图书馆I-bus智能照明总线系统的应用

 1 概述
    
 　　陕西师范大学新校区图书馆为陕西师范大学长安新校区内建设的一座现代化图书馆，图书馆内建有一座的学术报告厅和数个多功能小会议室、图书阅览室等，总建筑面积44000m2。本工程采用了ABB公司的符合EIB国际总线标准的I-bus系统对图书馆内的学术报告厅、会议室、图书阅览室、藏书库及公共照明部分进行智能照明控制，以达到功能多样性、方便性、经济性、灵活性、安全性、兼容性等传统的安装系统难以达到的要求。方便、节能、安全、人性化控制是I-bus系统应用在陕西师范大学新校区图书馆的目的。
    
 　　陕西师范大学新校区图书馆作为陕西师范大学长安新校区内的一座大型公共建筑。该建筑内各功能空间面积较大，对照度的要求比较复杂，经常需要根据具体展品的要求变更照明系统，同时，还需要自动控制数量较多的电动窗帘、新风机组的启停控制。该工程的主体建筑、结构、设备专业设计与装潢设计存在较长的时间差，因此，在前期的设计过程中，选用的照明系统必须具有足够的灵活性。如果采用传统的楼字自控系统，则需要设置数量众多的二次控制回路，在系统功能变更时，还需要调整二次回路，给控制箱设计、安装、维护带来难度，同时，由于增加了很多继电器等元器件，造成工程造价昂贵，同时，由于传统的楼宇自控系统仅能在固定的时间开启照明灯具，全开全关，不能走到真正的人性化按照需求开启，能源浪费比较大。而采用EIB智能安装系统则能较好地满足本工程照明控制系统的使用要求，均能安装在终端照明控制箱内。而且EIB系统支持的总线拓扑结构丰富，系统容量较大，便于扩展和变更，各功能模块采用标准导轨安装，体积小、功能丰富、开发商有实力、总线协议开放、可以与楼宇自控系统融合，有协会组织支持，由较多的生产厂家，业主在产品的选型上有较多的选择范围，系统具有较好的性价比。采用了EIB智能安装系统，在终端箱内预留足够的标准安装导轨，便于今后变更需求时扩容；外部公共部位的照明终端箱集中安装在各区功能用房内，有利于调试、维护，减少了系统维护对读者的干扰，避免了由于照明控制设备安装在公共部位而被读者误操作带来的不便，也避免了众多的照明控制设备对装潢工程的影响；在内部办公区根据使用需要设置少量的现场情景控制开关，软件控制界面基于Windows系统，使用直观的图形界面，提供对整个系统的集中控制，系统在大楼的控制中心能配合安全防范系统进行相关区域照明系统的联动控制。
    
 2 I-bus系统介绍
    
 　　随着科学技术的迅猛发展，现代建筑的功能日趋复杂，品质不断提高，对电气安装系统功能提出了更高的要求，采用传统的控制和布线方式，往往需要敷设大量的导线，形成越来越复杂的电气安装系统，一方面造成了设计与施工的难度，另一方面大大降低了系统的可靠性、易用性，给日后的维护工作带来诸多不便。因此，随着智能建筑的普及，各类总线控制系统应运而生，促使传统的电气安装系统转向智能、灵活的方式。EIB智能安装系统作为欧洲安装总线标准利用一条双绞线作为控制总线，EIB系统使照明、调光、百叶窗、场景控制、用电负荷控制、安保、供热系统实现智能化，并成为一个完整的总线系统，可依据外部环境的变化自动调节总线中设备的状态，达到安全、节能、人性化的效果，并能在今后的使用中根据用户的要求增加或修改系统的功能，方法是连接计算机重新编程，而无须重新敷设电缆，真正成为灵活的电气安装系统，这是传统的电缆敷设方式所无法做到的。
    
