林 捷

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)與高新技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活環(huán)境的要求越來(lái)越高。業(yè)主除了對(duì)建筑的傳統(tǒng)基本需求外，還在建筑的安全性、舒適性、節(jié)能、自動(dòng)化與信息化等方面均提出更高的要求，其目的是創(chuàng)造舒適宜人，能充分提高工作效率而又具有極大靈活性的辦公與生活環(huán)境。其中，智能照明控制系統(tǒng)已開(kāi)始廣泛應(yīng)用于各種建筑物中。

根據(jù)不同的品牌，在設(shè)計(jì)中常用的智能照明控制系統(tǒng)的品牌有i-bus系統(tǒng)、 c-bus系統(tǒng)、 Dynalite系統(tǒng)、 instabus系統(tǒng)等。其中，i-bus系統(tǒng)采用KNX總線協(xié)議，具有線路簡(jiǎn)單、安裝方便、抗干擾強(qiáng)，可靠性高、易維護(hù)、較好的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性以及兼容性等特點(diǎn)。

1 i-bus系統(tǒng)工作原理及組網(wǎng)構(gòu)架

1.1 工作原理

系統(tǒng)中受控負(fù)載直接與控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器連接，所有總線元件都通過(guò)i-bus總線相互連接在一起。當(dāng)傳感器探測(cè)到照度、溫度等變化或某個(gè)面板的按鈕被按下時(shí)，通過(guò)i-bus總線向設(shè)定的驅(qū)動(dòng)器以電信號(hào)的形式發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)器接收到電信號(hào)后經(jīng)過(guò)內(nèi)置微處理器CPU進(jìn)行信息處理后再驅(qū)動(dòng)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)主要由中央控制主機(jī)、總線元件、系統(tǒng)元件、通信網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議構(gòu)成。

中央控制主機(jī)：中央控制主機(jī)(PC機(jī))通過(guò)USB接口模塊并使用ETS調(diào)試軟件編程，實(shí)現(xiàn)中控主機(jī)與i-bus系統(tǒng)的通信。

總線元件主要分為3大類：驅(qū)動(dòng)器、傳感器、系統(tǒng)元件。

驅(qū)動(dòng)器：負(fù)責(zé)接收和處理傳感器傳送的信號(hào)，并執(zhí)行相應(yīng)的操作，如開(kāi)/關(guān)燈、調(diào)節(jié)燈的亮度、升降窗簾、啟停風(fēng)機(jī)盤(pán)管或調(diào)節(jié)溫度等。

傳感器：負(fù)責(zé)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作或探測(cè)照度、溫度、人體移動(dòng)等的信號(hào)，向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出相應(yīng)的控制命令進(jìn)行操作。

系統(tǒng)元件：為系統(tǒng)運(yùn)行提供必要的基礎(chǔ)條件，如電源供應(yīng)器、線路耦合器等各類接口。

1.3 i-bus系統(tǒng)形式分類

i-bus系統(tǒng)形式主要分為3大類：a.支線系統(tǒng)如圖1所示；b.中央控制主機(jī)+主干線+干線+支線系統(tǒng)，如圖2所示；c.中央控制主機(jī)+交換機(jī)+IP路由器+主干線+干線+支線系統(tǒng)，如圖3所示。

圖1 支線系統(tǒng)

圖2 中央控制主機(jī)+主干線+干線+支線系統(tǒng)

圖3 中央控制主機(jī)+交換機(jī)+IP路由器+主干線+干線+支線系統(tǒng)

(1)支線系統(tǒng)：i-bus系統(tǒng)最小的結(jié)構(gòu)單元為支線，每條支線上最多支持64個(gè)總線元件運(yùn)行，各支線實(shí)際所能連接的設(shè)備數(shù)取決于電源供應(yīng)器的容量和支線元件的總耗電量。支線系統(tǒng)適用于總線元件小于64個(gè)的小型工程和智能家居系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)宜預(yù)留20%的余量，一般宜不大于50個(gè)總線元件。根據(jù)產(chǎn)品樣本，每個(gè)系統(tǒng)元件耗電量一般不大于10 mA，電源供應(yīng)器容量一般不大于640mA。

