淺談EIB智能照明控制系統(tǒng)在圖書館的應(yīng)用
李茫茫
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】EIB總線作為樓宇家居自動(dòng)化控制技術(shù)的主流，具有適應(yīng)性好、功能強(qiáng)大與可靠性高等多方面優(yōu)點(diǎn)，能很 好地滿足定時(shí)、合成照度、人體檢測和手控等不同的照明控制需求。通過智能化的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了樓宇的舒適照 明和節(jié)能照明兩大目標(biāo)，克服傳統(tǒng)照明解決不了的問題。
【關(guān)鍵詞】智能照明；EIB總線技術(shù)；自動(dòng)控制；節(jié)能
1 引言
樓宇照明系統(tǒng)是樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的重要組成部分，它為人們的工作、學(xué)習(xí)和生活提供了一個(gè)舒適的照明環(huán)境。但隨著節(jié)能減排、低碳環(huán)保理念的深入人心，對(duì)樓宇照明系統(tǒng)的任務(wù)也提出了更高要求，不僅要達(dá)到舒適照明，還要實(shí)現(xiàn)節(jié)能照明。近年來國內(nèi)智能樓宇的逐漸興起，自動(dòng)控制等技術(shù)被應(yīng)用于樓宇建設(shè)中，使原本傳統(tǒng)單一的建筑有了一些智能可控的元素。同時(shí)，這也給照明系統(tǒng)順利完成兩大任務(wù)帶來了可能性。
2 樓宇照明系統(tǒng)的控制需求方式
在樓宇照明中，一般有以下幾種控制需求方式：
1.定時(shí)控制：即按既定的作息時(shí)間表控制照明時(shí)間，能滿足不同時(shí)段的照明需求。需事先制定作息時(shí)間表，控制方式容易實(shí)現(xiàn)。但如突遇天氣變化，臨時(shí)加班等情況則靈活性較差，且不能較好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
2.區(qū)域控制：以區(qū)域劃分來實(shí)現(xiàn)差異照明，不同區(qū)域?qū)嵤┎煌恼彰骺刂?。如辦公室與公共區(qū)（走廊、樓梯、衛(wèi)生間）就有不同的照明需要。
3.室內(nèi)檢測控制：通過移動(dòng)探測傳感器、紅外傳感器、照度傳感器等檢測設(shè)備作為照明控制的觸發(fā)裝置。例如當(dāng)檢測到人體發(fā)出的紅外輻射，或是有人物移動(dòng)時(shí)則開啟照明。當(dāng)自然光線較強(qiáng)時(shí)，降低人工照明亮度，自然光線較弱時(shí)，則加強(qiáng)人工照明亮度。
總之，要實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的照明，在舒適的基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)能，是一項(xiàng)較為復(fù)雜的任務(wù)。因此要借助一些技術(shù)手段來較好地實(shí)現(xiàn)照明控制。
3 EIB總線技術(shù)
EIB總線技術(shù)是引自歐洲的現(xiàn)場總線安裝規(guī)范， 是目前在電氣布線領(lǐng)域應(yīng)用很廣的一種產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，常被用于樓宇、家居的自動(dòng)化安裝，具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。
3.1 適應(yīng)性好
EIB總線可支持雙絞線、電力線、無線電和紅外線四種介質(zhì)。可以很好地滿足不同安裝場合的需求，有很強(qiáng)的適應(yīng)性。例如電力線可用于對(duì)舊建筑的改建，無線電和紅外線用于難以敷線的場合。而雙絞線則是目前應(yīng)用很廣泛的介質(zhì)。
3.2 功能強(qiáng)大
EIB總線網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活，控制系統(tǒng)可大可小，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)容量驚人。以域、區(qū)、線為單位，通過區(qū)耦合器和線耦合器的連接可形成掛接設(shè)備達(dá) 15*15*64=14400個(gè)的大型網(wǎng)絡(luò)。目前，已研制出4000多種EIB功能元件，可分為傳感器，執(zhí)行器和系統(tǒng)附件三大類，它們的出現(xiàn)使得EIB幾乎覆蓋了建筑電氣控制的所有功能。并且，通過RS232接口與計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心相連，在專用軟件ETS的編程下，EIB系統(tǒng)元件還能以組地址的方式相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變的全局控制。
3.3 可靠性高
EIB總線上各元件設(shè)備的控制信號(hào)具有很大的隨機(jī)性，時(shí)有時(shí)無，或相繼發(fā)出信號(hào)，或同時(shí)發(fā)出信 號(hào)。由于總線上各元件配備了物理地址，就保證了信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。同時(shí)，EIB 采用了CSMA/CA（具有避免沖突的載波偵聽多路訪問）技術(shù)，避免了信號(hào)丟失和沖突的現(xiàn)象，進(jìn)一步提高了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。因各元件還配有內(nèi)置的微處理器和存儲(chǔ)器能獨(dú)立工作，任何一個(gè)元件的故障都不會(huì)影響系統(tǒng)其它部分的正常運(yùn)行，可靠性高。
