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KNX總線在深圳地鐵9號線智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用

更新時間：2020-07-09　點擊次數(shù)： 1447次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 201801

摘要：地鐵車站運營過程中電能消耗主要為照明和空調(diào)，在現(xiàn)階段節(jié)能減排的大趨勢下，照明節(jié)能主要方式包括采用LED照明裝置、化照明設(shè)計和控制等。智能照明控制系統(tǒng)作為個新型控制系統(tǒng)，可對車站的照明設(shè)施進行有效控制，在地鐵行業(yè)擁有良好的應(yīng)用前景。現(xiàn)以深圳地鐵9號線KNX總線智能照明控制系統(tǒng)為實例，對其設(shè)置原則及應(yīng)用勢進行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：地鐵；KNX總線；智能照明；調(diào)光方式；節(jié)能效果

1.概況

KNX總線協(xié)議以EIB總線為基礎(chǔ)，同時滿足EHSA、BatiBus的物理層規(guī)范，擁有EHSA、BatiBus中配置模式的點，該系統(tǒng)可將所有元器件通過條總線連接起來，單個元器件均可獨立運行，同時又可通過智能主機對各元器件進行集中監(jiān)視和控制。各元器件在寫入程序后即可獨立工作，可根據(jù)需要對其進行組合，從而在不增加元器件的情況下靈活擴展功能。

深圳地鐵9號線全線車站采用ABB i-BUS智能照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 KNX總線標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)特點如下：

（1）系統(tǒng)采用分布式總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)模塊、調(diào)光模塊、傳感器設(shè)有獨立CPU，各元件之間為對等關(guān)系。

（2）單個元件損壞不會影響到其他無程序關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)元件的運行，更換、維修系統(tǒng)內(nèi)的元件或升級軟件時，系統(tǒng)的其余部分可照常運行，維護保養(yǎng)方便。

（3）系統(tǒng)擁有良好的擴展性，將需增加的元件直接掛接在總線上，即可實現(xiàn)功能或回路的擴展。

（4）開關(guān)驅(qū)動器具有電流檢測功能，可以監(jiān)視回路電氣設(shè)備運行是否正常，并反饋故障信息至智能主機。

（5）各系統(tǒng)元件均有獨立的CPU及地址，可通過巡檢功能監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)元件運行是否正常，如總線或元件出現(xiàn)故障、斷線，可及時反饋給智能主機。

2.深圳地鐵9號線智能照明控制系統(tǒng)設(shè)置原則

深圳地鐵9號線全線車站將站廳站臺公共區(qū)、出入口照明、飛頂照明、導(dǎo)向照明、廣告照明、區(qū)間照明納入智能照明系統(tǒng)控制；設(shè)備區(qū)照明考慮有人值守未納入智能照明系統(tǒng)控制，由工作人員根據(jù)需要通過就地的翹板開關(guān)控制。

車站站廳站臺公共區(qū)及出入口采用DALI調(diào)光模塊進行調(diào)光，導(dǎo)向照明、廣告照明、區(qū)間照明采用開關(guān)模塊進行控制啟停。

標(biāo)準(zhǔn)車站智能照明控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

2.1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由主機、網(wǎng)關(guān)、線路耦合器、開關(guān)模塊、DALI調(diào)光模塊、觸摸屏、開關(guān)面板、電源供給模塊等組成。智能照明系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)接口采用Modbus-RTU通訊協(xié)議，網(wǎng)關(guān)至綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通訊線纜由綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供。智能開關(guān)模塊安裝在相對應(yīng)的照明配電箱內(nèi)，調(diào)光模塊及其他系統(tǒng)模塊安裝在的智能照明控制箱內(nèi)。所有模塊及系統(tǒng)元件均為模塊化產(chǎn)品，采用標(biāo)準(zhǔn)35 mm丁導(dǎo)軌安裝方式。

2.2 調(diào)光及開關(guān)控制

DALI調(diào)光模塊至燈具間采用2芯屏蔽控制線2×1mm2，控制線和燈具的電源線分開穿管敷設(shè)。每個調(diào)光模塊所能控制的燈具數(shù)量不超過 64個，標(biāo)準(zhǔn)車站設(shè)置調(diào)光模塊數(shù)量為12～15個，換乘站設(shè)置調(diào)光模塊數(shù)量約25個，如個別車站因個在車站A、B端的出入口飛頂安裝光亮傳感器，光亮傳感器通過總線連接至DALI調(diào)光模塊，可根據(jù)室外照度控制飛頂燈具啟停，實現(xiàn)自動控制、有效節(jié)能。

