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江蘇安科瑞電器制造有限公司

淺談EIB智能照明控制系統在圖書館的應用

時間:2021-1-7閱讀:884
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  【摘要】EIB總線作為樓宇家居自動化控制技術的主流,具有適應性好、功能強大與可靠性高等多方面優點,能很 好地滿足定時、合成照度、人體檢測和手控等不同的照明控制需求。通過智能化的自動控制實現了樓宇照明和節能照明兩大目標,克服傳統照明解決不了的問題。

  【關鍵詞】智能照明;EIB總線技術;自動控制;節能

  1 引言

  樓宇照明系統是樓宇自動化系統(BAS)的重要組成部分,它為人們的工作、學習和生活提供了一照明環境。但隨著節能減排、低碳環保理念的深入人心,對樓宇照明系統的任務也提出了更高要求,不僅要達到照明,還要實現節能照明。近年來國內智能樓宇的逐漸興起,自動控制等技術被應用于樓宇建設中,使原本傳統單一的建筑有了一些智能可控的元素。同時,這也給照明系統順利完成兩大任務帶來了可能性。

  2 樓宇照明系統的控制需求方式

  在樓宇照明中,一般有以下幾種控制需求方式:

  1.定時控制:即按既定的作息時間表控制照明時間,能滿足不同時段的照明需求。需事先制定作息時間表,控制方式容易實現。但如突遇天氣變化,臨時加班等情況則靈活較差,且不能較好地實現節能。

  2.區域控制:以區域劃分來實現差異照明,不同區域實施不同的照明控制。如辦公室與公共區(走廊、樓梯、衛生間)就有不同的照明需要。

  3.室內檢測控制:通過移動探測傳感器、紅外傳感器、照度傳感器等檢測設備作為照明控制的觸發裝置。例如當檢測到人體發出的紅外輻射,或是有人物移動時則開啟照明。當自然光線較強時,降低人工照明亮度,自然光線較弱時,則加強人工照明亮度。

  總之,要實現科學合理的照明,在基礎上達到節能,是一項較為復雜的任務。因此要借助一些技術手段來較好地實現照明控制。

  3 EIB總線技術

  EIB總線技術是引自歐洲的現場總線安裝規范, 是目前在電氣布線領域應用很廣的一種產品標準,常被用于樓宇、家居的自動化安裝,具有以下幾個方面的特點。

  3.1 適應性好

  EIB總線可支持雙絞線、電力線、無線電和紅外線四種介質。可以很好地滿足不同安裝場合的需求,有很強的適應性。例如電力線可用于對舊建筑的改建,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用很廣泛的介質。

  3.2 功能強大

  EIB總線網絡組態靈活,控制系統可大可小,拓撲結構容量驚人。以域、區、線為單位,通過區耦合器和線耦合器的連接可形成掛接設備達 15*15*64=14400個的大型網絡。目前,已研制出4000多種EIB功能元件,可分為傳感器,執行器和系統附件三大類,它們的出現使得EIB幾乎覆蓋了建筑電氣控制的所有功能。并且,通過RS232接口與計算機監控中心相連,在軟件ETS的編程下,EIB系統元件還能以組地址的方式相互結合,實現復雜多變的全局控制。

  3.3 可靠性高

  EIB總線上各元件設備的控制信號具有很大的隨機性,時有時無,或相繼發出信號,或同時發出信 號。由于總線上各元件配備了物理地址,就保證了信號傳輸的準確性。同時,EIB 采用了CSMA/CA(具有避免沖突的載波偵聽多路訪問)技術,避免了信號丟失和沖突的現象,進一步提高了信號傳輸的質量。因各元件還配有內置的微處理器和存儲器能獨立工作,任何一個元件的故障都不會影響系統其它部分的正常運行,可靠性高。

  4 樓宇的照明控制設計

  以某校圖書館照明系統為例,應用 EIB 總線技術來實現分散管理,集中控制的智能照明系統設計。 圖書館內部功能區可分為學生自習室、圖書借閱庫,辦公室、多功能報告廳以及公共區(走廊、樓梯、衛生間)5 部分。