 　　EIB系统已被成功地运用于各种场合如工厂、会展中心、酒店、办公楼、大型超市、机场、医院、别墅等。ABB的EIB系统既是一个面向使用者、体现个性的系统又是一个面向管理者的系统，使用者可根据个人的喜好任意修改系统的功能，达到自己所需要的效果，并可通过操作传感器(如按钮开关等)来控制系统的动作；另一方面，ABB的EIB系统还提供WINSWITCH软件平台，管理者(如小区物业中心、大楼管理中心、车库管理处等)将安装此套软件的计算机联接至EIB系统即可对EIB系统进行控制并进行管理，从而达到集中管理的功能。
    
 　　EIB系统在欧洲被称为Europeanlnstallation Bus，即欧洲安装总线，在亚洲则是指Electrical lnstallation Bus，即电器安装总线。这三个字母在电器布线领域，甚至在整个经济领域中都有着特殊的地位。1990年5月8日，由110多个电器制造商联合成立了European lnstallation Bus Association，即EIBA，欧洲安装总线协会，总部设在布鲁塞尔。这些制造商占据了整个电器安装布线市场的大约80％左右，而ABB在此市场中则一直处于领先地位。
    
 　　自EIB于1992年第一次出现在德国汉诺威交易会以来，一场翻天覆地的电器安装革命悄悄地开始了。据统计，在德国的商业功能建筑和大型超市中，大约30％的楼宇都不同程度地安装了EIB系统，而在计划建造的楼字中，这一比例则达到了60％。不论是在新楼的建设中，还是在旧楼或旧城区的改造中，ABBI—busEIB都取得了很大的成功。因此ABBI-busEIB系统必将成为未来电器安装系统的一种潮流。
    
 2．1 EIB系统的特点
    
 2．1．1 成本低
 (1)修改、扩容、附加新功能时可毫无困难地实现；
 (2)根据外界光线自动调节照明灯具的亮度；
 (3)在用电高峰时可自动切断次要设备，以免超过额定负荷；
 (4)依各个房间的要求，自动控制供热；
 (5)依据作息时间及节假日自动开关照明；
    
 2．1．2 更安全
    
 　　利用门窗接触器、移动感应器、烟雾感应器、煤气感应器实现安全监测，并能发出信号及显示故障，另外，人体接触的控制设备均为24V弱电，强电配管线路也相应减少了2／3左右，大大减小了火灾风险系数，同时可通过电话系统或互联网通知管理人员或有关部门示警。[page]
    
 2．1．3 智能化
 (1)可记录并统计系统中设备的使用状况、时间及寿命；
 (2)通过电话系统开启系统中的设备；
 (3)监测系统中的设备运行状态并能给出错误报告；
 (4)依据外界环境的变化做出反映并调节设备的状态(如大风来临时将门窗关闭、百叶窗关闭等)；
 (5)功能的修改通过PC软件编程即可；
    
 2．1．4 提高生活品质
 (1)EID系统依据人的活动、环境的变化而自动调整；
 (2)居家更安全和舒适；
 (3)简化的操作完成复杂的功能；
 (4)个性化的系统，可依据个人的喜好调节系统的状态(如灯光的亮度、照明灯及背景灯的组合、房间的温度、百叶窗的角度等)。
    
 2．2 EIB系统的适用场合
    
 　　ABBI-busEIB系统适合于各种不同的场合：
    
 　　图书馆、银行、办公楼、会展中心、别墅、剧院、机场、大型超市、住宅楼、停车库、会议室、学校、工厂等
    
 2．2．1 控制方式：
    
 　　整个大楼的控制主要有以下几种方式：
 (1)手动控制：按照使用习惯在大楼内设置有相应数量的现场控制器(如按钮开关等)，来控制系统的动作。
 (2)移动控制：设置在公共走廊及地下车库的传感器(如移动探测器、主动探测器等)，按照系统设置的时间投入工作，根据人员及车辆的出人情况，自动的开闭相应区域的照明设备，最大限度的节约电能。
 (3)恒照度控制：设置在大厅的模糊开关(DM／S1．1)，根据系统设定的照度值，根据大厅内照度的变化，自动开笔大厅内照明设备的数量，使大厅内照度保持恒定。
 (4)集中控制：设置在大楼值班室的ABBi-bus(r)智能中控机，Winswitch软件平台显示的大楼模拟图，可实时掌握大楼内照明设备及空调设备的运行状况，及时调整以便合理控制相应区域的照明及空调设备，以便节约能源。
 (5)网络控制：通过互联网网关，ABBi-bus(r)系统可与其他自控系统实现集成，并可根据自控系统发出的操作指令，执行相应的动作。
    
