黄豫明
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】
目前高校正在推进和深化节约型校园的建设，本文针对广州铁路职业技术学院公共机房能源浪费比较严重的问题，提出一种基于 KNX 总线的智能控制系统解决方案，通过总线智能控制技术，对机房的照明、空调、教学电脑进行管理和监控，避免能源浪费现象的发生。实践证明，系统节能效果好、稳定可靠、操作方便，有效地提高了学院公共机房的管理水平。
【关键词】
KNX 总线；智能控制系统；高校计算机房；场景模式
1 KNX 总线技术的特点
KNX是家居和楼宇控制领域开放式国际标准，是由欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHS合并发展而来，已被批准为欧洲标准、国际标准、美国标准和中国指导性标准。通过KNX总线系统，可以实现对家居和楼宇的照明、遮光/百叶窗、安防系统、能源管理、供暖、通风、空调系统、信号和监控系统、服务界面及楼宇控制系统、远程控制、计量、视频/音频控制、大型家电等的控制。
传输技术的特点
KNX/EIB是一个基于事件控制的分布式总线系统，数据传输和总线装置的电源共用一条电缆，把通讯信号耦合在24V 系统电源上，采用弱电载波方式，用弱电控制强电。操作安全、结构简单。
高兼容性、高扩展性和设备可替换性
KNX标准的优势在于不同性能、不同厂家生产的产品可以实现互操作；产品通过了严格的质量控制和第三方KNX认证，质量非常可靠；KNX标准功能丰富，适用于各种类型的建筑物；通信介质多样，可以用双绞线、电力线和无线实现通信；可以采用多种系统配置模式。
2.3.1 模块选型和组网
计算机房KNX总线智能控制系统主要由电源供给模块、IP接口模块、线路耦合器模块、开关调光执行模块、窗帘执行模块、空调远程控制网关、APP智能控制网关和若干触摸屏、开关面板、传感器等组成，系统采用广州乐原智能科技有限公司的KNX总线智能产品。所有模块及系统元件均为模块化产品，采用标准35mm导轨安装方式，安装在专用的智能控制箱内。
一个机房配置4路14A调光模块1个，每个调光模块所能控制的灯具数量不超过64个；一层楼配置12路16A开关模块2个、14路窗帘控制模块1个；一栋实训楼配置空调远程控制网关1个、APP智能控制网关1个；每个机房的连接总线配置线路耦合器 1个，每层楼的连接总线配置主干耦合器1个；每个机房配置多联智能开关面板1个，每层楼配置3.5寸智能控制面板1个，可实现手动控制、分散/集中控制和场景控制。系统配置IP接口模块1个，通过双绞线连接路由器，实现KNX系统与Internet的互联，可实现计算机集中控制和手机APP远程控制。控制系统网络拓扑图如图3所示。
2.3.2 软件设计
在硬件设计完成的基础上，根据需求对智能控制模块进行软件编程。KNX模块编程可用ETS5编程实现。项目需要导入相应产品模块的数据库，数据库由模块厂商提供；通过在ETS5软件里建立项目，为每个机房建立新支线，在相应支线里加入各个功能元件，设置每个元件的物理地址；根据功能的不同设置组地址，功能相同的对象组地址相同，传感器同一功能只能有一个组地址，执行器组地址根据控制功能的不同可以划分多个组地址。建立好群组地址后把相应元件进行关联，以一号机房为例，控制要求和关联设置如表2所示。关联了相同的组地址的元件就可以进行通讯，操作面板发出指令，执行器执行命令。关联结束后把程序下载到模块。上述编程设计只是针对开关、调光、窗帘进行的关联设置，针对场景模式的设计编程采用类似方法。
2.3.3 控制模式
机房设备控制包括分散集中控制、场景控制、智能感光控制、定时控制、远程控制等多种控制方式。
分散/集中控制：可以每个机房分散控制，也可以通过智能面板集中控制。每层设置智能控制面板、场景面板、多联智能开关，通过智能按键面板可以很方便地控制所有灯光的开/关、亮度调节、空调开/关、窗帘升/降/停/百叶角度调整。
场景控制：分四类场景，全开模式打开机房所有灯光、空调和插座开关；全关模式关闭所有灯光、空调和插座开关；投影模式关闭窗帘和部分灯光回路，保证投影清晰显示；清洁模式打开窗帘和部分灯光回路，保证基本照明。具体如表3 所示。
智能感光控制：通过光感应控制百叶窗帘和采光较好部位的灯光，在自然光线照度足够的情况下关闭照明，更大限度节能。通过人体存在感应控制的方式，长时间无人情况下，自动关闭照明、空调和计算机，做到有人时开灯，无人时延时关灯。
定时控制：系统自动按照预设的运行时间完成灯光、空调的控制，满足上课、下课时间段对灯光照度的要求。通过定时功能确保在非正常工作时间内的更小能源消耗。
远程控制：通过Internet远程控制，有管理员权限即可登录Web管理系统或手机APP，远程控制设备的开/关。
表 3 灯光控制统计
2.3.4 WinSwitch中控系统集中监控
系统采用WinSwitch监控软件，实现对机房元件的实时管理和远程操控。WinSwitch采用标准的图形图像界面进行操作，可插入楼层、房间、元器件的平面图，操作简单直观。 图4为WinSwitch 的监控界面，界面设置了各组灯光开关、空调开关、窗帘控制开关、机房电脑总开关，可对现场设备实施远程控制；控制系统面板和执行器的控制状态可通过KNX总线实时反馈到监控界面，监控界面的控制命令通过总线传输到驱动器，执行相应的操作。可通过中控系统检查设备是否运行正常，判断总线是否工作正常、执行器是否正常及回路断路器是否处于打开的状态，如出现故障，能够有效判断故障原因。
3 安科瑞智能照明控制系统
3.1系统简介
