趙立瓊

（湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 莆田 351254）

基于EIB總線的圖書(shū)館智能照明控制

趙立瓊

（湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 莆田 351254）

EIB總線作為樓宇家居自動(dòng)化控制技術(shù)的主流，具有適應(yīng)性好、功能強(qiáng)大與可靠性高等多方面優(yōu)點(diǎn)，能很好地滿足定時(shí)、合成照度、人體檢測(cè)和手控等不同的照明控制需求。通過(guò)智能化的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了樓宇的舒適照明和節(jié)能照明兩大目標(biāo)，克服傳統(tǒng)照明解決不了的問(wèn)題。

智能照明；EIB總線技術(shù)；自動(dòng)控制；節(jié)能

1 引言

樓宇照明系統(tǒng)是樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）的重要組成部分，它為人們的工作、學(xué)習(xí)和生活提供了一個(gè)舒適的照明環(huán)境。但隨著節(jié)能減排、低碳環(huán)保理念的深入人心，對(duì)樓宇照明系統(tǒng)的任務(wù)也提出了更高要求，不僅要達(dá)到舒適照明，還要實(shí)現(xiàn)節(jié)能照明。近年來(lái)國(guó)內(nèi)智能樓宇的逐漸興起，自動(dòng)控制等技術(shù)被應(yīng)用于樓宇建設(shè)中，使原本傳統(tǒng)單一的建筑有了一些智能可控的元素。同時(shí)，這也給照明系統(tǒng)順利完成兩大任務(wù)帶來(lái)了可能性。

2 樓宇照明系統(tǒng)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(shí)控制：即按既定的作息時(shí)間表控制照明時(shí)間，能滿足不同時(shí)段的照明需求。需事先制定作息時(shí)間表，控制方式容易實(shí)現(xiàn)。但如突遇天氣變化，臨時(shí)加班等情況則靈活性較差，且不能較好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.區(qū)域控制：以區(qū)域劃分來(lái)實(shí)現(xiàn)差異照明，不同區(qū)域?qū)嵤┎煌恼彰骺刂?。如辦公室與公共區(qū)（走廊、樓梯、衛(wèi)生間）就有不同的照明需要。

3.室內(nèi)檢測(cè)控制：通過(guò)移動(dòng)探測(cè)傳感器、紅外傳感器、照度傳感器等檢測(cè)設(shè)備作為照明控制的觸發(fā)裝置。例如當(dāng)檢測(cè)到人體發(fā)出的紅外輻射，或是有人物移動(dòng)時(shí)則開(kāi)啟照明。當(dāng)自然光線較強(qiáng)時(shí)，降低人工照明亮度，自然光線較弱時(shí)，則加強(qiáng)人工照明亮度。

總之，要實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的照明，在舒適的基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)能，是一項(xiàng)較為復(fù)雜的任務(wù)。因此必須要借助一些技術(shù)手段來(lái)較好地實(shí)現(xiàn)照明控制。

3 EIB總線技術(shù)

EIB總線技術(shù)是引自歐洲的現(xiàn)場(chǎng)總線安裝規(guī)范，是目前在電氣布線領(lǐng)域應(yīng)用最廣的一種產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，

常被用于樓宇、家居的自動(dòng)化安裝，具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。

3.1 適應(yīng)性好

EIB總線可支持雙絞線、電力線、無(wú)線電和紅外線四種介質(zhì)［1］?？梢院芎玫貪M足不同安裝場(chǎng)合的需求，有很強(qiáng)的適應(yīng)性。例如電力線可用于對(duì)舊建筑的改建，無(wú)線電和紅外線用于難以敷線的場(chǎng)合。而雙絞線則是目前應(yīng)用最廣泛的介質(zhì)。

