P-BUS總線技術在智能照明控制系統的應用

 

Application of P-BUS Bus Technology in Intelligent Lighting Control System

摘要本文介紹Pyxos網絡協議基本常識，尋求更簡潔、方便且高效的智能照明控制方式、利用某公司模塊組件組建Pyxos網絡，實現智能照明系統的自動化控制。

關鍵詞  P-BUS總線  智能照明控制  綠色照明

Abstract This paper introduces the basic common sense of Pyxos network protocol and seeks a intelligent lighting control method which is more succinct，convenient and highly efficient． It uses the module of a certain company to set up a Pyxos network SO as to achieve the automatic control of the intelligent lighting system

Keywords  P-BUS bus， slave station，intelligent lighting control，green lighting

1 引言

   現代化的建築對照明的要求越來越高，不僅要求提供舒适的光照，而且不同的場合需要不同的照明環境。綠色照明需要科學設計和高效率、壽命長、安全及性能穩定的照明電器産品來實現。照明電器産品包括：電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材以及調光控制設備和控光器件。這裏調光、控光主要指的是智能照明控制，傳統的照明控制一(yī)般采用手動開(kāi)關控制，對于上述要求很難實現，而且線路十分(fēn)複雜(zá)，操作非常繁瑣，并且存在許多無法解決的問題。随着用戶要求的提高和技術的進步以及産品成本的降低，傳統的照明控制逐步被智能照明控制取代将成爲一(yī)種趨勢。

2 智能照明控制系統總線介紹

   熒光燈的調光控制方法是随着電子鎮流器技術不斷創新發展而提高的，早期對帶有鐵芯鎮流器的熒光燈調光一(yī)般采用可控矽前沿相控調光器輸出直接調控熒光燈的亮度．

表1 三種不同接口電子鎮流器的性能比較表

 

類性 控制	控制電纜	信号極性要求	信号極性要求	熒光燈啓動後亮度處于0	可分(fēn)别尋址	調光特性	調光範圍	220V主電源電壓控制
DSI	2線	數字曼徹斯特編碼	無	是	是	指數	1％～l00％．3％～l00％	鎮流器内可開(kāi)關切換控制
DALI	2線	數字曼徹斯特編碼	無	是	否	指數	1％～l00％	鎮流器内可開(kāi)關切換控制
1V～10V	2線	1～10V模拟量	有	否	否	線性	1％～l00％、3％-100％、l0％-100％、5％～l00％、20％～l00％	由調光控制器控制

 

鎮流器僅僅是串連在熒光燈回路中(zhōng)的一(yī)個負載．這種調光方法效率低，性能差，調光範圍窄．現今國内外(wài)很少用。近年來随着高頻(pín)電子型鎮流器的出現，改變了鎮流器的技術性能，不少公司逐步推出效率高、性能好、調光範圍寬、智能化程度高的高頻(pín)可調光電子式熒光燈鎮流器，這種鎮流器作爲熒光燈的ECG(電子控制裝置)已成爲當今熒光燈調光控制的主流産品。

   按鎮流器的控制線數目劃分(fēn)，有二、三、四線三種，目前市場上最最廠泛的産品是“四線控制”鎮流器，調光控制器通過二條220V主電源線爲鎮流器提供功率支持，二條超低電壓控制線可接口鎮流器實現開(kāi)關、調光等各種功能性控制。按控制接口控制信号性質可分(fēn)成三種：

1)1～10V模拟量接口

2)數字信号接口(DSI)

3)數字可尋址燈光接口(DALI)

我(wǒ)們的P-BUS總線通過輸出DSI信号控制電子鎮流器，達到調光控制的目的。

2.1 直接模拟量介紹

   1～10V接口的控制信号是直流模拟量，信号極性有正負之分(fēn)，按線性規則調節熒光燈的亮度，調光時一(yī)旦控制信号觸發，鎮流器啓動熒光燈，首先被激勵點燃到全亮，然後再按控制量要求調節到相應亮度，按IEc929标準，每個鎮流器的最大(dà)工(gōng)作電流爲1mA。

2.2 P-BUS系統的介紹 

 P-bus系統是基于美國Echelon公司開(kāi)發的Pyxos嵌入式控制網絡平台爲基礎的總線技術，它是一(yī)種專門擴展I/O總線的技術，使用該技術可以使得任何機器内部的各個組成部分(fēn)之間形成智能的數字控制網絡，它是一(yī)種低成本的、網絡自安裝的技術，而且能夠和現有的基于GB/Z 20177的Lonworks控制網絡平台技術結合，構成任意規模的自動控制網絡。Pyxos FT技術使用曼切斯特編碼方式，采用雙相PSK調制，載波頻(pín)率與通信位速率相同，即載波頻(pín)率312.5KHZ，通信速率爲312.5kbps,另外(wài)在波形的調制成形方面，充分(fēn)考慮到使通信信号實現最小(xiǎo)的反射。通信中(zhōng)，使用前導編碼，實現通信信号無極性，從而避免由于安裝錯誤引發的故障。Pyxos FT技術，支持在一(yī)對雙絞線上，既傳輸網絡數字信号，又(yòu)能傳輸24V的交流或直流電，也就是說，基于Pyxos FT技術的設備，可以同時從通信數據線上取得工(gōng)作電源。這些特點，特别适合那些不能爲設備提供本地供電方式的應用場合。

