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    KNX總線在深圳地鐵9號線智能照明系統的應用

    發布時間: 2020-06-13  點擊次數: 237次

    摘要:地鐵車站運營過程中電能消耗主要為照明和空調,在現階段節能減排的大趨勢下,照明節能主要方式包括采用LED照明裝置、化照明設計和控制等。智能照明控制系統作為一個新型控制系統,可對車站的照明設施進行有效控制,在地鐵行業擁有良好的應用景?,F以深圳地鐵9號線KNX總線智能照明控制系統為實例,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;節能效果

     

     
    1.概況
    KNX總線協議以EIB總線為基礎,同時滿足EHSA、BatiBus的物理層規范,擁有EHSA、BatiBus中配置模式的點,該系統可將所有元器件通過一條總線連接起來,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視和控制。各元器件在寫入程序后即可獨立工作,可根據需要對其進行組合,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,該系統采用 KNX總線標準,系統特點如下:
    (1)系統采用分布式總線結構,系統內開關模塊、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的系統元件的運行,換、維修系統內的元件或升級軟件時,系統的其余部分可照常運行,維護保養方便。
    (3)系統擁有良好的擴展性,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)各系統元件均有獨立的CPU及地址,可通過巡檢功能監視系統內元件運行是否正常,如總線或元件出現故障、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設置原則
     
    深圳地鐵9號線全線車站將站廳站臺公共區、出入口照明、飛頂照明、導向照明、廣告照明、區間照明納入智能照明系統控制;設備區照明考慮有人值守未納入智能照明系統控制,由工作人員根據需要通過就地的翹板開關控制。
    車站站廳站臺公共區及出入口采用DALI調光模塊進行調光,導向照明、廣告照明、區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示意圖如圖1所示。
     
     
    2.1系統組成結構
    系統主要由主機、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。智能照明系統與綜合監控系統的網關接口采用Modbus-RTU通訊協議,網關至綜合監控系統的通訊線纜由綜合監控系統提供。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模塊安裝在的智能照明控制箱內。所有模塊及系統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量不超過 64個,標準車站設置調光模塊數量為12~15個,換乘站設置調光模塊數量約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,可根據室外照度控制飛頂燈具啟停,實現自動控制、有效節能。
    開關驅動器直接設置于照明配電箱饋線側,導向和區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,進行可視化監控,各燈具的實時運行狀態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控。
    2.4 控制模式
    地鐵運營根據需要可將所控區域的燈具或其他設備等預先設定為各種模式??赏ㄟ^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進行編輯,實現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一種控制模式,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
     

    模式公共區設備區區間隧道應急照明廣告照明
     照明照明工作照明  
    全亮模式手動
    高峰模式手動
    低峰模式手動
    清掃模式手動
    停運模式手動

     
    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假日使用??土鞲叻迤陂g一般指每天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。停運模式根據實際運營時間表確定,時間可調。
    3.應用智能照明控制系統的勢
    3.1 總線協議
    智能照明控制系統發展已有多年,現在工程中應用比較廣泛的主要有KNX、485、CAN等三類總線協議??紤]地鐵車站內燈具數量有限,控制模式較為單一,僅對系統穩定性和可靠性要求較高,三類協議均能滿足地鐵功能要求。
    深圳地鐵9號線采用KNX總線協議點主要是系統符合通用的IEC標準和中國國標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總線協議的產品價格遠高于其他總線協議的產品。
    3.2 調光方式
    調光控制采用DALI數字可尋址調光控制,可實時反饋燈具的運行工作及故障狀態,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)無法實現完全意義上的關閉燈具,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壓降損失,無法有效地實現調光控制。
    為有效利用DALI調光功能,可在車站公共區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,按照規范設置各公共區域照度值,根據車站客流進行實施調光,在滿足地鐵乘客舒適乘車環境要求的提下實現節能。
     
    3.3 節能效果
    現階段一套基于KNX總線協議的智能照明控制系統價格
    25萬左右,按深圳地鐵 9號線標準站的設計方案,智能照明控制系統可比傳統的照明控制系統節約 20%~30%的電能,一個地鐵站照明系統總功率約200 kW,每天大約需使用
    kW·h電能,則每天至少可節約200 kW·h電能,按深圳商業用電計價標準每度電0.8元計費,每月可以節省4 800元,按靜態運營成本考慮,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的維護成本。
     
