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，無論是在住宅或商業(yè)建筑，有關(guān)舒適性和多功能性的需求都在快速增長。這意味著一個符合智能控制，能耗低，高階安全性的復(fù)雜系統(tǒng)。在過去，這樣系統(tǒng)在電布線而言是相當復(fù)雜，如圖1所示，每個不同功能的設(shè)備都需要有其獨立的控制電線。因此對于設(shè)計者來說需要花費大量時間與精神，并同時對于裝配工也需要大量工時， 也代表對于未來的維修提升難度。高密度的電纜有可能引發(fā)火災(zāi)。因此一個新型的系統(tǒng)可用于各種的控制器或傳感器或制動器之間的通信系統(tǒng)被開發(fā)出且命名為KNX系統(tǒng)。KNX系統(tǒng)僅使用兩條實體電線做于傳輸訊號并可與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，進一步降低事后維護和火災(zāi)風險。
vs. 
圖一: 傳統(tǒng)建筑系統(tǒng) (左) vs. KNX 系統(tǒng) (右)
KNX專用電源
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專用電源為KNX Bus供電。在這里我們解釋了為什么KNX專用電源為KNX Bus環(huán)境至關(guān)重要，且其不能用傳統(tǒng)開關(guān)電源來代替。如圖2左所示，為第一種僅有兩個設(shè)備的簡單系統(tǒng)（按鈕和致動器用作控制電動百葉窗）。當用戶意圖觀賞窗外風景而按下按鈕控制百葉窗。很可惜的是這個系統(tǒng)并不能正常工作。原因為KNX Bus未被供電故從按鈕的命令不能被傳輸?shù)街聞悠鳌５诙N情況雷同第一種，但Bus 上多加一個30 Vdc的常規(guī)開關(guān)電源。故現(xiàn)在可以按鈕可以傳送所謂的”主動脈沖”(Active Pulse)信號于致動器。然而，致動器仍然不能夠接收且動作，因為該信號并不是完整且正確KNX信號。第三種情況內(nèi)含Choke 的KNX專用電源取代常規(guī)開關(guān)電源加入到系統(tǒng)中。當按鈕傳送”主動脈沖”信號發(fā)送到Bus上時，KNX專用電源會立即響應(yīng)并產(chǎn)生”均衡脈沖” (Equalization Pulse) 信號。正確的”主動脈沖”和”均衡脈沖”的組合實現(xiàn)在數(shù)字世界“0”的信號。代表“0”合并后的波形應(yīng)在104微秒完成，相當于10千赫茲。在接下來的104微秒可為另一個完整的組合信號代表“0”或可以為無波形（僅30 Vdc）表為“1”。這樣的“0”和“1”的連序組合代表了用戶從按鈕發(fā)出的控制訊號來給予致動器來接收。因此，在KNX專用電源加入后這簡單的KNX系統(tǒng)終于可以運行正常。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KNX設(shè)備于Bus所用于發(fā)射和接收信號所消耗的電源為10毫安。假設(shè)KNX專用電源的額定為640毫安，這意味著Bus上的設(shè)備最大容許數(shù)目是64個。因此KNX專用電源是非常重要的以確保KNX Bus系統(tǒng)的正常運行。
圖2場景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開關(guān)執(zhí)行器
KNX執(zhí)行器的功能為將來自傳感器,自動控制開關(guān)或定時器等裝置發(fā)送的命令轉(zhuǎn)換為動作，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)濟效益的主流解決方案是使用機械式繼電器的執(zhí)行器，這類的執(zhí)行器可接通或斷開各種類型負載，如圖3顯示裝有機械式繼電器的KNX開關(guān)執(zhí)行器。
圖3緊湊型（4個標準單元）KNX執(zhí)行器，有限空間中配有8個機械繼電器
樓宇自動化系統(tǒng)中高度可靠之關(guān)鍵在于KNX開關(guān)執(zhí)行器使用的繼電器質(zhì)量。
EN60669-1(開關(guān)應(yīng)用在家用裝置和類似固定電氣裝置的通用標準)是定義繼電器性能和耐久性的標準之一。
EN60669-1其19.1部分規(guī)定了正常運作(滿載與cos?= 0.6)的繼電器，需滿足至少40000次開關(guān)操作而不損壞。
標準亦定義AX為（電容性）熒光照明負載類別。 140μF的負載是測試的最低要求，并且應(yīng)至少開關(guān)操作運行10000次。 明緯的產(chǎn)品除了滿足第19.2部分的最低要求外還進一步加強測試至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)動器，但一般LED驅(qū)動器因其電路設(shè)計特性，可認定為電容型負載。因此KNX開關(guān)執(zhí)行器其負載為LED驅(qū)動可以參照19.2部分的要求。
另一個標準EN 60947-4-1(低壓開關(guān)裝置和控制裝置第4-1章節(jié):接觸器和電機啟動器,機電式接觸器和電機啟動器)也定義KNX開關(guān)執(zhí)行器于常見應(yīng)用的最低要求，例如工業(yè)用電動機負載或住宅用熒光燈負載。
EN60947-4-1中的下列負載類別通常用于KNX樓宇自動化：
AC1 - 無感或輕微感性負載，電阻爐（與電阻性負載有關(guān)，cos?= 0.8）
AC3 - 籠型電動機：運行期間啟動或關(guān)閉（與電感性電動機負載有關(guān)，cos?= 0.45）
AC5a - 放電燈的開關(guān)
AC5b - 白熾燈的開關(guān)
上述條件應(yīng)至少通過6000次操作并不損壞。
小型化設(shè)計
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。 典型的配電機柜示例如圖4所示。KNX設(shè)備的尺寸應(yīng)根據(jù)標準DIN 43880設(shè)計，以確保安裝一致性。 根據(jù)定義，KNX設(shè)備的寬度由一個或多個標準單元（SU）編碼，每個SU不應(yīng)超過18mm。 目前市場上的640 mA KNX電源具有4個SU（54mm）寬度或更多，而1280 mA KNX電源具有6個SU（108mm）寬度或更多。明緯 KNX產(chǎn)品采用超薄設(shè)計，即640mA的電源設(shè)計為3SU， 1280mA電源更僅4SU，KAA-8R為開關(guān)執(zhí)行器，寬度僅有4SU但集成了八個獨立通道16安培繼電器，以上的小型化設(shè)計允許其他更多KNX設(shè)備安裝在既有機柜內(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