CZIB智能化區域控制器介紹

白振文 / 朱 彤

(中國建筑設計院有限公司(原中國建筑設計研究院)智能工程中心， 北京 100044)

1 研發背景

隨著信息技術的飛速發展，建筑品質的日益提高，用戶對房屋空間使用功能的設置越來越細化，因此智能化的建筑理念成為當今高科技建筑的必然。傳統的電氣安裝技術已難以滿足現代人的個性需求，人們需要創新的理念來裝飾公共環境和個人空間。智能照明控制領域已有路創、邦奇、ABB等國際品牌公司開創了市場先河，發展趨勢已逐步形成，國內也有眾多公司紛紛跟進。在此背景下，由中國建筑設計院有限公司(原中國建筑設計研究院)智能工程中心研制開發的智能建筑區域控制器系列產品應運而生，該系列產品是將計算機控制的總線技術應用于傳統的電氣安裝領域，將建筑物區域內部的電氣設備控制及普通面板開關控制的照明燈具進行系統整合，完成多功能控制和綜合智能管理，可有效地實現優化控制，達到安全、便捷、可靠和節能的目的，可廣泛應用于家居、公寓、別墅、中小型會議室、中心機房以及庭院、走廊、地下車庫等，為人們營造一個舒適、安全、綠色的工作和生活環境。

2 系列產品的研發

在產品開發初期，對于智能照明控制器的核心控制單元選型曾做過大量的市場調研。目前，在市場上比較成熟的同類產品有兩大類：

一類以PLC可編程控制器作為核心控制器為代表，采用可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。其特點是：一體化整體設計，控制運行穩定、可靠；但一般組成的控制系統體積較大，價格較高，配套設備選型單一。

另一類以單片機作為核心控制器為代表。單片機具有體積小、系統構成靈活、價格低廉的特點，其構成的應用系統也具有較高的可靠性和擴展性，大大提高了系統構成的軟硬件利用系數，同時也為系統的升級換代提供更多的選擇方式，使得系統應用具有優異的性價比，也特別適合于模塊化的產品設計。

綜合了市場發展趨勢、配套產品的選擇范圍以及產品的市場定位，最終選用在國內普及率較高的MCS-51系列單片機為核心控制單元。

在智能照明的新時代，優秀的燈光控制系統可以提升整體照明環境的品質，為用戶帶來舒適、節能、環保的生活體驗，本系列智能照明控制產品正是滿足此需求，為用戶量身打造的照明控制應用系統。

2.1 CZIB-001基本型家居燈光智能化控制器

圖2 CZIB-001型控制器系統圖

作為基本型的控制器，選用構成MCS-51系列單片機最小控制系統，充分發揮其軟件、硬件資源，將其自身具有的32個通用端口定義成16個輸入端口和16個輸出端口，只在輸出端口上配置對應的驅動電路。在輸出控制器件方面：普通繼電器故障率高、工作噪聲大，不宜于家居使用；固態繼電器采用光電隔離控制技術，強弱電系統完全隔離，安全可靠且無噪聲，工作壽命也長，雖額定工作電流1A/220V略顯小，但可滿足家居環境應用，也完全滿足基本型控制器產品的設計定位。為了更好地擴大應用范圍，在I/O端口上預留了一位聯動控制端，使得這種型號的控制器可完成統一群組控制(總關)，方便用戶的選擇和系統擴展升級。CZZB-001型控制器樣機實物如圖1所示。

