浅谈KNX总线技术在图书馆智能照明系统的应用

安科瑞 鲍静君

　　摘要：系统引入KNX总线实现的照明分布式智能控制，在提高馆所照明系统的节能效果、视觉效果和稳定性的基础上，展现了KNX总线部署便捷、扩充性强、可靠性高等自身要求，通过提升照明管理效率，营造了信息时代背景下的智慧化图书馆智能氛围，完成了成本低廉的绿色照明工程的技术革新。

　　关键词：智慧化图书馆；KNX总线

　　智能化图书馆是图书馆的发展趋势，也是数字化时代拓展和深化信息服务功能的发展必然。它是现代信息技术与现代图书馆建筑艺术结合的产物，能够体现科技与文化。智能化图书馆的建筑特征之一就是智能照明系统。KNX总线作为目前国际标准已广泛应用到楼宇自动化应用领域，依托KNX总线能够构建融检测、控制、服务于一体的综合网络，为读者提供高质量的综合服务功能，将促成建筑艺术和信息技术的结合。

　　本文以KNX总线技术作为研究对象，将KNX总线技术应用到图书馆智能照明系统，通过改造传统照明控制方式，建立起了管控有力、布线简洁、可扩展性强、移动性能好、覆盖广、立体化、高可靠、绿色环保、多时段定控的图书馆智能照明系统，在节约电能的同时，以良好的馆所内温度、湿度、亮度等的调控能力为读者提供舒心的学习环境，以实例印证基于KNX总线的图书馆智能照明系统方案的可行性和实用性。

　　1、KNX总线技术在智能照明系统中的应用优势

　　KNX总线标准旨在智能建筑标准实行同一标准与平台下实现多供货商产品连网与信息交换的流畅性表达。KNX总线标准通过KNX总线实现所有连接在KNX介质(包括双绞线、电力线或IP/Ethernet等)上的智能建筑设备之间的信息交换。智能建筑设备时用于控制楼宇管理装置的传感器或执行器。智能建筑设备的通用功能通过统一的系统完成控制、监视和发送信号，不需要额外控制，能够满足多种期望照明参数，满足迥异馆所场地的实际照明效果。

　　KNX在欧洲已成为事实上的标准，KNX标准在物理层可采用所有的通信介质，其扩展帧可以容纳248B数据，能够满足设备间大容量数据传输，其网络拓扑容纳64K个终端设备且无需线路放大器。

　　2、控制要求

　　智能照明系统应该达到以下要求：（1）馆所内区域均采用分布式智能照明控制方式，所有的控制产品都具备较强的健壮性，各自配有微处理器，能够不依赖于其他元件而独立工作，任意独立的控制元件损坏均不会影响整个系统运行。（2）系统需能实现灯光的智能开启和人工控制，以及分散集中控制、远程控制、延时控制、定时控制等多种控制方式。同时，能够与年历时钟系统联动控制，控制方式便捷髙效，运营管理性价比高。（3）照明控制系统在满足馆所各区域使用需求基础上，应充分考虑结合自然光的明暗自动调节照度，达到节能目的。（4）建立运营完成顶层巡检和管理整个系统。可依据需求能够在馆内任意增设监控点，方便管理。监视和管理应属Web结构，方便登录和实行不同权限的操作，便捷实现使用、维护和管理的现代化，降低运营成本。

　　2.1系统实现

　　2.1.1器件安装与组网

　　KNX智能照明系统在图书馆项目中的所有控制单元均采用模数化产品，采用标准35mm导轨安装方式，与微型断路器一起安装在强电照明箱内。现场配置多功能控制面板，各面板间只需一根KNX总线进行连接，采用DC29V低电压工作方式，可靠性高。

　　系统的组网采用支/干线模式，其中的支线连接由KNX控制总线完成，干线连接依托馆所现有局域网实现，该局域网连通馆内全部控制器，不用另行敷设电缆和重复定义系统管控方式。依托KNX/IP网关优势就能够方便地实现将本系统接入校园主干网，实现远程的服务器连网。智能照明控制系统网络架构如图1所示。