i-bus系統(tǒng)支線的形式有線型結(jié)構(gòu)(圖1a)、星型結(jié)構(gòu)(圖1b)、樹(shù)型結(jié)構(gòu)(圖1c)，需要注意的是該系統(tǒng)不支持環(huán)型結(jié)構(gòu)。線型、星型、樹(shù)型結(jié)構(gòu)之間也可以組合成支線系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、簡(jiǎn)單、可靠。多個(gè)不同形式的支線系統(tǒng)可同時(shí)存在，因此只要將按使用要求編好的程序輸入到系統(tǒng)各元件中，就能正常運(yùn)行。而且，即使電源供應(yīng)器停電或故障，由于系統(tǒng)內(nèi)置有微處理器CPU，預(yù)設(shè)的程序命令也不會(huì)丟失。所以，即使某個(gè)支線系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響其他支線系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(2)中央控制主機(jī)+主干線+干線+支線系統(tǒng)：每條干線通過(guò)線路耦合器最多可連接15條支線。由支線、干線組成如圖2所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稱為區(qū)域。一個(gè)區(qū)域中最多可連接15×64個(gè)總線元件。系統(tǒng)可通過(guò)主干線進(jìn)行擴(kuò)展，使用線路耦合器將每個(gè)區(qū)域連接到主干線上。主干線上可連接15個(gè)區(qū)域，故整個(gè)系統(tǒng)最多可連接15×15×64=14 400個(gè)總線元件(電源供應(yīng)器和線路耦合器除外)。支線、干線、主干線數(shù)據(jù)傳輸速率均為9600bit/s，此傳輸速率滿足一般項(xiàng)目智能照明系統(tǒng)的要求。

(3)中央控制主機(jī)+交換機(jī)+IP路由器+主干線+干線+支線系統(tǒng)：對(duì)于大型項(xiàng)目，為提高通訊速率，在干線之間或支線之間采用IP路由器(IPR/S)，作為高速線路耦合器使用。IP路由器的最大數(shù)量為225,系統(tǒng)最多可連接64×225=14 400個(gè)總線元件(電源供應(yīng)器和線路耦合器除外)。系統(tǒng)示意如圖3所示。

根據(jù)i-bus廠家提供的數(shù)據(jù)：

①所有i-bus總線電纜總和不超過(guò)1000m。

②任何兩個(gè)元件之間的i-bus總線電纜長(zhǎng)度均不超過(guò)700m。

③電源到任何元件的i-bus總線電纜長(zhǎng)度均不超過(guò)350m。

④若有兩個(gè)電源供應(yīng)器，電源之間的i-bus總線電纜長(zhǎng)度不得小于200m。

2 i-bus系統(tǒng)的控制要求

做好智能照明控制系統(tǒng)，其供電控制回路的劃分很關(guān)鍵，一般應(yīng)根據(jù)建筑的功能分區(qū)進(jìn)行控制。各功能分區(qū)可按下列原則進(jìn)行劃分：

(1)按防火分區(qū)劃分，即每個(gè)供電控制回路不應(yīng)跨越防火分區(qū)。

(2)按使用功能劃分，①走道照明不應(yīng)與辦公室、會(huì)議室、教室等功能房間共用供電控制回路；②醫(yī)療建筑的潔凈走道和污物走道、醫(yī)生通道和病人通道、不應(yīng)共用供電控制回路。③室內(nèi)走道和室外連廊通道等不應(yīng)共用供電控制回路。

①體育場(chǎng)館常用的場(chǎng)景有訓(xùn)練場(chǎng)景、比賽場(chǎng)景、演出場(chǎng)景、轉(zhuǎn)播場(chǎng)景、清掃場(chǎng)景等，各場(chǎng)景之間可隨時(shí)相互切換。系統(tǒng)檢測(cè)照明回路開(kāi)關(guān)次數(shù)、時(shí)間累計(jì)、電流、電壓等，并能監(jiān)測(cè)回路故障、負(fù)載電流量、回路跳閘等故障，并自動(dòng)報(bào)警。

②會(huì)議室、多功能廳、報(bào)告廳常用的場(chǎng)景有開(kāi)會(huì)場(chǎng)景、討論場(chǎng)景、演出場(chǎng)景、投影場(chǎng)景、休息場(chǎng)景、離開(kāi)場(chǎng)景等。當(dāng)大會(huì)議室被分割為各獨(dú)立小間時(shí)，安裝在各不同分區(qū)的智能面板能獨(dú)立對(duì)該區(qū)域的照明、空調(diào)等進(jìn)行控制，互不干擾。智能面板有防誤按功能，可通過(guò)按鍵或操作密碼實(shí)現(xiàn)面板解鎖，避免給重要會(huì)議造成不良影響。

③商店建筑常用的場(chǎng)景有備貨場(chǎng)景、白天場(chǎng)景、夜間場(chǎng)景、清掃場(chǎng)景、離開(kāi)場(chǎng)景等。在準(zhǔn)備時(shí)段、營(yíng)業(yè)時(shí)段、盤(pán)貨時(shí)段、清場(chǎng)時(shí)段及清掃時(shí)段分別開(kāi)啟不同數(shù)量的照明燈具及空調(diào)。

(4)對(duì)于斷電后將造成重大影響或重大損失的場(chǎng)所，其電源供應(yīng)器的電源設(shè)計(jì)時(shí)宜按建筑的最高負(fù)荷等級(jí)供電，以保證系統(tǒng)的供電可靠性。

