KNX－ibus總線在樓宇自動化控制系統(tǒng)中的應用

姜學斌

（天水誠志科達自動化電氣有限公司，甘肅天水741000）

KNX－ibus總線在樓宇自動化控制系統(tǒng)中的應用

姜學斌

（天水誠志科達自動化電氣有限公司，甘肅天水741000）

介紹了KNX－ibus總線在樓宇自動化控制系統(tǒng)中的應用設計。主要采用智能建筑控制系統(tǒng)，所有的照明設備、遮光／百葉窗、通風、空調(diào)系統(tǒng)通過KNX總線連接一起，組成高效智能的控制系統(tǒng)，可以進行信息交換，實現(xiàn)傳感器、智能照明模塊等設備的智能聯(lián)動控制。所有的照明控制設備選用電氣智能樓宇產(chǎn)品，從而實現(xiàn)辦公樓和車庫智能、安全、節(jié)能，可靠的系統(tǒng)。

KNX；i－bus；智能樓宇；智能照明系統(tǒng)；智能面板；開關(guān)驅(qū)動器

1 引言

在現(xiàn)代建筑中，隨著各種功能設施的多樣化，系統(tǒng)的電氣安裝、控制線路也日趨復雜。在系統(tǒng)滿足強大功能的同時，盡量使安裝工作簡化，并且能保證系統(tǒng)良好的靈活性和低廉的運行成本，已成為現(xiàn)代建筑電氣安裝技術(shù)的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)代建筑必須滿足各方面的要求，客戶不僅要求新穎的外觀設計，同時更要求能在日常運營中實現(xiàn)功能性及經(jīng)濟性。建筑的空間利用要求具有靈活性，以便能適宜不同客戶的需求。照明設施和室內(nèi)環(huán)境要求控制方便、能耗降低、運行安全。KNX／EIB能用于住宅和樓宇控制中所有可能的功能／應用，包括照明、多種安全系統(tǒng)的關(guān)閉控制、加熱、通風、空調(diào)、監(jiān)控、報警、用水控制、能源管理、測量以及家居用具、音響及其它眾多功能等。

2 KNX簡介

KNX是家居和樓宇控制領(lǐng)域唯一的開放式國際標準，是由歐洲三大總線協(xié)議EIB、BatiBus和EHSA合并發(fā)展而來。該協(xié)議以EIB為基礎(chǔ)，兼顧了BatiBus和EHSA的物理層規(guī)范，并吸收了BatiBus 和EHS中配置模式等優(yōu)點，提供了家居和樓宇自動化的完全解決方案。

2．1 KNX－ibus系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ABB i－bus智能建筑控制系統(tǒng)（以下簡稱為i－bus系統(tǒng)）采用KNX總線標準，符合歐洲EN90050，國際ISO／IEC 14543，中國GB／Z 20965智能樓宇控制系統(tǒng)標準，廣范應用于建筑電氣設備的控制。i－bus系統(tǒng)中受控的負載直接與控制系統(tǒng)的驅(qū)動器相連，所有傳感器（如：智能面板、移動感應器、光亮傳感器）和驅(qū)動器（如：開關(guān)驅(qū)動器、窗簾驅(qū)動器）都是通過一種通信介質(zhì)（如：i－bus總線）相互連接在一起。當一個智能面板的按鈕被按下時，它通過通信介質(zhì)i－bus總線向設定的驅(qū)動器以電信號的形式發(fā)出一個指令，驅(qū)動器收到電信號后經(jīng)過內(nèi)置CPU進行信息處理然后再驅(qū)動負載，實現(xiàn)相應的功能。這意味著在系統(tǒng)不作任何改動的情況下通過編程可以實現(xiàn)功能的靈活多變。KNX總線結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 KNX總線結(jié)構(gòu)圖

2．2 i－bus系統(tǒng)特點

（1）i－bus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)動器有獨立CPU，相互之間是對等關(guān)系。

