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KNX總線在深圳地鐵9號線智能照明系統(tǒng)的應用

更新時間：2020-07-09　點擊次數(shù)： 1455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，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)，可對車站的照明設施進行有效控制，在地鐵行業(yè)擁有良好的應用前景?，F(xiàn)以深圳地鐵9號線KNX總線智能照明控制系統(tǒng)為實例，對其設置原則及應用勢進行了分析和探討。

關鍵詞：地鐵；KNX總線；智能照明；調光方式；節(jié)能效果

1.概況

KNX總線協(xié)議以EIB總線為基礎，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總線標準，系統(tǒng)特點如下：

（1）系統(tǒng)采用分布式總線結構，系統(tǒng)內開關模塊、調光模塊、傳感器設有獨立CPU，各元件之間為對等關系。

（2）單個元件損壞不會影響到其他無程序關聯(lián)的系統(tǒng)元件的運行，更換、維修系統(tǒng)內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）開關驅動器具有電流檢測功能，可以監(jiān)視回路電氣設備運行是否正常，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、導向照明、廣告照明、區(qū)間照明納入智能照明系統(tǒng)控制；設備區(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控制。

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

標準車站智能照明控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

2.1系統(tǒng)組成結構

系統(tǒng)主要由主機、網關、線路耦合器、開關模塊、DALI調光模塊、觸摸屏、開關面板、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)的網關接口采用Modbus-RTU通訊協(xié)議，網關至綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通訊線纜由綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供。智能開關模塊安裝在相對應的照明配電箱內，調光模塊及其他系統(tǒng)模塊安裝在的智能照明控制箱內。所有模塊及系統(tǒng)元件均為模塊化產品，采用標準35 mm丁導軌安裝方式。

2.2 調光及開關控制

DALI調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。每個調光模塊所能控制的燈具數(shù)量不超過 64個，標準車站設置調光模塊數(shù)量為12～15個，換乘站設置調光模塊數(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。

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

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符號，即可對相應區(qū)域的燈具進行控制。觸摸屏上可任意設定時間控制回路。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)域的燈具或其他設備等預先設定為各種模式。可通過就地面板、時鐘設定、智能照明主機等控制。設置于車站控制室內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盤設置智能面板開關，面板開關每個按鍵對應種控制模式，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。

3.應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標準和中標GB/Z 20965—2013，產品具有互換性，廠商之間可無縫兼容，便于后期運營維護。系統(tǒng)結構是分布式總線結構，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)議的產品價格遠高于其他總線協(xié)議的產品。

3.2 調光方式

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

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

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

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

為有效利用DALI調光功能，可在車站公共區(qū)域關鍵點設置紅外和光亮傳感器，實時反饋給智能照明主機，按照規(guī)范設置各公共區(qū)域照度值，根據(jù)車站客流進行實施調光，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號線標準站的設計方案，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)用電計價標準每度電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總線技術設計的控制系統(tǒng)。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(fā)展起來的，其中EIB（European Installation Bus,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(tǒng)采用標準的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(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產品選型

4.3.1開關驅動器

用于對設備進行開關控制的驅動器，具有延時、預設、邏輯控制、場景、閾值開關等功能，電氣參數(shù)如下：

4.3.2調光驅動器

2路0-10V調光器，可對每路進行回路開關控制并輸出 0-10V 調光信號對具有 0-10V 調光接口的燈具進行調光,具有開關、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）的設備裝置，并將感應的信息傳遞給其它設備裝置（如調光器、開關驅動器），電氣參數(shù)如下：

4.3.4總線電源

KNX/EIB 系統(tǒng)標準供電電源，為總線提供電壓640mA 輸出電流，至多可以為 64 個設備供電，帶總線復位、過流指示和短路保護。標準導軌安裝，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)分短按與長按并結合不同參數(shù)配置實現(xiàn)開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、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、調光、場景、窗簾控制、調溫、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，應設置紅外或微波類人體感應器，并結合智能控制面板，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(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）應具有完善的用戶權限管理功能，避免越權操作；

3.4系統(tǒng)應用領域

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總線結構，搭建簡單靈活，系統(tǒng)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(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)內控制模塊或更改系統(tǒng)功能時，無需增加連接線，不需關閉整個系統(tǒng)，只需更改設備參數(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，提高了建筑的性。

4.6安科瑞組網方案

智能照明控制系統(tǒng)組網方式靈活，擴展方便，當系統(tǒng)模塊數(shù)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(tǒng)智能照明控制系統(tǒng)；當系統(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，構成區(qū)域智能照明控制系統(tǒng)；當系統(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)域耦合器等構成樓群智能照明控制系統(tǒng)。