基于EIB總線的校園智能照明系統設計

李 剛

（廣東省建筑設計研究院，廣東廣州510006）

0 引言

隨著科學技術的發展，人們越來越多地把智能控制策略應用到照明控制系統中來，從而形成了當今照明控制的主流——智能照明控制系統。EIB就是歐洲安裝總線（European Installation Bus），為了便于在全球推廣，又叫做電氣安裝總線（Electrical Installation Bus）。

與傳統的工業控制現場總線相比，EIB更適合家庭、樓宇自動化領域的應用。其通信協議遵循OSI（開放式系統互連參考模型）協議，提供了OSI模型所定義的全部七層服務，是一個開放的、分布式、面向樓宇和家庭控制的網絡總線協議。

EIB系統采用分層分布式網絡拓撲結構。系統的基本單元是線，每條線上最多可接入255個設備；線的上一層為區，最多15條線經線耦合器組成區；EIB的頂層為域，可通過區耦合器構成復雜的系統。EIB總線網絡組態靈活，控制系統可大可小，拓撲結構容量驚人。以域、區、線為單位，通過區耦合器和線耦合器的連接可形成掛接設備達15×15×64=14 400個的大型網絡[1]。采用EIB總線的智能照明系統，根據一般辦公樓運營經驗統計，其節能效果可達30%以上。

1 EIB總線技術特點

作為引自歐洲的現場總線EIB，是目前電氣工程上應用較廣的產品標準，其具有以下幾個特點：

1.1 較好的適應性

EIB總線可支持雙絞線、電力線等四種介質，滿足不同安裝場合的需求，有很強的適應性。

1.2 完備的功能

網絡組態靈活，拓撲結構多樣，可連接大數量的設備組建網絡，實現多變的控制。

1.3 具有較高的可靠性

EIB采用了CSMA/CA（具有避免沖突的載波偵聽多路訪問）技術，避免了信號丟失和沖突的現象，因各元件能獨立運行工作，任一個元件的故障都不會影響系統其他部分的正常運行。

1.4 總線元件齊全

建筑電氣有關的幾乎所有控制功能，EIB都有相應的模塊來實現。它也體現了開放系統的巨大優越性：基乎沒有哪個廠商憑借一己之力可以開發功能如此齊全的全系列產品[2]。

2 樓宇照明控制的需求

目前，大型公共建筑面積大、功能復雜、人流量高，采用自動照明控制系統可以有效地對照明系統進行全方位控制，加強系統對各類不同需求的適應能力，提升建筑物的整體形象，有效節約照明系統的能耗，大幅度降低照明系統的運行維護成本。

根據GB 50034—2013《建筑照明設計標準》，在樓宇照明中，一般有以下幾種要求：

（1）具備信息采集功能和多種控制方式，可根據不同場景設置不同的控制模式；

（2）可實時顯示和記錄所控制照明系統的各種信息；

（3）具備良好的中文人機交互界面，宜預留與其他系統的聯動接口。

EIB智能照明控制系統功能比較完備，可實現以上要求。對于校園，可按不同的教學要求設定不同的燈光模式，如普通教學模式和多媒體教學模式，它們之間可按需要切換；設置于監控室的智能控制主機，可實時掌握、記錄大樓內各照明設備、空調設備的運行狀況，并記錄不同時間系統的各種信息；主機通過總線預留的相關接口，可與其他系統實現聯動，如火災自動報警系統、安防監控系統等。

PFS投加量為1000 mg/L，設定磁化頻率130 Hz、磁化時間5 min，磁化強度對出水余鐵及亞鐵含量和pH值的影響如圖6所示。由圖6可知，磁化強度為3～9 mT時，出水的余鐵和亞鐵含量均逐漸增加，且出水pH值呈降低趨勢；當磁化強度增大到12 mT時，出水的余鐵和亞鐵含量降低；繼續增大磁化強度，出水的余鐵和亞鐵含量呈增加趨勢，pH值繼續降低。因此，選擇磁化強度為12 mT較適宜。

3 校園中典型建筑物的智能照明設計

3.1 圖書館

以某校圖書館為例，采用EIB總線技術，可實現其分散管理、集中控制。該圖書館共七層，首層是計算機中心、電房、停車場；二層是圖書閱覽大廳和借書處，三至七層是閱覽區、藏書區和自習區混合。

根據GB 50034—2013《建筑照明設計標準》相關規定，閱覽區照度標準值300 lx，藏書區照度標準值200 lx，自習區照度標準值300 lx，照明功率密度限值不大于8 W/m2，照明光源使用細管直管三基色雙管熒光燈。

閱覽區和藏書區主要供學生自習和借閱圖書使用，使用時間相對比較頻繁，可采用定時控制方式，若純依靠定時開關會造成浪費。白天可采用定時開關與合成照度控制結合的方式實現照明，當有人員在閱覽區自習且照度不足300 lx時，照明開啟，光傳感器模塊采集自然光強度值，以此動態控制人工照明輸出量。