4 樓宇的照明控制設(shè)計(jì)
以某校圖書館照明系統(tǒng)為例，應(yīng)用 EIB 總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)分散管理，集中控制的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 圖書館內(nèi)部功能區(qū)可分為學(xué)生自習(xí)室、圖書借閱庫，辦公室、多功能報(bào)告廳以及公共區(qū)（走廊、樓梯、衛(wèi)生間）5 部分。
4.1 圖書館照明區(qū)域控制需求分析和設(shè)計(jì)
（1）學(xué)生自習(xí)室、圖書借閱庫：主要提供給學(xué)生在課余時(shí)間自習(xí)或是借閱圖書使用，使用時(shí)間為8：00-21：00。鑒于人員活動(dòng)較為頻繁，使用率高，常采用定時(shí)控制方式。但如只單純依靠定時(shí)開關(guān)勢必會(huì)造成浪費(fèi)。例如在白天自然光線強(qiáng)時(shí)卻仍然開啟全部照明，則顯得不太合理。在此可考慮定時(shí)開關(guān)與合成照度控制結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)照明。一般辦公室內(nèi)人體舒適的照度值為 300lux，可以此值作為照度控制的參考值。
以定時(shí)開關(guān)為控制先行條件，再檢測實(shí)際自然光照度，按照“自然光照度+人工照度=300lux”的條件來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)人工燈源的照度及輸出功率。
（2）辦公室：包括館長辦公室、采編室等。由于此區(qū)域?yàn)閭€(gè)人活動(dòng)空間，人員進(jìn)出頻率較低，所以可采用紅外或移動(dòng)探測器作為燈控開關(guān)。當(dāng)人員進(jìn)入時(shí)照明開啟，離開時(shí)則延時(shí)關(guān)閉。同時(shí)配備合成照度控制，只有當(dāng)人員進(jìn)入且照度不足 300lux 的情況下照明開啟， 并同樣以自然光強(qiáng)度值來動(dòng)態(tài)控制人工照明的輸出量。且因?qū)儆趥€(gè)人辦公場所，活動(dòng)自由度大，還需配備照明獨(dú)立手控開關(guān)，以手動(dòng)方式強(qiáng)開或強(qiáng)關(guān)照明。
（3）多功能報(bào)告廳：是用于學(xué)術(shù)會(huì)議、講座、演講、報(bào)告和頒獎(jiǎng)禮的多功能廳。除了活動(dòng)時(shí)段所需的正常照明外，在某些情況下還需燈光模式的變換。例如在報(bào)告中使用投影時(shí)，舞臺(tái)燈光可能要減弱，而在頒獎(jiǎng)禮時(shí)，則需加強(qiáng)舞臺(tái)燈光等等。此時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置多種燈光模式。如模式 A：舞臺(tái)燈光減弱；模式B：舞臺(tái)燈光加強(qiáng)；模式 C：會(huì)場燈光減弱；模式 D：會(huì)場燈光全滅，等等?；?qū)⒍喾N模式相互組合，使用時(shí)通過手控開關(guān)自由選擇。
（4）公共區(qū)：包括走廊、樓梯、衛(wèi)生間等。由于此類區(qū)域只需提供夜間可視光線，因此采用定時(shí)控制即可，在 17：00-21：00 開啟照明。另外，還需安裝夜間長明燈，開啟時(shí)間則在 21：00-7：00。并隨冬夏季節(jié)的更替，延長或縮短照明時(shí)間。
當(dāng)圖書館閉館時(shí)，除辦公室區(qū)域外其它照明定時(shí)關(guān)閉，長明燈開啟。而當(dāng)?shù)?4：00時(shí)，館內(nèi)燈光除長明燈外全部關(guān)閉。同時(shí)通過 EIB 總線控制不同組長明燈輪流開啟，以延長使用壽命。
4.2圖書館 EIB 總線智能照明設(shè)計(jì)
4.2.1圖書館 EIB智能照明布線
EIB總線以域、區(qū)、線為單位，一個(gè)域有15個(gè)區(qū)，一個(gè)區(qū)有15條線，一個(gè)區(qū)下至多可連接64個(gè)元件設(shè)備。此時(shí)可將有相同控制要求的區(qū)域照明劃分為一個(gè)區(qū)，如公共區(qū)中的走廊、樓梯、衛(wèi)生間和長明燈，都是以定時(shí)方式來控制，見圖 1、圖 2。而對(duì)自習(xí)室/借閱室、辦公室和多功能報(bào)告廳而言，它們因需要加上人體檢測、合成照度控制以及手控開關(guān)功能，所以在線路連接時(shí)便會(huì)增加相應(yīng)的傳感設(shè)備與控制開關(guān)。當(dāng)一個(gè)EIB區(qū)容納不下同一區(qū)域所有設(shè)備時(shí)，可相應(yīng)增加EIB區(qū)的使用數(shù)量，直到滿足為止。
