電氣控制技術(shù) 課件 項目八 KNX智能控制系統(tǒng)安裝與編程調(diào)試

項目八KNX智能控制系統(tǒng)安裝與編程調(diào)試任務(wù)一認識KNX智能控制系統(tǒng)任務(wù)二搭建KNX系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)任務(wù)三設(shè)計KNX系統(tǒng)的單元地址化結(jié)構(gòu)任務(wù)四安裝KNX系統(tǒng)元器件及設(shè)定參數(shù)

任務(wù)一認識KNX智能控制系統(tǒng)

1.KNX系統(tǒng)的起源“KNX系統(tǒng)”概念起源于20世紀90年代,于1999年由EIBA(歐洲安裝總線協(xié)會)、EHSA(歐洲家用電器協(xié)會)和BCI(BatiBUS國際俱樂部)三大協(xié)會聯(lián)合成立。KNX系統(tǒng)以EIBA為基礎(chǔ),兼顧了BatiBus和EHSA的物理層規(guī)范,并吸收了BatiBus和EHSA中的配置模式等優(yōu)點,提供家居和樓宇自動化的完全解決方案,采用開放式國際標準ISO/IEC14543-3。

2.KNX系統(tǒng)的功能及優(yōu)點

KNX/EIB系統(tǒng)是目前世界上最先進、應(yīng)用最廣泛的總線控制技術(shù)之一。該系統(tǒng)通過一條總線將所有的元器件連接起來,每個元器件均可獨立工作,同時又可通過中控電腦進行集中監(jiān)視和控制。通過電腦編程的各元件既可獨立完成諸如開關(guān)、控制、監(jiān)視等工作,又可根據(jù)要求進行不同組合,從而實現(xiàn)不增加元件數(shù)量而功能卻可靈活改變的效果。

(1)KNX系統(tǒng)實現(xiàn)的控制功能。

KNX系統(tǒng)可實現(xiàn)樓宇中央管理系統(tǒng)控制,例如:燈光控制,包括燈光的開關(guān)及調(diào)光控制;窗簾控制,包括窗簾的開合、百葉窗的升降及調(diào)角控制;家電控制,包括插座、熱水器、空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)以及其他各種家電的控制;安防控制,包括光線感應(yīng)、定時調(diào)控、電話遠程設(shè)備監(jiān)控、專業(yè)服務(wù)網(wǎng)LAN/Internet控制等。

(2)區(qū)別于其他控制系統(tǒng),KNX系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點。

①集成控制:可對燈光、遮陽、空調(diào)、地暖等進行集成式控制。

②交互性:通過中立的認證確保交互性,KNX系統(tǒng)標識確保不同廠家和應(yīng)用產(chǎn)品之間的交互性,ISO9001是所有KNX系統(tǒng)制造商必須達到的標準,可以用于設(shè)計、配置、診斷所有KNX系統(tǒng)認證設(shè)備,可使用應(yīng)用程序來擴展工具。

③節(jié)能:現(xiàn)代化住宅應(yīng)在滿足使用者對環(huán)境要求的前提下,盡量利用自然光及人員活動來調(diào)節(jié)室內(nèi)照明環(huán)境和溫度環(huán)境,最大限度減少能量消耗。

④靈活:能滿足多種用戶對不同環(huán)境功能的要求。

⑤經(jīng)濟:KNX系統(tǒng)還可以與目前的主流協(xié)議進行連接通信,降低總體系統(tǒng)的價格,增加性價比。

⑥安全:可與消防系統(tǒng)進行聯(lián)動,當消防報警時,可將正常照明回路強行切斷,應(yīng)急回路強行點亮,從而降低火災(zāi)的風險,提高建筑的安全性。

3.KNX系統(tǒng)組成

KNX系統(tǒng)包含電源模塊(如電源變壓器)、輸入模塊(如觸摸屏、智能面板帶遙控、多功能帶溫控面板、人體存在感應(yīng)器及光線感應(yīng)器等)以及輸出模塊(如開關(guān)繼電器模塊、調(diào)