2.3 P-bus系統的構成

基于Pyxos網絡技術的設備連接構成網絡時，網絡拓撲支持總線拓撲和自由拓撲兩種方式。總線拓撲如圖一(yī)所示，自由拓撲如圖二所示。圖中(zhōng)P代表Pyxos中(zhōng)的Point節點。

   

 

 

使用總線拓撲時，總線的最大(dà)長度爲400米，分(fēn)支長度可以爲0.3米，在總線的兩端各是一(yī)個阻抗爲105歐姆的阻容網絡組成的終端匹配器。對于自由拓撲方式，Pyxos網絡所有的連線最長爲100米，在網絡的任意位置使用一(yī)個阻抗爲52歐姆的阻容網絡作爲終端匹配器。

 

在Pyxos網絡中(zhōng)，Pilot和Point節點均使用一(yī)個Pyxos芯片。 

2.3 基于 P-bus系統的設備

P-bus總線技術基于Pyxos嵌入式控制網絡，Pilot作爲主設備，Point作爲從設備，一(yī)個Pilot節點最多可以管理32個Point節點。Pilot節點必須使用一(yī)個主處理器，一(yī)個典型的Pilot設計如圖三所示。

 

圖三 一(yī)個基于Atmel SAM7S64的Pilot節點設計框圖

 系統最小(xiǎo)的結構是Point節點（從設備），一(yī)條P-bus總線即一(yī)個Pilot節點（主設備）最多支持32個Point節點，整個系統最多支持200條總線，即200個Pilot節點。也就是說整個系統最多支持200x32=6400個Point節點

  P-bus智能系統主要有以下(xià)基本控制功能：

   ·設定燈電路的發光電平值。

   ·遠程開(kāi)關燈電路。

   ·存儲和調用預先設定的燈電路工(gōng)作參數值。

   ·可以查詢每個電子鎮流器的工(gōng)作狀态。

   ·可以查詢每個燈負載的工(gōng)作狀态。

   利用以上的有關信息可以判斷照明系統的有關工(gōng)作狀态。

   P-bus照明控制系統構成燈光控制系統的主要特點是：簡單、可靠、功能優良。

   1)通信結構簡單可靠，P-bus系統通信協議是基于Pyxos通訊協議，是一(yī)種基于分(fēn)時複用技術（TDM）的鏈路層數據通信協議，使用雙相PSK信号調制技術。所有設備都能夠周期地、可預測地取得網路的使用權，也就是說，設備可以實現确定性的操作；在數據報中(zhōng)沒有地址信息，隻有數據，沒有額外(wài)的數據開(kāi)銷；網路可以始終運行，不需要使用長的前導報文來進行網絡中(zhōng)設備間的同步，因而可以實現數據的高速通信；不需要使用心跳技術，正常的設備在每一(yī)個屬于自己的時間片都會發送數據，這樣能夠實現網絡的持續的管理。Pyxos通信協議是一(yī)個嚴格遵循主/從網絡結構的協議，在一(yī)個Pyxos網絡中(zhōng)可以有一(yī)個主設備（Pilot節點）和最多32從設備（Point節點）。所有的通信均通過Pilot，在不同的從設備Point之間不支持報文路由。Pyxos通信使用短的數據包進行通信，Pyxos網絡中(zhōng)有限的設備數目可以限制MAC延時。總線上的每個控制器在通信中(zhōng)作爲Point，而總線上的像鎮流器這樣的ECG隻是響應Point的命令起SLAVE的作用，系統具有分(fēn)布式智能功能。

   2)安裝簡單方便，安裝P-bus系統接口有2條主電源線，二條控制線，對線材無特殊要求，安裝時也無極性要求，隻要求主電源線與控制線隔離(lí)開(kāi)，控制線無需屏蔽，要注意的是當控制線上電流在250mA，線長300m時壓降不超過2V。

3)節約能源、方便管理、維護：功能和控制的修改方便靈活，隻需少量的程序調整，不需要現場重新布線就可以實現。此外(wài)，可節約能源，提高效率。通過将時鍾，光線控制設定使系統自動運行到最佳狀态，合理節約能源，方便管理和維護。