在此以辦公室為例，應(yīng)用系統(tǒng)控制軟件 ETS3，選擇相關(guān)設(shè)備進(jìn)行總線連接。元件包括 LK/S4.1 線路耦合器，SV/S30.640 電源供應(yīng)器，SW/S4.5 定時(shí)控制器，6124 四鍵帶顯示智能控制面板，6131 移動(dòng)探測器，6197 調(diào)光控制器，SA/S8.10.1 開關(guān)驅(qū)動(dòng)器，通過配置物理地址，進(jìn)行總線連接。如圖 3 所示：
4.2.2 圖書館 EIB智能照明控制軟件設(shè)計(jì)
在 ETS3 的編程下，圖書館 EIB 智能照明控制可實(shí)現(xiàn)定時(shí)、紅外/移動(dòng)、調(diào)光、手動(dòng)控制（模式選擇）等功能。其總體工作流程如圖 4 所示。其中在多功能報(bào)告廳中如以手控方式選擇了某種照明模式，如模式A：舞臺(tái)燈光減弱，則后續(xù)控制將繼續(xù)對(duì)會(huì)場照明有效；如模式 C：會(huì)場燈光減弱，后續(xù)控制將只對(duì)舞臺(tái)照明有效；如同時(shí)對(duì)舞臺(tái)和會(huì)場照明都進(jìn)行了手動(dòng)控制，后續(xù)控制將無效。
5安科瑞智能照明控制系統(tǒng)
5.1系統(tǒng)簡介
Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)，是基于KNX總線技術(shù)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。KNX總線技術(shù)起源于歐洲，是在EIB，Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線控制技術(shù)上發(fā)展起來的，其中EIB（European Installation Bus,歐洲安裝總線）是該總線技術(shù)的主體。
Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的2*2*0.8EIB BUS總線（即KNX總線）作為總線線纜，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(tǒng)，既可實(shí)現(xiàn)照明燈具的遠(yuǎn)程集中控制，又可實(shí)現(xiàn)就近控制功能。該系統(tǒng)理論可連接控制模塊數(shù)量達(dá)580000多個(gè)。
安科瑞智能照明產(chǎn)品種類齊全，方案完善。用戶可通過控制面板、人體感應(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機(jī)系統(tǒng)、觸摸屏、手機(jī)、平板端等多種控制終端實(shí)現(xiàn)靈活多樣的智能控制，特別適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場所、機(jī)場、隧道、車站等大型公建項(xiàng)目的照明系統(tǒng)。
5.2系統(tǒng)工作原理示意圖
5.3產(chǎn)品選型
5.3.1開關(guān)驅(qū)動(dòng)器
用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行開關(guān)控制的驅(qū)動(dòng)器，具有延時(shí)、預(yù)設(shè)、邏輯控制、場景、閾值開關(guān)等功能，電氣參數(shù)如下：
5.3.2調(diào)光驅(qū)動(dòng)器
2路0-10V調(diào)光器，可對(duì)每路進(jìn)行回路開關(guān)控制并輸出0-10V調(diào)光信號(hào)對(duì)具有0-10V調(diào)光接口的燈具進(jìn)行調(diào)光,具有開關(guān)、場景、狀態(tài)反饋等功能，電氣參數(shù)如下：
5.3.3傳感器
傳感器是一種能感受外界信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、移動(dòng)）的設(shè)備裝置，并將感應(yīng)的信息傳遞給其它設(shè)備裝置（如調(diào)光器、開關(guān)驅(qū)動(dòng)器），電氣參數(shù)如下：
5.3.4總線電源
KNX/EIB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)供電電源，為總線提供電壓640mA 輸出電流，至多可以為 64 個(gè)設(shè)備供電，帶總線復(fù)位、 過流指示和短路保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，電氣參數(shù)如下：
5.3.5智能面板
用于接受按鍵觸動(dòng)信號(hào)，可通過區(qū)分短按與長按并結(jié)合不同參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、場景、窗簾控制、調(diào)溫、報(bào)警等功能，電氣參數(shù)如下：
5.3.6干接點(diǎn)輸入模塊
用于接受外部干接點(diǎn)信號(hào)輸入，可通過不同參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、場景、窗簾控制、調(diào)溫、報(bào)警等功能，電氣參數(shù)如下：
5.4系統(tǒng)功能
（1）光照度（需要配照度傳感器）監(jiān)測，對(duì)利用自然光照明區(qū)域，根據(jù)自然光照度變化，進(jìn)行照明控制和調(diào)節(jié)，滿足照明和節(jié)能要求；
（2）公共區(qū)域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明，應(yīng)設(shè)置紅外或微波類人體感應(yīng)器，并結(jié)合智能控制面板，實(shí)現(xiàn)各種場景照明控制，盡可能較少燈具點(diǎn)亮?xí)r間；
