KNX总线在智能家居场景控制系统中的应用--以智能照明系统为例

李 信

(江苏省盐城技师学院 电气工程学院,江苏 盐城 224002)

KNX总线系统可由不同厂家设计,使用TP、PL、RF、IP等多种通信介质,具有A、E、S等多种系统配置模式,适配多种系统。利用KNX总线系统可对现代家居及楼宇智能调光灯系统、智能遮光/百叶窗系统、智能保安系统、智能能源管理、智能供暖、智能家居场景控制系统(如工作模式、会议模式、安防模式、休闲模式、影院模式、游戏模式、睡眠模式、离家模式)等进行控制。本研究采用国产KNX总线系统,使用调光模块、电源模块、数据通信模块、按键智能面板、调光灯等模块,实现办公-影院场景中照明系统的智能控制。

1 智能照明电气控制系统的特点、功能及各模块器件

1.1 控制系统的特点

KNX楼宇智能控制适合于小型建筑(如私人住宅),还适用于各种复杂功能建筑(如高级宾馆、现代银行、智能办公大楼、现代体育及娱乐场馆等),可根据活动类型启用会议厅、戏剧院、客厅等不同照明方案,用户可随时对其进行调整,修改照明布局无需重新布线,降低了投资成本。利用KNX时间控制功能实现灯光自动控制,通过调节调光模块,结合开关执行器的参数设置,使灯光亮度实现自动调节。传统的灯光控制(图1)与智能灯光控制(图2)的区别如下所示。

图1 传统灯光控制Fig.1 Traditional light control

图2 智能灯光控制Fig.2 Intelligent lighting control

1.2 控制系统的功能

办公-影院场景控制中包含调光、窗帘等多个负载的智能控制,主要围绕场景控制中的灯光控制进行分析,要求如下:

影院模式:按下按键智能面板(图3)左上按键,实现调光灯组(图4)(L1、L2、L3)的调亮(从0%～100%)。按下按键智能面板右上按键,实现调光灯组(L1、L2、L3)的调暗(从100%～0%)。

图3 按键智能面板 M/P03.2Fig.3 Key intelligent panel M/P03.2

图4 调光灯组(L1、L2、L3)Fig.4 Dimming light set(L1、L2、L3)

办公模式:按下按键智能面板左中按键,实现调光灯组(L1、L2、L3)的打开。按下按键智能面板右中按键,实现调光灯组(L1、L2、L3)的关闭。

1.3 模块器件

除了控制功能中用到的按键智能面板和调光灯以外,还需用到单相断路器、电源模块(型号:M/P960.1)、调光模块、数据通信模块(型号:M/USB.1)等。

1.4 数据库及编程软件

采用该公司的HDL数据库(栋梁设备)2018.3(1).knxprod,选用调光模块(调光执行器):HDL M/D02.1【V1.2】和按键传感器(开关模块):HDL M/P03.2【V1.2】。采用ETS5编程软件。

2 控制系统的接线

电气接线:电源为220 V交流电,电源和调光执行器模块需要单相220 V交流电,调光灯L1的一端接零线,一端需接在调光模块的A通道输出。

通信接线:电源模块、USB接口单元、调光执行器、按键传感器都需30 V 的KNX通信线并联。接线如图5所示。

图5 接线Fig.5 Connection

3 ETS5编程步骤、存在的问题及解决方法

双击打开ETS5软件,将编程软件设置成中文。单击工具栏中的Settings,单击Language----中文,将软件ETS Languagea或首选产品Preferred product Languagea设置成中文。

1)选择并测试USB数据通信线。单击“总线”,选择接口数据线,单击“选择”,再单击“测试”,显示OK[如出现以下警告,总线连接线USB:USB Interface (MDRC)无法创建,读取MProp错误,无法创建总线连接器,提示数据线接口被占据等问题,说明数据线有问题或USB接口的通信线接触不良导致通信出现问题,可更换数据线]。

2)创建新项目,命名为lixin。单击“总缆”,单击“+”,选择“拓补”和“三阶”。将“建筑”改为“拓补”。KNX总线控制系统采用分域(area)、分区和线路(line)三级分层结构,使用总线电缆TP1(1类双绞线)作为通信介质时,线路与线路之间的连接通过线耦合器来实现,分域之间的相互关联则通过主干路由器来实现。