 合肥圖久智能科技提供的P-bus燈光場景控制系統專門用于燈光及其他設備的控制，可以提供亮度、燈光場景組合等控制效果，并且可以根據用戶的其他要求，在該控制系統中(zhōng)增加其他控制功能。

   SMC-MO是熒光燈調光控制器，通過服務器交換機可以将多段Polit子系統連接成一(yī)個規模較大(dà)的燈光控制系統，這個控制系統的主幹網可以運行比Pyxos協議更高一(yī)級的協議，如以太網協議等。

圖四中(zhōng)的主幹線一(yī)般采用RS485、Lnworks、TCP/IP的一(yī)種，若采用Lnworks則需要增加網關模塊。

 

 P-bus控制系統還可以将DSI控制、0～10v調光控制、繼電器燈光回路控制等融于一(yī)體(tǐ)，一(yī)整個建築物(wù)及局部區域燈光進行控制，從而更進一(yī)步的達到照明節能的效果。

  同時P-bus控制系統還可以接入樓宇智能控制系統中(zhōng)，或者多個P-bus控制系統形成網絡進行控制。 

3.1 P-bus 特點介紹 

   ·每個P-bus主控制器可以連接1～32個P-bus從模塊；

   ·每個P-bus主控制模塊可以連接最多255個I/O設備；

   ·每個模塊最多可以提供5個九鍵場景開(kāi)關選擇，可以根據用戶需要增加；

   ·場景開(kāi)關也可以選用液晶觸摸屏代替，選用液晶觸摸屏，用戶可以根據自己的實際需求設置、存儲1～6組場景；

   ·每個P-bus控制器預留與樓宇智能控制系統或其他控制器組網通訊的擴展功能；

   ·P-bus控制器還可以增加對其他設備的控制功能，如對窗簾步進電機的控制等；

   ·每個P-bus控制器最少預存1個場景，并且可以根據用戶需求增加或改變場景；

   ·提供集成的控制箱及簡單快捷的接線方式；

   ·僅需接入設備（電源看具體(tǐ)情況決定需要與否），即可實現控制功能，不需要其他任何設置；

   ·P-bus控制器與場景開(kāi)關(或觸摸屏)分(fēn)離(lí)安裝，增強了房間的美觀性；

   ·可以将傳統的0～10V調光控制、繼電器回路控制等接入控制系統，形成統一(yī)控制；

   ·多個控制器形成的網絡控制系統，可以對整個建築物(wù)形成整體(tǐ)或區域燈光控制，并可以選擇集中(zhōng)或區域本地控制等功能。

3.2 P-bus智能照明系統優點介紹

(1)高可靠性

   系統采用了“分(fēn)布式控制”的概念，既便于照明系統的中(zhōng)央臨控，又(yòu)避免了“中(zhōng)央集中(zhōng)式照明控制系統”可靠性差的緻命弱點。由于采用預置信息“分(fēn)布式控制”，當系統中(zhōng)某個模塊出現故障，隻是與該模塊相關的功能失效．而不影響網絡其它模塊正常運行。從維護的觀點來看，這種“分(fēn)布式控制”的概念，既有利于快速故障定位．又(yòu)有利于提高了大(dà)型照明控制系統的 “容錯”水平。同時．由于采用高性能的開(kāi)關器件，周密的電路保護措施使該産品即使在最惡劣的環境下(xià)都具有極高的可靠性。

(2)可觀的“節能”和“延長燈具壽命”效果

   系統能對場地所有燈光根據需要預先設置，實現自動合理的能源管理功能。燈具損壞的緻命原因是電網過電壓，電子産品對電網沖擊電壓和浪湧電壓的成功抑制和補償以及軟啓動和軟關閉技術的引入使燈具壽命延長，對昂貴燈具以及難安裝區域的燈具有特殊意義。由此可知(zhī)，“節能”和“節燈”對減輕供電壓力，降低用戶運行費(fèi)用，實現照明管理智能化都具有極大(dà)的經濟意義。

   (3)安裝簡便，操作直觀

   電氣維修工(gōng)程師僅需接受簡單的培訓，就能很快管理大(dà)型照明系統，并取代原有空氣開(kāi)關或其它開(kāi)關和保險絲，用操作直觀的控制面闆取代原有手動開(kāi)關，兩者之間可用價格低廉的數據總線實行低壓控制連接，改變了原有手動開(kāi)關需接入強電線路的傳統設計方法，既安全又(yòu)能簡化布線工(gōng)程，而且系統的重組和今後的維護十分(fēn)方便。

   (4)網絡控制，便于管理升級

   智能照明系統是基于網絡，利用網絡實現遠程控制、集中(zhōng)控制、無線遙控、電腦控制、定時控制、網絡控制等多種控制方式，并提供燈光軟啓、調光、亮度記憶、場景記憶等智能化操作和管理。