光模塊及百葉窗模塊等),這三大模塊采用總線模式進行通信連接。KNX系統(tǒng)模塊的連接如圖8-1-1所示。

圖8-1-1

KNX系統(tǒng)模塊連接

4.KNX系統(tǒng)框架

KNX系統(tǒng)包括總線硬件和軟件通信兩大塊。

1)總線硬件

總線硬件包括控制器、傳感器和驅(qū)動執(zhí)行器三類。

(1)控制器:負責傳感器與執(zhí)行器之間的交互(如邏輯模塊)。

(2)傳感器:負責探測建筑物內(nèi)環(huán)境或物體的信號,如光線、溫度和濕度等。傳感器將這類信號轉(zhuǎn)換成電信號,再反饋到電路模塊中,實現(xiàn)自動控制或調(diào)節(jié)。

(3)驅(qū)動執(zhí)行器:負責接收傳感器傳送的信號并執(zhí)行相應(yīng)的操作。

2)軟件通信

KNX系統(tǒng)軟件通信模型由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層五層結(jié)構(gòu)組成。

(1)物理層:支持TP1(雙絞線)、PL110(電力線)、RF(射頻)和Ethernet(以太網(wǎng))等介質(zhì),其中TP1介質(zhì)應(yīng)用最多。

(2)數(shù)據(jù)鏈路層:實現(xiàn)總線設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸,并解決網(wǎng)絡(luò)中的通信沖突問題。

(3)網(wǎng)絡(luò)層:可根據(jù)總線設(shè)備數(shù)量來確定其控制功能。

(4)傳輸層:完成設(shè)備之間的傳輸,傳輸層有點到點無連接、點到點有連接、廣播和多播四種傳輸模式。

(5)應(yīng)用層:完成編程者的設(shè)計。

查找資料,根據(jù)典型的應(yīng)用案例,分析KNX系統(tǒng)在不同行業(yè)的特點并填寫在表8-1-1中。

觀察圖8-1-1中KNX系統(tǒng)所用的元器件,對其進行分類并填寫在表8-1-2中。

初識KNX智能控制系統(tǒng)的評分標準如表8-1-3所示,對照評分標準對任務(wù)完成情況進行評價打分。

任務(wù)二搭建KNX系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)

1.KNX系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)KNX系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)主要是雙絞線,總線由KNX電源(DC24V)供電,數(shù)據(jù)傳輸和總線設(shè)備電源共用一條電纜,數(shù)據(jù)報文調(diào)制在直流電源上。

(1)系統(tǒng)總線線纜。數(shù)據(jù)傳輸與系統(tǒng)電源通過一對雙絞線傳輸(紅色線、黑色線);剩余的線對(黃色線、白色線)作為額外的電源傳輸線,或者作為紅黑KNX線對的備用線;可以與230/400V強電線纜一起安裝;建議使用通過KNX認證的總線線纜進行系統(tǒng)安裝。KNX系統(tǒng)總線線纜如圖8-2-1所示。圖8-2-1

KNX系統(tǒng)總線線纜

(2)系統(tǒng)總線安裝。超低壓系統(tǒng)允許KNX系統(tǒng)總線線纜與強電線纜一起安裝在19mm的管道內(nèi)。如果可以保證強電線纜與總線線纜的安全距離,總線線纜與強電線纜可以安裝

在同一個安裝底盒里。KNX系統(tǒng)總線線纜與強電線纜之間的距離如圖8-2-2所示。

圖8-2-2

KNX系統(tǒng)總線線纜與強電線纜之間的距離

(3)總線連接端子。常見的總線連接端子有紅黑端子和黃白端子兩種,總線連接端子的外形、結(jié)構(gòu)及作用如表8-2-1所示。另有一種帶有拓展口的紅黑端子,用于拓展連接孔,常用于星形聯(lián)結(jié)。根據(jù)連接孔對數(shù),總線連接端子分為4片、2片和帶拓展頭的2片(也可以表示為2片+)3種。