開關(guān)驅(qū)動器直接設(shè)置于照明配電箱饋線側(cè)，導(dǎo)向和區(qū)間照明回路驅(qū)動器容量為16A，廣告照明回路驅(qū)動器容量為20 A。智能開關(guān)驅(qū)動器具有手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，便于線路檢修。開關(guān)驅(qū)動器具有分組及延時開燈功能，能防止燈具集中啟動時產(chǎn)生浪涌電流。

2.3 可視化觸摸屏集中監(jiān)控

可視化觸摸屏通過采用AutoCAD支持的DXF圖形作為背景界面，將車站所有的燈具及其控制回路按照設(shè)計施工藍圖顯示于屏幕上，進行可視化監(jiān)控，各燈具的實時運行狀態(tài)和故障信號直接顯示于屏幕上，便于運營觀察。通過點擊觸摸屏上各回路的開關(guān)符號，即可對相應(yīng)區(qū)域的燈具進行控制。觸摸屏上可任意設(shè)定時間控制回路。如觸摸屏出現(xiàn)故障掉線，可自動嘗試重新連接總線，連接成功后自動恢復(fù)監(jiān)控。

2.4 控制模式

地鐵運營根據(jù)需要可將所控區(qū)域的燈具或其他設(shè)備等預(yù)先設(shè)定為各種模式。可通過就地面板、時鐘設(shè)定、智能照明主機等控制。設(shè)置于車站控制室內(nèi)的智能照明主機可對車站智能照明系統(tǒng)進行編輯，實現(xiàn)車站照明及其模式控制。

為便于地鐵車站運營簡化操作，在車站控制室IBP盤設(shè)置智能面板開關(guān)，面板開關(guān)每個按鍵對應(yīng)種控制模式，地下車站按照五種模式運行—全亮模式、高峰模式、低峰模式、清掃模式、停運模式，具體如表1所示。

表1 地鐵車站照明模式表

主要內(nèi)容如下：

（1）全亮模式：特殊情況使用或測量使用。

（2）高峰模式：正常運營時客流高峰期或節(jié)假日使用?？土鞲叻迤陂g般指每天07：00—09：00、17：00—19：00時間段，客流高峰時間段可自行設(shè)定。

（3）低峰模式：正常運營時客流量較少時期使用。

（4）清掃模式：車站清潔工作使用。

（5）停運模式：停止運營時間段使用。停運模式根據(jù)實際運營時間表確定，時間可調(diào)。

3.應(yīng)用智能照明控制系統(tǒng)的勢

3.1 總線協(xié)議

智能照明控制系統(tǒng)發(fā)展已有多年，現(xiàn)在工程中應(yīng)用比較廣泛的主要有KNX、485、CAN等三類總線協(xié)議?？紤]地鐵車站內(nèi)燈具數(shù)量有限，控制模式較為單，僅對系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性要求較高，三類協(xié)議均能滿足地鐵功能要求。

深圳地鐵9號線采用KNX總線協(xié)議點主要是系統(tǒng)符合通用的IEC標(biāo)準(zhǔn)和中標(biāo)GB/Z 20965—2013，產(chǎn)品具有互換性，廠商之間可無縫兼容，便于后期運營維護。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)，各智能模塊不依賴于其他模塊而能獨立工作。但是KNX總線協(xié)議的產(chǎn)品價格遠高于其他總線協(xié)議的產(chǎn)品。

3.2 調(diào)光方式

調(diào)光控制采用DALI數(shù)字可尋址調(diào)光控制，可實時反饋燈具的運行工作及故障狀態(tài)，同時調(diào)光時間長短也可作任意設(shè)定。可連接64個帶有DALI的可調(diào)光電子整流器，并分配到16個可以開關(guān)/調(diào)光的組，每個DALI電子整流器可以單獨控制開關(guān)/調(diào)光，并有單獨的狀態(tài)反饋。

DALI調(diào)光模塊雖然價格相對于0～10 V等調(diào)光模式略貴，但DALI調(diào)光模塊功能多，可靠性高。0～10 V調(diào)光存在兩點弊端：

