KNX總線在智能家居場(chǎng)景控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
--以智能照明系統(tǒng)為例

李 信

(江蘇省鹽城技師學(xué)院 電氣工程學(xué)院,江蘇 鹽城 224002)

KNX總線系統(tǒng)可由不同廠家設(shè)計(jì),使用TP、PL、RF、IP等多種通信介質(zhì),具有A、E、S等多種系統(tǒng)配置模式,適配多種系統(tǒng)。利用KNX總線系統(tǒng)可對(duì)現(xiàn)代家居及樓宇智能調(diào)光燈系統(tǒng)、智能遮光/百葉窗系統(tǒng)、智能保安系統(tǒng)、智能能源管理、智能供暖、智能家居場(chǎng)景控制系統(tǒng)(如工作模式、會(huì)議模式、安防模式、休閑模式、影院模式、游戲模式、睡眠模式、離家模式)等進(jìn)行控制。本研究采用國(guó)產(chǎn)KNX總線系統(tǒng),使用調(diào)光模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、按鍵智能面板、調(diào)光燈等模塊,實(shí)現(xiàn)辦公-影院場(chǎng)景中照明系統(tǒng)的智能控制。

1 智能照明電氣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、功能及各模塊器件

1.1 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

KNX樓宇智能控制適合于小型建筑(如私人住宅),還適用于各種復(fù)雜功能建筑(如高級(jí)賓館、現(xiàn)代銀行、智能辦公大樓、現(xiàn)代體育及娛樂(lè)場(chǎng)館等),可根據(jù)活動(dòng)類(lèi)型啟用會(huì)議廳、戲劇院、客廳等不同照明方案,用戶可隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整,修改照明布局無(wú)需重新布線,降低了投資成本。利用KNX時(shí)間控制功能實(shí)現(xiàn)燈光自動(dòng)控制,通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)光模塊,結(jié)合開(kāi)關(guān)執(zhí)行器的參數(shù)設(shè)置,使燈光亮度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的燈光控制(圖1)與智能燈光控制(圖2)的區(qū)別如下所示。

圖1 傳統(tǒng)燈光控制Fig.1 Traditional light control

圖2 智能燈光控制Fig.2 Intelligent lighting control

1.2 控制系統(tǒng)的功能

辦公-影院場(chǎng)景控制中包含調(diào)光、窗簾等多個(gè)負(fù)載的智能控制,主要圍繞場(chǎng)景控制中的燈光控制進(jìn)行分析,要求如下:

影院模式:按下按鍵智能面板(圖3)左上按鍵,實(shí)現(xiàn)調(diào)光燈組(圖4)(L1、L2、L3)的調(diào)亮(從0%～100%)。按下按鍵智能面板右上按鍵,實(shí)現(xiàn)調(diào)光燈組(L1、L2、L3)的調(diào)暗(從100%～0%)。

圖3 按鍵智能面板 M/P03.2Fig.3 Key intelligent panel M/P03.2

圖4 調(diào)光燈組(L1、L2、L3)Fig.4 Dimming light set(L1、L2、L3)

辦公模式:按下按鍵智能面板左中按鍵,實(shí)現(xiàn)調(diào)光燈組(L1、L2、L3)的打開(kāi)。按下按鍵智能面板右中按鍵,實(shí)現(xiàn)調(diào)光燈組(L1、L2、L3)的關(guān)閉。

1.3 模塊器件

除了控制功能中用到的按鍵智能面板和調(diào)光燈以外,還需用到單相斷路器、電源模塊(型號(hào):M/P960.1)、調(diào)光模塊、數(shù)據(jù)通信模塊(型號(hào):M/USB.1)等。

1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)及編程軟件

采用該公司的HDL數(shù)據(jù)庫(kù)(棟梁設(shè)備)2018.3(1).knxprod,選用調(diào)光模塊(調(diào)光執(zhí)行器):HDL M/D02.1【V1.2】和按鍵傳感器(開(kāi)關(guān)模塊):HDL M/P03.2【V1.2】。采用ETS5編程軟件。