（3）樓梯間照明采用人體感應(yīng)探測控制；
（4）設(shè)備房、設(shè)備房走道采用分組就地控制；
（5）室外路燈、景觀等照明采用光照度控制結(jié)合時(shí)控的集中控制方式；
（6）監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，畫面美觀,實(shí)時(shí)顯示各區(qū)照明工作狀態(tài)；
（7）應(yīng)具有完善的用戶權(quán)限管理功能，避免越權(quán)操作；
5.5系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域
5.6系統(tǒng)的控制優(yōu)勢
（1）系統(tǒng)可通過、觸摸屏、電腦對(duì)現(xiàn)場的燈光、空調(diào)及窗簾等進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制，使得控制更加方便智能，用戶體驗(yàn)更好；
（2）系統(tǒng)中控制模塊均工作在直流30V安全電壓下，用戶操作更加安全、舒適；
（3）系統(tǒng)在實(shí)施過程中，充分結(jié)合自然光及人員的活動(dòng)規(guī)律來自動(dòng)控制燈光，減少能源消耗，達(dá)到很好的節(jié)能效果；
（4）系統(tǒng)采用分布分布式KNX總線結(jié)構(gòu)，搭建簡單靈活，系統(tǒng)內(nèi)各模塊互不影響，可獨(dú)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(yīng)控制，定時(shí)控制，場景控制和集中控制等，控制方式更靈活；
（6）系統(tǒng)的自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程集中控制等功能，在實(shí)現(xiàn)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(jí)系統(tǒng)內(nèi)控制模塊或更改系統(tǒng)功能時(shí)，無需增加連接線，不需關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，只需更改設(shè)備參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)，維護(hù)方便，操作簡單；
（8）系統(tǒng)可與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，在出現(xiàn)消防報(bào)警時(shí)，強(qiáng)制打開應(yīng)急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)，提高了建筑的安全性。
5.7安科瑞組網(wǎng)方案
智能照明控制系統(tǒng)組網(wǎng)方式靈活，擴(kuò)展方便，當(dāng)系統(tǒng)模塊數(shù)量較少、距離較近、范圍較小時(shí)，各設(shè)備以樹形枝狀延伸，構(gòu)成支路系統(tǒng)智能照明控制系統(tǒng)；當(dāng)系統(tǒng)模塊數(shù)量較多、距離較遠(yuǎn)、范圍較大時(shí)，用支線耦合器組成多條支路，構(gòu)成區(qū)域智能照明控制系統(tǒng)；當(dāng)系統(tǒng)模塊數(shù)量很多、距離很遠(yuǎn)、范圍很大時(shí)，用支線耦合器、區(qū)域耦合器等構(gòu)成樓群智能照明控制系統(tǒng)。
6 EIB總線照明控制的優(yōu)勢
6.1 傳統(tǒng)照明的特點(diǎn)
（1）一般是依靠機(jī)械開關(guān)進(jìn)行簡單的手動(dòng)控制，管理不靈活，不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制，人員工作量較大，同時(shí)也易造成浪費(fèi)，節(jié)能效果不佳。
（2）需安裝較多控制開關(guān)。由于控制開關(guān)處于負(fù)載回路，當(dāng)遠(yuǎn)距離控制時(shí)，電纜和布線量大。且隨著負(fù)載的變大，開關(guān)容量也要變大。
6.2 EIB 照明控制的特點(diǎn)
（1）集中管理模式降低了人員工作量，通過修改控制指令能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。結(jié)合傳感器應(yīng)用不僅能有多種控制模式，還能讓控制更為準(zhǔn)確，減少能源浪費(fèi)。
（2）所有的輸出設(shè)備安裝在一條總線上，布線量少，即便遠(yuǎn)距離控制，也只需增加總線長度。負(fù)載容量變大時(shí)，只需加大輸出單元容量，而與控制開關(guān)無關(guān)。
總之，實(shí)踐證明，EIB 照明控制系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢。以 EIB 總線技術(shù)設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)不僅節(jié)約了大量的人力物力，還便于管理，能夠?qū)崿F(xiàn)多種控制需求，是樓宇照明智能化的優(yōu)良選擇。
【參考文獻(xiàn)】
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