李茫茫
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：系統引入KNX總線實現的照明分布式智能控制，在提高館所照明系統的節能效果、視覺效果和穩定性的基礎上，展現了KNX總線部署便捷、擴充性強、可靠性高等自身要求，通過提升照明管理效率，營造了信息時代背景下的智慧化圖書館智能氛圍，完成了成本低廉的綠色照明工程的技術革新。
關鍵詞：智慧化圖書館；KNX總線
智能化圖書館是圖書館的發展趨勢，也是數字化時代拓展和深化信息服務功能的發展必然。它是現代信息技術與現代圖書館建筑藝術結合的產物，能夠體現先進科技與文化的融合。智能化圖書館的建筑特征之一就是智能照明系統。KNX總線作為目前國際標準已廣泛應用到樓宇自動化應用領域，依托KNX總線能夠構建融檢測、控制、服務于一體的綜合網絡，為讀者提供高質量的綜合服務功能，將促成建筑藝術和信息技術的結合。
本文以KNX總線技術作為研究對象，將KNX總線技術應用到圖書館智能照明系統，通過改造傳統照明控制方式，建立起了管控有力、布線簡潔、可擴展性強、移動性能好、覆蓋廣、立體化、高可靠、綠色環保、多時段定控的圖書館智能照明系統，在節約電能的同時，以良好的館所內溫度、濕度、亮度等的調控能力為讀者提供舒心的學習環境，以實例印證基于KNX總線的圖書館智能照明系統方案的可行性和實用性。
1、KNX總線技術在智能照明系統中的應用優勢
KNX總線標準旨在智能建筑標準實行同一標準與平臺下實現多供貨商產品連網與信息交換的暢通性表達。KNX總線標準通過KNX總線實現所有連接在KNX介質(包括雙絞線、電力線或IP/Ethernet等)上的智能建筑設備之間的信息交換。智能建筑設備時用于控制樓宇管理裝置的傳感器或執行器。智能建筑設備的通用功能通過統一的系統完成控制、監視和發送信號，不需要額外控制，能夠滿足多種期望照明參數，滿足迥異館所場地的實際照明效果。
KNX在歐洲已成為事實上的標準，KNX標準在物理層可采用所有的通信介質，其擴展幀可以容納248B數據，能夠滿足設備間大容量數據傳輸，其網絡拓撲容納64K個終端設備且無需線路放大器。
2、控制要求
智能照明系統應該達到以下要求：（1）館所內區域均采用分布式智能照明控制方式，所有的控制產品都具備較強的健壯性，各自配有微處理器，能夠不依賴于其他元件而獨立工作，任意獨立的控制元件損壞均不會影響整個系統運行。（2）系統需能實現燈光的智能開啟和人工控制，以及分散集中控制、遠程控制、延時控制、定時控制等多種控制方式。同時，能夠與年歷時鐘系統聯動控制，控制方式便捷髙效，運營管理性價比高。（3）照明控制系統在滿足館所各區域使用需求基礎上，應充分考慮結合自然光的明暗自動調節照度，達到節能目的。（4）建立運營完成頂層巡檢和管理整個系統。可依據需求能夠在館內任意增設監控點，方便管理。監視和管理應屬Web結構，方便登錄和實行不同權限的操作，便捷實現使用、維護和管理的現代化，降低運營成本。
2.1系統實現
2.1.1器件安裝與組網
KNX智能照明系統在圖書館項目中的所有控制單元均采用模數化產品，采用標準35mm導軌安裝方式，與微型斷路器一起安裝在強電照明箱內。現場配置多功能控制面板，各面板間只需一根KNX總線進行連接，采用DC29V低電壓工作方式，可靠性高。
系統的組網采用支/干線模式，其中的支線連接由KNX控制總線完成，干線連接依托館所現有局域網實現，該局域網連通館內全部控制器，不用另行敷設電纜和重復定義系統管控方式。依托KNX/IP網關優勢就能夠方便地實現將本系統接入校園主干網，實現遠程的服務器連網。智能照明控制系統網絡架構如圖1所示。
2.1.2應用特性設計
