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发表于 2016/1/26 12:50:11

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现场总线系列介绍之七:KNX的组织、标准和解决方案

  一、概述
  1.1 什么是KNX?
  ·KNX更方便、更安全、更节能。
  不管是简单的家居还是复杂的办公室,舒适性与空调、灯光、访问控制系统等多功能管理的需求都在不断增加。同时,有效利用能源也变得越来越重要。但方便、安全再加上低能耗的要求只能靠智能监控所有相关的产品来实现。这意味着需要更多的线路、传感器和执行器来进行控制和监视。这种大规模的布线反过来意味着更高的设计及安装的工作,增加了火灾的危险和高昂的费用。
  ·KNX是家居和楼宇控制领域唯一开放的国际标准。
  为了把控制数据传送给所有楼宇管理组件,就要求有一个系统来处理各个设备,这个系统保证所有的组件通过一个共同的语言进行通信。简而言之,一个如 KNX 总线那样独立于制造商和应用领域的系统。该标准在市场上20年的使用经验,从已有的系统: EIB、EHS 和BatiBUS转变成KNX。把所有的总线设备连接到 KNX 介质上(这些介质包括双绞线、射频、电力线或 IP/以太网),使它们可以进行信息交换。总线设备可以是传感器也可以是执行器,用于控制楼宇管理的装置如:照明、遮光/百叶窗、保安系统、能源管理、供暖、通风、空调系统、信号和监控系统、服务界面及楼宇控制系统、远程控制、计量、视频/音频控制、大型家电等。所有这些功能可以通过一个统一的系统进行控制、监视和发送信号,不需要额外的控制中心。

  1.2 KNX的意义
  ·世界的意义
  在世界各地使用: 住宅和楼宇控制世界的语言是KNX。几百万个KNX的成功安装不仅遍及欧洲还远至远东、北美、南美 -- 证明了KNX的魅力所在。全球100多个KNX会员公司在不同的应用领域中提供了近7000个KNX认证产品。           
  ·开放标准的意义  
  KNX已成为国际标准(ISO/IEC 14543-3)、欧洲标准(CENELEC EN 50090)和(CEN EN 13321-1)和中国标准(GB/T 20965)。所以 KNX 是对未来的一种保证。由不同制造商生产的KNX 产品可以相互连接 -- KNX商标保证了它们的连接性和互操作性。所以KNX是商用和住宅楼宇控制领域唯一的开放的国际标准。
  ·住宅和楼宇控制的意义
  对任何类型楼宇的收益:从复杂的办公室到普通住宅。不管是什么类型的楼宇,在将成本控制在可管理的水平上的同时,KNX为楼宇控制系统开启了全新的机会。KNX可提供用传统安装技术要花大力气才能实现的解决方案。通过一个触摸板,可以控制住宅和楼宇中的所有应用。从供暖、通风及访问控制到所有家电设备的远程控制 -- KNX在住宅或楼宇中使用了全新的方法来增加舒适感、安全性以及节能。
  1.3 KNX: 一种技术多种优点
  使用了KNX,会给建筑师、设计师、承包商带来真正的收益,并且,还能给大厦业主和/或用户也带来好处。
  ·低运行成本可节约大量能源
  照明和供暖在需要时只需打开开关,如根据时间和/或实际的现场情况,从而节约能源和金钱。 而且照明可根据日照强度自动控制,因此可在每一个工作的地方维持一个指定的最小亮度以减少能耗(除那些确实需要开关调节的光源)。
  ·节约时间
  用一根总线将所有的设备进行互联大大减少了设计和安装时间。一种为制造商和应用领域使用的独立工程工具软件(ETS)使设计、工程和安装配置都含有 KNX 认证的产品。因为此工具是独立于制造商的,系统集成商可以用不同的通信介质(双绞线、射频、电力线或 IP / 以太网 )把各个制造商的产品结合起来。
  ·未来发展的灵活性和适应性
  一个 KNX 安装可以很容易地适应新的应用并易于扩展。新组件可以很容易地连接到现有的总线网络上。
  二、组织
  2.1 KNX协会
  在1999年五月,由以下协会成员共同成立了KNX协会:
  ● EIBA(欧洲总线安装协会);
  ● EHSA(欧洲家居系统协会);
  ● BCI(BatiBUS国际俱乐部)。
  该协会是家居和楼宇控制全球标准:KNX的拥有者,也是KNX商标和标识的全球所有者。 KNX协会是一个由比利时法律管辖的非营利型组织。成员由基于KNX各种家居和楼宇控制设备开发的厂商构成,产品的应用如:灯光控制、百叶窗控制、供暖、通风、空调、能源管理、计量、监视、报警/防盗系统、家用电器、音频/视频和其他。下一步,服务提供商(公共事业,电信,...)也将成为KNX协会的成员。
  2.2 组织结构

