KNX－ibus总线在楼宇自动化控制系统中的应用

姜学斌

（天水诚志科达自动化电气有限公司，甘肃天水741000）

KNX－ibus总线在楼宇自动化控制系统中的应用

姜学斌

（天水诚志科达自动化电气有限公司，甘肃天水741000）

介绍了KNX－ibus总线在楼宇自动化控制系统中的应用设计。主要采用智能建筑控制系统，所有的照明设备、遮光／百叶窗、通风、空调系统通过KNX总线连接一起，组成高效智能的控制系统，可以进行信息交换，实现传感器、智能照明模块等设备的智能联动控制。所有的照明控制设备选用电气智能楼宇产品，从而实现办公楼和车库智能、安全、节能，可靠的系统。

KNX；i－bus；智能楼宇；智能照明系统；智能面板；开关驱动器

1 引言

在现代建筑中，随着各种功能设施的多样化，系统的电气安装、控制线路也日趋复杂。在系统满足强大功能的同时，尽量使安装工作简化，并且能保证系统良好的灵活性和低廉的运行成本，已成为现代建筑电气安装技术的发展趋势。现代建筑必须满足各方面的要求，客户不仅要求新颖的外观设计，同时更要求能在日常运营中实现功能性及经济性。建筑的空间利用要求具有灵活性，以便能适宜不同客户的需求。照明设施和室内环境要求控制方便、能耗降低、运行安全。KNX／EIB能用于住宅和楼宇控制中所有可能的功能／应用，包括照明、多种安全系统的关闭控制、加热、通风、空调、监控、报警、用水控制、能源管理、测量以及家居用具、音响及其它众多功能等。

2 KNX简介

KNX是家居和楼宇控制领域唯一的开放式国际标准，是由欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHSA合并发展而来。该协议以EIB为基础，兼顾了BatiBus和EHSA的物理层规范，并吸收了BatiBus 和EHS中配置模式等优点，提供了家居和楼宇自动化的完全解决方案。

2．1 KNX－ibus系统结构

ABB i－bus智能建筑控制系统（以下简称为i－bus系统）采用KNX总线标准，符合欧洲EN90050，国际ISO／IEC 14543，中国GB／Z 20965智能楼宇控制系统标准，广范应用于建筑电气设备的控制。i－bus系统中受控的负载直接与控制系统的驱动器相连，所有传感器（如：智能面板、移动感应器、光亮传感器）和驱动器（如：开关驱动器、窗帘驱动器）都是通过一种通信介质（如：i－bus总线）相互连接在一起。当一个智能面板的按钮被按下时，它通过通信介质i－bus总线向设定的驱动器以电信号的形式发出一个指令，驱动器收到电信号后经过内置CPU进行信息处理然后再驱动负载，实现相应的功能。这意味着在系统不作任何改动的情况下通过编程可以实现功能的灵活多变。KNX总线结构如图1所示。

图1 KNX总线结构图

2．2 i－bus系统特点

（1）i－bus系统结构是分布式总线结构，系统内传感器和驱动器有独立CPU，相互之间是对等关系。

（2）系统中任何传感器和驱动器的损坏，不会影响到其它无程序关联的系统元件的运行。维修、更换或升级系统内的元件、软件时，系统的其余部分可照常运行，维护保养方便。

（3）系统的控制回路为总线制，结构简单，没有大量总线电缆的敷设和繁杂控制的设计。驱动器及系统元件安装在强电箱内。现场传感器（智能面板、移动感应器等）之间以及与强电箱内设备只需一条i－bus总线进行连接，总线采用 SELV （24V安全低电压）供电方式，安全可靠，操作方便。

（4）i－bus系统采用分层结构，分成支线和区域，一般情况下，可有15条支线经过线路耦合器与干线相连接，组成区域。支线中的信号，经过线路耦合器过滤掉不必要的信号，才能被允许进入干线中，以提高干线通讯的效率。支线之间也可采用IP路由器连接，干线采用局域网的数据传输方式，有效地提高了整个系统的数据交换速率，在局域网内数据的传输速率由网络设备的性能决定。