  4.1 圖書館照明區域控制需求分析和設計

  (1)學生自習室、圖書借閱庫:主要提供給學生在課余時間自習或是借閱圖書使用,使用時間為8:00-21:00。鑒于人員活動較為頻繁,使用率高,常采用定時控制方式。但如只單純依靠定時開關勢必會造成浪費。例如在白天自然光線強時卻仍然開啟全部照明,則顯得不太合理。在此可考慮定時開關與合成照度控制結合的方式來實現照明。一般辦公室內人體照度值為 300lux,可以此值作為照度控制的參考值。

  以定時開關為控制先行條件,再檢測實際自然光照度,按照“自然光照度+人工照度=300lux”的條件來動態調節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。由于此區域為個人活動空間,人員進出頻率較低,所以可采用紅外或移動探測器作為燈控開關。當人員進入時照明開啟,離開時則延時關閉。同時配備合成照度控制,只有當人員進入且照度不足 300lux 的情況下照明開啟, 并同樣以自然光強度值來動態控制人工照明的輸出量。且因屬于個人辦公場所,活動自由度大,還需配備照明獨立手控開關,以手動方式強開或強關照明。

  (3)多功能報告廳:是用于學術會議、講座、演講、報告和頒獎禮的多功能廳。除了活動時段所需的正常照明外,在某些情況下還需燈光模式的變換。例如在報告中使用投影時,舞臺燈光可能要減弱,而在頒獎禮時,則需加強舞臺燈光等等。此時可根據實際需要設置多種燈光模式。如模式 A:舞臺燈光減弱;模式B:舞臺燈光加強;模式 C:會場燈光減弱;模式 D:會場燈光全滅,等等。或將多種模式相互組合,使用時通過手控開關自由選擇。

  (4)公共區:包括走廊、樓梯、衛生間等。由于此類區域只需提供夜間可視光線,因此采用定時控制即可,在 17:00-21:00 開啟照明。另外,還需安裝夜間長明燈,開啟時間則在 21:00-7:00。并隨冬夏季節的更替,延長或縮短照明時間。

  當圖書館閉館時,除辦公室區域外其它照明定時關閉,長明燈開啟。而當到24:00時,館內燈光除長明燈外全部關閉。同時通過 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 總線智能照明設計

  4.2.1圖書館 EIB智能照明布線

  EIB總線以域、區、線為單位,一個域有15個區,一個區有15條線,一個區下至多可連接64個元件設備。此時可將有相同控制要求的區域照明劃分為一個區,如公共區中的走廊、樓梯、衛生間和長明燈,都是以定時方式來控制,見圖 1、圖 2。而對自習室/借閱室、辦公室和多功能報告廳而言,它們因需要加上人體檢測、合成照度控制以及手控開關功能,所以在線路連接時便會增加相應的傳感設備與控制開關。當一個EIB區容納不下同一區域所有設備時,可相應增加EIB區的使用數量,直到滿足為止。

  在此以辦公室為例,應用系統控制軟件 ETS3,選擇相關設備進行總線連接。元件包括 LK/S4.1 線路耦合器,SV/S30.640 電源供應器,SW/S4.5 定時控制器,6124 四鍵帶顯示智能控制面板,6131 移動探測器,6197 調光控制器,SA/S8.10.1 開關驅動器,通過配置物理地址,進行總線連接。如圖 3 所示:

4.2.2 圖書館 EIB智能照明控制軟件設計

  在 ETS3 的編程下,圖書館 EIB 智能照明控制可實現定時、紅外/移動、調光、手動控制(模式選擇)等功能。其總體工作流程如圖 4 所示。其中在多功能報告廳中如以手控方式選擇了某種照明模式,如模式A:舞臺燈光減弱,則后續控制將繼續對會場照明;如模式 C:會場燈光減弱,后續控制將只對舞臺照明;如同時對舞臺和會場照明都進行了手動控制,后續控制將無效。

5安科瑞智能照明控制系統

  5.1系統簡介

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

  Acrel-BUS智能照明控制系統采用標準的2*2*0.8EIB BUS總線(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,既可實現照明燈具的遠程集中控制,又可實現就近控制功能。該系統理論可連接控制模塊數量達580000多個。

