KNX：现代建筑中的可靠系统
2019-05-20 12:47:53
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KNX：现代建筑中的可靠系统
KNX于现代建筑
最近几年来，无论是在住宅或商业建筑，有关舒适性和多功能性的需求都在快速增长。这意味着一个符合智能控制，能耗低，高阶安全性的复杂系统。在过去，这样系统在电布线而言是相当复杂，如图1所示，每个不同功能的设备都需要有其独立的控制电线。因此对于设计者来说需要花费大量时间与精神，并同时对于装配工也需要大量工时， 也代表对于未来的维修提升难度。高密度的电缆有可能引发火灾。因此一个新型的系统可用于各种的控制器或传感器或制动器之间的通信系统被开发出且命名为KNX系统。KNX系统仅使用两条实体电线做于传输讯号并可与230电源线一起布局。KNX系统大大降低了先前所提到旧式复杂的电线布局，进一步降低事后维护和火灾风险。
vs. 
图一: 传统建筑系统 (左) vs. KNX 系统 (右)
KNX专用电源
KNX系统不仅可以由少数量的设备构成，也可以为建筑物中使用数百设备的复杂系统。以上两种情况下，皆需要KNX专用电源为KNX Bus供电。在这里我们解释了为什么KNX专用电源为KNX Bus环境至关重要，且其不能用传统开关电源来代替。如图2左所示，为第一种仅有两个设备的简单系统（按钮和致动器用作控制电动百叶窗）。当用户意图观赏窗外风景而按下按钮控制百叶窗。很可惜的是这个系统并不能正常工作。原因为KNX Bus未被供电故从按钮的命令不能被传输到致动器。第二种情况雷同第一种，但Bus 上多加一个30 Vdc的常规开关电源。故现在可以按钮可以传送所谓的”主动脉冲”(Active Pulse)信号于致动器。然而，致动器仍然不能够接收且动作，因为该信号并不是完整且正确KNX信号。第三种情况内含Choke 的KNX专用电源取代常规开关电源加入到系统中。当按钮传送”主动脉冲”信号发送到Bus上时，KNX专用电源会立即响应并产生”均衡脉冲” (Equalization Pulse) 信号。正确的”主动脉冲”和”均衡脉冲”的组合实现在数字世界“0”的信号。代表“0”合并后的波形应在104微秒完成，相当于10千赫兹。在接下来的104微秒可为另一个完整的组合信号代表“0”或可以为无波形（仅30 Vdc）表为“1”。这样的“0”和“1”的连序组合代表了用户从按钮发出的控制讯号来给予致动器来接收。因此，在KNX专用电源加入后这简单的KNX系统终于可以运行正常。同一样的工作原理可用于其它KNX设备，例如照明设备，暖器设备，HAVC空调设备，安全监控设备...等等。简单且唯一的电线布局提供了复杂系统最大的灵活性。每个KNX设备于Bus所用于发射和接收信号所消耗的电源为10毫安。假设KNX专用电源的额定为640毫安，这意味着Bus上的设备最大容许数目是64个。因此KNX专用电源是非常重要的以确保KNX Bus系统的正常运行。
图2场景1总线未供电（左）; 总线有供电但不是KNX电源（中间）; 完整且有效的KNX总线系统，可发送正确的数字“0”和“1”通信命令（右）
KNX开关执行器
KNX执行器的功能为将来自传感器,自动控制开关或定时器等装置发送的命令转换为动作，亦为用于KNX系统照明百叶窗和加热应用的电气设备之间的界面。目前最具经济效益的主流解决方案是使用机械式继电器的执行器，这类的执行器可接通或断开各种类型负载，如图3显示装有机械式继电器的KNX开关执行器。
图3紧凑型（4个标准单元）KNX执行器，有限空间中配有8个机械继电器
楼宇自动化系统中高度可靠之关键在于KNX开关执行器使用的继电器质量。
EN60669-1(开关应用在家用装置和类似固定电气装置的通用标准)是定义继电器性能和耐久性的标准之一。
EN60669-1其19.1部分规定了正常运作(满载与cosƟ= 0.6)的继电器，需满足至少40000次开关操作而不损坏。
标准亦定义AX为（电容性）荧光照明负载类别。 140μF的负载是测试的最低要求，并且应至少开关操作运行10000次。 明纬的产品除了满足第19.2部分的最低要求外还进一步加强测试至220μF已确保产品的高可靠度。虽EN60669-1法规中尚未规范到LED驱动器，但一般LED驱动器因其电路设计特性，可认定为电容型负载。因此KNX开关执行器其负载为LED驱动可以参照19.2部分的要求。
另一个标准EN 60947-4-1(低压开关装置和控制装置第4-1章节:接触器和电机启动器,机电式接触器和电机启动器)也定义KNX开关执行器于常见应用的最低要求，例如工业用电动机负载或住宅用荧光灯负载。
EN60947-4-1中的下列负载类别通常用于KNX楼宇自动化：
AC1 - 无感或轻微感性负载，电阻炉（与电阻性负载有关，cosƟ= 0.8）
AC3 - 笼型电动机：运行期间启动或关闭（与电感性电动机负载有关，cosƟ= 0.45）
AC5a - 放电灯的开关
AC5b - 白炽灯的开关
上述条件应至少通过6000次操作并不损坏。
小型化设计
所有KNX设备（包括电源，输入设备和执行器）通常安装在建筑物内的配电板柜中。 典型的配电机柜示例如图4所示。KNX设备的尺寸应根据标准DIN 43880设计，以确保安装一致性。 根据定义，KNX设备的宽度由一个或多个标准单元（SU）编码，每个SU不应超过18mm。 目前市场上的640 mA KNX电源具有4个SU（54mm）宽度或更多，而1280 mA KNX电源具有6个SU（108mm）宽度或更多。明纬 KNX产品采用超薄设计，即640mA的电源设计为3SU， 1280mA电源更仅4SU，KAA-8R为开关执行器，宽度仅有4SU但集成了八个独立通道16安培继电器，以上的小型化设计允许其他更多KNX设备安装在既有机柜内，节省的空间可装置更多设备从而为现代建筑提供多种功能。
图4常见的2排12 SU配电板柜，图中已安装断路器和众多明纬KNX设备