EIB協(xié)議原理、實現(xiàn)的功能與應(yīng)用實例分析

1 、現(xiàn)有現(xiàn)場總線及其在智能建筑應(yīng)用上的局限性

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的協(xié)議，是新一代智能儀表的通信標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國際電工委員會（IEC）的標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會（FF）的定義：“現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)”。 由于現(xiàn)場總線適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢，它一經(jīng)產(chǎn)生便成為全球工業(yè)自動化技術(shù)的熱點，受到了全世界的普遍關(guān)注。

在20世紀(jì)80年代中期，德國、法國等歐洲國家的一些大公司相繼推出自己的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，同時也制定了自己相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。自20世紀(jì)90年代以后，全世界發(fā)展起來的現(xiàn)場總線已達(dá)數(shù)十種。通過實際應(yīng)用的優(yōu)勝劣汰后，目前有幾種現(xiàn)場總線技術(shù)已逐漸具有影響力并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢，比較有代表性的包括了FF，Lonworks，CAN，Profibus，WorldFIP，HART等等?，F(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生促進(jìn)了現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，并且使現(xiàn)場控制的功能更加強(qiáng)大。由于采用了現(xiàn)場總線技術(shù)而帶來了過程控制系統(tǒng)的開放性，使得系統(tǒng)成為具有測量、控制、執(zhí)行和過程診斷等綜合能力的控制網(wǎng)絡(luò)。

與工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用比較，智能建筑領(lǐng)域?qū)崟r控制的時效性，精確性及通訊效率等方面要求較低，而且建筑領(lǐng)域的現(xiàn)場控制有其固有的要求，要求易于操作，同時還要有高度的經(jīng)濟(jì)性，靈活性與安全性。同時，普通的智能家居與一棟超高層寫字樓的控制目標(biāo)和功能要求又不盡一樣。因此迫切需要在建筑領(lǐng)域有專門的現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。EIB進(jìn)入中國市場以前，Lonworks總線在智能建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。Lonworks通過Lonmark工作任務(wù)組，完成了行業(yè)規(guī)范，覆蓋了在建筑自動化中的暖通空調(diào)，照明，安保，電梯，網(wǎng)絡(luò)工具等模式的定義與互操作規(guī)范，通過Lonmark認(rèn)證的Lonworks產(chǎn)品，保證了開放互操作性。但Lonworks由于其協(xié)議是針對工業(yè)現(xiàn)場所制訂，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的應(yīng)用層、用戶層缺乏對家庭樓宇自動化的統(tǒng)一描述，容易產(chǎn)生各種彼此不兼容的控制總線（如現(xiàn)場總線、設(shè)備總線等）和子系統(tǒng)，形成各種控制網(wǎng)絡(luò)“孤島”。各個子系統(tǒng)之間通過網(wǎng)關(guān)與總線連接，增加安裝費用的同時不能徹底解決網(wǎng)關(guān)的“瓶頸”問題，有其先天的局限性。

2、 EIB系統(tǒng)介紹

1990年5月8日，由110多個歐洲電氣制造商聯(lián)合成立了European Installation Bus Association， 總部設(shè)于比利時的布魯塞爾，并制訂了歐洲安裝總線規(guī)范European Installation Bus。EIBA會員占據(jù)了歐洲樓宇、家庭自動化設(shè)備銷售額的80%。自EIB于1992年第一次出現(xiàn)在德國漢諾威交易會以來，一場翻天覆地的電氣安裝革命已經(jīng)悄悄地開始了。據(jù)統(tǒng)計，在德國的商業(yè)功能建筑和大型超市中，大約30%的樓宇都不同程度地安裝了EIB系統(tǒng)，而在計劃建造的樓宇中，這一比例則達(dá)到了60%。EIB系統(tǒng)在歐洲被稱為European Installation Bus，即歐洲安裝總線。在亞洲則是指Electrical Installation Bus，即電器安裝總線。鑒于其優(yōu)秀表現(xiàn)，該協(xié)議已被美國消費電子制造商協(xié)會（CEMA）吸收作為家庭網(wǎng)絡(luò)EIA-776標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過十多年的發(fā)展，EIB不僅成為事實上的歐洲規(guī)范，并在2000年在IEC國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)大會上提名為國際標(biāo)準(zhǔn)之一。