 2．2．2 系统优势
 (1)数字化：电器设备的开关量将来源于传感器(移动探测器、亮度感应器、遥控器、TRITON面板)发出命令，并通过总线传送数字信号给驱动器，而不再像传统方式用开关面板直接对电源进行分段。
 (2)经济：本系统采用先进可靠的国际技术，合理配置各种设备，使系统的管理费用及维护费用较低。并通过智能化控制，通过调节各种设备的负荷水平，从而达到节省能源成本的目的。
 (3)安全：本系统的应用将使控制者或使用者不可能直接接触强电部位，而是通过亮度、移动物、遥控及24V弱电开关等方式进行控制。
    
 2．2．3 使用效果分析
    
 　　假设图书馆走廊现有荧光灯40W1200盏，按4季全亮计算。
 每天消耗电能：1200×0．04×24=1152kWh
 全年消耗电能：1152×365=420480kWh
 每千瓦时0．6元计算全年支付电费：
 420480×0．6=252288元
    
 　　安装系统后，按每天开馆高峰4h全亮，白天其余12h根据亮度要求平均每小时有3次开启，夜间8h时每小时有1次开启，每次开启时间从走出馆至馆外按5min计算。(移动探测器控制25％的灯光)
    
 　　每天节约电能：
 0．04×1200×24-0．04×1200×(4+12×1／4×25％+8×1／12×25％)=842．40kWh
 全年节约电能：1152×365-154．8×365=307476 kwh
 全年节约电费支出：307476*0．6=184485．6元
 三年内节约电费支出：55，3356．8元
 (1)延长灯具使用寿命。由于让灯具科学地轮换“休息”或零星运行，就可以大大地延长灯具的使用寿命，降低灯具的使用成本。
 (2)节约安装及施工费用。过去为了得到节能的目的，给每一组灯送一条电缆，从集中控制点到用电终端，要用大量的线缆和接触器才能实现。在采用了EIBi-bus系统后，由于用一根0．8的BUS线将各个开关控制箱的控制器连接起来，通过计算机终端实现桌面控制，便可控制到每一个灯具，无需大量的线缆及强电器材，完善的软件系统通过合理的实时程序就可科学运行，仅此一项节约的电缆费用就是相当大的。
 (3)节约管理成本计算。通过合理的调配使用现有资源，以便更合理更科学的管理系统，从而达到节约管理成本的目的。
    
 　　综上所述，电气安装总线EIB在项目的应用创造了安全、健康、舒适的环境；节能、现代化的智能控制系统在满足使用者对环境要求的前提下，利用智能控制来调节反光照明系统，以最大限度减少能源消耗，保证陕西师范大学新校区图书馆的照明效果；满足用户对场景功能的要求，保持学术报告厅、图书阅览室等场所亮度的恒定性，可在用户设定好的不同场景(如阅览、自习、清洁卫生等模式)之间进行切换。
    
 3 EIB系统的优点
    
 3．1 降低成本
 (1)修改、扩容、附加新功能时可毫无困难地实现；
 (2)根据外界光线自动调节照明灯具的亮度；
 (3)在用电高峰时可自动切断次要设备，以免超过额定负荷；
 (4)依各个房间的要求，自动控制供热；
 (5)依据作息时间及节假日自动开关照明。
    
 3．2 智能化
 (1)可记录并统计系统中设备的使用状况、时间及寿命；
 (2)通过电话系统开启系统中的设备；
 (3)监测系统中的设备运行状态并能给出错误报告；
 (4)依据外界环境的变化做出反映并调节设备的状态(如大风来临时将门窗、百叶窗关闭等)；
 (5)功能的修改通过PC软件编程即可。
    