2.1.2应用特性设计

　　(1）对于连续8h工作的书库、特藏书库，不采取定时控制或现场控制模式，而采用中控计算机监控模式，中控通常设定为监视而不控制。(2）借还书处的工作规律是以8h为主， 定时上下班，因此，采取定时控制、现场控制结合方式，由中控计算机监控。(3）休闲区域则采取场景控制及场景记忆功能，实行不同场景的照明控制，产生各种灯光效果及照度环境，给人以舒心的视觉环境。(4）采取定时控制及光亮度感应结合，保证电梯间、楼层通道等区域的灯光在有人期间定时开启，无人期间定时关闭，达到节能、便于管理的目的。 (5）中控计算机安装可视化控制软件，实时巡检各区域照明状况，完成直接中控指令实行多种操控策略。

　　2.2多样化操控手段

　　(1）本地控制。各个受控区域设置KNX（使能界面，依据需求配置KNX使能界面键位即可完成馆所的照明效果实现。(2）时间控制。预装万年历模块，依据四季不同光照特性及常规作息时间定时开关闭灯光。(3)照度控制。在充分利用自然光的基础上实行照明自动化。亮度感应器遍布各区域，通过智能控制算法实现流程定义亮度参数。当获取的自然光亮度值高于预订阂值时，将调暗或关闭灯具亮度；反之，则调亮或开启灯具亮度；当自然光亮度值在预订闽值邻域附近时，照明设备则在延时后进行亮度调节，减少过多的照明设备开启与闭合；当然光亮度值与系统预存亮度级别相同或偏低时．不做调光控制。(4）集中控制。在中控计算机安装可视化控制软件， 图形化管理、监察、操控所有站坪区域受控的照明设备，实现全馆各区域集中统一控制。

　　系统采用分布式的集散控制系统，实行集中监控、分区控制、分级管理的管理机制。上述操控手段可以采取独立、配合方式，也可以采取人工控制或智能方式；能够实行本地控制， 还可以集中控制，多种方式均可实现节能，管理便捷又降低运营费用。

　　2.3传感器

　　传感器主要有采集自然光照度的光敏电阻GL4516，用于检测人体移动目标的热释红外探头LH1787，用于采集环境温度的温度传感器DSI8B2O等。热释电传感器和光照传感器分别探测馆内是否有人员以及光照亮度高低。当热释电传感器检测到无人员时，关闭照明灯具：当光照传感器测得光线亮度较高，则调低灯具亮度：当光照传感器测得光线较低，则调高灯具亮度。

　　2.4智能控制算法

　　采用日光补偿的照明控制智能实现是实施控制的重要任务，照明控制的节能效果是系统成败的关键标志。通常，人们在使用室内照明时，一般遵循天黑开灯，天亮关灯的习惯，开灯后将长时间保持某个亮度级别不变，不会轻易实行手动调光。当室内照明质量不佳时，只能通过多开照明灯具补光，即实行手动调光，操作不灵活，节能效果也因人而异，或许还很不明显．采用基于日光补偿的智能控制算法，能够充分利用日光资源，而将人工照明亮度级别随室内采光情况自动调节， 使得室内工作平面处于被普遍推荐的照度标准线上。同时，由于人眼对于光环境亮度具有一定的适应范围，基于这个大前提，调光算法的亮度调节不需要特别准确，所以采用一个简化的调光算法要符合以下需求：

　　(1）随着户外自然光照强度的上升：户内人工照明灯具的亮度将随之降低，反之，户外自然光强度下降，户内照明灯具的亮度将升高。(2）根据太阳位置以及东升西落的特点对不同朝向的窗边照明的影响，人工室内照明要做不同权重的亮度调节。（3）户内人工照明实行梯级调光，即根据灯具与较近窗户的距离不同而采用不同权重的调光。目前采用靠窗与不靠窗两级策略。(4）户内灯具根据灯具类型分为可调光和不可调光两类，前者实行8级调光，亮度等级随自然光照明的变化改变。 不可调光只有开／关两种功能，当自然光照明低于某阂值时， 则自动开启．