(1）對于連續8h工作的書庫、特藏書庫，不采取定時控制或現場控制模式，而采用中控計算機監控模式，中控通常設定為監視而不控制。(2）借還書處的工作規律是以8h為主， 定時上下班，因此，采取定時控制、現場控制結合方式，由中控計算機監控。(3）休閑區域則采取場景控制及場景記憶功能，實行不同場景的照明控制，產生各種燈光效果及照度環境，給人以舒心的視覺環境。(4）采取定時控制及光亮度感應結合，保證電梯間、樓層通道等區域的燈光在有人期間定時開啟，無人期間定時關閉，達到節能、便于管理的目的。 (5）中控計算機安裝可視化控制軟件，實時巡檢各區域照明狀況，完成直接中控指令實行多種操控策略。
2.2多樣化操控手段
(1）本地控制。各個受控區域設置KNX（使能界面，依據需求配置KNX使能界面鍵位即可完成指定館所的照明效果實現。(2）時間控制。預裝萬年歷模塊，依據四季不同光照特性及常規作息時間定時開關閉燈光。(3)照度控制。在充分利用自然光的基礎上實行照明自動化。亮度感應器遍布各區域，通過智能控制算法實現流程定義亮度參數。當獲取的自然光亮度值高于預訂閡值時，將調暗或關閉燈具亮度；反之，則調亮或開啟燈具亮度；當自然光亮度值在預訂閩值鄰域附近時，照明設備則在延時后進行亮度調節，減少過多的照明設備開啟與閉合；當然光亮度值與系統預存亮度級別相同或偏低時．不做調光控制。(4）集中控制。在中控計算機安裝可視化控制軟件， 圖形化管理、監察、操控所有站坪區域受控的照明設備，實現全館各區域集中統一控制。
系統采用分布式的集散控制系統，實行集中監控、分區控制、分級管理的管理機制。上述操控手段可以采取獨立、配合方式，也可以采取人工控制或智能方式；能夠實行本地控制， 還可以集中控制，多種方式均可實現節能，管理便捷又降低運營費用。
2.3傳感器
傳感器主要有采集自然光照度的光敏電阻GL4516，用于檢測人體移動目標的熱釋紅外探頭LH1787，用于采集環境溫度的溫度傳感器DSI8B2O等。熱釋電傳感器和光照傳感器分別探測館內是否有人員以及光照亮度高低。當熱釋電傳感器檢測到無人員時，關閉照明燈具：當光照傳感器測得光線亮度較高，則調低燈具亮度：當光照傳感器測得光線較低，則調高燈具亮度。
2.4智能控制算法
采用日光補償的照明控制智能實現是實施控制的重要任務，照明控制的節能效果是系統成敗的關鍵標志。通常，人們在使用室內照明時，一般遵循天黑開燈，天亮關燈的習慣，開燈后將長時間保持某個亮度級別不變，不會輕易實行手動調光。當室內照明質量不佳時，只能通過多開照明燈具補光，即實行手動調光，操作不靈活，節能效果也因人而異，或許還很不明顯．采用基于日光補償的智能控制算法，能夠充分利用日光資源，而將人工照明亮度級別隨室內采光情況自動調節， 使得室內工作平面處于被普遍推薦的照度標準線上。同時，由于人眼對于光環境亮度具有一定的適應范圍，基于這個大前提，調光算法的亮度調節不需要特別準確，所以采用一個簡化的調光算法要符合以下需求：
(1）隨著戶外自然光照強度的上升：戶內人工照明燈具的亮度將隨之降低，反之，戶外自然光強度下降，戶內照明燈具的亮度將升高。(2）根據太陽位置以及東升西落的特點對不同朝向的窗邊照明的影響，人工室內照明要做不同權重的亮度調節。（3）戶內人工照明實行梯級調光，即根據燈具與較近窗戶的距離不同而采用不同權重的調光。目前采用靠窗與不靠窗兩級策略。(4）戶內燈具根據燈具類型分為可調光和不可調光兩類，前者實行8級調光，亮度等級隨自然光照明的變化改變。 不可調光只有開／關兩種功能，當自然光照明低于某閡值時， 則自動開啟．
智能控制算法結構如圖2所示。
3、安科瑞智能照明控制系統介紹
3.1系統簡介
Acrel-BUS智能照明控制系統，是基于KNX總線技術設計的控制系統。KNX總線技術起源于歐洲，是在EIB，Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線控制技術上發展起來的，其中EIB（EuropeanInstallationBus,歐洲安裝總線）是該總線技術的主體。
Acrel-BUS智能照明控制系統采用標準的2*2*0.8EIBBUS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一起并組成一套完整的控制系統，既可實現照明燈具的遠程集中控制，又可實現就近控制功能。該系統理論連接控制模塊數量達580000多個。