Acrel-BUS智能照明控制系统，是基于KNX总线技术设计的控制系统。KNX总线技术起源于欧洲，是在EIB，Batibus和EHS这三种住宅和楼宇的总线控制技术上发展起来的，其中EIB（European Installation Bus,欧洲安装总线）是该总线技术的主体。
Acrel-BUS智能照明控制系统采用标准的2*2*0.8EIB BUS总线（即KNX总线）作为总线线缆，将所有的智能照明控制模块连接到一起并组成一套完整的控制系统，既可实现照明灯具的远程集中控制，又可实现就近控制功能。该系统理论可连接控制模块数量达580000多个。
安科瑞智能照明产品种类齐全，方案完善。用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能控制，特别适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明系统。
3.2系统工作原理示意图
3.3产品选型
3.3.1开关驱动器
用于对设备进行开关控制的驱动器，具有延时、预设、逻辑控制、场景、阈值开关等功能，电气参数如下：
3.3.2调光驱动器
2路0-10V调光器，可对每路进行回路开关控制并输出0-10V调光信号对具有0-10V调光接口的灯具进行调光,具有开关、场景、状态反馈等功能，电气参数如下：
3.3.3传感器
传感器是一种能感受外界信号、物理条件（如光、移动）的设备装置，并将感应的信息传递给其它设备装置（如调光器、开关驱动器），电气参数如下：
3.3.4总线电源
KNX/EIB系统标准供电电源，为总线提供电压640mA 输出电流，至多可以为 64 个设备供电，带总线复位、 过流指示和短路保护。标准导轨安装，电气参数如下：
3.3.5智能面板
用于接受按键触动信号，可通过区分短按与长按并结合不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能，电气参数如下：
3.3.6干接点输入模块
用于接受外部干接点信号输入，可通过不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能，电气参数如下：
3.4系统功能
（1）光照度（需要配照度传感器）监测，对利用自然光照明区域，根据自然光照度变化，进行照明控制和调节，满足照明和节能要求；
（2）公共区域、走廊、通道、门厅、电梯厅等的照明，应设置红外或微波类人体感应器，并结合智能控制面板，实现各种场景照明控制，尽可能较少灯具点亮时间；
（3）楼梯间照明采用人体感应探测控制；
（4）设备房、设备房走道采用分组就地控制；
（5）室外路灯、景观等照明采用光照度控制结合时控的集中控制方式；
（6）监控系统界面友好，画面美观,实时显示各区照明工作状态；
（7）应具有完善的用户权限管理功能，避免越权操作；
3.5系统应用领域
3.6系统的控制优势
（1）系统可通过、触摸屏、电脑对现场的灯光、空调及窗帘等进行远程集中控制，使得控制更加方便智能，用户体验更好；
（2）系统中控制模块均工作在直流30V安全电压下，用户操作更加安全、舒适；
（3）系统在实施过程中，充分结合自然光及人员的活动规律来自动控制灯光，减少能源消耗，达到很好的节能效果；
（4）系统采用分布分布式KNX总线结构，搭建简单灵活，系统内各模块互不影响，可独立工作，可靠性更高；
（5）多种控制方式可供选择，如本地控制，自动感应控制，定时控制，场景控制和集中控制等，控制方式更灵活；
（6）系统的自动控制、远程集中控制等功能，在实现自动化的同时，大量减少了值班人员，提高了管理水平和工作效果；
（7）升级系统内控制模块或更改系统功能时，无需增加连接线，不需关闭整个系统，只需更改设备参数即可实现，维护方便，操作简单；
（8）系统可与消防系统联动，在出现消防报警时，强制打开应急回路，方便人员疏散，从而降低了人员伤亡的风险，提高了建筑的安全性。
3.7安科瑞组网方案
智能照明控制系统组网方式灵活，扩展方便，当系统模块数量较少、距离较近、范围较小时，各设备以树形枝状延伸，构成支路系统智能照明控制系统；当系统模块数量较多、距离较远、范围较大时，用支线耦合器组成多条支路，构成区域智能照明控制系统；当系统模块数量很多、距离很远、范围很大时，用支线耦合器、区域耦合器等构成楼群智能照明控制系统。
4 结 语
广铁学院从2017年采用KNX总线控制系统管理公共计算机房，比传统的机房管理方式节约了20%～30%的电能，管理方式**，节约了人力，避免了能源的浪费，降低了相关费用的支出。KNX总线技术可延长设备使用寿命，机房的照明灯具较往年的损耗率明显降低。实践证明，KNX总线系统稳定、操作方便、扩展性好、节能效果好，达到预期目标，提高了学院公共机房的管理水平。目前由于国内引进KNX核心技术的费用高昂，KNX模块产品价格相对较高，使得KNX技术主要应用于大型公共设施、国企和学校楼宇，大规模的推广普及受到一定影响。随着国内KNX厂商的不断增加，研发能力不断提高，性价比更高的KNX设备产品将越来越多，将对KNX总线技术的普及有更好的推动作用。
【参考文献】
［1］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国教育部.关于印发《高等学校校园建筑节能监管系统建设技术导则》及有关管理办法的通知[EB/OL].http://www.mohurd.gov.cn/ kjjb/jstgzcfb/200911/t20091110_196722.html，2009-10-15.
［2］易丹，基于 KNX 总线的高校计算机房智能控制系统设计.
［3］安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版
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