 3．3 提高生活品质
 (1)EIB系统依据人的活动、环境的变化而自动调整；
 (2)居家更安全和舒适；
 (3)简化的操作完成复杂的功能。
 个性化的系统，可依据个人的喜好调节系统的状态(如灯光的亮度、照明灯及背景灯的组合、房间的温度、百叶窗的角度等)。[page]
    
 4 系统优势
    
 　　(1)数字化。电器设备的开关量将来源于传感器(移动探测器、TRITON面板)发出命令并通过总线传送数字信号给驱动器，而不再像传统方式用开关面板直接对电源进行分段。
    
 　　(2)经济。本系统采用先进可靠的国际技术，合理配置各种设备，使系统的管理费用及维护费用较低。并通过智能化控制，通过调节各种设备的负荷水平，从而达到节省能源成本的目的。
    
 　　(3)安全。本系统的应用将使控制者或使用者不可能直接接触强电部位，而是通过移动物及24V弱电开关等方式进行控制。
    
 　　(4)延长设备使用寿命。灯具损坏的一个主要原因是电网的电压，过高的工作电压会使灯具的寿命大大降低。ABBi-bus(r)系统可以成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，使灯具不会因上述原因损坏。同时ABBI-bus(r)系统采用软启动和软关断技术，避免了开启灯具时电流对灯丝的热冲击，使得灯具寿命进一步延长，从而减少更换灯具的工作量，降低照明系统的运行费用。
    
 　　(5)安全可靠的安防功能。利用玻璃破碎传感器、无源红外线探测器实现安全检测，并能通过蜂鸣器、安防指示灯等发出信号或故障信号，同时通过ABB I-bus(r)系统软件的模拟平面显示，更可通过ABBI-bus(r)系统电话控制盒或系统网关，将报警信号输出至其他系统，及时示警，保障业主的投资。
    
 　　(6)不同系统间的高效连接。ABBI-bus㈤系统软件运行在Window95／98平台上，ABBI-bus㈦系统支持众多的网络协议，包括最常用的TCP／IP协议，并可通过RS232接口相互连接，实现网络联网。与此同时，ABBI-bus(r)系统是一个开放的系统，可通过简单的软件调试与其他专业系统连接，例如BA系统。
    
 5 系统硬件组成
    
 　　陕西师范大学新校区图书馆智能照明为智能开关控制，所采用的总线元件均为模块式元件。开关模块为双值输出AT／S4．16．1，有4个无电源的16A触点，可对4个独立的负载回路进行合断控制，分别安装在陕西师范大学新校区图书馆的几十个照明箱里。开关模块可对图书馆的各种灯具进行开关控制。
    
 　　中央控制站通过EIB总线与照明控制器之间可直接通讯，通讯速率为9600bps。中央控制计算机采用Windowsxp操作系统。中央控制中心装有电话开关TS／AP，如需要可加装电话控制盒实现电话网络远程控制。通过中央计算机的编程设置，可对任何回路进行开关控制。可设置6个组地址作回路监控，各回路状态通过LCD显示。并在必要时通过电话开关送出设备故障报警、状态信号，能设置3个不同的拨出电话号码在必要时给维修人员拨电话，如拨出号码没回应，元件将输出报警触点信号。也可通过拨人电话输入操作命令开关设定回路的灯。光线感测器DM／S1．1，到达设定的照度值时向EIB总线发出开／关或调光的通讯信号，照度阈值分别可调，2~1000lux。周编程时间开关SW／S2．5，按照设定的时间发送开／关信号，2组输出，每组可分别设定24个时刻。
    
 　　此外，还有为系统总线提供电源的电源供应器(SV／S30．640)，用于DIN导轨安装的数据传输母线(DS／E277)以及五联控制面板、系统总线采用EIB专用电缆等。
    
