KNX總線在智能家居場景控制系統(tǒng)中的應用
--以智能照明系統(tǒng)為例

李 信

(江蘇省鹽城技師學院 電氣工程學院,江蘇 鹽城 224002)

KNX總線系統(tǒng)可由不同廠家設計,使用TP、PL、RF、IP等多種通信介質,具有A、E、S等多種系統(tǒng)配置模式,適配多種系統(tǒng)。利用KNX總線系統(tǒng)可對現(xiàn)代家居及樓宇智能調(diào)光燈系統(tǒng)、智能遮光/百葉窗系統(tǒng)、智能保安系統(tǒng)、智能能源管理、智能供暖、智能家居場景控制系統(tǒng)(如工作模式、會議模式、安防模式、休閑模式、影院模式、游戲模式、睡眠模式、離家模式)等進行控制。本研究采用國產(chǎn)KNX總線系統(tǒng),使用調(diào)光模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、按鍵智能面板、調(diào)光燈等模塊,實現(xiàn)辦公-影院場景中照明系統(tǒng)的智能控制。

1 智能照明電氣控制系統(tǒng)的特點、功能及各模塊器件

1.1 控制系統(tǒng)的特點

KNX樓宇智能控制適合于小型建筑(如私人住宅),還適用于各種復雜功能建筑(如高級賓館、現(xiàn)代銀行、智能辦公大樓、現(xiàn)代體育及娛樂場館等),可根據(jù)活動類型啟用會議廳、戲劇院、客廳等不同照明方案,用戶可隨時對其進行調(diào)整,修改照明布局無需重新布線,降低了投資成本。利用KNX時間控制功能實現(xiàn)燈光自動控制,通過調(diào)節(jié)調(diào)光模塊,結合開關執(zhí)行器的參數(shù)設置,使燈光亮度實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的燈光控制(圖1)與智能燈光控制(圖2)的區(qū)別如下所示。

圖1 傳統(tǒng)燈光控制Fig.1 Traditional light control

圖2 智能燈光控制Fig.2 Intelligent lighting control

1.2 控制系統(tǒng)的功能

辦公-影院場景控制中包含調(diào)光、窗簾等多個負載的智能控制,主要圍繞場景控制中的燈光控制進行分析,要求如下:

影院模式:按下按鍵智能面板(圖3)左上按鍵,實現(xiàn)調(diào)光燈組(圖4)(L1、L2、L3)的調(diào)亮(從0%～100%)。按下按鍵智能面板右上按鍵,實現(xiàn)調(diào)光燈組(L1、L2、L3)的調(diào)暗(從100%～0%)。

圖3 按鍵智能面板 M/P03.2Fig.3 Key intelligent panel M/P03.2

圖4 調(diào)光燈組(L1、L2、L3)Fig.4 Dimming light set(L1、L2、L3)

辦公模式:按下按鍵智能面板左中按鍵,實現(xiàn)調(diào)光燈組(L1、L2、L3)的打開。按下按鍵智能面板右中按鍵,實現(xiàn)調(diào)光燈組(L1、L2、L3)的關閉。

1.3 模塊器件

除了控制功能中用到的按鍵智能面板和調(diào)光燈以外,還需用到單相斷路器、電源模塊(型號:M/P960.1)、調(diào)光模塊、數(shù)據(jù)通信模塊(型號:M/USB.1)等。

1.4 數(shù)據(jù)庫及編程軟件

采用該公司的HDL數(shù)據(jù)庫(棟梁設備)2018.3(1).knxprod,選用調(diào)光模塊(調(diào)光執(zhí)行器):HDL M/D02.1【V1.2】和按鍵傳感器(開關模塊):HDL M/P03.2【V1.2】。采用ETS5編程軟件。

2 控制系統(tǒng)的接線

電氣接線:電源為220 V交流電,電源和調(diào)光執(zhí)行器模塊需要單相220 V交流電,調(diào)光燈L1的一端接零線,一端需接在調(diào)光模塊的A通道輸出。

通信接線:電源模塊、USB接口單元、調(diào)光執(zhí)行器、按鍵傳感器都需30 V 的KNX通信線并聯(lián)。接線如圖5所示。

圖5 接線Fig.5 Connection

3 ETS5編程步驟、存在的問題及解決方法

雙擊打開ETS5軟件,將編程軟件設置成中文。單擊工具欄中的Settings,單擊Language----中文,將軟件ETS Languagea或首選產(chǎn)品Preferred product Languagea設置成中文。

1)選擇并測試USB數(shù)據(jù)通信線。單擊“總線”,選擇接口數(shù)據(jù)線,單擊“選擇”,再單擊“測試”,顯示OK[如出現(xiàn)以下警告,總線連接線USB:USB Interface (MDRC)無法創(chuàng)建,讀取MProp錯誤,無法創(chuàng)建總線連接器,提示數(shù)據(jù)線接口被占據(jù)等問題,說明數(shù)據(jù)線有問題或USB接口的通信線接觸不良導致通信出現(xiàn)問題,可更換數(shù)據(jù)線]。