(4)單條支線總線線纜長度。不同的供電方式不同用途的線纜,其長度也不同,具如表8-2-2所示。

2.KNX系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

KNX系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)多種多樣,可以采用自由拓撲方式、星形方式、菊花鏈方式以及T形方式。注意:禁止采用環(huán)網(wǎng)形成閉環(huán)。KNX系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖8-2-3所示。

圖8-2-3

KNX系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

1)KNX系統(tǒng)的單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

KNX系統(tǒng)中最小的單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稱為支線,最多可以有64-個總線元件在同一支線上運行。KNX系統(tǒng)的支線元件連接如圖8-2-4-所示。系統(tǒng)總線線纜的總長度不超過1000m。

圖8-2-4-KNX系統(tǒng)的支線元件連接

2)KNX系統(tǒng)的多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

當一個KNX系統(tǒng)的設(shè)備需求遠遠大于單個網(wǎng)絡(luò)的容量時,可以通過KNX系統(tǒng)的IP網(wǎng)關(guān)或者KNX支線耦合器來連接多個網(wǎng)絡(luò)。這里的多網(wǎng)絡(luò)以支線耦合器組網(wǎng)為例。

當需要連接的總線元件超過64個,或者需要選擇不同的結(jié)構(gòu)時,可以通過支線耦合器(LC)組合連接到一條主線上實現(xiàn),每條主線上最多可以允許15條支線通過。通過支線耦合器連接在同一條主線上的所有結(jié)構(gòu)稱為域。一個域可包含15條支線,每條支線可以連接64個總線元件,故一個域可以連接15×64個總線元件。KNX系統(tǒng)的多網(wǎng)絡(luò)連接如圖8-2-5所示。

圖8-2-5KNX系統(tǒng)的多網(wǎng)絡(luò)連接

KNX系統(tǒng)可以通過域間的耦合器(BC)進行連接擴展,最多連接15個域,可以連接總計14400個總線元件。KNX系統(tǒng)的多主線多網(wǎng)絡(luò)連接如圖8-2-6所示。

圖8-2-6KNX系統(tǒng)的多主線多網(wǎng)絡(luò)連接

1.制作通信線纜

通信線纜的制作如圖8-2-7所示。取一根通信線纜進行剝線,如圖8-2-7(a)所示;在不需進行絕緣處理時,使用1個黃白黑紅4片端子套在剝好的線端上,即完成了一根通信線纜的制作,如圖8-2-7(b)所示;在需要進行絕緣處理時,通信線纜中只用到黑紅導線,此時可以用1個黑紅2片端子套在剝好的黑紅線端,完成一根通信線纜的制作;也可以使用1個黑紅2片端子連接2根通信線纜,完成2根通信線纜并行連接的制作,如圖8-2-7(c)所示;當絕緣端子不夠用時,可使用1個帶拓展頭的2片端子連接2根通信線纜,完成帶拓展頭的2根通信線纜的制作,如圖8-2-7(d)所示。

圖8-2-7通信線纜的制作

2.搭建檢測與調(diào)試

按照實物拓撲結(jié)構(gòu)圖8-2-8搭建KNX系統(tǒng),合理選用通信線纜與ETS軟件通信,將選用的通信線纜填入表8-2-3中,并按照表中的要求進行檢測。

圖8-2-8

KNX系統(tǒng)的實物拓撲結(jié)構(gòu)

3.KNX系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要點歸納

(1)總線有()條。

(2)自由拓撲結(jié)構(gòu)可以連接成(

)、(

)、

(

),禁止連接成(

)。

(3)總線設(shè)備最多為(

)個;總線距離最多為

(

)m。

(4)系統(tǒng)電源到設(shè)備的最遠距離為(

)m。兩個系統(tǒng)電源之間的最小距離為(

)m。

搭建KNX系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)評分標準,如表8-2-4所示,對照評分標準對任務(wù)完成情況進行評價打分。

