明緯介紹現代建築中的可靠系統:KNX

KNX於現代建築

最近幾年來,無論是在住宅或商業建築,有關舒適性和多功能性的需求都在快速增長。這意味著一個符合智慧控制,能耗低,高階安全性的複雜系統。在過去,這樣系統在電佈線而言是相當複雜,如圖1所示,每個不同功能的設備都需要有其獨立的控制電線。因此對於設計者來說需要花費大量時間與精神,並同時對於裝配工也需要大量工時, 也代表對於未來的維修提升難度。高密度的電纜有可能引發火災。因此一個新型的系統可用於各種的控制器或感測器或制動器之間的通信系統被開發出且命名為KNX系統。KNX系統僅使用兩條實體電線做於傳輸訊號並可與230電源線一起佈局。KNX系統大大降低了先前所提到舊式複雜的電線佈局,進一步降低事後維護和火災風險。


圖一:傳統建築系統 (左) vs. KNX 系統 (右)

KNX專用電源

KNX系統不僅可以由少數量的設備構成,也可以為建築物中使用數百設備的複雜系統。以上兩種情況,皆需要KNX專用電源為KNX Bus供電。在這裡我們解釋了為什麼KNX專用電源為KNX Bus環境至關重要,且其不能用傳統開關電源來代替。

如圖2左所示,為第一種僅有兩個設備的簡單系統 (按鈕和致動器用作控制電動百葉窗)。當使用者意圖觀賞窗外風景而按下按鈕控制百葉窗。很可惜的是這個系統並不能正常工作。原因為KNX Bus未被供電故從按鈕的命令不能被傳輸到致動器。

第二種情況雷同第一種,但Bus 上多加一個30 Vdc的常規開關電源。故現在可以按鈕可以傳送主動脈沖 (Active Pulse) 信號於致動器。然而,致動器仍然不能夠接收且動作,因為該信號並不是完整且正確KNX信號。

第三種情況內含Choke 的KNX專用電源取代常規開關電源加入到系統中。當按鈕傳送主動脈沖信號發送到Bus上時,KNX專用電源會立即響應並產生均衡脈衝 (Equalization Pulse) 信號。正確的主動脈沖和均衡脈衝的組合實現在數位世界 0 的信號。代表 0 合併後的波形應在104微秒完成,相當於10千赫茲。在接下來的104微秒可為另一個完整的組合信號代表 0 或可以為無波形(僅30 Vdc)表為 1 。

這樣的 0 和 1 的連序組合代表了使用者從按鈕發出的控制訊號來給予致動器來接收。因此,在KNX專用電源加入後這簡單的KNX系統終於可以運行正常。同一樣的工作原理可用於其它KNX設備,例如照明設備、暖器設備、HAVC空調設備、安全監控設備等等。

簡單且唯一的電線佈局提供了複雜系統最大的靈活性。每個KNX設備於Bus所用於發射和接收信號所消耗的電源為10毫安培。假設KNX專用電源的額定為640毫安培,這意味著Bus上的設備最大容許數目是64個。因此KNX專用電源是非常重要的以確保KNX Bus系統的正常運行。


圖2:場景1 匯流排未供電(左);
匯流排有供電但不是KNX電源(中間);
完整且有效的KNX匯流排系統,可發送正確的數位 0 和 1 通信命令(右)

KNX開關執行器

KNX執行器的功能為將來自感測器,自動控制開關或計時器等裝置發送的命令轉換為動作,亦為用於KNX系統照明百葉窗和加熱應用的電氣設備之間的介面。目前最具經濟效益的主流解決方案是使用機械式繼電器的執行器,這類的執行器可接通或斷開各種類型負載,如圖3顯示裝有機械式繼電器的KNX開關執行器。


圖3:緊湊型(4個標準單元)KNX執行器,有限空間中配有8個機械繼電器

樓宇自動化系統中高度可靠之關鍵在於KNX開關執行器使用的繼電器品質。

EN60669-1(開關應用在家用裝置和類似固定電氣裝置的通用標準)是定義繼電器性能和耐久性的標準之一。

EN60669-1其19.1部分規定了正常運作(滿載與cosƟ= 0.6)的繼電器,需滿足至少40000次開關操作而不損壞。

標準亦定義AX為(電容性)螢光照明負載類別。 140μF的負載是測試的最低要求,並且應至少開關操作運行10000次。 明緯的產品除了滿足第19.2部分的最低要求外還進一步加強測試至220μF已確保產品的高可靠度。雖EN60669-1法規中尚未規範到LED驅動器,但一般LED驅動器因其電路設計特性,可認定為電容型負載。因此KNX開關執行器其負載為LED驅動可以參照19.2部分的要求。

另一個標準EN 60947-4-1(低壓開關裝置和控制裝置第4-1章節:接觸器和電機啟動器,機電式接觸器和電機啟動器)也定義KNX開關執行器於常見應用的最低要求,例如工業用電動機負載或住宅用螢光燈負載。

EN60947-4-1中的下列負載類別通常用於KNX樓宇自動化:

AC1 - 無感或輕微感性負載,電阻爐(與電阻性負載有關,cosƟ= 0.8)
AC3 - 籠型電動機:運行期間啟動或關閉(與電感性電動機負載有關,cosƟ= 0.45)
AC5a - 放電燈的開關
AC5b - 白熾燈的開關
上述條件應至少通過6000次操作並不損壞。

小型化設計

所有KNX設備(包括電源,輸入裝置和執行器)通常安裝在建築物內的配電板櫃中。 典型的配電機櫃示例如圖4所示。KNX設備的尺寸應根據標準DIN 43880設計,以確保安裝一致性。 根據定義,KNX設備的寬度由一個或多個標準單元(SU)編碼,每個SU不應超過18mm。 目前市場上的640 mA KNX電源具有4個SU(54mm)寬度或更多,而1280 mA KNX電源具有6個SU(108mm)寬度或更多。明緯 KNX產品採用超薄設計,即640mA的電源設計為3SU, 1280mA電源更僅4SU,KAA-8R為開關執行器,寬度僅有4SU但集成了八個獨立通道16安培繼電器,以上的小型化設計允許其他更多KNX設備安裝在既有機櫃內,節省的空間可裝置更多設備從而為現代建築提供多種功能。


圖4:常見的2排12 SU配電板櫃,圖中已安裝斷路器和眾多明緯KNX設備

結論

KNX系統為在現代住宅和商業建築中運營提供了很多好處。 KNX電源是確保KNX系統平穩運行的關鍵單元和設備。 MEAN WELL提供640mA KNX匯流排電源僅有3 SU尺寸和1280mA版本僅有4 SU尺寸。 另一個用於啟用電氣設備的KNX重要單元是一個由機械繼電器製成的執行器。 良好設計的KNX執行器應根據應用要求測試繼電器相應的標準,以確保長時間穩定運行,以達到最大限度地減少維護和保修。 MEAN WELL KAA系列多通道執行器提供16A或10A,小型化設計4SU,所有裝置均由通知實驗室進行測試,並提供測試報告。 MEAN WELL KNX產品擁有超過35年的工業電源經驗,提供KNX系統可靠安全的解決方案

作者: 明緯 Wen Wu

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