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中國應用案例
施耐德KNX/EIB智能控制系統在國家體育場中的應用
更新時間:2009-2-1  瀏覽次數:

施耐德電氣(中國)投資有限公司 林琛 李敏

Application of KNX Intelligent Control System in National Stadium
By Lin Cheng and Li min

摘要:本文通過KNX系統在國家體育場中工程中的實際應用,介紹KNX總線系統在大型建筑中的解決方案。
Abstract: This article focuses on how to implement KNX system solutions in large-scale project by means of practical application for KNX system in National Stadium.
關鍵詞:國家體育場、歐洲安裝總線、 照明控制、場景
Keyword: National Stadium、KNX、lighting control、Scene


1. 中國國家體育場項目介紹
  2008北京奧運會開幕式、閉幕式的主場地國家體育場(鳥巢)坐落于北四環外奧林匹克公園的緩坡上。鳥巢的建筑面積達到25.8萬平方米,擁有91000個座席(其中11000個臨時座席)。賽時的田徑、足球項目都將在此舉行。奧運會結束后鳥巢將用于國際國內體育比賽和文化、娛樂活動。


1-1 鳥巢鳥瞰圖

2. KNX系統在中國國家體育場中的應用
• 系統簡介

  在此項目中采用了KNX現場總線技術,它是由多家廠商開發的基于一個電氣安裝標準的通訊系統。KNX完全基于ISO/OSI開放系統互連參考模型,并使用其中的五層協議,在每個參考模型層上實現了不同的功能。KNX各總線設備之間通過報文交換它們的信息,報文是由一連串的符號組成。
  在KNX上傳輸的速率最大值為9.6 Kb/s,相當于每秒40-50份報文。
  KNX 產品均符合KONNEX 協會的總線標準 KNX -- 一種將KNX 系統、Batibus 系統和 EHS 系統的優點融為一體的總線標準。 因此可以為您開拓出大量的相關應用領域和更廣闊的使用范圍。


2-1 KNX EIB功能組合

• 控制要求
  國家體育場作為2008北京奧運會的標志性建筑,有其燈光控制的獨特需求。室內照明、景觀照明、立面照明均采用KNX智能照明控制系統。
室內的貴賓廳及貴賓接待處、新聞發布處等進行調光控制,走廊、洗手間進行時間控制、紅外感應的自動控制。
  室外立面照明、景觀照明進行調光控制、時間控制、光線感應控制。
  系統還可通過中央控制及監控、時間控制、遠程控制、移動感應控制、光線感應控制及定時控制等功能實現照明系統的智能管理。
  應急照明配電系統由雙值輸入模塊接入消防信號,應急照明驅動器強啟應急照明回路。
  分區域值班室統一設置智能控制面板,分組控制。公共區域基本不設面板,由中控系統統一控制。
  鑒于國家體育場占地面積大以及它的重要性,因此采用2個集中控制中心進行集中化燈光照明控制。照明控制系統控制主機設在零層西北角和四層西側偏南處分別設立兩個監控中心。


2-2 鳥巢夜景效果圖

 • 控制總線
  作為智能建筑的現場總線允許比較低的傳輸速率,但是信息傳輸的可靠性要求比較高。它傳輸的信息是各種設備的控制信息,如果發生錯誤不僅可能導致設備的非正常工作,甚至導致設備永久性損壞。所有KNX控制設備均使用YCYM 2*2*0.8的專用信息傳輸媒質。
  KNX采用雙絞線進行信號傳輸,總線線纜是對稱的結構,而且線纜的安裝不存在對地電位,所以在兩根芯線之間不會由于電位差而引起對地電位的故障。傳輸技術在傳輸速度、脈沖產生和脈沖接收方面的設計使得總線電線不需要終端阻抗就可以任意拓撲。而且EIB總線使用屏蔽線纜,能很好的隔離強電信號,大大增加了EIB信號傳輸的穩定性。這種設計保證了KNX總線傳輸的可靠性。


2-3 KNX EIB總線示意圖

• 系統結構
  整個體育場分為室內照明、景觀照明、立面照明、場地照明四大部分照明,又分為地下一層及夾層、零層、一層、二層、三層、四層、五六七層等幾個區域控制。在零層與四層設置中央控制管理室。
  景觀照明、立面照明由以下幾種主要模式:彩色電視轉播足球比賽、正式比賽、一般比賽、日常維護、一般節假日、重大節日、以應急安全照明等,調試完畢時照明模式多達20種以上。
  目前共有800個KNX元件。其中250余個紅外感應器吸頂安裝在衛生間的入口處;300多個智能面板本地安裝;驅動器模塊分布安裝在近300個配電箱中,控制著室內照明、景觀照明、立面照明總共約4000條照明回路。
  由于本系統龐大,因此我們根據控制的區域不同,在程序編寫時系統分為如下域:室內、室外(景觀與立面)、場地。再將室內照明根據環形的核心筒(豎井)安裝位置,分為12條縱向干線,每條干線連接此軸線從地下一層到6層的支線。每條干線又分別帶多條支線用于連接模塊。室外照明的回路數量較少,所以可以直接將模塊連接于干線上。
  對于一些特殊的區域(如VIP區域、新聞大廳等),我們單獨敷設一條總線以提高安全性。