走廊、樓梯、衛生間等公共區域只需提供晚上可視照明，采用定時控制即可。另外，夜間還需安裝值班照明長明燈，設置時間22：00—次日07：00。

根據圖書館的要求，選用了2×20 W的細管直管三基色雙管熒光燈作為燈具，采用相對靈活的布置方式，燈橫間距是3 m，縱間距是1.8 m，每個都帶反射罩，里面有兩個燈管，光線感應模塊TX025，光感應探頭選擇明裝的EE003，傳感器選擇TX510。圖書館系統拓撲結構圖如圖1所示，這樣設計能夠利用光纖傳感器和人體傳感器來實現場景控制，從而達到智能照明要求和節能需要。

圖1 圖書館系統拓撲結構圖

注：*14代表元件的數量為14個，*7代表元件的數量為7個，TA008是線路耦合器，TXA110是電源模塊，TX207C是開關驅動器，TX025是光線感應模塊。

3.2 辦公樓

根據GB 50034—2013《建筑照明設計標準》相關規定，辦公樓辦公室的照明標準值為300 lx，照明功率密度限值不大于8 W/m2。辦公室的一般照明宜設計在工作區的正前方，采用高效節能的熒光燈及節能型光源，并選用無眩光的燈具。燈具布置應合理，從而使屏幕上的反射眩光達到最小。合理的燈具布置配合不同的空間和裝修風格，能夠美化環境，營造氛圍。

理想的辦公環境及避免光反射的方法：

對于照明節能，傳統靠人意識控制開關兩種狀態實現燈亮和滅，這是不夠的。在歐洲，很多辦公室廣泛使用“人體感應+調光控制”方式，將辦公室按使用區域分區，再配以靈敏的人體感應器，根據設定的照度，自動調節燈光的亮度，并最大程度地利用自然光，當人離開座位一段時間后，可將亮度調低或熄滅燈具。

由于辦公室相對較小，所以每個辦公室房間只選用了一個20 W的熒光燈作為燈具，采用燈管居中布置方式。小辦公室外面的公共辦公室就采用3×2的燈具布置，光線感應模塊選擇TX025，光感應探頭選擇暗裝的EE002，傳感器選擇TX511。辦公室系統拓撲結構圖如圖2所示，這樣設計能夠利用光纖傳感器和人體傳感器來實現場景控制，從而達到智能照明要求和節能需要。

3.3 教學樓

教學樓主要為普通教室、多媒體教室和部分機房。教室照度設計標準值，室內平均照度300 lx，講臺照度500 lx，照明功率密度限值不大于8 W/m2。普通教室使用時間為08：00—21：00，一般情況下教室處于開燈狀態，在非使用時間再集中關閉，在無人時燈仍然開著，這樣會造成浪費。利用智能照明控制系統，根據不同時間段使用需要，采用分時控制，關閉不必要的照明燈具；同時充分利用自然光，對室內照明照度值進行自動調節，實現照明節能。

圖2 辦公室系統拓撲結構圖

本系統主要的硬件配置包括：電源模塊、開關模塊、時控模塊、調光模塊、LC耦合器、IP網關等。在監控中心設置一臺智能照明控制系統主機，安裝組態軟件WinSwitch和編程軟件ETS。

以一多媒體教室為例，建筑面積約120 m2。燈具主要為熒光燈，按區域隔燈劃分回路，燈具與側窗平行，每個多媒體教室設計一照明控制器，設4個控制回路，根據需要可實現1/4～4/4照度，照度傳感器設置在教室窗邊，控制窗邊燈光和電動窗簾。同時，可對投影儀、屏幕等進行控制，以達到最佳節能控制效果，也提高了教學管理的質量。

4 結論

本文所論述的智能照明系統主要是為了節約建筑能耗，促進建筑智能化而設計的。本設計基于EIB總線智能照明控制，并給出了設計方案。主要完成的工作有：

（1）EIB總線分析：介紹了EIB總線原理、拓撲結構、協議模型、功能細節，分析了EIB總線的特點。

（2）照明方案設計：從EIB總線特點和樓宇照明控制的需求出發，介紹了基于EIB總線的校園智能照明方案。而且本設計對組成總線的元件做了簡單的介紹，并針對某高校的圖書館、辦公樓、教學樓設計了EIB網絡拓撲結構。

綜上所述，EIB作為一種全新的現場總線技術，用途廣泛，拓撲結構多樣，預留有與其他系統聯動接口，安裝使用方便，不僅能節約人力、物力，還方便管理。針對當前高校的智能化建設，某高校智能照明系統設計的實現，將為學校帶來節能環保和高效管理的良好前景。

[1]任占強.建筑工程智能照明控制系統技術應用[J].城市建設理論研究（電子版），2014（1）：16-22.

[2]WERTHSCHULTE K,SCHNEIDER F.Linking devices to theEuropean Installation Bus[C]// Proceedings of the 18thIEEE Instrumentation Measurement Technology Conference,2001:827-832.