胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：介紹 KNX總線(xiàn)技術(shù)智能照明的優(yōu)勢，提出一種基于KNX總線(xiàn)的智能家居照明控制系統的設計方案和實(shí)現方法。根據室 內功能及家具布置，制定了室內燈具布置和照明控制回路，實(shí)現了照明控制的靈活性和方便性。
Abstract: The advantages based on  KNX bus intelligent lighting are introduced. A design scheme and realization method of smart  home lighting control system are proposed based on KNX bus. According to the indoor function and furniture layout, indoor lamps layout and lighting control circuit are established. The flexibility and convenience of lighting control are realized.關(guān)鍵詞：KNX總線(xiàn)，智能家居，照明控制
Key words: KNX bus, smart home, lighting control1、引言
        當今，隨著(zhù)人們追求生活體驗水平的提高。越來(lái)越多的住宅引入了智能家居，智能家居讓家居生活更具有可靠性、舒服性 、藝術(shù)性。人們對于智能家居中的燈光控制尤為在意，不同的場(chǎng)景模式對應于不同的燈光控制，使人們的居住舒服感大大增強。本文提出了一種基于KNX總線(xiàn)的智能家居照明控制系統，在實(shí)際運行中體現了其方便性和靈活性，并就其控制系統、平面布越、控制同路做出簡(jiǎn)要闡述。
2、KNX總線(xiàn)技術(shù)智能照明的優(yōu)勢
        傳統的家居照明控制，是基于開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的接通與斷開(kāi)來(lái)控制，達不到節能、靈活、方便的效果，特別是在一些需要調光的場(chǎng)所，傳統開(kāi)關(guān)面板控制就顯得無(wú)能為力。
        KNX總線(xiàn)的照明控制能夠方便靈活地實(shí)現各種場(chǎng)景控制，各種傳感器、控制模塊等設備單元連接在KNX總線(xiàn)上，通過(guò)軟件對所有設備單元進(jìn)行編程實(shí)現控制：所有的控制單元均內置微處理器和存儲單元，整個(gè)系統無(wú)終端主機，不會(huì )因主機故障而導致整個(gè)系統癱瘓：除了能夠對燈光的控制外，還能實(shí)現對窗簾、空調等多種設備的控制：可使用多種通信介質(zhì)，包括雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信：可采用多種系統配鼴模式，包括S型、E型和A型3種系統配簧模式。傳統照明控制方式和智能照明控制方式對比如圖l所示。圖 1  傳統照明控制方式和智能照明控制方式對比         KNX總線(xiàn)設備產(chǎn)品主要包括各類(lèi)型的輸入/輸出裝置，如各種傳感器、調光器、多功能開(kāi)關(guān) 等。它們主要由BCU(總線(xiàn)耦合單元)、AM(應用模塊)、AP(應用程序)三部分組成。
3、智能家居照明控制系統 
        本項目住宅為公寓住宅，配置了智能家居控制方案，其中照明為集中控制加分散控制方式?？蛷d區域配置了8鍵智能照明控制面板，通過(guò)對8鍵面板進(jìn)行定義，可以一鍵對客廳的燈光、窗簾、空調、新風(fēng)、地暖、所有受控設備進(jìn)行控制管理，實(shí)現集中控制。其他區域配置了2鍵、4鍵輸入模塊控制面板，主要用于對廚房、臥室、衛生間等照明分散控制。 
        公寓照明控制系統設備組成原理圖如圖2所示。系統設備包括施耐德KNX總線(xiàn)電源、12路16A開(kāi)關(guān)控制模塊、4路16A開(kāi)關(guān)控制模塊、2鍵輸入模塊、4鍵輸入模塊、8鍵智能面板、l2V開(kāi)關(guān)電源、24V開(kāi)關(guān)電源、室內控制網(wǎng)關(guān)、空調可視對講網(wǎng)關(guān)等。該系統中各設備功能如下。圖2 公寓照明控制系統設備組成原理圖        1）KNX總線(xiàn)電源?？梢詭?2個(gè)總線(xiàn)設備，并為其提供總線(xiàn)電壓；內置扼流器，用于隔離總線(xiàn)的供電；帶開(kāi)關(guān)，可以復位連接在線(xiàn)路上的總線(xiàn)設備。
        2）4路/12路16A開(kāi)關(guān)控制模塊。帶內置總線(xiàn)耦合器，通過(guò)常開(kāi)觸點(diǎn)對4路/12路負載進(jìn)行相互獨立的開(kāi)關(guān)操作，也可使用手動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)對輸出進(jìn)行控制。
        3）2鍵/4鍵輸入模塊。跟復位開(kāi)關(guān)配合使用，連接兩個(gè)常規控制面板或無(wú)源觸點(diǎn)。
        4）8鍵智能照明控制面板。帶內置總線(xiàn)耦合器和8個(gè)操作按鍵，通過(guò)編程定義8鍵面板，可以實(shí)現各種場(chǎng)景控制。
        5)室內控制網(wǎng)關(guān)及空調、可視對講網(wǎng)關(guān)。KNX室內控制網(wǎng)關(guān)連接KNX網(wǎng)絡(luò )與IP網(wǎng)絡(luò )，KNX設備可以通過(guò)5個(gè)智能手機或平板電腦控制。該網(wǎng)關(guān)還可以作為一個(gè)編程接口實(shí)現電腦與KNX
總線(xiàn)的連接?？照{、可視對講網(wǎng)關(guān)的控制或設定。
        6)LED燈燈具。采用的燈具包括LED筒燈6個(gè)，射燈22個(gè)，淋浴間防霧燈1個(gè)，燈槽內藏燈帶7條。
        所有系統設備通過(guò)KNX總線(xiàn)連接，照明燈具的回路根據各個(gè)工功能區的使用要求劃分。通過(guò)對智能面板的操作，智能面板的內部存儲器和邏輯控制器會(huì )發(fā)送事先預存設置的數字控制信號到系統控制總線(xiàn)上，控制信號被總線(xiàn)上的照明開(kāi)關(guān)控制模塊、調光模塊或窗簾控制模塊接收后，相關(guān)的控制模塊會(huì )進(jìn)行相應操作，打開(kāi)或者調節燈光窗簾。智能面板的操作內容可以通過(guò)電腦設置進(jìn)行靈活變化。2鍵/4鍵輸入模塊與復位開(kāi)關(guān)配合使用，控制信號通過(guò)總線(xiàn)發(fā)送至開(kāi)關(guān)控制模塊，開(kāi)關(guān)控制模塊再控制燈具回路的啟閉。4、室內燈具平面布置及各照明控制回路
        其中一個(gè)戶(hù)型的室內家具布置示意圖如圖3所示。包含的燈具有筒燈、射燈、燈帶、防霧燈等。各燈具布置布置如圖4所示?？蛷d主要位置安裝8鍵智能控制面板外，在廚房、臥室、衛生間等入門(mén)處設置2鍵/4鍵輸入模塊與復位開(kāi)關(guān)配合使用。既可通過(guò)智能面板與復位開(kāi)關(guān)控制，還可在可視對講、智能手機或IPADAPP上控制，實(shí)現控制方式的多樣性和靈活化。圖3 室內家具布置示意圖圖4 室內燈具布置