圖1 CZIP-001型控制器樣機

1)基本配置

(1)15路固態電器輸出(1A/220V)；

(2)16路TTL電平開關量輸入(普通86盒安裝開關面板可用，也可定制多功能面板開關和4×4矩陣按鍵)。

2)功能概述

一般采用集中控制，即：電源線和控制線分開獨立穿線，匯聚到控制器(箱)。如系統圖(圖2)所示：可滿足2居室住戶或中小型會議室燈光場景控制的智能化需求。

3)典型應用

居室控制方面包括門廳、臥室處設置總關控制功能；門廳、客廳設置模式開關或多功能開關；廚房、衛生間設置人體感應開關。

會議室控制方面包括：在會議室兩個門口都設置多功能開關，實現異地總開/總關功能及3個以上場景控制功能。

2.2 CZIB-002擴展型家居燈光智能化控制器

CZIB-002擴展型控制樣機的實物如圖3所示。

1)基本配置

(1)15路固態繼電器輸出(2A/220V電子觸點)；

(2)24路TTL電平開關量輸入(普通86盒安裝開關面板可用，也可定制多功能面板開關和4×4矩陣按鍵)；

(3)還可選用擴展模塊，包括8路～24路TTL電平開關量輸入模塊(普通86盒安裝開關面板可用，也可定制多功能面板開關)、8路～16路繼電器輸出模塊(5A/220V機械觸點)、2路窗簾控制輸出模塊、4路LED燈帶調光輸出模塊。

2)功能概述

圖4 CZIB-002擴展型控制器系統圖

一般采用集中和分布控制方式，即：電源線和控制線分開獨立穿線，匯聚到控制器(箱)和擴展模塊(箱)，就近穿線，大大簡化施工工藝和節省電源配線。如系統圖(圖4)所示：增加了窗簾控制模式，還可駁接多種傳感器，滿足3居室以上住戶、公寓或中型會議室燈光場景控制和聯動相關電氣設備的控制需求，實現智能化的控制和管理。

3)典型應用

公寓控制方面包括門廳、臥室處設置總關控制功能；門廳、客廳設置模式開關和多功能控制開關；廚房、衛生間、主要通道設置人體感應開關。

會議室控制方面包括在門口處、設備操作臺和主席臺附近都設置多功能開關，實現異地總開/總關功能和模式控制功能；8個以上場景控制功能。

圖3 CZIP-002擴展型控制器樣機

2.3 CZIB-003網絡型家居燈光智能化控制器

CZIP網絡型控制器樣機實物如圖5所示。將基本型和擴展型控制器通過485總線串聯接入管理電腦，可實現更高級別的智能化控制和管理，包括燈光、插座、空調、窗簾的時序優化控制和安全管理等，還可接入互聯網實現遠程控制功能。

功能概述：可駁接更多的擴展模塊和多種傳感器，滿足一般大中會議室或別墅等區域的燈光場景控制和遠程控制需求，實現智慧化的過程控制和全面的安全管理服務。系統主要采用分布式控制方式，結合現場實際情況提供整體解決方案和系統維護升級保障。CZIB-003網絡型控制器系統圖如圖6所示。

圖6 CZIB-003網絡型控制器系統圖

圖5 CZIP-003網絡型控制器樣機

2.4 智能化區域控制器

在上述系列產品軟硬件開發具備一定規模、系統控制器及擴展模塊運行穩定、安全可靠的前提下，自有工程應用平臺模式就將逐步形成。系統應用將依據客戶需要，選用相對應的模塊進行組合，大大縮短產品的設計周期，擴大應用范圍，自主研發的控制軟件也具有更好的適應性。作為核心的現場控制器不僅可以完成燈光場景控制，還能在更為廣泛的智能建筑設備控制領域得到推廣和應用，成為真正的智能化區域控制器。

在控制器投入運行后，還可根據用戶新的需求進行擴展和升級服務，成為操作靈活、功能實用、便于維護、智能的電氣控制系統。此系列產品既是一個面向使用者、體現個性化的智能產品，又是一個面向管理者的綜合服務平臺。其量身定制的個性化的功能可以滿足不同環境下的控制需求，具有廣泛的應用范圍。