3 工程項(xiàng)目的應(yīng)用設(shè)計(jì)探討

3.1 i-bus系統(tǒng)在辦公走道中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

若設(shè)計(jì)時(shí)考慮不充分，智能照明控制系統(tǒng)在辦公走道投入使用后會(huì)存在以下問(wèn)題：

(1)未按工作日、節(jié)假日，上下班時(shí)段合理設(shè)置開(kāi)關(guān)燈的時(shí)間、數(shù)量，不節(jié)能。

(2)智能面板通常設(shè)置在走道的出入口附近，遠(yuǎn)離控制面板的辦公室工作人員晚上加班結(jié)束離開(kāi)時(shí)，有可能走道燈被關(guān)閉。此時(shí)通常要摸黑到走道控制面板處開(kāi)啟走道燈，使用起來(lái)很不方便。

（2）邊坡系數(shù)為1∶1的表層無(wú)覆土無(wú)植草邊坡60min內(nèi)的土壤流失質(zhì)量1.31kg，15～20，20～25，25～30mm植生混凝土組的底部土壤流失量分別為0.0792，0.1089，0.1584kg；植生混凝土對(duì)底部土壤的反濾攔截率達(dá)86.92%。

(3)設(shè)置1/3燈開(kāi)，2/3燈開(kāi)時(shí)，由于編程時(shí)沒(méi)有設(shè)置分回路輪換開(kāi)燈，導(dǎo)致每次均開(kāi)同一回路的燈具，縮短了燈具使用壽命，增加燈具的維護(hù)成本。

針對(duì)上述問(wèn)題，可采取相應(yīng)的解決措施：

(1)設(shè)計(jì)時(shí)可按圖中所標(biāo)相同序號(hào)劃分同一回路，通過(guò)軟件編程和時(shí)鐘模塊將走道上的燈定時(shí)設(shè)為1/3燈開(kāi)，2/3燈開(kāi)，全開(kāi)，全關(guān)等模式。例如工作日上班時(shí)間8點(diǎn)～12點(diǎn)，下午14點(diǎn)～17點(diǎn)30分設(shè)置全開(kāi)；12點(diǎn)～14點(diǎn)，17點(diǎn)30分～21點(diǎn)30分可設(shè)為1/3或2/3燈開(kāi)，21點(diǎn)30分以后至次日8點(diǎn)前設(shè)為1/3燈開(kāi)或全關(guān)。同時(shí)，通過(guò)編程系統(tǒng)自動(dòng)將節(jié)假日期間的樓內(nèi)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)感應(yīng)模式，真正做到有人開(kāi)燈、無(wú)人關(guān)燈，并提供安保基本照明，辦公走道一般照明如圖4所示。

(2)在走道上每隔12m(根據(jù)不同產(chǎn)品設(shè)置的距離不同)設(shè)置人體感應(yīng)傳感器，人體感應(yīng)傳感器感應(yīng)到人員移動(dòng)，自動(dòng)開(kāi)啟相關(guān)區(qū)域的燈具，人員離開(kāi)后延時(shí)關(guān)燈，使用方便并且節(jié)能。

圖4 辦公走道一般照明平面示意圖

(3)在設(shè)置1/3燈開(kāi)、2/3燈開(kāi)時(shí)，可通過(guò)軟件編程設(shè)為分時(shí)段來(lái)交替開(kāi)啟不同的照明回路。最大限度地保證每回路的燈具均有工作，避免總是開(kāi)同一回路燈具，延長(zhǎng)燈具使用壽命，節(jié)約燈具的維護(hù)成本。此外，人體感應(yīng)傳感器可接入視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)，下班時(shí)間、節(jié)假日探測(cè)到有人移動(dòng)時(shí)，通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)傳輸?shù)桨卜辣O(jiān)控室，并在監(jiān)視墻顯示該區(qū)域的情況，提醒值班人員。

3.2 i-bus系統(tǒng)在地下車(chē)庫(kù)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

車(chē)庫(kù)照明平面示意如圖5，車(chē)庫(kù)一般照明配電系統(tǒng)如圖6。

圖6 車(chē)庫(kù)一般照明配電系統(tǒng)示意圖

若未采用i-bus系統(tǒng)或BA控制的地下車(chē)庫(kù)照明，通常需在配電箱內(nèi)控制車(chē)庫(kù)內(nèi)照明，因此車(chē)庫(kù)內(nèi)的燈具一般是常亮的，需專業(yè)電工持鑰匙進(jìn)入到車(chē)庫(kù)配電間內(nèi)打開(kāi)車(chē)庫(kù)照明箱進(jìn)行分、合閘操作，既不節(jié)能也不利于值班人員管理。而采用BA系統(tǒng)控制，往往以中央監(jiān)控為主，缺乏現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控手段，控制方式的靈活性不高，也不夠節(jié)能。此外BA系統(tǒng)所有的信息都在一條單一控制總線上傳輸，造成各控制器之間的干擾，影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

