浅谈EIB智能照明控制系统在图书馆的应用

时间：2021-08-23作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：252

李茫茫

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801
【摘要】EIB总线作为楼宇家居自动化控制技术的主流，具有适应性好、功能强大与可靠性高等多方面优点，能很 好地满足定时、合成照度、人体检测和手控等不同的照明控制需求。通过智能化的自动控制实现了楼宇的舒适照 明和节能照明两大目标，克服传统照明解决不了的问题。 
 
【关键词】智能照明；EIB总线技术；自动控制；节能
 
1 引言
楼宇照明系统是楼宇自动化系统（BAS）的重要组成部分，它为人们的工作、学习和生活提供了一个舒适的照明环境。但随着节能减排、低碳环保理念的深入人心，对楼宇照明系统的任务也提出了更高要求，不仅要达到舒适照明，还要实现节能照明。近年来国内智能楼宇的逐渐兴起，自动控制等技术被应用于楼宇建设中，使原本传统单一的建筑有了一些智能可控的元素。同时，这也给照明系统顺利完成两大任务带来了可能性。 
 
2 楼宇照明系统的控制需求方式
在楼宇照明中，一般有以下几种控制需求方式： 
1.定时控制：即按既定的作息时间表控制照明时间，能满足不同时段的照明需求。需事先制定作息时间表，控制方式*实现。但如突遇天气变化，临时加班等情况则灵活性较差，且不能较好地实现节能。 
2.区域控制：以区域划分来实现差异照明，不同区域实施不同的照明控制。如办公室与公共区（走廊、楼梯、卫生间）就有不同的照明需要。 
3.室内检测控制：通过移动探测传感器、红外传感器、照度传感器等检测设备作为照明控制的触发装置。例如当检测到人体发出的红外辐射，或是有人物移动时则开启照明。当自然光线较强时，降低人工照明亮度，自然光线较弱时，则加强人工照明亮度。 
总之，要实现科学合理的照明，在舒适的基础上达到节能，是一项较为复杂的任务。因此要借助一些技术手段来较好地实现照明控制。
 
 
3 EIB总线技术
EIB总线技术是引自欧洲的现场总线安装规范， 是目前在电气布线领域应用很广的一种产品标准，常被用于楼宇、家居的自动化安装，具有以下几个方面的特点。 
3.1 适应性好 
EIB总线可支持双绞线、电力线、无线电和红外线四种介质。可以很好地满足不同安装场合的需求，有很强的适应性。例如电力线可用于对旧建筑的改建，无线电和红外线用于难以敷线的场合。而双绞线则是目前应用很广泛的介质。 
3.2 功能强大 
EIB总线网络组态灵活，控制系统可大可小，拓扑结构容量惊人。以域、区、线为单位，通过区耦合器和线耦合器的连接可形成挂接设备达 15*15*64=14400个的大型网络。目前，已研制出4000多种EIB功能元件，可分为传感器，执行器和系统附件三大类，它们的出现使得EIB几乎覆盖了建筑电气控制的所有功能。并且，通过RS232接口与计算机监控中心相连，在**软件ETS的编程下，EIB系统元件还能以组地址的方式相互结合，实现复杂多变的全局控制。 
3.3 可靠性高 
EIB总线上各元件设备的控制信号具有很大的随机性，时有时无，或相继发出信号，或同时发出信 号。由于总线上各元件配备了物理地址，就了信号传输的准确性。同时，EIB 采用了CSMA/CA（具有避免冲突的载波侦听多路访问）技术，避免了信号丢失和冲突的现象，进一步提高了信号传输的质量。因各元件还配有内置的微处理器和存储器能独立工作，任何一个元件的故障都不会影响系统其它部分的正常运行，可靠性高。 
 
