淺談KNX總線技術(shù)在圖書館智能照明系統(tǒng)的應用

安科瑞 鮑靜君

　　摘要：系統(tǒng)引入KNX總線實現(xiàn)的照明分布式智能控制，在提高館所照明系統(tǒng)的節(jié)能效果、視覺效果和穩(wěn)定性的基礎上，展現(xiàn)了KNX總線部署便捷、擴充性強、可靠性高等自身要求，通過提升照明管理效率，營造了信息時代背景下的智慧化圖書館智能氛圍，完成了成本低廉的綠色照明工程的技術(shù)革新。

　　關鍵詞：智慧化圖書館；KNX總線

　　智能化圖書館是圖書館的發(fā)展趨勢，也是數(shù)字化時代拓展和深化信息服務功能的發(fā)展必然。它是現(xiàn)代信息技術(shù)與現(xiàn)代圖書館建筑藝術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，能夠體現(xiàn)科技與文化。智能化圖書館的建筑特征之一就是智能照明系統(tǒng)。KNX總線作為目前國際標準已廣泛應用到樓宇自動化應用領域，依托KNX總線能夠構(gòu)建融檢測、控制、服務于一體的綜合網(wǎng)絡，為讀者提供高質(zhì)量的綜合服務功能，將促成建筑藝術(shù)和信息技術(shù)的結(jié)合。

　　本文以KNX總線技術(shù)作為研究對象，將KNX總線技術(shù)應用到圖書館智能照明系統(tǒng)，通過改造傳統(tǒng)照明控制方式，建立起了管控有力、布線簡潔、可擴展性強、移動性能好、覆蓋廣、立體化、高可靠、綠色環(huán)保、多時段定控的圖書館智能照明系統(tǒng)，在節(jié)約電能的同時，以良好的館所內(nèi)溫度、濕度、亮度等的調(diào)控能力為讀者提供舒心的學習環(huán)境，以實例印證基于KNX總線的圖書館智能照明系統(tǒng)方案的可行性和實用性。

　　1、KNX總線技術(shù)在智能照明系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢

　　KNX總線標準旨在智能建筑標準實行同一標準與平臺下實現(xiàn)多供貨商產(chǎn)品連網(wǎng)與信息交換的流暢性表達。KNX總線標準通過KNX總線實現(xiàn)所有連接在KNX介質(zhì)(包括雙絞線、電力線或IP/Ethernet等)上的智能建筑設備之間的信息交換。智能建筑設備時用于控制樓宇管理裝置的傳感器或執(zhí)行器。智能建筑設備的通用功能通過統(tǒng)一的系統(tǒng)完成控制、監(jiān)視和發(fā)送信號，不需要額外控制，能夠滿足多種期望照明參數(shù)，滿足迥異館所場地的實際照明效果。

　　KNX在歐洲已成為事實上的標準，KNX標準在物理層可采用所有的通信介質(zhì)，其擴展幀可以容納248B數(shù)據(jù)，能夠滿足設備間大容量數(shù)據(jù)傳輸，其網(wǎng)絡拓撲容納64K個終端設備且無需線路放大器。

　　2、控制要求

　　智能照明系統(tǒng)應該達到以下要求：（1）館所內(nèi)區(qū)域均采用分布式智能照明控制方式，所有的控制產(chǎn)品都具備較強的健壯性，各自配有微處理器，能夠不依賴于其他元件而獨立工作，任意獨立的控制元件損壞均不會影響整個系統(tǒng)運行。（2）系統(tǒng)需能實現(xiàn)燈光的智能開啟和人工控制，以及分散集中控制、遠程控制、延時控制、定時控制等多種控制方式。同時，能夠與年歷時鐘系統(tǒng)聯(lián)動控制，控制方式便捷髙效，運營管理性價比高。（3）照明控制系統(tǒng)在滿足館所各區(qū)域使用需求基礎上，應充分考慮結(jié)合自然光的明暗自動調(diào)節(jié)照度，達到節(jié)能目的。（4）建立運營完成頂層巡檢和管理整個系統(tǒng)?？梢罁?jù)需求能夠在館內(nèi)任意增設監(jiān)控點，方便管理。監(jiān)視和管理應屬Web結(jié)構(gòu)，方便登錄和實行不同權(quán)限的操作，便捷實現(xiàn)使用、維護和管理的現(xiàn)代化，降低運營成本。

　　2.1系統(tǒng)實現(xiàn)

　　2.1.1器件安裝與組網(wǎng)