各照明控制網(wǎng)路根據控制靈活方便、回路盡可能細化的原則進(jìn)行劃分，如表l所示。室內設置配電箱、弱電箱及智能家屬控制箱，配電箱提供空調盤(pán)管同路、洗衣機冰箱插座、微波爐 、電烤箱等大功率設備回路。智能家居控制箱集成開(kāi)關(guān)控制模塊、各種網(wǎng)關(guān)、開(kāi)關(guān)電源等，實(shí)現對燈光及室內設備的控制。智能照明系統通過(guò)一條2*2*0.8的EIB總線(xiàn)電纜將系統所有部件連通。在施工圖一次設計中需要在平面圖中預留SC25鋼管，以備施工后期穿線(xiàn)用。

表l  照明控制回路

5、安科瑞智能照明控制系統介紹

5.1系統簡(jiǎn)介

Acrel-BUS智能照明控制系統，是基于KNX總線(xiàn)技術(shù)設計的控制系統。KNX總線(xiàn)技術(shù)起源于歐洲，是在EIB，Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線(xiàn)控制技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的，其中EIB（European Installation Bus,歐洲安裝總線(xiàn)）是該總線(xiàn)技術(shù)的主體。

Acrel-BUS智能照明控制系統采用標準的2*2*0.8EIB BUS總線(xiàn)（即KNX總線(xiàn)）作為總線(xiàn)線(xiàn)纜，將所有的智能照明控制模塊連接到一起并組成一套完整的控制系統，既可實(shí)現照明燈具的遠程集中控制，又可實(shí)現就近控制功能。該系統理論連接控制模塊數量達580000多個(gè)。