2 控制系統(tǒng)的接線

電氣接線:電源為220 V交流電,電源和調(diào)光執(zhí)行器模塊需要單相220 V交流電,調(diào)光燈L1的一端接零線,一端需接在調(diào)光模塊的A通道輸出。

通信接線:電源模塊、USB接口單元、調(diào)光執(zhí)行器、按鍵傳感器都需30 V 的KNX通信線并聯(lián)。接線如圖5所示。

圖5 接線Fig.5 Connection

3 ETS5編程步驟、存在的問(wèn)題及解決方法

雙擊打開(kāi)ETS5軟件,將編程軟件設(shè)置成中文。單擊工具欄中的Settings,單擊Language----中文,將軟件ETS Languagea或首選產(chǎn)品Preferred product Languagea設(shè)置成中文。

1)選擇并測(cè)試USB數(shù)據(jù)通信線。單擊“總線”,選擇接口數(shù)據(jù)線,單擊“選擇”,再單擊“測(cè)試”,顯示OK[如出現(xiàn)以下警告,總線連接線USB:USB Interface (MDRC)無(wú)法創(chuàng)建,讀取MProp錯(cuò)誤,無(wú)法創(chuàng)建總線連接器,提示數(shù)據(jù)線接口被占據(jù)等問(wèn)題,說(shuō)明數(shù)據(jù)線有問(wèn)題或USB接口的通信線接觸不良導(dǎo)致通信出現(xiàn)問(wèn)題,可更換數(shù)據(jù)線]。

2)創(chuàng)建新項(xiàng)目,命名為lixin。單擊“總纜”,單擊“+”,選擇“拓補(bǔ)”和“三階”。將“建筑”改為“拓補(bǔ)”。KNX總線控制系統(tǒng)采用分域(area)、分區(qū)和線路(line)三級(jí)分層結(jié)構(gòu),使用總線電纜TP1(1類(lèi)雙絞線)作為通信介質(zhì)時(shí),線路與線路之間的連接通過(guò)線耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn),分域之間的相互關(guān)聯(lián)則通過(guò)主干路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3)新建分區(qū)與新建支線。

4)單擊添加設(shè)備(在拓補(bǔ)下方添加需要的器件)。

5)導(dǎo)入設(shè)備,打開(kāi),導(dǎo)入所有數(shù)據(jù)庫(kù)的產(chǎn)品[HDL M/D02.1【V1.2】和按鍵傳感器(開(kāi)關(guān)模塊):HDL M/P03.2【V1.2】]。

選擇調(diào)光模塊和按鍵模塊,雙擊兩個(gè)模塊。導(dǎo)入器件時(shí),如果設(shè)備太多,想精確添加,節(jié)省時(shí)間,可把云端去掉,單擊云朵按鈕即可。

右鍵單擊所用模塊,選擇卸載地址和應(yīng)用,將模塊中的地址和程序刪除,防止出現(xiàn)個(gè)人地址混亂或模塊之間搶地址等情況,清空各模塊。如出現(xiàn)不能卸載的情況,則為地址混亂,如圖6所示,可將設(shè)備更換為器件的個(gè)人地址(單擊設(shè)備,在窗口右邊修改地址),如圖7所示。

圖6 地址錯(cuò)誤Fig.6 Address error

重新選擇各個(gè)設(shè)備,右鍵單擊,選擇下載每個(gè)模塊的個(gè)人地址將電腦添加的設(shè)備與實(shí)際設(shè)備對(duì)應(yīng)起來(lái),下載時(shí)會(huì)出現(xiàn)按編程按鈕,如圖8所示。

調(diào)光模塊的編程按鈕在下方,黑按鈕。按鍵傳感器的編程按鈕是“左一”和“右三”兩個(gè)按鈕同時(shí)按,如出現(xiàn)編程按鈕無(wú)效,有可能是按鍵被鎖屏,斷電可解決這類(lèi)問(wèn)題。

組建三階的群組地址。單擊左下角的產(chǎn)品目錄,選擇“群組地址”。添加“主群組”(計(jì)數(shù)為1),添加“中間組”(計(jì)數(shù)為1),添加“群組地址”(計(jì)數(shù)為2)?？蓪⒐ぷ鲄^(qū)設(shè)置為垂直分布。