EIB最大的特點是通過單一多芯電纜替代了傳統(tǒng)分離的控制電纜和電力電纜，并確保各開關(guān)可以互傳控制指令，因此總線電纜可以以線型、樹型或星型鋪設(shè)，方便擴(kuò)容與改裝。元件的智能化使其可以通過編程來改變功能，既可獨立完成諸如開關(guān)、控制、監(jiān)視等工作，也可根據(jù)要求進(jìn)行不同的組合。與傳統(tǒng)安裝方式比較，EIB不增加元件數(shù)量而實現(xiàn)了功能倍增，從而具有了高度的靈活性。它的開放性更使得不同公司基于EIB協(xié)議開發(fā)的電氣設(shè)備可以完全兼容，并為后續(xù)公司進(jìn)入EIB市場提供可能。

EIB系統(tǒng)既是一個面向使用者、體現(xiàn)個性的系統(tǒng)又是一個面向管理者的系統(tǒng)，使用者可根據(jù)個人的喜好任意修改系統(tǒng)的功能，達(dá)到自己所需要的效果，并可通過操作探測器（如按鈕開關(guān)等）來控制系統(tǒng)的動作；另一方面， EIB系統(tǒng)還提供基于Windows的軟件平臺，管理者（如小區(qū)物業(yè)中心、大樓管理中心、車庫管理處等）將安裝此套軟件的計算機(jī)連接至EIB系統(tǒng)即可對EIB系統(tǒng)進(jìn)行控制并進(jìn)行管理，從而達(dá)到集中管理的功能。［page］

3 、EIB協(xié)議與原理分析

EIB是一種標(biāo)準(zhǔn)的總線控制系統(tǒng)，控制方式為對等控制方式，不同于傳統(tǒng)的主從控制方式，總線采用四芯屏蔽雙絞線，其中兩芯為總線使用，另外兩芯備用。所有元件均采用24VDC工作電影，24VDC供電與電信號復(fù)用總線。

EIB的元器件均為模塊化元件，主要分為驅(qū)動器和探測器兩類，驅(qū)動器為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)化的元件，采用標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌的安裝方式，探測器采用標(biāo)準(zhǔn)86盒齊平安裝方式。驅(qū)動器和探測器可分散安裝在建筑物的不同區(qū)域，然后使用總線將所有的元件連接起來。每個元件內(nèi)均有內(nèi)置的微處理器與存儲器，故這些元器件可分別獨立工作，任何一個元件的損壞都不會影響系統(tǒng)其他部分的獨立工作，因此具有高度的安全性。

EIB通訊協(xié)議遵循OSI（開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型）模型，提供了OSI模型所定義的全部七層服務(wù)。由于開關(guān)信號的隨機(jī)性，EIB采用了CSMA/CD（具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問），通過這種總線訪問技術(shù)，使得在多個總線元件同時發(fā)送信號時不會發(fā)生信號丟失并且EIB有自己的優(yōu)先權(quán)定義以保證信號按照一定的次序傳送。

EIB系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是支線（Line），一條支線可以接64個元件，通過線路耦合器（Line Coupler）最多可以15條支線連接為一個區(qū)域（Area），而通過干線耦合器（Backbone Line Coupler）可以將15個區(qū)域連接成一個最大的系統(tǒng)。因此EIB系統(tǒng)最大可以容納高達(dá)14400的元件，而可控制的用電設(shè)備點數(shù)更是驚人。［3］事實上，如果某一條線路需要連接更多的元件的話，還可以通過連接線路中繼器（Line Repeater）的方式再多連接192個總線元件。根據(jù)EIB標(biāo)準(zhǔn)，一條總線的最大長度為1000米。