（2）系統(tǒng)中任何傳感器和驅(qū)動器的損壞，不會影響到其它無程序關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)元件的運行。維修、更換或升級系統(tǒng)內(nèi)的元件、軟件時，系統(tǒng)的其余部分可照常運行，維護保養(yǎng)方便。

（3）系統(tǒng)的控制回路為總線制，結(jié)構(gòu)簡單，沒有大量總線電纜的敷設和繁雜控制的設計。驅(qū)動器及系統(tǒng)元件安裝在強電箱內(nèi)?，F(xiàn)場傳感器（智能面板、移動感應器等）之間以及與強電箱內(nèi)設備只需一條i－bus總線進行連接，總線采用 SELV （24V安全低電壓）供電方式，安全可靠，操作方便。

（4）i－bus系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，分成支線和區(qū)域，一般情況下，可有15條支線經(jīng)過線路耦合器與干線相連接，組成區(qū)域。支線中的信號，經(jīng)過線路耦合器過濾掉不必要的信號，才能被允許進入干線中，以提高干線通訊的效率。支線之間也可采用IP路由器連接，干線采用局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸方式，有效地提高了整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換速率，在局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸速率由網(wǎng)絡設備的性能決定。

（5）控制功能的修改方便靈活，只需少量的程序調(diào)整，不需要現(xiàn)場重新布線就可以實現(xiàn)。

（6）i－bus總線電纜本身具有屏蔽能力，總線電纜不能接地。

圖2 i－bus智能建筑控制系統(tǒng)拓撲圖

3 設計與實施

3．1 設計

本文介紹的是KNX－ibus在某辦公樓中的應用，其拓撲圖如圖2所示。

系統(tǒng)由三部分組成，分別是：①智能模塊部分（包括調(diào)光器、開關(guān)驅(qū)動器）；②現(xiàn)場控制部分（包括控制面板、液晶顯示觸摸屏、智能傳感器、時鐘管理器）；③監(jiān)控、調(diào)試部分（包括ETS調(diào)試軟件和中央控制計算機）。將上述各種具備獨立功能的模塊用一根4芯KNX專用通訊總線聯(lián)接起來組成一個控制網(wǎng)絡。

1＃樓和2＃樓系統(tǒng)的配備一樣，以下為1＃樓配置情況。

負一層，負一層照明分布在9個配電箱內(nèi)，設計配置SA／S 8．16．6．1，8回路20A／回路智能照明開關(guān)驅(qū)動器5臺，SA／S 12．16．6．1，12回路20A智能照明開關(guān)驅(qū)動器4臺，6126／01－8X－500，2聯(lián)4鍵智能開關(guān)面板2塊，6131移動感應器8臺，共計88個回路。

一樓照明分布在強電間3個配電箱內(nèi)，設計配置SA／S 12．16．6．1，12回路20A／回路智能照明開關(guān)驅(qū)動器2臺，SA／S 8．16．6．1，8回路20A／回路智能照明開關(guān)驅(qū)動器2臺，6127／01－8X－500，2聯(lián)4鍵智能開關(guān)面板2塊，6131移動感應器6臺，共計40回路。

二樓照明分布在強電間3個配電箱內(nèi)，設計配置SV／S 30．640．5，i－bus640mA電源1臺，SA／S 12．16．6．1，12回路20A／回路智能照明開關(guān)驅(qū)動器2臺，SA／S 8．16．6．1，8回路20A／回路智能照明開關(guān)驅(qū)動器3臺，6127／01－8X－500，4聯(lián)8鍵智能開關(guān)面板4塊，6131移動感應器6臺，JRA／S 4．230．1．1，4路百葉窗驅(qū)動器1臺，觸摸屏1塊，共計48回路。

三，四，五樓照明分布在強電間1個配電箱內(nèi)，每個樓層設計配置SA／S 12．16．6．1，12回路20A／回路智能照明開關(guān)驅(qū)動器2臺，SA／S 4．16．6．1，4回路20A／回路智能照明開關(guān)驅(qū)動器1臺，4聯(lián)8鍵智能開關(guān)面板2塊，6131移動感應器3臺，共計28回路。