    4. 安科瑞智能照明控制系統
    4.1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(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。該系統理論可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。
    4.2系統工作原理示意圖
     
     

    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,電氣參數如下:
     

    設備供電電壓21~30V   DC 12mA(max)
    功率  <360mW
            操作指示紅色和綠色 LED 以及按鍵
    輸出參數110—250V   AC 50/60Hz
    輸出電流 16A
    每路功率損耗 1.5W
    防護等級IP  20 EN  60529
    溫度范圍正常運行 -5--45℃
    儲存溫度 -25--55℃
    運輸溫度 -25--75℃
    安裝方式標準 35mm 軌道安裝

     

     

    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、狀態反饋等功能,電氣參數如下:

    設備供電電壓21~30V   DC 12mA(max)
    功率  <360mW
           操作指示紅色和綠色 LED 以及按鍵
    輸出參數110—250V   AC 50/60Hz
    輸出電流 16A
    每路功率損耗 1.5W
    防護等級IP  20 EN  60529
    溫度范圍正常運行 -5--45℃
    儲存溫度 -25--55℃
    運輸溫度 -25--75℃
    安裝方式標準 35mm 軌道安裝

     

     

    4.3.3傳感器

    傳感器是一種能感受外界信號、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),電氣參數如下:
     

    設電電壓21~30V   DC   12mA(max)
    功率  <360mW
    操作指示紅色和綠色 LED 以及按鍵
    防護等級IP  20 EN  60529
    溫度范圍正常運行 -5--45℃
    儲存溫度 -25--55℃
    運輸溫度 -25--75℃
    安裝方式嵌入式安裝

     

     

    4.3.4總線電源

    KNX/EIB 系統標準供電電源,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,電氣參數如下:

    輸入85~260V   AC 50/60Hz
    輸出標稱電壓 21—30V   DC
    輔助電壓 30V   DC
    ASL100-P640/30 640mA
    功率  <360mW
    操作指示紅色和綠色 LED 以及按鍵
    防護等級IP  20 EN  60529
    溫度范圍正常運行 -5--45℃
    儲存溫度 -25--55℃
    運輸溫度 -25--75℃
    安裝方式標準 35mm 軌道安裝

     

     

    4.3.5智能面板

    用于接受按鍵觸動信號,可通過區分短按與長按并結合不同參數配置實現開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能,電氣參數如下:
     

    設備供電電壓21~30V  DC  12mA(max)
    功率  <360mW
    操作指示紅色和綠色 LED 以及按鍵
    輸入參數外接輸入 20V  DC
    防護等級IP  20 EN  60529
     
     
    溫度范圍
    正常運行 -5--45℃
    儲存溫度 -25--55℃
    運輸溫度 -25--75℃
    安裝方式標準 86 盒安裝

     

     

    4.3.6干接點輸入模塊

    用于接受外部干接點信號輸入,可通過不同參數配置實現開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能,電氣參數如下:

     
    設備供電電壓
    21~30V  DC  12mA(max)
    功率  <360mW
    操作指示紅色和綠色 LED 以及按鍵
    輸入參數外接輸入 20V  DC
    防護等級IP  20 EN  60529
     
     
     
     
    溫度范圍
    正常運行 -5--45℃
    儲存溫度 -25--55℃
    運輸溫度 -25--75℃
    安裝方式標準 35mm 軌道安裝

     

     
    4.4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;
    3.4系統應用領域
     
    4.5系統的控制勢
    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,使得控制加方便智能,用戶體驗完美;
    2)系統中控制模塊均工作在直流30V安全電壓下,用戶操作加安全、舒適;
    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改系統功能時,無需增加連接線,不需關閉整個系統,只需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,提高了建筑的安全性。
    4.6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。
     
     
    5.結語
    深圳地鐵9號線全線車站將站廳站臺公共區、出入口照明、飛頂照明、導向照明、廣告照明、區間照明納入智能照明系統,實現了對車站照明設施的有效控制,也減少了整個車站對照明系統的維護成本,達到了預期的應用效果。
     
    參考文獻
    [1]地鐵設計規范:GB50157-2013[S]
    [2]段琪峰 深圳地鐵9號線KNX總線智能照明系統的應用
    [3]安科瑞智能照明控制系統產品選型手冊.2018.8版

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