4 楼宇的照明控制设计
以某校图书馆照明系统为例，应用 EIB 总线技术来实现分散管理，集中控制的智能照明系统设计。 图书馆内部功能区可分为学生自习室、图书借阅库，办公室、多功能报告厅以及公共区（走廊、楼梯、卫生间）5 部分。 
4.1 图书馆照明区域控制需求分析和设计 
（1）学生自习室、图书借阅库：主要提供给学生在课余时间自习或是借阅图书使用，使用时间为8：00-21：00。鉴于人员活动较为频繁，使用率高，常采用定时控制方式。但如只单纯依靠定时开关势必会造成浪费。例如在白天自然光线强时却仍然开启全部照明，则显得不太合理。在此可考虑定时开关与合成照度控制结合的方式来实现照明。一般办公室内人体舒适的照度值为 300lux，可以此值作为照度控制的参考值。 
以定时开关为控制**条件，再检测实际自然光照度，按照“自然光照度+人工照度=300lux”的条件来动态调节人工灯源的照度及输出功率。 
（2）办公室：包括馆长办公室、采编室等。由于此区域为个人活动空间，人员进出频率较低，所以可采用红外或移动探测器作为灯控开关。当人员进入时照明开启，离开时则延时关闭。同时配备合成照度控制，只有当人员进入且照度不足 300lux 的情况下照明开启， 并同样以自然光强度值来动态控制人工照明的输出量。且因属于个人办公场所，活动自由度大，还需配备照明独立手控开关，以手动方式强开或强关照明。 
（3）多功能报告厅：是用于学术会议、讲座、演讲、报告和颁奖礼的多功能厅。除了活动时段所需的正常照明外，在某些情况下还需灯光模式的变换。例如在报告中使用投影时，舞台灯光可能要减弱，而在颁奖礼时，则需加强舞台灯光等等。此时可根据实际需要设置多种灯光模式。如模式 A：舞台灯光减弱；模式B：舞台灯光加强；模式 C：会场灯光减弱；模式 D：会场灯光全灭，等等。或将多种模式相互组合，使用时通过手控开关自由选择。 
（4）公共区：包括走廊、楼梯、卫生间等。由于此类区域只需提供夜间可视光线，因此采用定时控制即可，在 17：00-21：00 开启照明。另外，还需安装夜间长明灯，开启时间则在 21：00-7：00。并随冬夏季节的更替，延长或缩短照明时间。 
当图书馆闭馆时，除办公室区域外其它照明定时关闭，长明灯开启。而当到24：00时，馆内灯光除长明灯外全部关闭。同时通过 EIB 总线控制不同组长明灯轮流开启，以延长使用寿命。 
4.2图书馆 EIB 总线智能照明设计 
4.2.1图书馆 EIB智能照明布线 
EIB总线以域、区、线为单位，一个域有15个区，一个区有15条线，一个区下至多可连接64个元件设备。此时可将有相同控制要求的区域照明划分为一个区，如公共区中的走廊、楼梯、卫生间和长明灯，都是以定时方式来控制，见图 1、图 2。而对自习室/借阅室、办公室和多功能报告厅而言，它们因需要加上人体检测、合成照度控制以及手控开关功能，所以在线路连接时便会增加相应的传感设备与控制开关。当一个EIB区容纳不下同一区域所有设备时，可相应增加EIB区的使用数量，直到满足为止。


在此以办公室为例，应用系统控制软件 ETS3，选择相关设备进行总线连接。元件包括 LK/S4.1 线路耦合器，SV/S30.640 电源供应器，SW/S4.5 定时控制器，6124 四键带显示智能控制面板，6131 移动探测器，6197 调光控制器，SA/S8.10.1 开关驱动器，通过配置物理地址，进行总线连接。如图 3 所示：


4.2.2 图书馆 EIB智能照明控制软件设计 
在 ETS3 的编程下，图书馆 EIB 智能照明控制可实现定时、红外/移动、调光、手动控制（模式选择）等功能。其总体工作流程如图 4 所示。其中在多功能报告厅中如以手控方式选择了某种照明模式，如模式A：舞台灯光减弱，则后续控制将继续对会场照明有效；如模式 C：会场灯光减弱，后续控制将只对舞台照明有效；如同时对舞台和会场照明都进行了手动控制，后续控制将无效。 


 
5安科瑞智能照明控制系统
5.1系统简介
Acrel-BUS智能照明控制系统，是基于KNX总线技术设计的控制系统。KNX总线技术起源于欧洲，是在EIB，Batibus和EHS这三种住宅和楼宇的总线控制技术上发展起来的，其中EIB（European Installation Bus,欧洲安装总线）是该总线技术的主体。
Acrel-BUS智能照明控制系统采用标准的2*2*0.8EIB BUS总线（即KNX总线）作为总线线缆，将所有的智能照明控制模块连接到一起并组成一套完整的控制系统，既可实现照明灯具的远程集中控制，又可实现就近控制功能。该系统理论可连接控制模块数量达580000多个。
安科瑞智能照明产品种类齐全，方案完善。用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能控制，特别适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明系统。
5.2系统工作原理示意图


