欧洲总线EIB控制系统的工作原理及应用

欧洲总线EIB控制系统的工作原理及应用一、EIB系统工作原理1、EIB总线系统的发展进程20世纪80年代中期，随着微电子技术和通讯技术的迅猛发展，自动控制领域尤其是工业界的过程控制领域对现场底层设备之间的通讯和控制问题提出了越来越高的要求，促使了控制技术的又一次大变革，即现场总线技术的产生。现场总线技术从出现开始，就以其在性能和结构上的巨大优势吸引了专家和用户的注意，众多知名的自动化集团公司纷纷独自或联合推出了各有特色的现场总线协议标准。这些优秀的总线标准在全世界得到了广泛的应用。相对于对实时性、精确性及通讯效率等要求极高的工业自动化领域而言，建筑自动化领域的要求相对要低一些，从经济成本角度考虑，上面那些造价昂贵的现场总线技术并不非常适合于建筑领域。但是作为建筑本身的发展而言，随着用户对建筑提出的功能要求越来越高，满足这些功能而使用的现代化技术也日益复杂，在所谓的智能建筑中就集成了现代的通讯技术、微电子技术等多项尖端技术。这些技术的应用，不仅给建筑带来了较重的建设成本压力，其运行和维护的管理成本也越来越高，正是建筑对安全性、经济性、舒适性、应变性等各方面的不断提高的要求成为建筑领域的现场总线技术标准――欧洲安装总线（EuropeanInstallationBus）技术产生和发展的基础。1990年，欧洲著名的电气产品制造商为核心组成联盟，制定了EIB技术标准并成立了中立的非商业性组织EIBA（EIBAssociate,欧洲安装总线协会），总部设在比利时的布鲁塞尔。这个协会的成立极大的推动了EIB标准的发展，迄今为止，已有一百多家制造厂商成为了EIBA的会员，按照开放的EIB标准生产能够相互兼容和交互操作的各种元器件，各类产品品种多达4000多种，几乎覆盖了建筑中各个行业和各种用途的需要。经过十多年的发展，EIB不仅成为事实上的欧洲标准，也被成功地引入世界各地，2000年时在IEC国际现场总线标准大会上被作为提名国际标准之一。1999年，EIB技术开始被引入中国，在短短的三年多时间内，以其优越的性能和质量获得了很大的成功，2001年3月，为配合EIB技术的推广，在同济大学建立了亚洲规模最大的EIB认证技术培训中心。2、EIB总线系统基本原理现代的建筑离开电是无法想象的。无论是传统的照明和插座，还是现代化的通讯、安保等技术，都离不开电源的供应。EIB技术本身在传统电气安装技术基础上引入现场总线概念而发展起来的，它对传统电气安装技术而言是一次突破性的革命，它具有现场总线技术的核心优点如系统结构简单，设计、安装和维护方便，全分散控制等，解决了建筑由于涉及工种和功能过多而导致系统过于独立和操作复杂的问题，是当今技术领域非常优秀的技术标准。2.1总线传输介质作为传输介质的EIB总线目前可支持双绞线（TwistPair）、电力线(PowerLine)、无线电(Radio)和红外线(Infrared)四种介质。其中双绞线系统是应用最广泛的介质，它采用2×2×0.8的标准EIB总线，具有良好的抗干扰性。电力线系统多用于对旧建筑的改建，利用建筑中敷设的电力线作为载体传送信号。无线和红外系统则用于一些难以敷设线路的场合。目前在中国市场上提供的主要以双绞线系统为主。2.2系统拓扑结构EIB总线系统有非常灵活的组态，可以适用于不同大小的电气安装系统――小到普通的一个房间，大至一栋大楼或一个小区，都可以在布局上分层次设计安装。线路（line）是EIB的最小安装单元，每条线路上最多可连接和工作的总线元件为64个;通过线路耦合器（Linecoupler）可以将多达15个线路连接组合成一个更大的拓扑单元称之为域（Area）；通过主干耦合器（BackboneLinecoupler）又可将15个域相互连接和组合起来。这样，EIB总线系统最多可连接多达14400个总线元件，可控制的用电设备点数更是数量惊人。事实上，当某一条线路需要连接更多的元件的话，还可以通过连接线路中继器（Linerepeater）的办法再连接多192个总线元件。根据EIB标准规定，每条线路的总线最大长度为1000米。通过中继器的使用，我们可以用EIB来实现一些大距离跨度的控制如桥梁、小区等的电气照明控制。2.3信号传输作为一个全分布式的现场总线系统，系统中的每一个元件都是一个智能体，它类似于通信中的每一个节点（peer）,元件之间通过电信号（Telegram）交换信息，从而实现控制和被控制的操作。在一个建筑中，各个电气设备的动作完全是个随机事件，如在某一个时刻，可能同时有几个灯开关被揿下，某个房间要打开一幅窗帘而另一个房间要关闭一个空调阀门。