  2.3 成员大会
  在座的所有成员是协会的最高法定权利机构 -- 每年至少举行一次会议,批准开展的活动和来年的预算。执行委员会,从成员大会中选出,为期5年,负责协会的战略、KNX标准和预算提案。
  2.4 执行委员会(KEB)由2个永久委员会协助:
  ● 技术委员会(KTB)。这个委员会负责KNX标准的审批和进化,包括系统/测试规范和认证规则。 KTB是最终KNX技术的决策机构。 KTB还负责把KNX标准的许多部分转换给相应的标准化委员会。
  ● 市场委员会(KMB)。这个委员会负责KNX标准的市场策略,包括KNX协会围绕KNX标准的沟通和促销活动。KMB是最终KNX市场的决策主体。KMB还负责由国家KNX组在不同市场开展的活动。
  技术和市场委员会由几个工作组(WG)和任务组(TF)组成,其中所有股东可以参与进一步KNX标准的开发、推进。
  2.5 合作伙伴
  除了成员,KNX协会与全球125个国家的44.000合作伙伴签订了合作协议。合作伙伴的类型取决于各自的目标组织。KNX协会现在有以下的合作伙伴:

  2.6 KNX 组织:国际标准的保证


  KNX的推动力来自于KNX组织,一个领导厂商活跃在住宅和楼宇控制领域的组织。目前, KNX组织拥有 300 多个会员,占欧洲销售住宅和楼宇控制设备的80%以上。作为共同的目标,这些公司推动着楼宇控制系统的发展,并且KNX也是在住宅和楼宇控制领域中,唯一开放的国际标准。全球性的KNX组织与120个国家的35.000多家安装公司、90多所科技大学、250多个培训中心签订了合作协议。
  2.7 KNX国际的联系方式:
  地址:De Kleetlaan 5  Bus11 B - 1831 - Brussels / Diegem Belgium
  电话:+32 - (0)2 - 775 85 90
  传真:+32 - (0)2 - 675 50 28
  E-mail:  info@knx.org
  2.8 KNX中国的联系方式:
  地址:中国,北京 广安门外大街397A
  秘书处联系人:沈璞
  电话: +86-10-63462906
  传真: +86-10-63490489
  E-mail: info@knxchina.org
  三、标准


  KNX协会是KNX技术的创建者和拥有者 -- 全球家庭和楼宇控制所有应用的标准,范围从照明和百叶窗控制到各种安全系统、采暖、通风、空调、监控、报警、控水、能源管理、计量以及家用电器、音响及其它更多内容。该技术可以在新的、以及现有的家庭和建筑中使用。
  对于KNX协会的会员,系统不需要专利费用,而且可以在任何处理器平台上实现。所有产品均带有KNX认证标志,以保证系统的兼容性、互连性和互操作性。
  KNX是家居和楼宇控制的唯一全球标准:
  ·单一、独立于制造商的设计和调试工具(ETS);
  ·一套完整支持通信的媒介(TP、PL、RF和IP);
  ·一套完整的支持配置模式(系统和简单的模式);
  ·还有更多的优势。
  KNX已批准为:
  ·欧洲标准(CENELEC EN50090和EN CEN13321-1);
  ·国际标准(ISO/ IEC14543-3);
  ·中国标准(GB/ T20965);
  ·美国标准(ANSI/ ASHRAE135)。
  该标准在市场上已有超过24年的经验,包括它的前辈:EIB、EHS和BatiBUS。超过370成员公司,来自全球不同的应用领域,在他们的产品目录中有超过7000个KNX认证的产品群。与KNX协会有合作协议的安装公司超过了44,000家,在125多个国家和100多所技术大学以及300多个培训中心。