5.3产品选型
5.3.1开关驱动器
用于对设备进行开关控制的驱动器，具有延时、预设、逻辑控制、场景、阈值开关等功能，电气参数如下：


5.3.2调光驱动器
2路0-10V调光器，可对每路进行回路开关控制并输出0-10V调光信号对具有0-10V调光接口的灯具进行调光,具有开关、场景、状态反馈等功能，电气参数如下：
 


5.3.3传感器
传感器是一种能感受外界信号、物理条件（如光、移动）的设备装置，并将感应的信息传递给其它设备装置（如调光器、开关驱动器），电气参数如下：


5.3.4总线电源
KNX/EIB系统标准供电电源，为总线提供电压640mA 输出电流，至多可以为 64 个设备供电，带总线复位、 过流指示和短路保护。标准导轨安装，电气参数如下：


 
5.3.5智能面板
用于接受按键触动信号，可通过区分短按与长按并结合不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能，电气参数如下：


5.3.6干接点输入模块
用于接受外部干接点信号输入，可通过不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能，电气参数如下：
 


5.4系统功能
（1）光照度（需要配照度传感器）监测，对利用自然光照明区域，根据自然光照度变化，进行照明控制和调节，满足照明和节能要求；
（2）公共区域、走廊、通道、门厅、电梯厅等的照明，应设置红外或微波类人体感应器，并结合智能控制面板，实现各种场景照明控制，尽可能较少灯具点亮时间；
（3）楼梯间照明采用人体感应探测控制；
（4）设备房、设备房走道采用分组就地控制；
（5）室外路灯、景观等照明采用光照度控制结合时控的集中控制方式；
（6）监控系统界面友好，画面美观,实时显示各区照明工作状态；
（7）应具有完善的用户权限管理功能，避免越权操作；
5.5系统应用领域


5.6系统的控制优势
（1）系统可通过、触摸屏、电脑对现场的灯光、空调及窗帘等进行远程集中控制，使得控制更加方便智能，用户体验更好；
（2）系统中控制模块均工作在直流30V安全电压下，用户操作更加安全、舒适；
（3）系统在实施过程中，充分结合自然光及人员的活动规律来自动控制灯光，减少能源消耗，达到很好的节能效果；
（4）系统采用分布分布式KNX总线结构，搭建简单灵活，系统内各模块互不影响，可独立工作，可靠性更高；
（5）多种控制方式可供选择，如本地控制，自动感应控制，定时控制，场景控制和集中控制等，控制方式更灵活；
（6）系统的自动控制、远程集中控制等功能，在实现自动化的同时，大量减少了值班人员，提高了管理水平和工作效果；
（7）升级系统内控制模块或更改系统功能时，*增加连接线，不需关闭整个系统，只需更改设备参数即可实现，维护方便，操作简单；
（8）系统可与消防系统联动，在出现消防报警时，强制打开应急回路，方便人员疏散，从而降低了人员伤亡的风险，提高了建筑的安全性。
5.7安科瑞组网方案
智能照明控制系统组网方式灵活，扩展方便，当系统模块数量较少、距离较近、范围较小时，各设备以树形枝状延伸，构成支路系统智能照明控制系统；当系统模块数量较多、距离较远、范围较大时，用支线耦合器组成多条支路，构成区域智能照明控制系统；当系统模块数量很多、距离很远、范围很大时，用支线耦合器、区域耦合器等构成楼群智能照明控制系统。


6 EIB总线照明控制的优势
6.1 传统照明的特点 
（1）一般是依靠机械开关进行简单的手动控制，管理不灵活，不能实现准确控制，人员工作量较大，同时也易造成浪费，节能效果不佳。 
（2）需安装较多控制开关。由于控制开关处于负载回路，当远距离控制时，电缆和布线量大。且随着负载的变大，开关容量也要变大。 
6.2 EIB 照明控制的特点 
（1）集中管理模式降低了人员工作量，通过修改控制指令能实现自动控制。结合传感器应用不仅能有多种控制模式，还能让控制更为准确，减少能源浪费。 
（2）所有的输出设备安装在一条总线上，布线量少，即便远距离控制，也只需增加总线长度。负载容量变大时，只需加大输出单元容量，而与控制开关无关。
总之，实践证明，EIB 照明控制系统具有很大优势。以 EIB 总线技术设计的照明系统不仅节约了大量的人力物力，还便于管理，能够实现多种控制需求，是楼宇照明智能化的优良选择。
 
 
【参考文献】
［1]任占强．建筑工程智能照明控制系统技术应用（电子版）［J］．城市建设理论研究，2014（1）．16-22．
［2]赵立琼.基于 EIB总线的图书馆智能照明控制.
［3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版.

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