动作的随机产生意味着在通讯总线上的电信号是随机出现的，且在同一个时刻可能要有若干个信号同时要传送。EIB和其它现场总线协议一样，采用的是串行异步的传输方式，为了提高可靠性和达到最大传输速率，EIB应用了CSMA/CA（具有避免冲突的载波侦听多路访问），通过这种总线访问技术，使得在多个总线元件同时发送信号时就不会发生信号丢失现象，而且EIB有自己的优先权定义以保证信号按照一定的次序先后传送。2.4寻址为了保证系统中各个元件之间准确无误地进行信息交换，EIB引入了“地址”的概念。在EIB协议标准中，定义了两种类型的地址：物理地址（PhysicalAddress）和组地址（GroupAddress）。物理地址时用来标识每一个元件的身份的，在系统中，每一个元件都有一个属于自己的唯一的物理地址，为了方便调试，这个地址一般都按照该元件在整个拓扑中的位置来设定。有了物理地址，元件可以很方便地进行标识，并通过总线下载自己被赋予的应用程序。和物理地址的唯一性不同，每一个元件可以被赋予一个或多个组地址。事实上，组地址是用来进行通讯用的。当一个元件要实现某个目的而发出电信号后，在整个拓扑上的元件，只要其组地址和总线上传输的电信号中包含的组地址相同，它就能响应这个信号中包含的动作指令。利用组地址的概念，可以轻易实现传统电气安装技术中很难实现的“一控多”和“多控一”任务。2.5总线元件EIB问世十多年，在一百多家会员厂商的共同研发努力下，共生产了4000多种功能元件，可以说，建筑中和电有关的几乎所有功能，EIB都有相应的模块来实现。这是一个了不起的成就，它也体现了开放系统的巨大优越性：无论那个厂商，以一己之力，世很难开发功能如此齐全的全系列产品的。这些不同厂商的元件可以完全无障碍地进行组合，在功能的界面下调试和正常工作。EIB的元件从功能上可以分为三大类：传感器、执行器和系统附件。尤其是取代传统面板按钮开关的EIB多功能开关，外形和安装都和传统的86型开关类型，但在一个面板上可以实现照明、空调、窗帘等多种功能，真正实现了多系统的集成。3、EIB总线系统的特点从EIB的技术层面上，我们额国内外建筑中采用的各个智能化系统相比较，可以看出在现阶段，EIB技术的特色和优势是非常明显的，最大的特色体现在其兼容性和开放性方面。建筑的成本分为构造成本和使用成本两大块。长期以来，人们习惯认为用一笔巨大的投资将建筑建设完成后投入使用即算是完成了，但随着高技术的不断采用和不断发展，尤其是在一些现代化程度较高的建筑中，后期的成本要远高于建设成本。据有关统计，以二十年为统计周期，建设的成本只占25％而运行维护的成本高达75％。因此，在系统设计考虑中，必须事先考虑其将来的运行和维护费用，同时也要考虑管理的便捷性。在这一点上，由于EIB得到了众多厂商的支持，产品又完全可以兼容，这就可以最大程度地保护用户的利益，不会一旦选用某个产品而今后所有的维护升级都必须依赖这个厂商。在建设过程中，多家厂商的产品兼容也可以使用户得到最好的价格和服务。和许多类似的产品相比，EIB有一个很大的特点，那就是进行系统设计、编程和调试的工具软件ETS（EIBToolSoftware）并不是由某一家厂商开发和提供的，而是由中立的协会EIBA开发和销售的，各个厂商按照标准的格式开发每个元件的数据库，这些数据库通常是可以通过互联网免费获得的。EIB是一个智能化的电气安装系统，它的每一个元件的功能可以根据要求的变化而变化，只要简单地更改一下程序即可。对于一些建筑空间经常发生变化的场所如大开间用于出租的写字楼，由于空间的变化而带来使用区域和使用功能的变化，EIB系统可以很好地适应变化而无需重排管线。在传统的电气安装中，如果一个房间需要多种功能，通常需要安装多个厂商的不同产品，相应的带来了复杂的布线，更带来了烦杂的调试和维护工作。EIB系统可以实现多种功能的集成，在一个面板上可以完成多种控制功能，再配以红外遥控等，不仅减少了布线，更简便了检修维护工作。4、EIB总线系统的应用从20世纪90年代以来，中国的经济得以高速增长，智能建筑、智能小区、智能住宅的概念也日益为普通百姓所熟悉。所谓智能化的实质，就是在建筑中使用了大量高技术设备，以满足用户不断增长的功能要求。EIB总线系统从上世纪末进入中国以后，短短几年中得到了广泛的应用，证明其功能和市场定位填补了当前的中国市场空白，其灵活的系统结构决定了从大型的智能化大楼到普通的居民，都可以得到具体的应用。经过对这些年EIB在中国的应用情况的分析，可以看出它主要适用于：住房建筑尤其是独立型住宅如别墅等公用建筑二、系统图本文来自于德国永诺智能家居，首次上传在百度文库。