  3.1 从行业标准到国际标准:
  ·Batibus、EIB和EHS的融合
  从前辈规范:Batibus、EIB和EHS到KNX,时间在20世纪90年代的早期。当时没有人能够预见到他们各自的前途。这三种非常重要的土生土长的欧洲解决方案,最初都试图在家庭和楼宇控制市场独自开发自己的市场,也试图在欧洲标准化中具有自己的位置。 Batibus在法国、意大利和西班牙表现比较突出,EIB在德语区和北欧国家非常成功,而EHS是白色和棕色家电制造商的首选解决方案。
  1997年,上述三个联盟决定联手开拓市场,为智能家居即定的目标开发新的、共同的行业标准,同时也提出建立国际标准。该KNX规范由新建的KNX协会在2002年春发布,基于EIB规范,补充了新配置机制和通信介质,最初由Batibus和EHS开发。


  3.2 欧洲电工标准化委员会(CENELEC)
  2003年12月,KNX协议以及两种介质:双绞线(TP)和电力线(PL)由欧洲国家委员会和CENELEC技术局批准为EN50090欧洲标准。KNX的射频通信介质在2006年5月获得批准。


  3.3 欧洲标准化委员会(CEN)
  随着KNX提供的规范越来越多,不仅用于电气设备安装的自动化,也可用于暖通空调(HVAC)应用,KNX协会向CEN提出了作为欧洲楼宇自动化控制系统的标准规范。 CEN接受了该提案,KNX规范由CEN发布为EN13321-1和EN13321-2标准。


  3.4 国际化标准组织/国际电工技术委员会(ISO/ IEC)
  鉴于欧洲以外国家对KNX兼容产品的兴趣,以及相关技术的成熟,KNX协会启动了成为国际KNX标准的必要步骤。2004年底,活跃在CENELEC的国家提出了把欧洲EN50090标准转化成ISO/ IEC国际标准, 在2006年11月,KNX协议,包括所有的传输介质(TP、PL、RF和IP)批准为ISO/ IEC14543-3-X国际标准发布。这使得KNX成为家庭和楼宇控制的全球唯一开放标准。


  3.5 中国国家标准化管理委员会(SAC)
  中国的家居和楼宇市场对KNX产品和KNX技术也具有极大的兴趣,这也是KNX协会把国际ISO / IEC14543标准转变成中国国家标准的主要原因。中国标准化委员会,SAC TC124,在2013年7月推出了KNX的中国国家标准,标准号为GB/ T20965。


  3.6 美国标准化协会/美国采暖、制冷与空调工程师学会(ANSI/ ASHRAE)
  KNX与其他自动化系统组合成国际标准:美国ANSI/ ASHRAE标准135以及ISO 16484-5 文档在KNX和BACnet之间相对应。
  3.7 KNX规范
  KNX规范覆盖了KNX标准的所有技术内容,从初次接触KNX技术,再通过规范、认证规则、测试和应用描述,可以全面掌握该技术。不同的卷和部分明确分离,可用于公司的各个职能部门。
  四、解决方案
  4.1 提高能源效率 -- KNX是改造时的一个优势
  挑战
  KNX城市(KNX的一个项目名称)建立在坚实的基础之上。这不仅包括可信的KNX系统本身,而且还有过去20年在建筑中使用KNX总线获得的经验。无论是早期自动化工作的一部分,还是具有远见的预防措施,KNX在建筑中使用的主要技术参数比任何其他系统要好。拜尔公司的工程师办公室显示了这种技术如何使现有的建筑更加节能。为了观察和记录能源消费,第一步要进行详细的消费调查。
  方案
  KNX系统提供了集中和分散多种测量消耗的解决方案。
  这里使用了单相和三相KNX电表,也使用带有电流检测的KNX执行器和带有电流互感器的KNX模块。虽然后者的测量精度不适合计费目的,但符合楼宇能源消耗测量和控制的总体思路。特别在现有的分布式环境,该KNX执行器可的替代原来的执行器或适配插座节省空间。
  实施
  该项目应用使用各种不同的电表:KNX表用于总消耗量(Gira),KNX电量执行器(ABB)和带有电流检测(消费者电路能耗)的执行器,以及为各个电器带有电流互感器(Zennio)的KNX电流表。另外消费者可以使用KNX按钮来进行切换。