3.2 功能強(qiáng)大

EIB總線網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活，控制系統(tǒng)可大可小，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)容量驚人。以域、區(qū)、線為單位，通過(guò)區(qū)耦合器和線耦合器的連接可形成掛接設(shè)備達(dá)15*15*64=14400個(gè)的大型網(wǎng)絡(luò)［1］。目前，已研制出4000多種EIB功能元件，可分為傳感器，執(zhí)行器和系統(tǒng)附件三大類，它們的出現(xiàn)使得EIB幾乎覆蓋了建筑電氣控制的所有功能。并且，通過(guò)RS232接口與計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心相連，在專用軟件ETS的編程下，EIB系統(tǒng)元件還能以組地址的方式相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變的全局控制。

3.3 可靠性高

EIB總線上各元件設(shè)備的控制信號(hào)具有很大的隨機(jī)性，時(shí)有時(shí)無(wú)，或相繼發(fā)出信號(hào)，或同時(shí)發(fā)出信號(hào)。由于總線上各元件配備了唯一的物理地址，就保證了信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。同時(shí)，EIB采用了CSMA/CA（具有避免沖突的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)）技術(shù)，避免了信號(hào)丟失和沖突的現(xiàn)象，進(jìn)一步提高了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量［2］。因各元件還配有內(nèi)置的微處理器和存儲(chǔ)器能獨(dú)立工作，任何一個(gè)元件的故障都不會(huì)影響系統(tǒng)其它部分的正常運(yùn)行，可靠性高。

4 樓宇的照明控制設(shè)計(jì)

以某校圖書(shū)館照明系統(tǒng)為例，應(yīng)用EIB總線技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)分散管理，集中控制的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖書(shū)館內(nèi)部功能區(qū)可分為學(xué)生自習(xí)室、圖書(shū)借閱庫(kù)，辦公室、多功能報(bào)告廳以及公共區(qū)（走廊、樓梯、衛(wèi)生間）5部分。

4.1 圖書(shū)館照明區(qū)域控制需求分析和設(shè)計(jì)

1.學(xué)生自習(xí)室、圖書(shū)借閱庫(kù)：主要提供給學(xué)生在課余時(shí)間自習(xí)或是借閱圖書(shū)使用，使用時(shí)間為8：00-21：00。鑒于人員活動(dòng)較為頻繁，使用率高，常采用定時(shí)控制方式。但如只單純依靠定時(shí)開(kāi)關(guān)勢(shì)必會(huì)造成浪費(fèi)。例如在白天自然光線強(qiáng)時(shí)卻仍然開(kāi)啟全部照明，則顯得不太合理。在此可考慮定時(shí)開(kāi)關(guān)與合成照度控制結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)照明。一般辦公室內(nèi)人體舒適的照度值為300lux，可以此值作為照度控制的參考值。以定時(shí)開(kāi)關(guān)為控制先行條件，再檢測(cè)實(shí)際自然光照度，按照“自然光照度+人工照度=300lux”的條件來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)人工燈源的照度及輸出功率［3，4］。

2.辦公室：包括館長(zhǎng)辦公室、采編室等。由于此區(qū)域?yàn)閭€(gè)人活動(dòng)空間，人員進(jìn)出頻率較低，所以可采用紅外或移動(dòng)探測(cè)器作為燈控開(kāi)關(guān)。當(dāng)人員進(jìn)入時(shí)照明開(kāi)啟，離開(kāi)時(shí)則延時(shí)關(guān)閉。同時(shí)配備合成照度控制，只有當(dāng)人員進(jìn)入且照度不足300lux的情況下照明開(kāi)啟，并同樣以自然光強(qiáng)度值來(lái)動(dòng)態(tài)控制人工照明的輸出量。且因?qū)儆趥€(gè)人辦公場(chǎng)所，活動(dòng)自由度大，還需配備照明獨(dú)立手控開(kāi)關(guān)，以手動(dòng)方式強(qiáng)開(kāi)或強(qiáng)關(guān)照明。