   在某四星級賓館智能樓宇控制系統設計中(zhōng)，選用了P-bus系列産品，其控制系統可以完成以功能：

   ·場景的預發、調用：通過燈光營造現場多種不同需求的動态場景氣氛；

   ·調光：根據用戶的個人要求、現場的需要設置個性化燈光效果：

   ·日照補償：在固定照度的條件下(xià)，利用自然光調高調低現場燈光。達到節能的目的；

   ·紅外(wài)、來人感壹亮燈：燈光智能化的體(tǐ)現，适用于走廊、過道、八門場景：

   ·時間控制：通過預設時間開(kāi)關、燈光的燈光遙控；

   具體(tǐ)功能可以做到如下(xià)：

   1)自動開(kāi)燈功能

   當客戶打開(kāi)房門．鑰匙燈立刻點亮，指導客戶插卡取電。當客戶插卡取電舌．就進人了回家模式，根據情況和設定可以得到想要的燈光和電器的組合場景等。

   同樣，利用運動檢測傳感器町以檢測房間内有無人，從而自動決定是否房間需要照明，一(yī)旦檢測到房間有人，自動接通照明裝置；人一(yī)旦離(lí)開(kāi)房間存一(yī)定預先設定好的時間後(如5min)，自動關閉照明，并可實現房間恒亮(照)度照明(如在有陽光的情況下(xià)，自動降低電照明的發光程度)，也可以手動實現手動調光控制。

   2)場景功能

   隻要輕按一(yī)個鍵，就可以得到想要的燈光和電器的組合場景，如回家模式、離(lí)家模式、會客模式、就餐模式、影院模式、夫妻夜話(huà)、夜起模式等。

   以标準間爲例，作爲一(yī)個客人集中(zhōng)(唯一(yī))活動的場所，一(yī)般配有吊燈、射燈、壁燈、筒燈等，可以用不同的燈光相互搭配産生(shēng)不同的照明效果，如休閑、娛樂、電視、會客等場景模式供随時選用。

    例如：

   設定會客模式爲吊燈亮80％、壁燈亮60％、筒燈亮80％；

   看電視場景爲吊燈亮20％、壁燈亮40％、筒燈亮10％；

   因爲采用了調光控制，燈光的照度可以有一(yī)個漸變的過程，通過遙控器或通過面闆的現場控制，可以随心所欲地變換場景，營造一(yī)種溫馨、浪漫、優雅的燈光環境。

  3）燈光軟啓動

   開(kāi)燈時，燈光緩緩的亮起，關燈時，燈光緩緩地熄滅，消除了光線驟變對眼睛的刺激，既保護眼睛也減小(xiǎo)電流對燈絲溫度的沖擊，延長了燈具的使用壽命，保護燈泡。

   4）亮度調節

  可以任意調節燈光的亮度，從而配合各種家庭場景設置，爲客戶營造出更多更加溫馨和浪漫的場景氛圍。

   5）記憶功能

   芯片會自動記憶前一(yī)次開(kāi)燈時設置的燈光效果，讓智能照明系統的操作更具人性化。

   6）安全功能

  在房間中(zhōng)的運動檢測傳感器，除了感知(zhī)客人的進入，還可以感知(zhī)未經過授權的人的進入。同時在控制台，可以看到是否有人員(yuán)在房間内活動，做到安全防範。

4.2 控制系統圖

   酒店(diàn)标準間控制方案是将走道燈、床頭燈需要控制的燈光全部接入到P-bus系統，再将控制開(kāi)關如插卡開(kāi)關、門鈴信号、開(kāi)燈信号等接入遠程I／0的開(kāi)關量輸入點，也可将溫度調節器的模拟信号接入遠程I／0的模拟量的輸入點。空調溫度控制可以由遠程I/O開(kāi)關量輸出點或模拟輸出點完成。

 圖5是酒店(diàn)标準間的控制系統圖，圖6爲總線控制系統簡圖，可以根據要求增加和修改控制點。

   對于整體(tǐ)，P- bus總線拓撲結構是不确定得，可以構成線型、樹(shù)型、星型或混合型。在酒店(diàn)中(zhōng)可以采取任何形式的結構，具體(tǐ)采用哪種形式或是多種并存根據客房的分(fēn)布設計。

圖5酒店(diàn)标準間控制系統圖

圖6總線控制系統簡圖

5 結束語

 随着人們生(shēng)活質量的提高和環境的改變，在未來的生(shēng)活中(zhōng)，引入人類行爲學、心理學的研究成果，在自動控制、計算機和通訊技術的基礎之上^，按照人類行爲心理需要，将生(shēng)活中(zhōng)的各種功能系統，通過自動化産品，與外(wài)界相連通的集控制、監測、管理與交流于一(yī)體(tǐ)的居家智能化住房必定會很快進入平民百姓家。