（5）控制功能的修改方便灵活，只需少量的程序调整，不需要现场重新布线就可以实现。

（6）i－bus总线电缆本身具有屏蔽能力，总线电缆不能接地。

图2 i－bus智能建筑控制系统拓扑图

3 设计与实施

3．1 设计

本文介绍的是KNX－ibus在某办公楼中的应用，其拓扑图如图2所示。

系统由三部分组成，分别是：①智能模块部分（包括调光器、开关驱动器）；②现场控制部分（包括控制面板、液晶显示触摸屏、智能传感器、时钟管理器）；③监控、调试部分（包括ETS调试软件和中央控制计算机）。将上述各种具备独立功能的模块用一根4芯KNX专用通讯总线联接起来组成一个控制网络。

1＃楼和2＃楼系统的配备一样，以下为1＃楼配置情况。

负一层，负一层照明分布在9个配电箱内，设计配置SA／S 8．16．6．1，8回路20A／回路智能照明开关驱动器5台，SA／S 12．16．6．1，12回路20A智能照明开关驱动器4台，6126／01－8X－500，2联4键智能开关面板2块，6131移动感应器8台，共计88个回路。

一楼照明分布在强电间3个配电箱内，设计配置SA／S 12．16．6．1，12回路20A／回路智能照明开关驱动器2台，SA／S 8．16．6．1，8回路20A／回路智能照明开关驱动器2台，6127／01－8X－500，2联4键智能开关面板2块，6131移动感应器6台，共计40回路。

二楼照明分布在强电间3个配电箱内，设计配置SV／S 30．640．5，i－bus640mA电源1台，SA／S 12．16．6．1，12回路20A／回路智能照明开关驱动器2台，SA／S 8．16．6．1，8回路20A／回路智能照明开关驱动器3台，6127／01－8X－500，4联8键智能开关面板4块，6131移动感应器6台，JRA／S 4．230．1．1，4路百叶窗驱动器1台，触摸屏1块，共计48回路。

三，四，五楼照明分布在强电间1个配电箱内，每个楼层设计配置SA／S 12．16．6．1，12回路20A／回路智能照明开关驱动器2台，SA／S 4．16．6．1，4回路20A／回路智能照明开关驱动器1台，4联8键智能开关面板2块，6131移动感应器3台，共计28回路。

中央控制室，分布在强电间1个配电箱内，设计配置SV／S 30．640．5，i－bus640mA电源1台，LK／S 4．2线路耦合器2台，FW／S 8．2．1定时器1台，USB／S 1．1USB接口模块1台。控制室配置中央监控计算机1台。

3．2 智能照明控制系统的控制

3．2．1 公共办公区域的控制

采用智能面板控制方式，在入口处设置智能面板，按键1控制销售部门所有灯光、插座开关；按键2控制销售部门所有空调；按键3控制营销部门全部灯光、插座开关；按键4控制营销部门所有空调等。这样方便了管理，避免了需要巡视及多处开关的不便，节省了人力和物力。

系统自动按照预设的运行时间完成灯光、空调的控制，满足上班、下班深夜巡更等时间段对灯光照度的要求。系统提供时间点、时间段以及周、月、年度特殊节假日定时功能。通过定时功能确保在非正常工作时间内的最小能源消耗。在日常运行模式下还可以分时段来交替开启不同的灯光回路，延长灯具使用寿命，节约灯具的维护成本。

通过人体移动感应控制的方式实现有人开灯，无人延时关灯。节假日期间系统自动将楼层灯光转换为移动感应模式，真正做到有人开灯、无人关灯，并提供安保基本照明。

通过光感应控制方式控制门、窗、公共通道采光较好部位的灯光，真正做到充分利用自然光线，在自然光线照度足够的情况下关闭照明，最大限度节能。

3．2．2 会议室、报告厅的控制

在会议室现场安装智能面板来满足灯光场景控制、温控和遥控功能；会议室中安装人体感应，可做到有人开灯／开空调，无人关灯／关空调，以免忘记造成浪费；通过触摸屏的图形界面可进行各种灯光场景及AV场景控制，如会议场景、演讲场景、休息场景、放映场景等。启用放映场景时，用手轻点面板一下，室内灯光调暗、投影幕布降下、窗帘降下、空调调到指定温度、投影仪开启、功放／DVD开启，一切均在瞬间完成。

