基于EIB总线的校园智能照明系统设计

李 刚

（广东省建筑设计研究院，广东广州510006）

0 引言

随着科学技术的发展，人们越来越多地把智能控制策略应用到照明控制系统中来，从而形成了当今照明控制的主流——智能照明控制系统。EIB就是欧洲安装总线（European Installation Bus），为了便于在全球推广，又叫做电气安装总线（Electrical Installation Bus）。

与传统的工业控制现场总线相比，EIB更适合家庭、楼宇自动化领域的应用。其通信协议遵循OSI（开放式系统互连参考模型）协议，提供了OSI模型所定义的全部七层服务，是一个开放的、分布式、面向楼宇和家庭控制的网络总线协议。

EIB系统采用分层分布式网络拓扑结构。系统的基本单元是线，每条线上最多可接入255个设备；线的上一层为区，最多15条线经线耦合器组成区；EIB的顶层为域，可通过区耦合器构成复杂的系统。EIB总线网络组态灵活，控制系统可大可小，拓扑结构容量惊人。以域、区、线为单位，通过区耦合器和线耦合器的连接可形成挂接设备达15×15×64=14 400个的大型网络[1]。采用EIB总线的智能照明系统，根据一般办公楼运营经验统计，其节能效果可达30%以上。

1 EIB总线技术特点

作为引自欧洲的现场总线EIB，是目前电气工程上应用较广的产品标准，其具有以下几个特点：

1.1 较好的适应性

EIB总线可支持双绞线、电力线等四种介质，满足不同安装场合的需求，有很强的适应性。

1.2 完备的功能

网络组态灵活，拓扑结构多样，可连接大数量的设备组建网络，实现多变的控制。

1.3 具有较高的可靠性

EIB采用了CSMA/CA（具有避免冲突的载波侦听多路访问）技术，避免了信号丢失和冲突的现象，因各元件能独立运行工作，任一个元件的故障都不会影响系统其他部分的正常运行。

1.4 总线元件齐全

建筑电气有关的几乎所有控制功能，EIB都有相应的模块来实现。它也体现了开放系统的巨大优越性：基乎没有哪个厂商凭借一己之力可以开发功能如此齐全的全系列产品[2]。

2 楼宇照明控制的需求

目前，大型公共建筑面积大、功能复杂、人流量高，采用自动照明控制系统可以有效地对照明系统进行全方位控制，加强系统对各类不同需求的适应能力，提升建筑物的整体形象，有效节约照明系统的能耗，大幅度降低照明系统的运行维护成本。

根据GB 50034—2013《建筑照明设计标准》，在楼宇照明中，一般有以下几种要求：

（1）具备信息采集功能和多种控制方式，可根据不同场景设置不同的控制模式；

（2）可实时显示和记录所控制照明系统的各种信息；

（3）具备良好的中文人机交互界面，宜预留与其他系统的联动接口。

EIB智能照明控制系统功能比较完备，可实现以上要求。对于校园，可按不同的教学要求设定不同的灯光模式，如普通教学模式和多媒体教学模式，它们之间可按需要切换；设置于监控室的智能控制主机，可实时掌握、记录大楼内各照明设备、空调设备的运行状况，并记录不同时间系统的各种信息；主机通过总线预留的相关接口，可与其他系统实现联动，如火灾自动报警系统、安防监控系统等。

PFS投加量为1000 mg/L，设定磁化频率130 Hz、磁化时间5 min，磁化强度对出水余铁及亚铁含量和pH值的影响如图6所示。由图6可知，磁化强度为3～9 mT时，出水的余铁和亚铁含量均逐渐增加，且出水pH值呈降低趋势；当磁化强度增大到12 mT时，出水的余铁和亚铁含量降低；继续增大磁化强度，出水的余铁和亚铁含量呈增加趋势，pH值继续降低。因此，选择磁化强度为12 mT较适宜。

3 校园中典型建筑物的智能照明设计

3.1 图书馆

以某校图书馆为例，采用EIB总线技术，可实现其分散管理、集中控制。该图书馆共七层，首层是计算机中心、电房、停车场；二层是图书阅览大厅和借书处，三至七层是阅览区、藏书区和自习区混合。

根据GB 50034—2013《建筑照明设计标准》相关规定，阅览区照度标准值300 lx，藏书区照度标准值200 lx，自习区照度标准值300 lx，照明功率密度限值不大于8 W/m2，照明光源使用细管直管三基色双管荧光灯。

阅览区和藏书区主要供学生自习和借阅图书使用，使用时间相对比较频繁，可采用定时控制方式，若纯依靠定时开关会造成浪费。白天可采用定时开关与合成照度控制结合的方式实现照明，当有人员在阅览区自习且照度不足300 lx时，照明开启，光传感器模块采集自然光强度值，以此动态控制人工照明输出量。