2)創(chuàng)建新項目,命名為lixin。單擊“總纜”,單擊“+”,選擇“拓補”和“三階”。將“建筑”改為“拓補”。KNX總線控制系統(tǒng)采用分域(area)、分區(qū)和線路(line)三級分層結構,使用總線電纜TP1(1類雙絞線)作為通信介質時,線路與線路之間的連接通過線耦合器來實現(xiàn),分域之間的相互關聯(lián)則通過主干路由器來實現(xiàn)。

3)新建分區(qū)與新建支線。

4)單擊添加設備(在拓補下方添加需要的器件)。

5)導入設備,打開,導入所有數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品[HDL M/D02.1【V1.2】和按鍵傳感器(開關模塊):HDL M/P03.2【V1.2】]。

選擇調(diào)光模塊和按鍵模塊,雙擊兩個模塊。導入器件時,如果設備太多,想精確添加,節(jié)省時間,可把云端去掉,單擊云朵按鈕即可。

右鍵單擊所用模塊,選擇卸載地址和應用,將模塊中的地址和程序刪除,防止出現(xiàn)個人地址混亂或模塊之間搶地址等情況,清空各模塊。如出現(xiàn)不能卸載的情況,則為地址混亂,如圖6所示,可將設備更換為器件的個人地址(單擊設備,在窗口右邊修改地址),如圖7所示。

圖6 地址錯誤Fig.6 Address error

重新選擇各個設備,右鍵單擊,選擇下載每個模塊的個人地址將電腦添加的設備與實際設備對應起來,下載時會出現(xiàn)按編程按鈕,如圖8所示。

調(diào)光模塊的編程按鈕在下方,黑按鈕。按鍵傳感器的編程按鈕是“左一”和“右三”兩個按鈕同時按,如出現(xiàn)編程按鈕無效,有可能是按鍵被鎖屏,斷電可解決這類問題。

組建三階的群組地址。單擊左下角的產(chǎn)品目錄,選擇“群組地址”。添加“主群組”(計數(shù)為1),添加“中間組”(計數(shù)為1),添加“群組地址”(計數(shù)為2)。可將工作區(qū)設置為垂直分布。

各模塊參數(shù)設置如下:按鍵模塊的參數(shù)設置。將每個通道的按鍵分開(左右鍵獨立),單擊按鍵模塊1.1.3M/P03.2,Rocker A,Rocker A work mode,independent button mode(獨立按鍵)。Rock A 參數(shù)設置:實現(xiàn)控制功能,按下左一按鍵,調(diào)亮。實現(xiàn)控制功能,按下右一按鍵,調(diào)暗。Rock B 參數(shù)設置:實現(xiàn)控制功能,按下左二按鍵,開燈。實現(xiàn)控制功能,按下右二按鍵,關燈。調(diào)光模塊的參數(shù)設置。設置調(diào)光模塊A通道調(diào)亮、調(diào)暗的時間。將4個按鍵的“組對象”與所建立的“新群組地址”進行連接(拖入時注意每一個組對象的長度,只有同一長度的才能連接在一起。如Rocker A left long Dimming 新建群組地址 4bit 和Rocker A right long Dimming 4bit ,否則不能連接。將調(diào)光模塊的“組對象”與所建立的“新群組地址”進行連接,如圖9所示)。

圖9 連接組地址Fig.9 Link group address

6)下載應用(或部分下載)。

4 設計特點

集成性。系統(tǒng)的集成能力是智能家居的核心,通過總線系統(tǒng)能夠將燈光、家庭影院系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、窗簾系統(tǒng)、HVAC暖通空調(diào)系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)、中央背景音樂系統(tǒng)等融合起來。

節(jié)能性。根據(jù)活動類型啟用會議廳、戲劇院及客廳的不同照明方案,用戶可隨時對其進行調(diào)整。例如,在行政樓每一側安裝一個亮度傳感器對照明進行不間斷控制,可節(jié)約75%的照明能源。

互操性。基于KNX總線協(xié)議的開放與兼容性,通信方式使總線設備間具有互操性,可實現(xiàn)一對多接收數(shù)據(jù)通信和一對一的發(fā)送指令通信功能,支持眾多制造商豐富的成品組件,各模塊可使用同一廠家或不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品。

靈活性。智能照明系統(tǒng)電氣控制調(diào)整簡便,可滿足用戶不同需求,只需對程序或各模塊進行調(diào)整,具有靈活性。KNX設施可適應用戶環(huán)境的變化,目前可使用1類雙絞線(TP1)、無線電(KNX射頻傳輸介質)、以太網(wǎng)(KNX IP)等方案,均可部署KNX,借助合適的網(wǎng)關在其他介質(如光纖)上傳輸KNX報文。

總之,KNX總線控制系統(tǒng)是智能家居控制領域的國際標準,而且是唯一的,在經(jīng)歷過市場的考驗之后,特別是國內(nèi)KNX廠商(如河東)積極開發(fā)調(diào)光模塊、百葉窗模塊、電源模塊等匹配且性價比更高的KNX設備產(chǎn)品,推動了智能家居產(chǎn)業(yè)在中國的應用及快速發(fā)展。本文采用KNX總線系統(tǒng)進行智能照明系統(tǒng)的電氣控制,既能實現(xiàn)不同功能,不同控制要求的照明,又能靈活地適應客戶和場所的需求。