3.多功能報(bào)告廳：是用于學(xué)術(shù)會(huì)議、講座、演講、報(bào)告和頒獎(jiǎng)禮的多功能廳。除了活動(dòng)時(shí)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(bào)告中使用投影時(shí)，舞臺(tái)燈光可能要減弱，而在頒獎(jiǎng)禮時(shí)，則需加強(qiáng)舞臺(tái)燈光等等。此時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置多種燈光模式。如模式A：舞臺(tái)燈光減弱；模式B：舞臺(tái)燈光加強(qiáng)；模式C：會(huì)場(chǎng)燈光減弱；模式D：會(huì)場(chǎng)燈光全滅，等等?；?qū)⒍喾N模式相互組合，使用時(shí)通

過(guò)手控開(kāi)關(guān)自由選擇。

4.公共區(qū)：包括走廊、樓梯、衛(wèi)生間等。由于此類區(qū)域只需提供夜間可視光線，因此采用定時(shí)控制即可，在17：00-21：00開(kāi)啟照明。另外，還需安裝夜間長(zhǎng)明燈，開(kāi)啟時(shí)間則在21：00-7：00。并隨冬夏季節(jié)的更替，延長(zhǎng)或縮短照明時(shí)間。

最后，當(dāng)圖書(shū)館閉館時(shí)，除辦公室區(qū)域外其它照明定時(shí)關(guān)閉，長(zhǎng)明燈開(kāi)啟。而當(dāng)?shù)?4：00時(shí)，館內(nèi)燈光除長(zhǎng)明燈外全部關(guān)閉。同時(shí)通過(guò)EIB總線控制不同組長(zhǎng)明燈輪流開(kāi)啟，以延長(zhǎng)使用壽命［5］。

4.2 圖書(shū)館EIB總線智能照明設(shè)計(jì)

4.2.1 圖書(shū)館EIB智能照明布線

EIB總線以域、區(qū)、線為單位，一個(gè)域有15個(gè)區(qū)，一個(gè)區(qū)有15條線，一個(gè)區(qū)下最多可連接64個(gè)元件設(shè)備［1］。此時(shí)可將有相同控制要求的區(qū)域照明劃分為一個(gè)區(qū)，如公共區(qū)中的走廊、樓梯、衛(wèi)生間和長(zhǎng)明燈，都是以定時(shí)方式來(lái)控制，見(jiàn)圖1、圖2。而對(duì)自習(xí)室/借閱室、辦公室和多功能報(bào)告廳而言，它們因需要加上人體檢測(cè)、合成照度控制以及手控開(kāi)關(guān)功能，所以在線路連接時(shí)便會(huì)增加相應(yīng)的傳感設(shè)備與控制開(kāi)關(guān)。當(dāng)一個(gè)EIB區(qū)容納不下同一區(qū)域所有設(shè)備時(shí)，可相應(yīng)增加EIB區(qū)的使用數(shù)量，直到滿足為止。

圖1 圖書(shū)館EIB智能照明布線

圖2 圖書(shū)館EIB智能照明總線連接設(shè)計(jì)

在此以辦公室為例，應(yīng)用系統(tǒng)控制軟件ETS3，選擇相關(guān)設(shè)備進(jìn)行總線連接。元件包括LK/S4.1線路耦合器，SV/S30.640電源供應(yīng)器，SW/S4.5定時(shí)控制器，6124四鍵帶顯示智能控制面板，6131移動(dòng)探測(cè)器，6197調(diào)光控制器，SA/S8.10.1開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)配置唯一的物理地址，進(jìn)行總線連接。如圖3所示：

圖3 圖書(shū)館EIB智能照明總線連接（辦公室）

4.2.2 圖書(shū)館EIB智能照明控制軟件設(shè)計(jì)