EIB協(xié)議引入了兩種類型的地址：物理地址和組地址。在EIB系統(tǒng)中對于每一個總線元件都分配了唯一的物理地址。它包括了域，線和元件三部分。在三個部分之間用一個點來分開：例如：0.3.53 或者15.15.62。組地址通過電信號用于多個接受元件之間的通信，這些接受元件構(gòu)成了一個組。組地址是一個用功能連接的地址，并且不同的級用一個斜線分隔開來。在ETS 1（EIB工具軟件）中，它一般分成了兩級，主群組和子群組。在ETS 2中，組地址可以分成兩級或者三級，主群組，中間組和子群組，例如：14/6/206。最大的組地址為15/2047或者15/7/255。為了更加清楚的描述一個系統(tǒng)，組地址通常分成三級。這種地址結(jié)構(gòu)使得區(qū)別不同的結(jié)構(gòu)區(qū)域，比如大樓的不同部分，不同樓層，區(qū)別不同的功能區(qū)域，比如中央控制，照明，窗簾，供暖，監(jiān)控或者特殊功能等等變得可能。主地址0是系統(tǒng)保留的。

4 、EIB功能與實例分析

EIB可以實現(xiàn)的功能如下：

依個人偏好可設(shè)定不同的燈光模式，之后便可按照設(shè)定的燈光場景進(jìn)行切換。從提供小孩看電視所需要的明亮區(qū)域，到成人飯后品嘗咖啡所需的柔和角落，只要輕觸按鈕或遙控器即可達(dá)成。 日光控制Daylight control 　　許多辦公大樓即使在天氣晴朗的日子，仍然把電燈全部打開?，F(xiàn)在，EIB依照所接收到陽光的多寡而調(diào)整辦公室內(nèi)的電燈亮度高低。當(dāng)室外很亮?xí)r，這個燈光控制系統(tǒng)就會將是室內(nèi)的燈轉(zhuǎn)暗；而最靠近窗戶的燈光將會是最微弱的，以便整個房間的亮度都一致。 定時開關(guān)Timed switching 　　商業(yè)大樓的樓梯間和公共走道的電燈，通常在非上班時間仍然是開著的，這種不必要的能源浪費是可以避免的。電燈可以在預(yù)先設(shè)定的時間（段），譬如在下班時間，自動變暗或關(guān)閉。 移動探測器Motion detector 　　當(dāng)訪客搭電梯到達(dá)時，電燈才會被啟動；并且在沒有任何動靜時，燈光會自動轉(zhuǎn)暗。這個探測器也可針對可疑行動或非法之侵入行為產(chǎn)生警戒措施方案。當(dāng)探測到有物體移動時，它會發(fā)出警報，并且顯示入侵者的位置。并可通報安全部門，或傳送警告信息到屋主的移動電話。 感煙探測器　Smoke detector 　　當(dāng)火災(zāi)一發(fā)生時，感煙探測器立刻啟動火警警報器并通知安全部門，且屋主也可以由行動電話接到通知。除此之外，系統(tǒng)也可以關(guān)閉瓦斯?fàn)t，以防止可能的爆炸；并且打開必要的警示，以對應(yīng)快速疏散的需要。 水位探測器　Water sensor 　　你可以一回到家，浴缸內(nèi)就已有熱水等著你，只要經(jīng)由移動電話送出指令，就可打開水龍頭開始放熱水；當(dāng)水位上升到探測器的位置，水龍頭就會關(guān)掉 緊急按鈕　Panic button 　　對于病人、老人和殘障者，只要將任一按鈕設(shè)定為緊急按鈕，這樣，當(dāng)需要協(xié)助，就能即時得到協(xié)助。 集中監(jiān)控　Central monitoring 　　從一個地方即可控制與監(jiān)視所有在家里或辦公室的電器設(shè)備。你可以設(shè)定室外的電燈，在日落時打開，日出時關(guān)閉；或是讓花園的噴灌設(shè)備每隔一天灑水一小時。為了能完全掌控，你可以在臥室、客廳或靠近前門的地方放置一個迷你的液晶顯示板（LCD），讓你一眼就可以知道高達(dá)14項關(guān)于你的公寓狀況的報告。

