KNX：現(xiàn)代建筑中的可靠系統(tǒng)
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文: 歐洲明緯/吳懷文博士
KNX于現(xiàn)代建筑
最近幾年來(lái)，無(wú)論是在住宅或商業(yè)建筑，有關(guān)舒適性和多功能性的需求都在快速增長(zhǎng)。這意味著一個(gè)符合智能控制，能耗低，高階安全性的復(fù)雜系統(tǒng)。在過(guò)去，這樣系統(tǒng)在電布線而言是相當(dāng)復(fù)雜，如圖1所示，每個(gè)不同功能的設(shè)備都需要有其獨(dú)立的控制電線。因此對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)需要花費(fèi)大量時(shí)間與精神，并同時(shí)對(duì)于裝配工也需要大量工時(shí)， 也代表對(duì)于未來(lái)的維修提升難度。高密度的電纜有可能引發(fā)火災(zāi)。因此一個(gè)新型的系統(tǒng)可用于各種的控制器或傳感器或制動(dòng)器之間的通信系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)出且命名為KNX系統(tǒng)。KNX系統(tǒng)僅使用兩條實(shí)體電線做于傳輸訊號(hào)并可與230電源線一起布局。KNX系統(tǒng)大大降低了先前所提到舊式復(fù)雜的電線布局，進(jìn)一步降低事后維護(hù)和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。
vs. 
圖一: 傳統(tǒng)建筑系統(tǒng) (左) vs. KNX 系統(tǒng) (右)
KNX專(zhuān)用電源
KNX系統(tǒng)不僅可以由少數(shù)量的設(shè)備構(gòu)成，也可以為建筑物中使用數(shù)百設(shè)備的復(fù)雜系統(tǒng)。以上兩種情況下，皆需要KNX專(zhuān)用電源為KNX Bus供電。在這里我們解釋了為什么KNX專(zhuān)用電源為KNX Bus環(huán)境至關(guān)重要，且其不能用傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源來(lái)代替。如圖2左所示，為第一種僅有兩個(gè)設(shè)備的簡(jiǎn)單系統(tǒng)（按鈕和致動(dòng)器用作控制電動(dòng)百葉窗）。當(dāng)用戶(hù)意圖觀賞窗外風(fēng)景而按下按鈕控制百葉窗。很可惜的是這個(gè)系統(tǒng)并不能正常工作。原因?yàn)镵NX Bus未被供電故從按鈕的命令不能被傳輸?shù)街聞?dòng)器。第二種情況雷同第一種，但Bus 上多加一個(gè)30 Vdc的常規(guī)開(kāi)關(guān)電源。故現(xiàn)在可以按鈕可以傳送所謂的”主動(dòng)脈沖”(Active Pulse)信號(hào)于致動(dòng)器。然而，致動(dòng)器仍然不能夠接收且動(dòng)作，因?yàn)樵撔盘?hào)并不是完整且正確KNX信號(hào)。第三種情況內(nèi)含Choke 的KNX專(zhuān)用電源取代常規(guī)開(kāi)關(guān)電源加入到系統(tǒng)中。當(dāng)按鈕傳送”主動(dòng)脈沖”信號(hào)發(fā)送到Bus上時(shí)，KNX專(zhuān)用電源會(huì)立即響應(yīng)并產(chǎn)生”均衡脈沖” (Equalization Pulse) 信號(hào)。正確的”主動(dòng)脈沖”和”均衡脈沖”的組合實(shí)現(xiàn)在數(shù)字世界“0”的信號(hào)。代表“0”合并后的波形應(yīng)在104微秒完成，相當(dāng)于10千赫茲。在接下來(lái)的104微秒可為另一個(gè)完整的組合信號(hào)代表“0”或可以為無(wú)波形（僅30 Vdc）表為“1”。這樣的“0”和“1”的連序組合代表了用戶(hù)從按鈕發(fā)出的控制訊號(hào)來(lái)給予致動(dòng)器來(lái)接收。因此，在KNX專(zhuān)用電源加入后這簡(jiǎn)單的KNX系統(tǒng)終于可以運(yùn)行正常。同一樣的工作原理可用于其它KNX設(shè)備，例如照明設(shè)備，暖器設(shè)備，HAVC空調(diào)設(shè)備，安全監(jiān)控設(shè)備...等等。簡(jiǎn)單且唯一的電線布局提供了復(fù)雜系統(tǒng)最大的靈活性。每個(gè)KNX設(shè)備于Bus所用于發(fā)射和接收信號(hào)所消耗的電源為10毫安。假設(shè)KNX專(zhuān)用電源的額定為640毫安，這意味著B(niǎo)us上的設(shè)備最大容許數(shù)目是64個(gè)。因此KNX專(zhuān)用電源是非常重要的以確保KNX Bus系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
圖2場(chǎng)景1總線未供電（左）; 總線有供電但不是KNX電源（中間）; 完整且有效的KNX總線系統(tǒng)，可發(fā)送正確的數(shù)字“0”和“1”通信命令（右）