任務(wù)三設(shè)計KNX系統(tǒng)的單元地址化結(jié)構(gòu)

1.KNX物理地址物理地址具有唯一性,每個模塊對應(yīng)唯一的物理地址。物理地址格式為域編號.支線編號.模塊編號

2.KNX組地址

組地址是為了在各通信對象之間建立連接,用于明確功能及作用。三級組地址為主/中/次。KNX系統(tǒng)的三級組地址如圖8-3-1所示。

圖8-3-1

KNX系統(tǒng)的三級組地址

主組地址(Maingroup):占4位,地址編號范圍為0~15;

中組地址(Middlegroup):占3位,地址編號范圍為0~7;

次組地址(Subgroup):占8位,地址編號范圍為0~255。

依據(jù)KNX系統(tǒng)的組地址進行組網(wǎng)的示意圖如圖8-3-2所示。

圖8-3-2

依據(jù)KNX系統(tǒng)組地址進行的組網(wǎng)

1.準備工作

下載ETS5軟件,在保證元器件的通信連接無誤后,檢測調(diào)試通信端口是否連接成功。

2.具體操作

按照圖8-3-2中的其中一條支線的KNX系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)給出的對應(yīng)元器件編寫物理地址及組地址并填寫在表8-3-1中,并在ETS中進行操作,實現(xiàn)控制功能。

3.KNX系統(tǒng)通信要點

(1)KNX系統(tǒng)采用單元地址化結(jié)構(gòu)設(shè)計,分為()地址和(

)地址。

其中使KNX系統(tǒng)實現(xiàn)對應(yīng)模塊控制功能的是(

)地址。

(2)一個KNX模塊的物理地址可以有(

)個。

(3)KNX的組地址分三級,主組地址編號范圍為(

),中組地址編號范圍為(

),次組地址編號范圍為(

)。

設(shè)計KNX系統(tǒng)的單元地址化結(jié)構(gòu)任務(wù)評分標準,如表8-3-2所示,對照評分標準對任務(wù)完成情況進行評價打分。

任務(wù)四安裝KNX系統(tǒng)元器件及設(shè)定參數(shù)

KNX系統(tǒng)單元按作用可分為系統(tǒng)電源模塊、輸出模塊、輸入模塊及網(wǎng)絡(luò)通信模塊。本任務(wù)主要介紹前三個模塊。

1.系統(tǒng)電源模塊KNX系統(tǒng)需要兩種電源,一種是提供照明用的220V交流電源,另一種是提供總線上控制信號用的直流電源。系統(tǒng)電源模塊的主要作用就是將照明電路的交流220V電源轉(zhuǎn)換為KNX系統(tǒng)總線需要的15V、24V或者35V的直流電源。

2.輸出模塊

輸出模塊的種類有開關(guān)控制模塊、調(diào)光控制模塊、窗簾控制模塊等。

1)開關(guān)控制模塊

開關(guān)控制模塊在KNX系統(tǒng)軟件中的功能非常豐富,常用到的有作為普通開關(guān)實現(xiàn)線路通斷的功能,定時延時控制的功能,實現(xiàn)聯(lián)鎖、附加邏輯連接的功能,強制執(zhí)行、設(shè)置場景、反饋等的功能,以及針對總線電源中斷和恢復的廣泛參數(shù)設(shè)置的功能,可以對下載的狀態(tài)進行參數(shù)設(shè)置的功能等。

開關(guān)控制模塊按電流大小和回路數(shù)有2路、4路、8路三種不同型號,具體參數(shù)如表8-4-1所示。類似開關(guān)控制模塊的窗簾控制模塊有8/16路(MTN649908)和12/24-路(MTN649912)等。