（1）無法實現(xiàn)*意義上的關(guān)閉燈具，需增加繼電器才能滿足關(guān)閉燈具要求。

（2）當(dāng)線路較長時會出現(xiàn)壓降損失，無法有效地實現(xiàn)調(diào)光控制。

為有效利用DALI調(diào)光功能，可在車站公共區(qū)域關(guān)鍵點設(shè)置紅外和光亮傳感器，實時反饋給智能照明主機，按照規(guī)范設(shè)置各公共區(qū)域照度值，根據(jù)車站客流進行實施調(diào)光，在滿足地鐵乘客舒適乘車環(huán)境要求的前提下實現(xiàn)節(jié)能。

3.3 節(jié)能效果

現(xiàn)階段套基于KNX總線協(xié)議的智能照明控制系統(tǒng)價格

25萬左右，按深圳地鐵 9號線標(biāo)準(zhǔn)站的設(shè)計方案，智能照明控制系統(tǒng)可比傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)節(jié)約 20%～30%的電能，個地鐵站照明系統(tǒng)總功率約200 kW，每天大約需使用

kW·h電能，則每天至少可節(jié)約200 kW·h電能，按深圳商業(yè)用電計價標(biāo)準(zhǔn)每度電0.8元計費，每月可以節(jié)省4 800元，按靜態(tài)運營成本考慮，52個月即可收回初期投資成本。

智能照明控制系統(tǒng)可化燈具開啟時間，延長燈具使用壽命，減少整個車站對照明系統(tǒng)的維護成本。

4. 安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

4.1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(shè)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（European Installation Bus,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(biāo)準(zhǔn)的2*2*0.8EIB BUS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起并組成套完整的控制系統(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)理論可連接控制模塊數(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(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機系統(tǒng)、觸摸屏、shouji、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(xué)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)。

4.2系統(tǒng)工作原理示意圖

4.3產(chǎn)品選型

4.3.1開關(guān)驅(qū)動器

用于對設(shè)備進行開關(guān)控制的驅(qū)動器，具有延時、預(yù)設(shè)、邏輯控制、場景、閾值開關(guān)等功能，電氣參數(shù)如下：

4.3.2調(diào)光驅(qū)動器

2路0-10V調(diào)光器，可對每路進行回路開關(guān)控制并輸出 0-10V 調(diào)光信號對具有 0-10V 調(diào)光接口的燈具進行調(diào)光,具有開關(guān)、場景、狀態(tài)反饋等功能，電氣參數(shù)如下：

4.3.3傳感器

傳感器是種能感受外界信號、物理條件（如光、移動）的設(shè)備裝置，并將感應(yīng)的信息傳遞給其它設(shè)備裝置（如調(diào)光器、開關(guān)驅(qū)動器），電氣參數(shù)如下：

4.3.4總線電源

KNX/EIB 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)供電電源，為總線提供電壓640mA 輸出電流，至多可以為 64 個設(shè)備供電，帶總線復(fù)位、過流指示和短路保護。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，電氣參數(shù)如下：

4.3.5智能面板

用于接受按鍵觸動信號，可通過區(qū)分短按與長按并結(jié)合不同參數(shù)配置實現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、場景、窗簾控制、調(diào)溫、報警等功能，電氣參數(shù)如下：

4.3.6干接點輸入模塊

用于接受外部干接點信號輸入，可通過不同參數(shù)配置實現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、場景、窗簾控制、調(diào)溫、報警等功能，電氣參數(shù)如下：

4.4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(yīng)設(shè)置紅外或微波類人體感應(yīng)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?xí)r間；

3）樓梯間照明采用人體感應(yīng)探測控制；

4）設(shè)備房、設(shè)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(yīng)具有完善的用戶權(quán)限管理功能，避免越權(quán)操作；

3.4系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

4.5系統(tǒng)的控制勢

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，用戶體驗更完美；

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

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(yīng)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(guān)閉整個系統(tǒng)，只需更改設(shè)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(yīng)急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風(fēng)險，提高了建筑的性。

4.6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(dāng)系統(tǒng)模塊數(shù)量較少、距離較近、范圍較小時，各設(shè)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(dāng)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(dāng)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)。