在ETS3的編程下，圖書(shū)館EIB智能照明控制可實(shí)現(xiàn)定時(shí)、紅外/移動(dòng)、調(diào)光、手動(dòng)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(bào)告廳中如以手控方式選擇了某種照明模式，如模式A：舞臺(tái)燈光減弱，則后續(xù)控制將繼續(xù)對(duì)會(huì)場(chǎng)照明有效；如模式C：會(huì)場(chǎng)燈光減弱，后續(xù)控制將只對(duì)舞臺(tái)照明有效；如同時(shí)對(duì)舞臺(tái)和會(huì)場(chǎng)照明都進(jìn)行了手動(dòng)控制，后續(xù)控制將無(wú)效。

圖4 圖書(shū)館EIB智能照明軟件設(shè)計(jì)

5 EIB總線照明控制的優(yōu)勢(shì)

5.1 傳統(tǒng)照明的特點(diǎn)

（1）一般是依靠機(jī)械開(kāi)關(guān)進(jìn)行簡(jiǎn)單的手動(dòng)控制，管理不靈活，不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制，人員工作量較大，同時(shí)也易造成浪費(fèi)，節(jié)能效果不佳。

（2）需安裝較多控制開(kāi)關(guān)。由于控制開(kāi)關(guān)處于負(fù)載回路，當(dāng)遠(yuǎn)距離控制時(shí)，電纜和布線量大。且隨著負(fù)

載的增大，開(kāi)關(guān)容量也要增大［6］。

5.2 EIB照明控制的特點(diǎn)

（1）集中管理模式降低了人員工作量，通過(guò)修改控制指令能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。結(jié)合傳感器應(yīng)用不僅能有多種控制模式，還能讓控制更為精準(zhǔn)，減少能源浪費(fèi)。

（2）所有的輸出設(shè)備安裝在一條總線上，布線量少，即便遠(yuǎn)距離控制，也只需增加總線長(zhǎng)度。負(fù)載容量增大時(shí)，只需加大輸出單元容量，而與控制開(kāi)關(guān)無(wú)關(guān)。

總之，實(shí)踐證明，EIB照明控制系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢(shì)。以EIB總線技術(shù)設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)不僅節(jié)約了大量的人力物力，還便于管理，能夠?qū)崿F(xiàn)多種控制需求，是樓宇照明智能化的優(yōu)良選擇。

［1］任占強(qiáng)．建筑工程智能照明控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用（電子版）［J］．城市建設(shè)理論研究，2014（1）．16-22．

［2］林昕．EIB總線在智能照明中的控制策略［J］．現(xiàn)代建筑電氣，2011（2）：24-28．

［3］王曉會(huì)．EIB_KNX系統(tǒng)簡(jiǎn)介及在辦公樓中的應(yīng)用［J］．建筑設(shè)計(jì)管理，2010（3）：43-45．

［4］余亞青．基于EIB總線的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］．西安：西安建筑科技大學(xué)，2009．

［5］左瑩郁，齊飛．EIB應(yīng)用于智能照明控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)［J］．吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（8）：74-77．

［6］曾珞亞，萬(wàn)頻．EIB智能照明控制系統(tǒng)在校園中的應(yīng)用［J］．現(xiàn)代建筑電氣，2010（3）：20-23．

Library Intelligent Lighting Control Based on EIB Bus

ZHAO Li-qiong

（Meizhouwan Vocational Technology College,Putian 351254,China）

The EIB bus as the main building Home Furnishing automation control technology,has advantages of a good adaptability,strong function and high reliability.It can well satisfy the timing,synthetic illumination,human detection and control of different lighting control requirements.It also achieves two goals of building comfortable lighting and energy-saving lighting through the intelligent control,and overcomes the problems which traditional lighting can not solve,

intelligent lighting;EIB bus technology;automatic control;energy saving

10.13853/j.cnki.issn.1672-3708.2014.03.011

2014-03-21；

2014-05-14

趙立瓊（1983— ），女，福建南平人，講師，碩士，從事電子與智能樓宇技術(shù)研究。