安科瑞智能照明產品種類齊全，方案完善。用戶可通過控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現靈活多樣的智能控制，特別適合于各類智能小區、醫院、學校、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。
3.2系統工作原理示意圖（見圖2）
3.3產品選型
3.3.1開關驅動器
3.3.2調光驅動器
3.3.3可控硅調光模塊
3.3.4傳感器
3.3.5總線電源
3.3.6智能面板
3.3.7干接點、濕接點輸入模塊
3.4系統功能
1）光照度（需要配照度傳感器）監測，對利用自然光照明區域，根據自然光照度變化，進行照明控制和調節，滿足照明和節能要求；
2）公共區域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明，應設置紅外或微波類人體感應器，并結合智能控制面板，實現各種場景照明控制，盡可能較少燈具點亮時間；
3）樓梯間照明采用人體感應探測控制；
4）設備房、設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合時控的集中控制方式；
6）監控系統界面友好，畫面美觀,實時顯示各區照明工作狀態；
7）應具有完善的用戶權限管理功能，避免越權操作；
3.5系統的控制優勢
1）系統可通過、觸摸屏、電腦對現場的燈光、空調及窗簾等進行遠程集中控制，使得控制更加方便智能，用戶體驗更舒服；
2）系統中控制模塊均工作在直流30V可靠電壓下，用戶操作更加可靠、舒服；
3）系統在實施過程中，充分結合自然光及人員的活動規律來自動控制燈光，減少能源消耗，達到很好的節能效果；
4）系統采用分布分布式KNX總線結構，搭建簡單靈活，系統內各模塊互不影響，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)系統的自動控制、遠程集中控制等功能，在實現自動化的同時，大量減少了值班人員，提高了管理水平和工作效果；
7)升級系統內控制模塊或更改系統功能時，無需增加連接線，不需關閉整個系統，只需更改設備參數即可實現，維護方便，操作簡單；
8)系統可與消防系統聯動，在出現消防報警時，強制打開應急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風險，提高了建筑的可靠性。
3.6安科瑞組網方案
智能照明控制系統組網方式靈活，擴展方便，當系統模塊數量較少、距離較近、范圍較小時，各設備以樹形枝狀延伸，構成支路系統智能照明控制系統；當系統模塊數量較多、距離較遠、范圍較大時，用支線耦合器組成多條支路，構成區域智能照明控制系統；當系統模塊數量很多、距離很遠、范圍很大時，用支線耦合器、區域耦合器等構成樓群智能照明控制系統。（見圖）
4、結束語
應用于圖書館的KNX智能照明控制系統，實現了預先設定的諸多設計要求，完成了館內照明的多種控制功能，能夠與消防系統、樓宇門禁系統間實現聯動控制，照明控制簡潔靈活，易于操作和維護，可擴充性好，在降低館所運營成本的同時提升了管理效率，使圖書館更具智能化特色。
【參考文獻】
[1]賈志城．基于KNX總線的圖書館智能照明系統設計
[2]黃卜夫，吳明光等．歐洲設備安裝總線（EIB）概述[J].2001
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：李茫茫，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明的研發與應用Email:2880157868@qq.com，手機：18702112278，QQ:2880157868
