個(gè)移動(dòng)存在感應(yīng)點(diǎn)。房間的布局和燈具的位置如圖2所示。

智能照明控制系統(tǒng)對(duì)使用區(qū)域的照明采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控和管理，確保環(huán)境燈光達(dá)到使用方要求的效果，同時(shí)高效、節(jié)能。智能照明控制系統(tǒng)采用分布式智能控制系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接分布在各個(gè)領(lǐng)域的控制器和控制面板，實(shí)現(xiàn)集中管理和分區(qū)控制[4]。照明系統(tǒng)要兼具個(gè)性化與智能化，可根據(jù)個(gè)人的喜好調(diào)節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)，例如，照明燈、泛光燈和設(shè)置燈的亮度組合、窗簾控制、吊頂升降等。

3.2 ?照明系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用兩芯總線，總線采用無(wú)極性安裝。執(zhí)行模塊及通訊模塊安裝在強(qiáng)電配電箱內(nèi)。現(xiàn)場(chǎng)控制面板采用27 V安全低電壓的總線連接方式。功能和控制修改既方便又靈活，支持移動(dòng)終端編程，無(wú)需重新布線即可完成，節(jié)約能源、提高效率[5]。通過(guò)時(shí)鐘、光線控制設(shè)置可以自動(dòng)運(yùn)行到最佳狀態(tài)[6]。系統(tǒng)采用總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)集中控制、區(qū)域集中控制，加入軟件和聯(lián)網(wǎng)控制模塊時(shí)能滿(mǎn)足集中監(jiān)視，不再增加設(shè)備硬件。

配電柜設(shè)備為安裝調(diào)光控制模塊、開(kāi)關(guān)控制模塊等?？刂圃O(shè)備采用前端面板、3.5寸觸摸屏幕、移動(dòng)終端。通信設(shè)備是區(qū)域控制網(wǎng)絡(luò)管理器、總線耦合器總線接口。

3.3 ?照明系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖形界面可對(duì)燈、電動(dòng)窗、暖通空調(diào)、視聽(tīng)設(shè)備和場(chǎng)館設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視和控制，并可以記錄事件，以進(jìn)行管理。中央控制計(jì)算機(jī)還可以累計(jì)建筑各個(gè)場(chǎng)所燈光開(kāi)啟的時(shí)間和次數(shù)，便于及時(shí)維護(hù)和更換。可以同時(shí)顯示和限制每個(gè)區(qū)域的溫度在要求范圍內(nèi)，避免電能浪費(fèi)。視覺(jué)監(jiān)控軟件功能：智能照明控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用便于操作控制的圖形界面，可以插入BMP圖形，例如建筑物、樓層、多功能廳的照片或平面圖等。

智能燈光控制系統(tǒng)的大型中央控制計(jì)算機(jī)管理軟件對(duì)整個(gè)建筑群的照明系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，提供支持大型樓宇智能管理，包括報(bào)警處理功能、維護(hù)和能量管理優(yōu)化等。智能燈光控制系統(tǒng)中央控制計(jì)算機(jī)軟件可運(yùn)行于Windows各種環(huán)境下。智能燈光控制系統(tǒng)軟件的主要功能有：插入BMP圖形、對(duì)SCS智能控制系統(tǒng)中設(shè)備的時(shí)序控制、邏輯控制、對(duì)設(shè)備進(jìn)行延時(shí)開(kāi)關(guān)和場(chǎng)景控制[7]。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

文章首先論述了智能照明控制系統(tǒng)常用通信協(xié)議，然后基于KNX總線對(duì)某高檔辦公室智能照明控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終達(dá)到了照明控制要求。充分體現(xiàn)了KNX照明系統(tǒng)簡(jiǎn)單智能、安全可靠和協(xié)調(diào)兼容等優(yōu)越性。

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Abstract：Global environmental pollution and energy shortage are increasingly serious， more and more attention has been paid to the study of intelligent lighting. This paper first compares several communication protocols that are often used in intelligent lighting control systems， then an intelligent lighting control system is designed for an upscale office， the advantages of intelligent lighting control system based on KNX bus are fully demonstrated.

Key words：KNX bus; communication protocol; intelligent lighting