而車(chē)庫(kù)設(shè)置i-bus系統(tǒng)，當(dāng)車(chē)輛或人員從上一個(gè)防火分區(qū)一進(jìn)入到下一個(gè)防火分區(qū)二時(shí)，防火卷簾兩側(cè)的人體感應(yīng)傳感器探測(cè)到車(chē)輛或人員經(jīng)過(guò)，開(kāi)啟該分區(qū)的車(chē)道照明，經(jīng)過(guò)延時(shí)后再關(guān)閉上一分區(qū)的車(chē)道照明。由于是通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的程序自動(dòng)控制，無(wú)需值班人員操作，也達(dá)到節(jié)能的目的。

3.3 i-bus系統(tǒng)在醫(yī)院病房樓護(hù)士站及走道中應(yīng)用設(shè)計(jì)

護(hù)士站及走道照明平面示意如圖7，配電系統(tǒng)如圖8。

圖7 護(hù)士站及走道照明平面示意圖

圖8 護(hù)士站及走道照明配電系統(tǒng)示意圖

因醫(yī)院病房樓護(hù)士站是24h有人值班，故燈控智能面板應(yīng)設(shè)置在護(hù)士站集中控制較為合理，走道出入口不設(shè)置燈控智能面板，防止病人或家屬、訪客誤操作。此外，病房樓的人流量大并且人員出入時(shí)間不固定，所以病房走道不宜設(shè)置人體感應(yīng)傳感器，由護(hù)士站統(tǒng)一管理控制走道燈具。

護(hù)士站內(nèi)燈具數(shù)量較少，光源一般不超過(guò)25個(gè)，按使用功能應(yīng)劃分各自獨(dú)立回路控制從而達(dá)到節(jié)能目的?？梢詭讉€(gè)照明回路共用一個(gè)斷路器，不僅節(jié)省箱內(nèi)空間，減小箱體尺寸，節(jié)省造價(jià)。

3.4 i-bus系統(tǒng)在應(yīng)急照明中的應(yīng)用

i-bus系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器有應(yīng)急開(kāi)啟功能，能接收火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)信號(hào)自動(dòng)開(kāi)啟，但是由于i-bus系統(tǒng)的中控電源常為非消防電源供電，線路及敷設(shè)均達(dá)不到防火要求。一旦發(fā)生火災(zāi)，非消防電源被切除導(dǎo)致應(yīng)急照明不能強(qiáng)制接通或線纜不具備耐火阻燃性能，存在重大安全隱患。因此，建議采用交流接觸器1km、2km，應(yīng)急照明平時(shí)由 i-bus系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器控制，火災(zāi)時(shí)強(qiáng)制接通，消防應(yīng)急照明自成體系，從而保證供電可靠性,如圖9所示。

圖9 應(yīng)急配電系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

智能照明系統(tǒng)具有以下的優(yōu)越性：

(1)運(yùn)用先進(jìn)的電力電子技術(shù)，不但可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)、多點(diǎn)、區(qū)域、群組控制、調(diào)光場(chǎng)景模式設(shè)置、定時(shí)控制、光照度自動(dòng)感知、紅外線探測(cè)、無(wú)線遙控、集中監(jiān)控等多種照明控制功能，而且可以優(yōu)化能源的利用，降低運(yùn)行費(fèi)用。

(2)可通過(guò)wifi連接IPAD、手機(jī)等智能終端進(jìn)行控制，具備良好的人機(jī)交互界面。

(3)如果需對(duì)建筑的功能房間進(jìn)行改造或改變照明的場(chǎng)景模式，無(wú)須改變照明回路，只需簡(jiǎn)單地進(jìn)行程序上的變更，便可以調(diào)整照明場(chǎng)景模式并擴(kuò)展功能，大大降低改造費(fèi)用和縮短改造周期，適合不同使用要求。

(4)具有良好的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，可以和其他系統(tǒng)(如：BA樓宇系統(tǒng)、背景音樂(lè)及廣播系統(tǒng)、會(huì)議系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等智能化系統(tǒng))相互連接完成系統(tǒng)集成功能。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及全球環(huán)境的惡化，各國(guó)對(duì)節(jié)能減排也越發(fā)重視。我國(guó)作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，有責(zé)任也有義務(wù)響應(yīng)節(jié)能減排的政策并采取措施。而在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，國(guó)家和地方也不斷在發(fā)布和實(shí)施綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等，并且標(biāo)準(zhǔn)在不斷提高。所以在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)各類建筑的特點(diǎn)，合理的設(shè)計(jì)智能控制系統(tǒng)顯得尤為重要。

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