　　KNX智能照明系統(tǒng)在圖書館項目中的所有控制單元均采用模數(shù)化產(chǎn)品，采用標準35mm導軌安裝方式，與微型斷路器一起安裝在強電照明箱內(nèi)。現(xiàn)場配置多功能控制面板，各面板間只需一根KNX總線進行連接，采用DC29V低電壓工作方式，可靠性高。

　　系統(tǒng)的組網(wǎng)采用支/干線模式，其中的支線連接由KNX控制總線完成，干線連接依托館所現(xiàn)有局域網(wǎng)實現(xiàn)，該局域網(wǎng)連通館內(nèi)全部控制器，不用另行敷設電纜和重復定義系統(tǒng)管控方式。依托KNX/IP網(wǎng)關優(yōu)勢就能夠方便地實現(xiàn)將本系統(tǒng)接入校園主干網(wǎng)，實現(xiàn)遠程的服務器連網(wǎng)。智能照明控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)如圖1所示。

2.1.2應用特性設計

　　(1）對于連續(xù)8h工作的書庫、特藏書庫，不采取定時控制或現(xiàn)場控制模式，而采用中控計算機監(jiān)控模式，中控通常設定為監(jiān)視而不控制。(2）借還書處的工作規(guī)律是以8h為主， 定時上下班，因此，采取定時控制、現(xiàn)場控制結(jié)合方式，由中控計算機監(jiān)控。(3）休閑區(qū)域則采取場景控制及場景記憶功能，實行不同場景的照明控制，產(chǎn)生各種燈光效果及照度環(huán)境，給人以舒心的視覺環(huán)境。(4）采取定時控制及光亮度感應結(jié)合，保證電梯間、樓層通道等區(qū)域的燈光在有人期間定時開啟，無人期間定時關閉，達到節(jié)能、便于管理的目的。 (5）中控計算機安裝可視化控制軟件，實時巡檢各區(qū)域照明狀況，完成直接中控指令實行多種操控策略。

　　2.2多樣化操控手段

　　(1）本地控制。各個受控區(qū)域設置KNX（使能界面，依據(jù)需求配置KNX使能界面鍵位即可完成館所的照明效果實現(xiàn)。(2）時間控制。預裝萬年歷模塊，依據(jù)四季不同光照特性及常規(guī)作息時間定時開關閉燈光。(3)照度控制。在充分利用自然光的基礎上實行照明自動化。亮度感應器遍布各區(qū)域，通過智能控制算法實現(xiàn)流程定義亮度參數(shù)。當獲取的自然光亮度值高于預訂閡值時，將調(diào)暗或關閉燈具亮度；反之，則調(diào)亮或開啟燈具亮度；當自然光亮度值在預訂閩值鄰域附近時，照明設備則在延時后進行亮度調(diào)節(jié)，減少過多的照明設備開啟與閉合；當然光亮度值與系統(tǒng)預存亮度級別相同或偏低時．不做調(diào)光控制。(4）集中控制。在中控計算機安裝可視化控制軟件， 圖形化管理、監(jiān)察、操控所有站坪區(qū)域受控的照明設備，實現(xiàn)全館各區(qū)域集中統(tǒng)一控制。

　　系統(tǒng)采用分布式的集散控制系統(tǒng)，實行集中監(jiān)控、分區(qū)控制、分級管理的管理機制。上述操控手段可以采取獨立、配合方式，也可以采取人工控制或智能方式；能夠?qū)嵭斜镜乜刂疲?還可以集中控制，多種方式均可實現(xiàn)節(jié)能，管理便捷又降低運營費用。

　　2.3傳感器

　　傳感器主要有采集自然光照度的光敏電阻GL4516，用于檢測人體移動目標的熱釋紅外探頭LH1787，用于采集環(huán)境溫度的溫度傳感器DSI8B2O等。熱釋電傳感器和光照傳感器分別探測館內(nèi)是否有人員以及光照亮度高低。當熱釋電傳感器檢測到無人員時，關閉照明燈具：當光照傳感器測得光線亮度較高，則調(diào)低燈具亮度：當光照傳感器測得光線較低，則調(diào)高燈具亮度。

　　2.4智能控制算法

　　采用日光補償?shù)恼彰骺刂浦悄軐崿F(xiàn)是實施控制的重要任務，照明控制的節(jié)能效果是系統(tǒng)成敗的關鍵標志。通常，人們在使用室內(nèi)照明時，一般遵循天黑開燈，天亮關燈的習慣，開燈后將長時間保持某個亮度級別不變，不會輕易實行手動調(diào)光。當室內(nèi)照明質(zhì)量不佳時，只能通過多開照明燈具補光，即實行手動調(diào)光，操作不靈活，節(jié)能效果也因人而異，或許還很不明顯．采用基于日光補償?shù)闹悄芸刂扑惴?，能夠充分利用日光資源，而將人工照明亮度級別隨室內(nèi)采光情況自動調(diào)節(jié)， 使得室內(nèi)工作平面處于被普遍推薦的照度標準線上。同時，由于人眼對于光環(huán)境亮度具有一定的適應范圍，基于這個大前提，調(diào)光算法的亮度調(diào)節(jié)不需要特別準確，所以采用一個簡化的調(diào)光算法要符合以下需求：