3．2．3 车库照明及排风扇控制

地下车库照明的控制采用集中控制、动态感应及定时控制相配合的方式进行智能控制。当车辆进入车库时，动态感应自动启动，车库照明自动打开；至午夜时，定时器可自动将部分照明关闭，只保留部分灯光以保持适当的照度，当光线渐亮至一定照度后，光感自动将剩余的泛光照明关闭。根据车库的日常流量状况，设置高峰期、次高峰和低谷期等时间段。高峰期开启全部车道照明和排气扇，次高峰开启三分之二隔灯照明和部分排气扇，低谷期开启三分之一隔灯照明和少量排气扇；节假日期间单独控制，白天开启二分之一车道灯和排气扇，夜间车流量极小时仅开启三分之一车道灯提供基本照明，以达到节能的效果。同时车库管理员也可通过智能面板进行分区控制，管理灵活，既可本地控制，又可通过控制中心集中控制。

3．3．4 系统的调试

系统调试一般采用KNX标准软件ETS。在软件中为系统中所有元件定义一个名字（物理地址），将不同的元件区分开，然后再根据控制需要，为每个元件指定其如何收／发命令（设置元件参数），及收／发何种命令（组地址）。调试软件中定义的元件物理地址形如：1．1．5，群组地址形如：2／2／35。将项目中所有设备设置好物理地址、程序、参数、群组地址后，通过接口下载给对应的实体设备，即可实现需要的控制功能。执行器可接收多个不同组的地址，因此，多种不同的传感器可同时或交叉控制一组驱动器端口，系统的监控计算机也可通过控制软件对系统发出任一组地址，另外，各设备可选用不同的程序和参数，实现不同的功能，因此系统可实现非常多样化、多功能以及逻辑复杂的控制效果。

3．4 监控管理软件

中控系统监控软件采用Winswitch可视化监控软件，WinSwitch可视化监控软件具有简单的操作界面和功能强大的图形编辑功能。采用标准的图形界面进行操作控制，并可插入jpg图形，如房间、楼层的照片或平面图，使控制更加简易、直观。通过图形编辑器可定义程序的通讯编址。Win－Switch可视化监控软件在数据层采用客户服务的结构模式，安装有WinSwitch可视化监控软件的计算机之间无需加装任何软件，可以相互自动交换信息，如开关／控制命令或状态信息。历史数据可保存为Text格式或Excel格式。WinSwitch可视化监控软件支持OPC标准，作为OPC的客户端可以和一个或多个OPCserver进行通讯。Winswitch是一种智能照明控制上位机管理软件，通过图形化的界面可对办公楼内各个区域的灯光、电动窗、电动窗帘、空调暖通、排水排风及影音等设备进行集中监视和控制、定时控制、场景控制、区域控制及用电优先级控制相结合的方式。

4 结束语

系统投入使用后，通过电量计算，与未使用智能照明系统时相比，节能约30%，达到了设计的要求。i－bus智能照明控制系统相对于传统照明控制系统来说，采用了更加人性化和科学化的设计，提高了建筑的安全性、舒适性、节能性、自动化和智能信息化，给人们提供了更为轻松、满意的生活环境，同时也大量减少管理和维护人员的工作量，降低了管理费用，提高了工作效率及管理水平。在充分满足楼字自动化需要的同时最大限度地节约能源。

［1］ABB KNX培训中心．KNX家居和楼宇控制技术基础上海：ABB上海康桥培训中心，2016．

［2］ABB．i－bus®智能建筑控制系统设计手册．

［3］ABB．智能建筑控制系ABB i－bus®楼宇应用方案．

Application of KNX－ibus bus in building automation control system

JIANG Xue－bin

（Tianshui Chengzhikeda Automation Electrical Co．，Ltd．，Tianshui 741000，China）

The building automation control system based on KNX－ibus bus is designed．The intelligent building control system is adopted．All the lighting devices，shutters，ventilations and air conditioners are connected by the KNX bus，and the efficient and intelligent control system is built，which can complete the information exchange，also can realize the integrated intelligent control of the sensors，the intelligent lighting modules etc．All the lighting control devices adopt ABB electrical intelligent building products，thus the intelligence，safety，energy saving，reliable control of the office building and the garage are realized．

KNX；i－bus；intelligent building；intelligent lighting system；intelligent panel；switching actuators

TP273

B

1005—7277（2016）06—0041—04

姜学斌（1982－），男，甘肃定西人，工程师，毕业于兰州理工大学电气工程及其自动化专业，一直从事自动化控制系统的开发、设计与调试工作。现就职于天水诚志科达自动化电气有限公司。

2016－11－15