2-4 系統示意圖

 方塊代表每層配電箱
 方塊之間的橫向線代表每層的支線
 縱向線纜代表核心筒干線
 淺色圈代表0層環形橋架主線


• 系統控制方式
  KNX作為一種總線控制方式,所有的控制信號在總線上都是以廣播的形式進行傳播的。也就是說在任何時候,所有的總線設備總是同時接收到總線上的信息,只要總線上不再傳輸信息時,總線設備即可獨立決定將報文發送到總線上。EIB的傳輸是按事件控制的,也就是說,當事件真正發生時和需要傳輸信息時才將報文發送到總線上。
  EIB系統采用單元地址化結構設計,根據系統的等級結構和應用控制器的功能賦予每個功能部件以相應的“物理地址”,控制命令通過“組地址”將傳感元件與執行設備聯系起來經過總線傳遞到相應的地址,達到控制目的。
  對于體育場的系統控制,平時都是通過中央控制室的中控電腦來執行的。當需要控制燈光場景時,通過電腦發出控制指令(控制指令中保含了對應的控制組以及指令信息),該控制指令通過各級總線連接耦合器逐層傳遞到總線的每一個角落。具有與控制指令相同控制組功能的執行設備在接受到控制信號后開始按程序進行動作,并同時發出一個受控的反饋信號。反饋信號又會逐層通過各級總線連接耦合器,最后被中控室的中控電腦接收,顯示在系統管理軟件上。至此整個控制結束。
  各區域的燈光照明場景也可以直接通過安裝于本區域配電箱的控制面板來進行控制,操作更為靈活;當有重要比賽時,可以通過中央控制室的中控電腦將本地面板鎖定(面板將不能再進行任何控制操作),防止有工作人員對本地照明的誤操作,使整個系統的控制更為便捷與安全。

• 系統管理軟件
  KNX中央控制軟件為KONNEX協會認證的Winswitch軟件。它可以安裝在windows 2000或XP系統的PC電腦上,對整個控制區域的照明系統以及應急照明系統進行集中監視及控制。此軟件采用標準的圖形界面進行操作控制并可插入bmp圖形(國家體育場平面圖、效果圖等),使控制更加簡易直觀。
  Winswitch軟件在此項目中實現的主要功能:
  1) 對KNX智能控制系統中的設備進行定時控制、邏輯控制、場景控制。
  2) 實施顯示各種信息,如某設備開關或某處有報警。
  3) 可查詢歷史記錄、對設備的開關進行計次或計時統計。
  4) 通過開關按鈕圖形控制現場照明回路。
  5) 編輯不同區域、不同監控場所的圖形,并可相互切換顯示。
  6) 提供五種不同級別的用戶密碼,分別可控制系統中的不同設備,以提高系統的安全性。
  7) KNX系統與BMS系統集成時,我們使用OPC軟件。


2-5 系統可視化管理界面

• 數據傳輸與兼容性
  KNX系統為總線制分布式控制系統,系統的各個功能模塊之間可以通過總線直接通信,某個模塊或支線的故障不會影響整個網絡的運行。可以實現系統的自動控制和現場的手動控制,互相切換時不需要增加控制設備。而且KNX系統是開放性的標準,可以通過KONNEX提供的OPC server,BMS系統通過OPC Client連接。當然,需要從KNX系統的編程調試軟件ETS導出地址表。
  利用KNX的控制優勢與其便捷、靈活的拓撲結構,集中化控制主機可以連接到系統任意一條支線或者干線上。當一臺控制主機發生無法控制的情況時,可以使用另一臺控制主機進行燈光控制,從而不影響正常的燈光照明控制。
  考慮KNX系統拓撲結構的自由性以及特殊性,將系統故障率降至最低。無論哪一個控制元器件發生了故障或者損壞都不會影響其他設備的正常運行。

3. 結束語
  北京奧林匹克運動會主體育場國家體育場又稱“鳥巢”,寓意著人類的搖籃。為了更好地在世人面前展現這座宏偉的建筑,KNX系統以靈活性、舒適性、安全性、經濟性的特點贏了了使用單位的信賴。KNX智能控制系統大量的節約人力資源和減少能耗,體現了“節能增效”的解決方案信條。

作者簡介:
  林琛,2002年畢業于同濟大學物理系智能建筑專業,同年獲得后赴德國進修。現在施耐德電氣(中國)投資有限公司智能終端部負責KNX和C-BUS產品線的技術支持工作。
  李敏,2004年畢業于同濟大學物理系智能建筑專業。現在施耐德電氣(中國)投資有限公司智能終端部 主管技術支持。






 
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