 6 系统软件
    
 　　在陕西师范大学新校区图书馆中央控制室，设一台智能照明中央监控计算机，安装监控软件WinSwitch、编程软件ETS2．0软件，操作人员可以在中文图形化显示的界面进行监控和操作，监视整个智能照明系统的运行状态，在照明设备平面布置图上以形象直观的方式实时动态地显示各区域的照明设备使用状况。中央监控计算机具有历史数据存储能力，能实时提供智能照明系统的资料，并生成和打印各种报表，为设备维护提供依据，实现照明设备管理的自动化。系统采用专用的编程软件ETS2．0对模块编程，每个模块设一个物理地址，每一个回路设一个组地址，通过将相应的模块、回路地址组合到一个组地址来进行控制，积木式的编程使系统具有高度的方便性。编程或维修人员可将RS232编程接口插入任一总线上的总线耦合器。
    
 7 系统实现功能
    
 　　I-bus智能安装系统在陕西师范大学新校区图书馆的应用，使得陕西师范大学新校区图书馆的灯光控制方式有如下三种方式：
    
 　　(1)自动方式。我们结合时间继电器和感光模块，把感光模块设定一个值(200lux)，当陕西师范大学新校区图书馆外界光线的亮度低于这个值后，需要控制的灯会依次全部打开。当外界光线的亮度高于这个设定值后，这套系统会自动把剩余的灯全部关掉。
    
 　　(2)手动方式。陕西师范大学新校区图书馆按区域来控制，其划分为六个区域，在控制室EIB系统有三个五联控制器，第一个是一区，第二个是二区，第三个是总开／总关，第四个是四区，在面板上都有标志，当按下面板的左键，就给一个关信号，相应区域的灯就会关掉，当按下面板的右键，就给一个开信号，相应区域的灯就会打开。
    
 　　(3)可视化软件控制。在中央控制室里把PC机和这套系统相连，在PC机上安装这套系统的可视化软件，可以实时显示陕西师范大学新校区图书馆上六个区域灯的状态，也可以在PC机上控制这些灯的状态，比如开启灯、关闭灯。在陕西师范大学新校区图书馆上可视化软件也是按区域控制。
    
 　　这些功能根据陕西师范大学新校区图书馆的实际需要可以调整，而且设置非常简单，工作人员可以自己设置，设置好以后，系统以后会自动完成这些功能。通过RS232接口完成计算机和EIB总线的连接，完成对总线元件的参数进行设置或更改，也可对系统进行程序修改或编程。
    
 8 结束语
    
 　　EIB智能安装系统轻而易举地解决了传统电缆所无法解决的问题，此系统利用一条双绞线代替传统种类繁多的普通电缆，通过对陕西师范大学新校区图书馆工程的实例分析，可以看出使用EIB智能安装系统能使照明、调光、百叶窗、场景控制等系统实现智能化，并成为一个完整的总线系统，可依据外部环境的变化自动调节总线中设备的状态，达到安全、节能、人性化的效果，并能在今后的使用中根据用户的要求增加或修改系统的功能，而无须重新铺设电缆，真正成为灵活的电气安装系统，这是传统的电缆铺设方式所无法做到的。EIB系统是一个面向使用者、体现个性的系统又是一个面向管理者的系统，使用者可根据个人的喜好任意修改系统的功能，达到自己所需要的效果，并可通过操作传感器来控制系统的动作，该系统以其良好的灵活性和开放性，广泛适用于多种场合如大型公共建筑、写字楼、工厂、别墅等。
    
 　　随着EIB智能安装系统等总线制智能安装系统的出现，使设计、安装、调试、维护的费用及时间大幅度地减少，原来繁琐的原理图、布线图设计变得简单易行，标准接插件快速、简便的安装，使人力、物力大量的减少，可靠性大大提高，强大的故障诊断能力，使系统的调试和维护变得轻松和愉快。与传统点对点集中控制方式相比，总线制智能安装系统以其无可比拟的优势使建筑电气安装系统发生了巨大的变化。未来的电气安装系统必将汲取目前各类总线制智能安装系统的优点，通过更多地向楼宇自控、安全防范等其他系统相互渗透、相互融合，并以其更好的灵活性、易用性、开放性、可靠性、经济性、安全性成为标准化、人性化、分散化、网络化的多功能网络集成式全分布控制系统。