安科瑞智能照明產(chǎn)品種類(lèi)齊全，方案完善。用戶(hù)可通過(guò)控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實(shí)現靈活多樣的智能控制，特別適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明系統。

5.2系統工作原理示意圖（見(jiàn)圖4）

圖5  系統工作原理示意圖

5.3產(chǎn)品選型
      5.3.1開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器

5.3.2調光驅動(dòng)器

5.3.3可控硅調光模塊

 5.3.4傳感器

5.3.5總線(xiàn)電源

5.3.6智能面板

5.3.7干接點(diǎn)、濕接點(diǎn)輸入模塊

5.4系統功能
1）光照度（需要配照度傳感器）監測，對利用自然光照明區域，根據自然光照度變化，進(jìn)行照明控制和調節，滿(mǎn)足照明和節能要求；
2）公共區域、走廊、通道、門(mén)廳、電梯廳等的照明，應設置紅外或微波類(lèi)人體感應器，并結合智能控制面板，實(shí)現各種場(chǎng)景照明控制，盡可能較少燈具點(diǎn)亮時(shí)間；
3）樓梯間照明采用人體感應探測控制；
4）設備房、設備房走道采用分組就地控制；
5）室外路燈、景觀(guān)等照明采用光照度控制結合時(shí)控的集中控制方式；
6）監控系統界面友好，畫(huà)面美觀(guān),實(shí)時(shí)顯示各區照明工作狀態(tài)；
7）應具有完善的用戶(hù)權限管理功能，避免越權操作；
5.5系統的控制優(yōu)勢
1）系統可通過(guò)、觸摸屏、電腦對現場(chǎng)的燈光、空調及窗簾等進(jìn)行遠程集中控制，使得控制更加方便智能，用戶(hù)體驗更舒服；
2）系統中控制模塊均工作在直流30V可靠電壓下，用戶(hù)操作更加可靠、舒服；
3）系統在實(shí)施過(guò)程中，充分結合自然光及人員的活動(dòng)規律來(lái)自動(dòng)控制燈光，減少能源消耗，達到很好的節能效果；
4）系統采用分布分布式KNX總線(xiàn)結構，搭建簡(jiǎn)單靈活，系統內各模塊互不影響，可獨立工作，可靠性更高；
5)多種控制方式可供選擇，如本地控制，自動(dòng)感應控制，定時(shí)控制，場(chǎng)景控制和集中控制等，控制方式更靈活；
6)系統的自動(dòng)控制、遠程集中控制等功能，在實(shí)現自動(dòng)化的同時(shí)，大量減少了值班人員，提高了管理水平和工作效果；
7)升級系統內控制模塊或更改系統功能時(shí)，無(wú)需增加連接線(xiàn)，不需關(guān)閉整個(gè)系統，只需更改設備參數即可實(shí)現，維護方便，操作簡(jiǎn)單；
8)系統可與消防系統聯(lián)動(dòng)，在出現消防報警時(shí)，強制打開(kāi)應急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風(fēng)險，提高了建筑的可靠性。
5.6安科瑞組網(wǎng)方案
智能照明控制系統組網(wǎng)方式靈活，擴展方便，當系統模塊數量較少、距離較近、范圍較小時(shí)，各設備以樹(shù)形枝狀延伸，構成支路系統智能照明控制系統；當系統模塊數量較多、距離較遠、范圍較大時(shí)，用支線(xiàn)耦合器組成多條支路，構成區域智能照明控制系統；當系統模塊數量很多、距離很遠、范圍很大時(shí)，用支線(xiàn)耦合器、區域耦合器等構成樓群智能照明控制系統。（見(jiàn)圖5）

6、結束語(yǔ)
本文論述 了基于KNX總線(xiàn)的智能家居照明控制系統的設計與實(shí)施方法，通過(guò)合理構建系統、規劃燈具布置和控制回路，使照明控制系統達到了預期的目標和效果KNX照明系統具有控制靈活、擴展方便、節約能源等優(yōu)點(diǎn)，能夠提高智能家居舒服性、可靠性。但是目前價(jià)格稍高，未來(lái)使產(chǎn)品成熟、競爭多樣、價(jià)格便宜，是推廣應用家居智能照明的方向。

【參考文獻】
[1] 李軍. 基于DALI協(xié)議的家居 LED智能照明控制系統的設計與實(shí)現【J】．現代 建筑電氣 ，2014，5 ( 8) ：11.15
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[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版