下面以一家商業(yè)公司的照明控制來進(jìn)行EIB的實例分析。商業(yè)建筑的照明主要是根據(jù)日光強(qiáng)度來控制。在工作時間以外，自動裝置應(yīng)當(dāng)能夠手動切除。通過實施智能化的燈光管理系統(tǒng)，可以減少運營費用。［page］

陽光通過單面傾斜的屋頂進(jìn)入建筑，并且均勻入射，對大廳照明而言，并不需要使用一整套燈光系統(tǒng)。使用一個經(jīng)矯正過的照度探測器（只考慮可見光）對自然陽光進(jìn)行測量。根據(jù)測得的矯正后的照度值，看它是否低于或者高于預(yù)設(shè)定的閾值，然后把所有的燈分成三組，照度控制開關(guān)根據(jù)需要進(jìn)行開關(guān)操作。三個開關(guān)組由三個驅(qū)動器分別操作。當(dāng)建筑不使用時，通過在主控制室中的開關(guān)能夠切除這種控制，主控制室也在維修時可以對所有的照明器進(jìn)行中心控制。

大廳的入射光線被平均的分散了，如果沒有，那在進(jìn)行照明分組時就應(yīng)當(dāng)考慮到這種特殊情況。照明器必須根據(jù)三個驅(qū)動器來分組，從而一個照明組被關(guān)掉了，燈光分配依然能保持足夠均勻。當(dāng)照明組開關(guān)時，燈具本身必須與它們的自身特性相適應(yīng)，比如它是電子熒光燈管，還是附帶具有熱啟動特性電子起輝器的感應(yīng)熒光燈管，總之，必須確保開關(guān)過程不會減少燈泡的壽命。

通過一個外部亮度感應(yīng)器，照明控制開關(guān)測量日光的使用比例。亮度感應(yīng)器被安裝在大廳之中對入射日光進(jìn)行測量。這種布置確保了即便是窗戶上的任何灰塵都被納入考慮并且控制不受大廳中的反射光影響。當(dāng)照度低于或者高于預(yù)設(shè)定的閾值時，照明控制開關(guān)將產(chǎn)生開關(guān)電信號，分別控制已分配的開關(guān)驅(qū)動器的開/關(guān)。

照明驅(qū)動器可以進(jìn)行表面和齊平安裝，或者DIN軌道安裝。照明驅(qū)動器安裝在DIN軌道上，并且在配電盤上分散排列，并且作為照明帶的電源。照明控制開關(guān)同樣也可以安裝DIN軌道上。

使用的組地址：

0/1/1 自動燈光控制開/關(guān)

0/1/2 維修功能，自動關(guān)，照明中央控制開/自動開

0/1/3 自動釋放開/關(guān)（PIR 信號）

1/1/1 通過燈光控制照明組 1 ON/OFF

1/1/2 通過燈光控制照明組 2 ON/OFF

1/1/3 通過燈光控制照明組 3 ON/OFF

5 、前景展望

現(xiàn)在中國市場上，ABB公司推出了ABB i-bus EIB，西門子公司也推出了Instabus EIB樓宇智能控制系統(tǒng)。在歐洲還有Gira的HomeServer，Merten公司的EIBeasy等系統(tǒng)。由于EIB系統(tǒng)的開放性特點，現(xiàn)在國內(nèi)廠家也在探詢將互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)和信息處理技術(shù)對EIB進(jìn)行擴(kuò)展，以實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，短信和電話監(jiān)控等功能。在信息家電時代，EIB系統(tǒng)更可實現(xiàn)家用電器與電氣設(shè)備的整合，具有廣闊的空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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