2.5 區域控制器網絡管理平臺

在智能化區域控制器應用的基礎上，建立更高級別的網絡管理平臺。通過強大的后臺服務器和自主研發的通信軟件接口，既可集成容納其他廠家的智能化設備組成面向市場、針對客戶的大型應用平臺(如：安防防范系統管理平臺、建筑設備監控系統管理平臺、智慧城市管理應用平臺等)，也可靈活接入其他智能建筑網絡集成系統平臺(如iopeNet建筑綜合管理平臺、BAS集成系統管理平臺等，只要系統通信接口對外開放，都可接入成為系統應用中的子系統)。

3 系統特點和優勢

3.1 模塊設計、系列化產品應用

CZIB系列控制器為系統最基本的控制單元，可獨立運行，也是構成控制系統的模塊之一。系列產品之間有向下兼容的特性，與系統相關的擴展模塊在系列產品中也完全兼容，能在應用系統中任意組合選用，真正是為用戶定制的個性化產品。

3.2 集中控制與分布控制相結合

在系統構成中，控制器(箱)將依據用戶需要和現場實際情況集中放置或通過擴展模塊(箱)分布式放置，可最大限度地滿足就近引線的目的。既節省工程線纜用量，也大大簡化施工工藝，方便施工。

3.3 照明控制輕松便捷

照明控制方案可分為：

(1)單點控制：開關單點燈具狀態；

(2)模式切換控制：按照目標實際需要，任意地切換多點燈具的開關狀態(如歡迎模式、會客模式、晚宴模式、基本照明模式等)；

(3)統一群組控制：實現區域內的總開/總關模式；

(4)傳感器聯動控制：當有人進入檢測區，該區域的燈自動點亮，人離開檢測區時延時后燈滅；照度不足時自動亮燈，滿足照度標準時自動滅燈等；

(5)時序控制：按時間段，完成區域內多個模式間的切換控制。

各種控制方式可以自由組合。此外，由于各個控制器可將控制狀態以數據的形式傳送回電腦，所以在監控中心可以觀察到現場照明燈具的運行狀態，為用戶帶來舒適、節能、便捷、環保的生活體驗。

3.4 系統總線接口設計執行標準

系統總線接口設計符合國際公認的KNX標準(歐洲安裝總線標準)，目前KNX/EIB標準被認證為是符合IEC 14543-3標準和國家標準GB/Z 20967-2007的智能樓宇家居總線標準。

3.5 系統集成更靈活

通過強大的后臺服務器和自主研發的專用軟件通信接口，既可集成容納其他廠家的智能化設備組成面向市場、針對客戶的大型應用平臺(如：安防防范系統管理平臺、建筑設備監控系統管理平臺、智慧城市管理應用平臺等)，也可靈活接入其他智能建筑網絡集成系統平臺，提供開放的數據通信協議和通信接口。

4 市場應用前景分析

該系列產品在研發初期，經過了大量的市場調研，并與同類產品進行比較，以實用和滿足需要為目標來精心打造，具有適用性廣泛的特點，模塊化設計和系列化產品定位更能滿足用戶的個性化需求。

自主研發的產品在性價比方面具有絕對的優勢，同時，系統具有自己的知識產權，在系統應用、維護和系統升級方面具有便利條件。

區域控制器最初的定位為具有通用性、靈活性和耐用性。特別是將區域控制器與傳感器結合時，通過軟件升級，可使控制器獲得信息，實現智能化識別和邏輯判斷，融入了物聯網設計理念，解決與傳感器接口的可靠性和完善控制工藝后，將會有更大的發展空間。

智慧城市概念方興未艾，其功能的實現需要由多個神經單元來組成，控制器就是神經單元的一個組成部分，控制器功能逐步強大后將成為智慧城市神經單元中不可或缺的組成部分。

5 結束語

以iopeNet為基礎平臺、以CZIB控制器為控制神經單元的整體解決方案，通過不斷創新和完善，將在業內樹立良好的品牌價值，促進企業持續、穩定、快速、健康發展，為智慧城市的建設添磚加瓦。