　　(1）隨著戶外自然光照強度的上升：戶內(nèi)人工照明燈具的亮度將隨之降低，反之，戶外自然光強度下降，戶內(nèi)照明燈具的亮度將升高。(2）根據(jù)太陽位置以及東升西落的特點對不同朝向的窗邊照明的影響，人工室內(nèi)照明要做不同權(quán)重的亮度調(diào)節(jié)。（3）戶內(nèi)人工照明實行梯級調(diào)光，即根據(jù)燈具與較近窗戶的距離不同而采用不同權(quán)重的調(diào)光。目前采用靠窗與不靠窗兩級策略。(4）戶內(nèi)燈具根據(jù)燈具類型分為可調(diào)光和不可調(diào)光兩類，前者實行8級調(diào)光，亮度等級隨自然光照明的變化改變。 不可調(diào)光只有開／關兩種功能，當自然光照明低于某閡值時， 則自動開啟．

　　智能控制算法結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3、安科瑞智能照明控制系統(tǒng)介紹

　　3.1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)設計的控制系統(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（EuropeanInstallationBus,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)采用標準的2*2*0.8EIBBUS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)，既可實現(xiàn)照明燈具的遠程集中控制，又可實現(xiàn)就近控制功能。該系統(tǒng)理論連接控制模塊數(shù)量達580000多個。

　　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、照度感應、微波感應、上位機系統(tǒng)、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現(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(tǒng)。

　　3.2系統(tǒng)工作原理示意圖（見圖2）

3.3產(chǎn)品選型

　　3.3.1開關驅(qū)動器

3.3.2調(diào)光驅(qū)動器

3.3.3可控硅調(diào)光模塊

3.3.4傳感器

3.3.5總線電源

3.3.6智能面板

3.3.7干接點、濕接點輸入模塊

3.4系統(tǒng)功能

　　1）光照度（需要配照度傳感器）監(jiān)測，對利用自然光照明區(qū)域，根據(jù)自然光照度變化，進行照明控制和調(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，應設置紅外或微波類人體感應器，并結(jié)合智能控制面板，實現(xiàn)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(jié)合時控的集中控制方式；

　　6）監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，畫面美觀,實時顯示各區(qū)照明工作狀態(tài)；

　　7）應具有完善的用戶權(quán)限管理功能，避免越權(quán)操作；

　　3.5系統(tǒng)的控制優(yōu)勢

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

　　2）系統(tǒng)中控制模塊均工作在直流30V可靠電壓下，用戶操作更加可靠、舒服；

　　3）系統(tǒng)在實施過程中，充分結(jié)合自然光及人員的活動規(guī)律來自動控制燈光，減少能源消耗，達到很好的節(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(tǒng)的自動控制、遠程集中控制等功能，在實現(xiàn)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(tǒng)內(nèi)控制模塊或更改系統(tǒng)功能時，無需增加連接線，不需關閉整個系統(tǒng)，只需更改設備參數(shù)即可實現(xiàn)，維護方便，操作簡單；

　　8)系統(tǒng)可與消防系統(tǒng)聯(lián)動，在出現(xiàn)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，提高了建筑的可靠性。

　　3.6安科瑞組網(wǎng)方案

　　智能照明控制系統(tǒng)組網(wǎng)方式靈活，擴展方便，當系統(tǒng)模塊數(shù)量較少、距離較近、范圍較小時，各設備以樹形枝狀延伸，構(gòu)成支路系統(tǒng)智能照明控制系統(tǒng)；當系統(tǒng)模塊數(shù)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(gòu)成區(qū)域智能照明控制系統(tǒng)；當系統(tǒng)模塊數(shù)量很多、距離很遠、范圍很大時，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)。（見圖）

4、結(jié)束語

　　應用于圖書館的KNX智能照明控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了預先設定的諸多設計要求，完成了館內(nèi)照明的多種控制功能，能夠與消防系統(tǒng)、樓宇門禁系統(tǒng)間實現(xiàn)聯(lián)動控制，照明控制簡潔靈活，易于操作和維護，可擴充性好，在降低館所運營成本的同時提升了管理效率，使圖書館更具智能化特色。