中央控制室，分布在強電間1個配電箱內(nèi)，設計配置SV／S 30．640．5，i－bus640mA電源1臺，LK／S 4．2線路耦合器2臺，F(xiàn)W／S 8．2．1定時器1臺，USB／S 1．1USB接口模塊1臺?？刂剖遗渲弥醒氡O(jiān)控計算機1臺。

3．2 智能照明控制系統(tǒng)的控制

3．2．1 公共辦公區(qū)域的控制

采用智能面板控制方式，在入口處設置智能面板，按鍵1控制銷售部門所有燈光、插座開關(guān)；按鍵2控制銷售部門所有空調(diào)；按鍵3控制營銷部門全部燈光、插座開關(guān)；按鍵4控制營銷部門所有空調(diào)等。這樣方便了管理，避免了需要巡視及多處開關(guān)的不便，節(jié)省了人力和物力。

系統(tǒng)自動按照預設的運行時間完成燈光、空調(diào)的控制，滿足上班、下班深夜巡更等時間段對燈光照度的要求。系統(tǒng)提供時間點、時間段以及周、月、年度特殊節(jié)假日定時功能。通過定時功能確保在非正常工作時間內(nèi)的最小能源消耗。在日常運行模式下還可以分時段來交替開啟不同的燈光回路，延長燈具使用壽命，節(jié)約燈具的維護成本。

通過人體移動感應控制的方式實現(xiàn)有人開燈，無人延時關(guān)燈。節(jié)假日期間系統(tǒng)自動將樓層燈光轉(zhuǎn)換為移動感應模式，真正做到有人開燈、無人關(guān)燈，并提供安?；菊彰?。

通過光感應控制方式控制門、窗、公共通道采光較好部位的燈光，真正做到充分利用自然光線，在自然光線照度足夠的情況下關(guān)閉照明，最大限度節(jié)能。

3．2．2 會議室、報告廳的控制

在會議室現(xiàn)場安裝智能面板來滿足燈光場景控制、溫控和遙控功能；會議室中安裝人體感應，可做到有人開燈／開空調(diào)，無人關(guān)燈／關(guān)空調(diào)，以免忘記造成浪費；通過觸摸屏的圖形界面可進行各種燈光場景及AV場景控制，如會議場景、演講場景、休息場景、放映場景等。啟用放映場景時，用手輕點面板一下，室內(nèi)燈光調(diào)暗、投影幕布降下、窗簾降下、空調(diào)調(diào)到指定溫度、投影儀開啟、功放／DVD開啟，一切均在瞬間完成。

3．2．3 車庫照明及排風扇控制

地下車庫照明的控制采用集中控制、動態(tài)感應及定時控制相配合的方式進行智能控制。當車輛進入車庫時，動態(tài)感應自動啟動，車庫照明自動打開；至午夜時，定時器可自動將部分照明關(guān)閉，只保留部分燈光以保持適當?shù)恼斩?，當光線漸亮至一定照度后，光感自動將剩余的泛光照明關(guān)閉。根據(jù)車庫的日常流量狀況，設置高峰期、次高峰和低谷期等時間段。高峰期開啟全部車道照明和排氣扇，次高峰開啟三分之二隔燈照明和部分排氣扇，低谷期開啟三分之一隔燈照明和少量排氣扇；節(jié)假日期間單獨控制，白天開啟二分之一車道燈和排氣扇，夜間車流量極小時僅開啟三分之一車道燈提供基本照明，以達到節(jié)能的效果。同時車庫管理員也可通過智能面板進行分區(qū)控制，管理靈活，既可本地控制，又可通過控制中心集中控制。