  功能
  所有KNX能量数据可被记录,数据可在中心位置图形显示,成为现实生活中楼宇操作员的优选。该数据然后可用Excel处理或由上级能量管理系统访问。图表和图形显示楼宇在一天当中的能源消耗。如果需要的话,可以显示给各个消费者,现有楼宇中的分布照片提供了一个令人信服的论据,支持使用KNX测量设备改造,以及显示了它是多么容易执行。
  收益
  ·利用现有的KNX总线,用测量设备改造现有楼宇;
  ·集中和分散能源消耗的计量;
  ·为能耗优化提供了能量流概览;
  ·为监测节能措施的有效性提供历史能源数据;
  ·数据库也可以由其他程序使用。
  4.2 需求侧管理 – 在峰值功率时使用太阳能发电
  挑战
  如果城市中电力的需求与产生的电力匹配时,在经济方面是最高效的。这样做的动机是能源供应应能管理高峰负荷。所以,智能化的需求侧能源管理越来越重要,这种方式符合能源合同和税费的条件,特别是太阳能和风能增加了发电的贡献。Geb?ude-Programmierer服务公司位于弗里伦多夫,展示了商业用户如何使用KNX避免昂贵的高峰负荷,并从低成本税费或自我太阳能发电中受益,这里用餐厅的厨房作为例子。
  方案
  消耗负载由两台18千瓦的煮锅、一台20千瓦的炒锅和三口蒸锅(每口19千瓦)组成。目的是要控制这些用电大户,使它们的负载总和不超过预先设定的值。该设定值表现为一次15分钟的能量有效值。与厨师协商,规则设定为优先,各单元可以短时间关闭,而不对性能有任何明显的影响。
  实施
  消费者的能耗通过KNX电能表(海格,ABB)或在顶端的主仪表表示。由于餐厅的厨房单元都配有干接点,他们的触点可以由KNX开关执行器直接操作。逻辑连接通过一台KNX可视显示器来实现。需求侧管理系统还要考虑安装的光伏系统(装机功率:30 千瓦)的发电。

  功能
  需求侧管理系统使用KNX软件编程,以常规最大值监视不同方式的工作,并且对一组规则和设定点进行协调。为了能够在15分钟间隔的早期阶段反应,需求侧管理系统要连续计算需求的趋势。另外,为多余的太阳能发电建立设定点,从而避免开关的频繁动作,使自产生的能量消耗增加。需求侧管理文件的目的之一是提供需求侧(覆盖切换)厨师进行人工干预的证据。
  收益
  ·需求侧管理集成进KNX系统;
  ·预防峰值负载;
  ·协调关机规则;
  ·提高自身太阳能发电的利用;
  ·可扩展的资费管理的目的(高和低税费);
  ·可视化显示和文档。
  4.3 可再生能源充电 -- 用自己的太阳能驾驶电动车
  挑战
  电动汽车将在可持续的城市中扮演重要角色,如KNX城市。一个重要的方面是私人的电动车将使用可再生能源 -- 碳中性能源充电。因为停车场或车库对电动车充电通常需要较长的时间,所以充电操作更适于用楼宇自身的太阳能收集器或风力涡轮机。KoyneSystem-Elektronik公司位于柏林,展示了一种智能解决方案,基于KNX技术。
  方案
  该项目显示了一个家庭拥有自己的光伏发电系统,电力即可以馈入电网,也可以取出在现场消费。如果太阳能的发电超过了房子本身的消费,使用剩余的太阳能发电对电动车充电是非常有意义的。该KNX系统可计算?输出目标值,即当前馈入电网量和私人消费量的差值。这就得出了充电电量。
  实施
  KNX电表(Hager)测量消耗和生成的电量数值。一个KNX气象站(ABB)提供了风、雨和太阳辐射数据。由KNX模拟输入(Jung)发送到总线。充电桩使用KNX逻辑和KNX执行器控制。当前的太阳能辐射值和太阳能模块的温度由KNX测量,用于监视和控制。

  功能
  该技术的改进是电动车与KNX的接口。充电桩配有一个充电控制单元(Wago引导盒)。这将启动和停止充电过程,并可以自动设置不同的充电电流(6 A、10 A、16 A、32 A),由KNX控制。这用多余能量计算出的设定值来调节。其基本逻辑是:小剩余 = 低的充电电流,大剩余 = 高的充电电流。引导盒驱动KNX执行器通道提供相应的潜在输入能源。与电动车的通信采用了标准的脉宽信号。
  收益
  ·私人电动车使用碳中性能源;
  ·从太阳能发电提供私人消费;
  ·解决方案实现简单;
  ·使用已安装的KNX系统;
  ·基于计算的能量剩余,KNX能激活其他消费者,进一步增加现场的电力消耗量。

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