基于KNX總線的辦公場所智能照明系統(tǒng)設計過

李嶠 郭根 廖勇

摘 ? 要：全球環(huán)境污染與能源短缺日益嚴重，智能照明研究越來越受到重視。文章首先對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，然后對某高檔辦公室進行智能照明控制系統(tǒng)設計，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，當今社會人們對美好生活的需求日益增長。建筑光環(huán)境與人類正常生活、工作、休息、娛樂息息相關，對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)境不僅對人的生理和心理有影響，而且對動植物的生存也有影響。人們越來越意識到環(huán)境和能源對人類生存的意義，建筑光環(huán)境和照明節(jié)能也引起了社會各界越來越高的重視，研究、控制建筑光環(huán)境和照明節(jié)能已經(jīng)成為國際上特別關注的涉及全球環(huán)境的問題。從2000年起，中國建筑科學研究院陸續(xù)主編了《玻璃幕墻光學性能》《城市夜景照明設計規(guī)范》等與控制光污染相關的國家、行業(yè)標準。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

常見的智能照明控制系統(tǒng)通信協(xié)議有DALI，DMX512，KNX，ZigBee，Z-Wave，WiFi、藍牙和基于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域專業(yè)有線協(xié)議標準，其部分技術參數(shù)對比如表1所示。

DALI和DMX兩項協(xié)議是照明領域專業(yè)的協(xié)議標準，主要是有線連接方式;KNX則是歐洲樓宇自動化工業(yè)標準，整合了家居控制標準，可以通過網(wǎng)關接入DALI照明子系統(tǒng);ZigBee是開放的無線組網(wǎng)協(xié)議;Z-Wave是封閉的無線組網(wǎng)協(xié)議;RS-485是傳統(tǒng)工控通信技術。隨著無線通信技術的飛速發(fā)展，ZigBee和Z-Wave發(fā)展較快，但在穩(wěn)定性方面，總線通信比無線通信穩(wěn)定。

2 ? ?KNX總線技術的優(yōu)勢

在智能樓宇控制系統(tǒng)的研發(fā)中有很多彼此無法兼容的問題，使用戶的后期維護和擴展存在一定問題，也阻礙了樓宇控制行業(yè)的發(fā)展。KNX是唯一開放的家庭和樓宇控制領域的國標標準，由歐洲EIB，BatiBus和EHS三大總線協(xié)議合并而成，以EIB為基礎，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[2]。KNX標準可以實現(xiàn)不同性能、不同廠家產(chǎn)品之間的互操作，并且通過嚴格的質量控制和第三方KNX認證，進一步保證產(chǎn)品的質量[3]。圖1為KNX總線的智能照明控制系統(tǒng)拓撲。

基于開放的標準、分布式系統(tǒng)FCS、各單獨功能的集成、傳輸媒介多樣化、靈活性和可擴展性等特點，KNX總線的智能照明控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種照明控制節(jié)能方案，如時間表/事件的照明控制、依照室外照度的照明控制和存在（有人無人）探測的照明控制等。

3 ? ?KNX總線在某高檔辦公室照明系統(tǒng)中的應用

3.1 ?照明控制要求

某高檔辦公室長約5 m，寬約8 m，高約4 m。房間中裝設6盞燈，4個工作位，2個移動存在感應點。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)對使用區(qū)域的照明采用計算機控制技術進行監(jiān)控和管理，確保環(huán)境燈光達到使用方要求的效果，同時高效、節(jié)能。智能照明控制系統(tǒng)采用分布式智能控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡連接分布在各個領域的控制器和控制面板，實現(xiàn)集中管理和分區(qū)控制[4]。照明系統(tǒng)要兼具個性化與智能化，可根據(jù)個人的喜好調節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)，例如，照明燈、泛光燈和設置燈的亮度組合、窗簾控制、吊頂升降等。

3.2 ?照明系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)采用兩芯總線，總線采用無極性安裝。執(zhí)行模塊及通訊模塊安裝在強電配電箱內(nèi)?，F(xiàn)場控制面板采用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，支持移動終端編程，無需重新布線即可完成，節(jié)約能源、提高效率[5]。通過時鐘、光線控制設置可以自動運行到最佳狀態(tài)[6]。系統(tǒng)采用總線網(wǎng)絡拓撲結構，實現(xiàn)集中控制、區(qū)域集中控制，加入軟件和聯(lián)網(wǎng)控制模塊時能滿足集中監(jiān)視，不再增加設備硬件。

配電柜設備為安裝調光控制模塊、開關控制模塊等。控制設備采用前端面板、3.5寸觸摸屏幕、移動終端。通信設備是區(qū)域控制網(wǎng)絡管理器、總線耦合器總線接口。

3.3 ?照明系統(tǒng)軟件設計

圖形界面可對燈、電動窗、暖通空調、視聽設備和場館設備進行集中監(jiān)視和控制，并可以記錄事件，以進行管理。中央控制計算機還可以累計建筑各個場所燈光開啟的時間和次數(shù)，便于及時維護和更換。可以同時顯示和限制每個區(qū)域的溫度在要求范圍內(nèi)，避免電能浪費。視覺監(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)的大型中央控制計算機管理軟件對整個建筑群的照明系統(tǒng)進行遠程集中監(jiān)控，提供支持大型樓宇智能管理，包括報警處理功能、維護和能量管理優(yōu)化等。智能燈光控制系統(tǒng)中央控制計算機軟件可運行于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SCS智能控制系統(tǒng)中設備的時序控制、邏輯控制、對設備進行延時開關和場景控制[7]。

4 ? ?結語

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總線對某高檔辦公室智能照明控制系統(tǒng)進行設計，最終達到了照明控制要求。充分體現(xiàn)了KNX照明系統(tǒng)簡單智能、安全可靠和協(xié)調兼容等優(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