  安科瑞智能照明產品種類齊全,方案完善。用戶可通過控制面板、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現靈活多樣的智能控制,特別適合于各類智能小區、醫院、學校、酒店,以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明系統。

  5.2系統工作原理示意圖

5.3產品選型

  5.3.1開關驅動器

  用于對設備進行開關控制的驅動器,具有延時、預設、邏輯控制、場景、閾值開關等功能,電氣參數如下:

5.3.2調光驅動器

  2路0-10V調光器,可對每路進行回路開關控制并輸出0-10V調光信號對具有0-10V調光接口的燈具進行調光,具有開關、場景、狀態反饋等功能,電氣參數如下:

5.3.3傳感器

  傳感器是一種能感受外界信號、物理條件(如光、移動)的設備裝置,并將感應的信息傳遞給其它設備裝置(如調光器、開關驅動器),電氣參數如下:

5.3.4總線電源

  KNX/EIB系統標準供電電源,為總線提供電壓640mA 輸出電流,至多可以為 64 個設備供電,帶總線復位、 過流指示和短路保護。標準導軌安裝,電氣參數如下:

5.3.5智能面板

  用于接受按鍵觸動信號,可通過區分短按與長按并結合不同參數配置實現開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能,電氣參數如下:

5.3.6干接點輸入模塊

  用于接受外部干接點信號輸入,可通過不同參數配置實現開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能,電氣參數如下:

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,進行照明控制和調節,滿足照明和節能要求;

  (2)公共區域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明,應設置紅外或微波類人體感應器,并結合智能控制面板,實現各種場景照明控制,盡可能較少燈具點亮時間;

  (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、景觀等照明采用光照度控制結合時控的集中控制方式;

  (6)監控系統界面友好,畫面美觀,實時顯示各區照明工作狀態;

  (7)應具有完善的用戶權限管理功能,避免越權操作;

  5.5系統應用領域

5.6系統的控制優勢

  (1)系統可通過、觸摸屏、電腦對現場的燈光、空調及窗簾等進行遠程集中控制,使得控制更加方便智能,用戶體驗更好;

  (2)系統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;

  (3)系統在實施過程中,充分結合自然光及人員的活動規律來自動控制燈光,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總線結構,搭建簡單靈活,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,自動感應控制,定時控制,場景控制和集中控制等,控制方式更靈活;

  (6)系統的自動控制、遠程集中控制等功能,在實現自動化的同時,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,無需增加連接線,不需關閉整個系統,只需更改設備參數即可實現,維護方便,操作簡單;

  (8)系統可與消防系統聯動,在出現消防報警時,強制打開應急回路,方便人員疏散,從而降低了人員傷亡的風險,提高了建筑的安全性。

  5.7安科瑞組網方案

  智能照明控制系統組網方式靈活,擴展方便,當系統模塊數量較少、距離較近、范圍較小時,各設備以樹形枝狀延伸,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,用支線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,用支線耦合器、區域耦合器等構成樓群智能照明控制系統。

6 EIB總線照明控制的優勢

  6.1 傳統照明的特點

  (1)一般是依靠機械開關進行簡單的手動控制,管理不靈活,不能實現準確控制,人員工作量較大,同時也易造成浪費,節能效果不佳。

  (2)需安裝較多控制開關。由于控制開關處于負載回路,當遠距離控制時,電纜和布線量大。且隨著負載的變大,開關容量也要變大。

  6.2 EIB 照明控制的特點

  (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現自動控制。結合傳感器應用不僅能有多種控制模式,還能讓控制更為準確,減少能源浪費。

  (2)所有的輸出設備安裝在一條總線上,布線量少,即便遠距離控制,也只需增加總線長度。負載容量變大時,只需加大輸出單元容量,而與控制開關無關。

  總之,實踐證明,EIB 照明控制系統具有很大優勢。以 EIB 總線技術設計的照明系統不僅節約了大量的人力物力,還便于管理,能夠實現多種控制需求,是樓宇照明智能化的優良選擇。

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