2)調(diào)光控制模塊

調(diào)光控制模塊內(nèi)置有電子式或者繞線式變壓器,可以對白熾燈、高壓鹵素燈和低壓鹵素燈進行開關(guān)和調(diào)光控制。目前,調(diào)光控制模塊有通用調(diào)光器和0~10V熒光燈調(diào)光模塊兩種。

(1)通用調(diào)光器。KNX系統(tǒng)通用調(diào)光器的連接示意圖如圖8-1-1所示,采用單相電源供電。

圖8-4-1

KNX系統(tǒng)通用調(diào)光器的連接示意圖

(2)0~10V熒光燈調(diào)光模塊。該模塊用于將帶有0~10V接口的設(shè)備連接到KNX系統(tǒng),主要對熒光燈進行調(diào)光,有1路(MTN647091)熒光燈調(diào)光模塊和3路(MTN646991)熒光燈調(diào)光模塊兩種。

0~10V熒光燈調(diào)光模塊的主要功能:用于0~10V電子鎮(zhèn)流器調(diào)光;無需額外的模擬量輸出模塊;每個回路最多連接50盞燈;16A開關(guān)可用于切斷照明的供電電源。

3.輸入模塊

輸入模塊的種類有各類智能面板、各種感應(yīng)探頭、觸摸屏、定時器模塊、信號輸入模塊等。這里主要介紹前兩種。

(1)智能面板。

(2)存在感應(yīng)器。存在感應(yīng)器按照安裝及結(jié)構(gòu)分為吸頂裝和墻裝兩種,其具體參數(shù)和實物圖如表8-4-2所示。

下面完成KNX系統(tǒng)調(diào)光設(shè)備的控制。具體配置組態(tài)一、二支線上調(diào)光總線設(shè)備的調(diào)光運行時間,主要如下:

1.任務(wù)分析

確認KNX系統(tǒng)按鍵開關(guān)、通用調(diào)光模塊、總線電源模塊等總線設(shè)備和燈具、網(wǎng)絡(luò)線、電源線的連接,完成如下內(nèi)容:

(1)列出KNX系統(tǒng)按鍵開關(guān)、通用調(diào)光模塊、0~10V調(diào)光模塊設(shè)備型號,填入表8-4-3中。

(2)簡述KNX通用調(diào)光模塊是如何調(diào)光的,以及0~10V調(diào)光模塊又是如何調(diào)光的。

(3)接通電源,按下調(diào)光模塊手動控制按鈕,手動測試調(diào)光模塊與燈具連接是否正確。如果白熾燈與熒光燈都被點亮,說明調(diào)光模塊與燈具連接正確。

2.用ETS4工具軟件設(shè)計項目

(1)啟動ETS4工具軟件;

(2)創(chuàng)建產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫;

(3)導入產(chǎn)品數(shù)據(jù);

(4)創(chuàng)建一個新項目:創(chuàng)建項目/新建項目名。

3.設(shè)置組地址和各模塊參數(shù)

(1)對8位智能面板上的4個按鍵進行控制功能設(shè)置,要求如下:

①用第一個按鍵實現(xiàn)對燈泡1的開/關(guān)控制功能(Switch)組地址的控制;

②用第二個按鍵實現(xiàn)對燈泡2的降低亮度控制功能(Dimming)組地址的控制;

③用第三個按鍵實現(xiàn)對燈泡3的設(shè)定亮度控制功能(Value)組地址的控制;

④用第四個按鍵實現(xiàn)對燈泡1和燈泡2的場景控制功能(Scene)組地址的控制。

(2)按照要求完成相關(guān)設(shè)備通道的配置組態(tài)。

4.下載ETS程序并調(diào)試

(1)下載ETS程序;

(2)操作調(diào)試。

5.練習結(jié)束后整理設(shè)備

(1)關(guān)斷電源;

(2)整理實訓臺。

安裝KNX系統(tǒng)元器件及設(shè)定參數(shù)任務(wù)的評分標準如表8-4-4所示,按照評分標準對任務(wù)完成情況進行評價打分。