　　智能控制算法结构如图2所示。

3、安科瑞智能照明控制系统介绍

　　3.1系统简介

　　Acrel-BUS智能照明控制系统，是基于KNX总线技术设计的控制系统。KNX总线技术起源于欧洲，是在EIB，Batibus和EHS这三种住宅和楼宇的总线控制技术上发展起来的，其中EIB（EuropeanInstallationBus,欧洲安装总线）是该总线技术的主体。

　　Acrel-BUS智能照明控制系统采用标准的2*2*0.8EIBBUS总线（即KNX总线）作为总线线缆，将所有的智能照明控制模块连接到一起并组成一套完整的控制系统，既可实现照明灯具的远程集中控制，又可实现就近控制功能。该系统理论连接控制模块数量达580000多个。

　　安科瑞智能照明产品种类齐全，方案完善。用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能控制，特别适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明系统。

　　3.2系统工作原理示意图（见图2）

3.3产品选型

　　3.3.1开关驱动器

3.3.2调光驱动器

3.3.3可控硅调光模块

3.3.4传感器

3.3.5总线电源

3.3.6智能面板

3.3.7干接点、湿接点输入模块

3.4系统功能

　　1）光照度（需要配照度传感器）监测，对利用自然光照明区域，根据自然光照度变化，进行照明控制和调节，满足照明和节能要求；

　　2）公共区域、走廊、通道、门厅、电梯厅等的照明，应设置红外或微波类人体感应器，并结合智能控制面板，实现各种场景照明控制，尽可能较少灯具点亮时间；

　　3）楼梯间照明采用人体感应探测控制；

　　4）设备房、设备房走道采用分组就地控制；

　　5）室外路灯、景观等照明采用光照度控制结合时控的集中控制方式；

　　6）监控系统界面友好，画面美观,实时显示各区照明工作状态；

　　7）应具有完善的用户权限管理功能，避免越权操作；

　　3.5系统的控制优势

　　1）系统可通过、触摸屏、电脑对现场的灯光、空调及窗帘等进行远程集中控制，使得控制更加方便智能，用户体验更舒服；

　　2）系统中控制模块均工作在直流30V可靠电压下，用户操作更加可靠、舒服；

　　3）系统在实施过程中，充分结合自然光及人员的活动规律来自动控制灯光，减少能源消耗，达到很好的节能效果；

　　4）系统采用分布分布式KNX总线结构，搭建简单灵活，系统内各模块互不影响，可独立工作，可靠性更高；

　　5)多种控制方式可供选择，如本地控制，自动感应控制，定时控制，场景控制和集中控制等，控制方式更灵活；

　　6)系统的自动控制、远程集中控制等功能，在实现自动化的同时，大量减少了值班人员，提高了管理水平和工作效果；

　　7)升级系统内控制模块或更改系统功能时，无需增加连接线，不需关闭整个系统，只需更改设备参数即可实现，维护方便，操作简单；

　　8)系统可与消防系统联动，在出现消防报警时，强制打开应急回路，方便人员疏散，从而降低了人员伤亡的风险，提高了建筑的可靠性。

　　3.6安科瑞组网方案

　　智能照明控制系统组网方式灵活，扩展方便，当系统模块数量较少、距离较近、范围较小时，各设备以树形枝状延伸，构成支路系统智能照明控制系统；当系统模块数量较多、距离较远、范围较大时，用支线耦合器组成多条支路，构成区域智能照明控制系统；当系统模块数量很多、距离很远、范围很大时，用支线耦合器、区域耦合器等构成楼群智能照明控制系统。（见图）

4、结束语

　　应用于图书馆的KNX智能照明控制系统，实现了预先设定的诸多设计要求，完成了馆内照明的多种控制功能，能够与消防系统、楼宇门禁系统间实现联动控制，照明控制简洁灵活，易于操作和维护，可扩充性好，在降低馆所运营成本的同时提升了管理效率，使图书馆更具智能化特色。