KNX開(kāi)關(guān)執(zhí)行器
KNX執(zhí)行器的功能為將來(lái)自傳感器,自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)或定時(shí)器等裝置發(fā)送的命令轉(zhuǎn)換為動(dòng)作，亦為用于KNX系統(tǒng)照明百葉窗和加熱應(yīng)用的電氣設(shè)備之間的界面。目前最具經(jīng)濟(jì)效益的主流解決方案是使用機(jī)械式繼電器的執(zhí)行器，這類(lèi)的執(zhí)行器可接通或斷開(kāi)各種類(lèi)型負(fù)載，如圖3顯示裝有機(jī)械式繼電器的KNX開(kāi)關(guān)執(zhí)行器。
圖3緊湊型（4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元）KNX執(zhí)行器，有限空間中配有8個(gè)機(jī)械繼電器
樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中高度可靠之關(guān)鍵在于KNX開(kāi)關(guān)執(zhí)行器使用的繼電器質(zhì)量。
EN60669-1(開(kāi)關(guān)應(yīng)用在家用裝置和類(lèi)似固定電氣裝置的通用標(biāo)準(zhǔn))是定義繼電器性能和耐久性的標(biāo)準(zhǔn)之一。
EN60669-1其19.1部分規(guī)定了正常運(yùn)作(滿(mǎn)載與cos?= 0.6)的繼電器，需滿(mǎn)足至少40000次開(kāi)關(guān)操作而不損壞。
標(biāo)準(zhǔn)亦定義AX為（電容性）熒光照明負(fù)載類(lèi)別。 140μF的負(fù)載是測(cè)試的最低要求，并且應(yīng)至少開(kāi)關(guān)操作運(yùn)行10000次。 明緯的產(chǎn)品除了滿(mǎn)足第19.2部分的最低要求外還進(jìn)一步加強(qiáng)測(cè)試至220μF已確保產(chǎn)品的高可靠度。雖EN60669-1法規(guī)中尚未規(guī)范到LED驅(qū)動(dòng)器，但一般LED驅(qū)動(dòng)器因其電路設(shè)計(jì)特性，可認(rèn)定為電容型負(fù)載。因此KNX開(kāi)關(guān)執(zhí)行器其負(fù)載為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)可以參照19.2部分的要求。
另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)EN 60947-4-1(低壓開(kāi)關(guān)裝置和控制裝置第4-1章節(jié):接觸器和電機(jī)啟動(dòng)器,機(jī)電式接觸器和電機(jī)啟動(dòng)器)也定義KNX開(kāi)關(guān)執(zhí)行器于常見(jiàn)應(yīng)用的最低要求，例如工業(yè)用電動(dòng)機(jī)負(fù)載或住宅用熒光燈負(fù)載。
EN60947-4-1中的下列負(fù)載類(lèi)別通常用于KNX樓宇自動(dòng)化：
AC1 - 無(wú)感或輕微感性負(fù)載，電阻爐（與電阻性負(fù)載有關(guān)，cos?= 0.8）
AC3 - 籠型電動(dòng)機(jī)：運(yùn)行期間啟動(dòng)或關(guān)閉（與電感性電動(dòng)機(jī)負(fù)載有關(guān)，cos?= 0.45）
AC5a - 放電燈的開(kāi)關(guān)
AC5b - 白熾燈的開(kāi)關(guān)
上述條件應(yīng)至少通過(guò)6000次操作并不損壞。
小型化設(shè)計(jì)
所有KNX設(shè)備（包括電源，輸入設(shè)備和執(zhí)行器）通常安裝在建筑物內(nèi)的配電板柜中。 典型的配電機(jī)柜示例如圖4所示。KNX設(shè)備的尺寸應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DIN 43880設(shè)計(jì)，以確保安裝一致性。 根據(jù)定義，KNX設(shè)備的寬度由一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元（SU）編碼，每個(gè)SU不應(yīng)超過(guò)18mm。 目前市場(chǎng)上的640 mA KNX電源具有4個(gè)SU（54mm）寬度或更多，而1280 mA KNX電源具有6個(gè)SU（108mm）寬度或更多。明緯 KNX產(chǎn)品采用超薄設(shè)計(jì)，即640mA的電源設(shè)計(jì)為3SU， 1280mA電源更僅4SU，KAA-8R為開(kāi)關(guān)執(zhí)行器，寬度僅有4SU但集成了八個(gè)獨(dú)立通道16安培繼電器，以上的小型化設(shè)計(jì)允許其他更多KNX設(shè)備安裝在既有機(jī)柜內(nèi)，節(jié)省的空間可裝置更多設(shè)備從而為現(xiàn)代建筑提供多種功能。
圖4常見(jiàn)的2排12 SU配電板柜，圖中已安裝斷路器和眾多明緯KNX設(shè)備