走廊、楼梯、卫生间等公共区域只需提供晚上可视照明，采用定时控制即可。另外，夜间还需安装值班照明长明灯，设置时间22：00—次日07：00。

根据图书馆的要求，选用了2×20 W的细管直管三基色双管荧光灯作为灯具，采用相对灵活的布置方式，灯横间距是3 m，纵间距是1.8 m，每个都带反射罩，里面有两个灯管，光线感应模块TX025，光感应探头选择明装的EE003，传感器选择TX510。图书馆系统拓扑结构图如图1所示，这样设计能够利用光纤传感器和人体传感器来实现场景控制，从而达到智能照明要求和节能需要。

图1 图书馆系统拓扑结构图

注：*14代表元件的数量为14个，*7代表元件的数量为7个，TA008是线路耦合器，TXA110是电源模块，TX207C是开关驱动器，TX025是光线感应模块。

3.2 办公楼

根据GB 50034—2013《建筑照明设计标准》相关规定，办公楼办公室的照明标准值为300 lx，照明功率密度限值不大于8 W/m2。办公室的一般照明宜设计在工作区的正前方，采用高效节能的荧光灯及节能型光源，并选用无眩光的灯具。灯具布置应合理，从而使屏幕上的反射眩光达到最小。合理的灯具布置配合不同的空间和装修风格，能够美化环境，营造氛围。

理想的办公环境及避免光反射的方法：

对于照明节能，传统靠人意识控制开关两种状态实现灯亮和灭，这是不够的。在欧洲，很多办公室广泛使用“人体感应+调光控制”方式，将办公室按使用区域分区，再配以灵敏的人体感应器，根据设定的照度，自动调节灯光的亮度，并最大程度地利用自然光，当人离开座位一段时间后，可将亮度调低或熄灭灯具。

由于办公室相对较小，所以每个办公室房间只选用了一个20 W的荧光灯作为灯具，采用灯管居中布置方式。小办公室外面的公共办公室就采用3×2的灯具布置，光线感应模块选择TX025，光感应探头选择暗装的EE002，传感器选择TX511。办公室系统拓扑结构图如图2所示，这样设计能够利用光纤传感器和人体传感器来实现场景控制，从而达到智能照明要求和节能需要。

3.3 教学楼

教学楼主要为普通教室、多媒体教室和部分机房。教室照度设计标准值，室内平均照度300 lx，讲台照度500 lx，照明功率密度限值不大于8 W/m2。普通教室使用时间为08：00—21：00，一般情况下教室处于开灯状态，在非使用时间再集中关闭，在无人时灯仍然开着，这样会造成浪费。利用智能照明控制系统，根据不同时间段使用需要，采用分时控制，关闭不必要的照明灯具；同时充分利用自然光，对室内照明照度值进行自动调节，实现照明节能。

图2 办公室系统拓扑结构图

本系统主要的硬件配置包括：电源模块、开关模块、时控模块、调光模块、LC耦合器、IP网关等。在监控中心设置一台智能照明控制系统主机，安装组态软件WinSwitch和编程软件ETS。

以一多媒体教室为例，建筑面积约120 m2。灯具主要为荧光灯，按区域隔灯划分回路，灯具与侧窗平行，每个多媒体教室设计一照明控制器，设4个控制回路，根据需要可实现1/4～4/4照度，照度传感器设置在教室窗边，控制窗边灯光和电动窗帘。同时，可对投影仪、屏幕等进行控制，以达到最佳节能控制效果，也提高了教学管理的质量。

4 结论

本文所论述的智能照明系统主要是为了节约建筑能耗，促进建筑智能化而设计的。本设计基于EIB总线智能照明控制，并给出了设计方案。主要完成的工作有：

（1）EIB总线分析：介绍了EIB总线原理、拓扑结构、协议模型、功能细节，分析了EIB总线的特点。

（2）照明方案设计：从EIB总线特点和楼宇照明控制的需求出发，介绍了基于EIB总线的校园智能照明方案。而且本设计对组成总线的元件做了简单的介绍，并针对某高校的图书馆、办公楼、教学楼设计了EIB网络拓扑结构。

综上所述，EIB作为一种全新的现场总线技术，用途广泛，拓扑结构多样，预留有与其他系统联动接口，安装使用方便，不仅能节约人力、物力，还方便管理。针对当前高校的智能化建设，某高校智能照明系统设计的实现，将为学校带来节能环保和高效管理的良好前景。

[1]任占强.建筑工程智能照明控制系统技术应用[J].城市建设理论研究（电子版），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.