各模塊參數(shù)設(shè)置如下:按鍵模塊的參數(shù)設(shè)置。將每個(gè)通道的按鍵分開(kāi)(左右鍵獨(dú)立),單擊按鍵模塊1.1.3M/P03.2,Rocker A,Rocker A work mode,independent button mode(獨(dú)立按鍵)。Rock A 參數(shù)設(shè)置:實(shí)現(xiàn)控制功能,按下左一按鍵,調(diào)亮。實(shí)現(xiàn)控制功能,按下右一按鍵,調(diào)暗。Rock B 參數(shù)設(shè)置:實(shí)現(xiàn)控制功能,按下左二按鍵,開(kāi)燈。實(shí)現(xiàn)控制功能,按下右二按鍵,關(guān)燈。調(diào)光模塊的參數(shù)設(shè)置。設(shè)置調(diào)光模塊A通道調(diào)亮、調(diào)暗的時(shí)間。將4個(gè)按鍵的“組對(duì)象”與所建立的“新群組地址”進(jìn)行連接(拖入時(shí)注意每一個(gè)組對(duì)象的長(zhǎng)度,只有同一長(zhǎng)度的才能連接在一起。如Rocker A left long Dimming 新建群組地址 4bit 和Rocker A right long Dimming 4bit ,否則不能連接。將調(diào)光模塊的“組對(duì)象”與所建立的“新群組地址”進(jìn)行連接,如圖9所示)。

圖9 連接組地址Fig.9 Link group address

6)下載應(yīng)用(或部分下載)。

4 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

集成性。系統(tǒng)的集成能力是智能家居的核心,通過(guò)總線系統(tǒng)能夠?qū)艄?、家庭影院系統(tǒng)、遮陽(yáng)系統(tǒng)、窗簾系統(tǒng)、HVAC暖通空調(diào)系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)、中央背景音樂(lè)系統(tǒng)等融合起來(lái)。

節(jié)能性。根據(jù)活動(dòng)類(lèi)型啟用會(huì)議廳、戲劇院及客廳的不同照明方案,用戶可隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。例如,在行政樓每一側(cè)安裝一個(gè)亮度傳感器對(duì)照明進(jìn)行不間斷控制,可節(jié)約75%的照明能源。

互操性?；贙NX總線協(xié)議的開(kāi)放與兼容性,通信方式使總線設(shè)備間具有互操性,可實(shí)現(xiàn)一對(duì)多接收數(shù)據(jù)通信和一對(duì)一的發(fā)送指令通信功能,支持眾多制造商豐富的成品組件,各模塊可使用同一廠家或不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品。

靈活性。智能照明系統(tǒng)電氣控制調(diào)整簡(jiǎn)便,可滿足用戶不同需求,只需對(duì)程序或各模塊進(jìn)行調(diào)整,具有靈活性。KNX設(shè)施可適應(yīng)用戶環(huán)境的變化,目前可使用1類(lèi)雙絞線(TP1)、無(wú)線電(KNX射頻傳輸介質(zhì))、以太網(wǎng)(KNX IP)等方案,均可部署KNX,借助合適的網(wǎng)關(guān)在其他介質(zhì)(如光纖)上傳輸KNX報(bào)文。

總之,KNX總線控制系統(tǒng)是智能家居控制領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),而且是唯一的,在經(jīng)歷過(guò)市場(chǎng)的考驗(yàn)之后,特別是國(guó)內(nèi)KNX廠商(如河?xùn)|)積極開(kāi)發(fā)調(diào)光模塊、百葉窗模塊、電源模塊等匹配且性價(jià)比更高的KNX設(shè)備產(chǎn)品,推動(dòng)了智能家居產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的應(yīng)用及快速發(fā)展。本文采用KNX總線系統(tǒng)進(jìn)行智能照明系統(tǒng)的電氣控制,既能實(shí)現(xiàn)不同功能,不同控制要求的照明,又能靈活地適應(yīng)客戶和場(chǎng)所的需求。