3．3．4 系統(tǒng)的調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試一般采用KNX標準軟件ETS。在軟件中為系統(tǒng)中所有元件定義一個名字（物理地址），將不同的元件區(qū)分開，然后再根據(jù)控制需要，為每個元件指定其如何收／發(fā)命令（設置元件參數(shù)），及收／發(fā)何種命令（組地址）。調(diào)試軟件中定義的元件物理地址形如：1．1．5，群組地址形如：2／2／35。將項目中所有設備設置好物理地址、程序、參數(shù)、群組地址后，通過接口下載給對應的實體設備，即可實現(xiàn)需要的控制功能。執(zhí)行器可接收多個不同組的地址，因此，多種不同的傳感器可同時或交叉控制一組驅(qū)動器端口，系統(tǒng)的監(jiān)控計算機也可通過控制軟件對系統(tǒng)發(fā)出任一組地址，另外，各設備可選用不同的程序和參數(shù)，實現(xiàn)不同的功能，因此系統(tǒng)可實現(xiàn)非常多樣化、多功能以及邏輯復雜的控制效果。

3．4 監(jiān)控管理軟件

中控系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用Winswitch可視化監(jiān)控軟件，WinSwitch可視化監(jiān)控軟件具有簡單的操作界面和功能強大的圖形編輯功能。采用標準的圖形界面進行操作控制，并可插入jpg圖形，如房間、樓層的照片或平面圖，使控制更加簡易、直觀。通過圖形編輯器可定義程序的通訊編址。Win－Switch可視化監(jiān)控軟件在數(shù)據(jù)層采用客戶服務的結(jié)構(gòu)模式，安裝有WinSwitch可視化監(jiān)控軟件的計算機之間無需加裝任何軟件，可以相互自動交換信息，如開關(guān)／控制命令或狀態(tài)信息。歷史數(shù)據(jù)可保存為Text格式或Excel格式。WinSwitch可視化監(jiān)控軟件支持OPC標準，作為OPC的客戶端可以和一個或多個OPCserver進行通訊。Winswitch是一種智能照明控制上位機管理軟件，通過圖形化的界面可對辦公樓內(nèi)各個區(qū)域的燈光、電動窗、電動窗簾、空調(diào)暖通、排水排風及影音等設備進行集中監(jiān)視和控制、定時控制、場景控制、區(qū)域控制及用電優(yōu)先級控制相結(jié)合的方式。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)投入使用后，通過電量計算，與未使用智能照明系統(tǒng)時相比，節(jié)能約30%，達到了設計的要求。i－bus智能照明控制系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)來說，采用了更加人性化和科學化的設計，提高了建筑的安全性、舒適性、節(jié)能性、自動化和智能信息化，給人們提供了更為輕松、滿意的生活環(huán)境，同時也大量減少管理和維護人員的工作量，降低了管理費用，提高了工作效率及管理水平。在充分滿足樓字自動化需要的同時最大限度地節(jié)約能源。

［1］ABB KNX培訓中心．KNX家居和樓宇控制技術(shù)基礎(chǔ)上海：ABB上?？禈蚺嘤栔行?，2016．

［2］ABB．i－bus?智能建筑控制系統(tǒng)設計手冊．

［3］ABB．智能建筑控制系A(chǔ)BB i－bus?樓宇應用方案．

Application of KNX－ibus bus in building automation control system

JIANG Xue－bin

（Tianshui Chengzhikeda Automation Electrical Co．，Ltd．，Tianshui 741000，China）

The building automation control system based on KNX－ibus bus is designed．The intelligent building control system is adopted．All the lighting devices，shutters，ventilations and air conditioners are connected by the KNX bus，and the efficient and intelligent control system is built，which can complete the information exchange，also can realize the integrated intelligent control of the sensors，the intelligent lighting modules etc．All the lighting control devices adopt ABB electrical intelligent building products，thus the intelligence，safety，energy saving，reliable control of the office building and the garage are realized．

KNX；i－bus；intelligent building；intelligent lighting system；intelligent panel；switching actuators

TP273

B

1005—7277（2016）06—0041—04

姜學斌（1982－），男，甘肅定西人，工程師，畢業(yè)于蘭州理工大學電氣工程及其自動化專業(yè)，一直從事自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)、設計與調(diào)試工作?，F(xiàn)就職于天水誠志科達自動化電氣有限公司。

2016－11－15