3)新建分区与新建支线。

4)单击添加设备(在拓补下方添加需要的器件)。

5)导入设备,打开,导入所有数据库的产品[HDL M/D02.1【V1.2】和按键传感器(开关模块):HDL M/P03.2【V1.2】]。

选择调光模块和按键模块,双击两个模块。导入器件时,如果设备太多,想精确添加,节省时间,可把云端去掉,单击云朵按钮即可。

右键单击所用模块,选择卸载地址和应用,将模块中的地址和程序删除,防止出现个人地址混乱或模块之间抢地址等情况,清空各模块。如出现不能卸载的情况,则为地址混乱,如图6所示,可将设备更换为器件的个人地址(单击设备,在窗口右边修改地址),如图7所示。

图6 地址错误Fig.6 Address error

重新选择各个设备,右键单击,选择下载每个模块的个人地址将电脑添加的设备与实际设备对应起来,下载时会出现按编程按钮,如图8所示。

调光模块的编程按钮在下方,黑按钮。按键传感器的编程按钮是“左一”和“右三”两个按钮同时按,如出现编程按钮无效,有可能是按键被锁屏,断电可解决这类问题。

组建三阶的群组地址。单击左下角的产品目录,选择“群组地址”。添加“主群组”(计数为1),添加“中间组”(计数为1),添加“群组地址”(计数为2)。可将工作区设置为垂直分布。

各模块参数设置如下:按键模块的参数设置。将每个通道的按键分开(左右键独立),单击按键模块1.1.3M/P03.2,Rocker A,Rocker A work mode,independent button mode(独立按键)。Rock A 参数设置:实现控制功能,按下左一按键,调亮。实现控制功能,按下右一按键,调暗。Rock B 参数设置:实现控制功能,按下左二按键,开灯。实现控制功能,按下右二按键,关灯。调光模块的参数设置。设置调光模块A通道调亮、调暗的时间。将4个按键的“组对象”与所建立的“新群组地址”进行连接(拖入时注意每一个组对象的长度,只有同一长度的才能连接在一起。如Rocker A left long Dimming 新建群组地址 4bit 和Rocker A right long Dimming 4bit ,否则不能连接。将调光模块的“组对象”与所建立的“新群组地址”进行连接,如图9所示)。

图9 连接组地址Fig.9 Link group address

6)下载应用(或部分下载)。

4 设计特点

集成性。系统的集成能力是智能家居的核心,通过总线系统能够将灯光、家庭影院系统、遮阳系统、窗帘系统、HVAC暖通空调系统、安全防护系统、中央背景音乐系统等融合起来。

节能性。根据活动类型启用会议厅、戏剧院及客厅的不同照明方案,用户可随时对其进行调整。例如,在行政楼每一侧安装一个亮度传感器对照明进行不间断控制,可节约75%的照明能源。

互操性。基于KNX总线协议的开放与兼容性,通信方式使总线设备间具有互操性,可实现一对多接收数据通信和一对一的发送指令通信功能,支持众多制造商丰富的成品组件,各模块可使用同一厂家或不同厂家生产的产品。

灵活性。智能照明系统电气控制调整简便,可满足用户不同需求,只需对程序或各模块进行调整,具有灵活性。KNX设施可适应用户环境的变化,目前可使用1类双绞线(TP1)、无线电(KNX射频传输介质)、以太网(KNX IP)等方案,均可部署KNX,借助合适的网关在其他介质(如光纤)上传输KNX报文。

总之,KNX总线控制系统是智能家居控制领域的国际标准,而且是唯一的,在经历过市场的考验之后,特别是国内KNX厂商(如河东)积极开发调光模块、百叶窗模块、电源模块等匹配且性价比更高的KNX设备产品,推动了智能家居产业在中国的应用及快速发展。本文采用KNX总线系统进行智能照明系统的电气控制,既能实现不同功能,不同控制要求的照明,又能灵活地适应客户和场所的需求。