EIB協(xié)議原理、實(shí)現(xiàn)的功能與應(yīng)用實(shí)例分析

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

現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)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(guó)際電工委員會(huì)（IEC）的標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（FF）的定義：“現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)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(chǎng)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(shì)，它一經(jīng)產(chǎn)生便成為全球工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)，受到了全世界的普遍關(guān)注。

在20世紀(jì)80年代中期，德國(guó)、法國(guó)等歐洲國(guó)家的一些大公司相繼推出自己的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，同時(shí)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(lái)的現(xiàn)場(chǎng)總線已達(dá)數(shù)十種。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)勝劣汰后，目前有幾種現(xiàn)場(chǎng)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(shì)，比較有代表性的包括了FF，Lonworks，CAN，Profibus，WorldFIP，HART等等?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)生促進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，并且使現(xiàn)場(chǎng)控制的功能更加強(qiáng)大。由于采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)而帶來(lái)了過(guò)程控制系統(tǒng)的開(kāi)放性，使得系統(tǒng)成為具有測(cè)量、控制、執(zhí)行和過(guò)程診斷等綜合能力的控制網(wǎng)絡(luò)。

與工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用比較，智能建筑領(lǐng)域?qū)?shí)時(shí)控制的時(shí)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(chǎng)控制有其固有的要求，要求易于操作，同時(shí)還要有高度的經(jīng)濟(jì)性，靈活性與安全性。同時(shí)，普通的智能家居與一棟超高層寫(xiě)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(zhuān)門(mén)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。EIB進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)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(guò)Lonmark工作任務(wù)組，完成了行業(yè)規(guī)范，覆蓋了在建筑自動(dòng)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(guò)Lonmark認(rèn)證的Lonworks產(chǎn)品，保證了開(kāi)放互操作性。但Lonworks由于其協(xié)議是針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所制訂，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的應(yīng)用層、用戶(hù)層缺乏對(duì)家庭樓宇自動(dòng)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(chǎng)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(gè)子系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)關(guān)與總線連接，增加安裝費(fèi)用的同時(shí)不能徹底解決網(wǎng)關(guān)的“瓶頸”問(wèn)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(gè)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(shí)的布魯塞爾，并制訂了歐洲安裝總線規(guī)范European Installation Bus。EIBA會(huì)員占據(jù)了歐洲樓宇、家庭自動(dòng)化設(shè)備銷(xiāo)售額的80%。自EIB于1992年第一次出現(xiàn)在德國(guó)漢諾威交易會(huì)以來(lái)，一場(chǎng)翻天覆地的電氣安裝革命已經(jīng)悄悄地開(kāi)始了。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在德國(guó)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(jì)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(chēng)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(guó)消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì)（CEMA）吸收作為家庭網(wǎng)絡(luò)EIA-776標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，EIB不僅成為事實(shí)上的歐洲規(guī)范，并在2000年在IEC國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)大會(huì)上提名為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一。

EIB最大的特點(diǎn)是通過(guò)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(kāi)關(guān)可以互傳控制指令，因此總線電纜可以以線型、樹(shù)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(guò)編程來(lái)改變功能，既可獨(dú)立完成諸如開(kāi)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(shí)現(xiàn)了功能倍增，從而具有了高度的靈活性。它的開(kāi)放性更使得不同公司基于EIB協(xié)議開(kāi)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(chǎng)提供可能。

EIB系統(tǒng)既是一個(gè)面向使用者、體現(xiàn)個(gè)性的系統(tǒng)又是一個(gè)面向管理者的系統(tǒng)，使用者可根據(jù)個(gè)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(guò)操作探測(cè)器（如按鈕開(kāi)關(guān)等）來(lái)控制系統(tǒng)的動(dòng)作；另一方面， EIB系統(tǒng)還提供基于Windows的軟件平臺(tái)，管理者（如小區(qū)物業(yè)中心、大樓管理中心、車(chē)庫(kù)管理處等）將安裝此套軟件的計(jì)算機(jī)連接至EIB系統(tǒng)即可對(duì)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(duì)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(hào)復(fù)用總線。

EIB的元器件均為模塊化元件，主要分為驅(qū)動(dòng)器和探測(cè)器兩類(lèi)，驅(qū)動(dòng)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(cè)器采用標(biāo)準(zhǔn)86盒齊平安裝方式。驅(qū)動(dòng)器和探測(cè)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(lái)。每個(gè)元件內(nèi)均有內(nèi)置的微處理器與存儲(chǔ)器，故這些元器件可分別獨(dú)立工作，任何一個(gè)元件的損壞都不會(huì)影響系統(tǒng)其他部分的獨(dú)立工作，因此具有高度的安全性。

EIB通訊協(xié)議遵循OSI（開(kāi)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(kāi)關(guān)信號(hào)的隨機(jī)性，EIB采用了CSMA/CD（具有沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)），通過(guò)這種總線訪問(wèn)技術(shù)，使得在多個(gè)總線元件同時(shí)發(fā)送信號(hào)時(shí)不會(huì)發(fā)生信號(hào)丟失并且EIB有自己的優(yōu)先權(quán)定義以保證信號(hào)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(gè)元件，通過(guò)線路耦合器（Line Coupler）最多可以15條支線連接為一個(gè)區(qū)域（Area），而通過(guò)干線耦合器（Backbone Line Coupler）可以將15個(gè)區(qū)域連接成一個(gè)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(diǎn)數(shù)更是驚人。［3］事實(shí)上，如果某一條線路需要連接更多的元件的話，還可以通過(guò)連接線路中繼器（Line Repeater）的方式再多連接192個(gè)總線元件。根據(jù)EIB標(biāo)準(zhǔn)，一條總線的最大長(zhǎng)度為1000米。

EIB協(xié)議引入了兩種類(lèi)型的地址：物理地址和組地址。在EIB系統(tǒng)中對(duì)于每一個(gè)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(gè)部分之間用一個(gè)點(diǎn)來(lái)分開(kāi)：例如：0.3.53 或者15.15.62。組地址通過(guò)電信號(hào)用于多個(gè)接受元件之間的通信，這些接受元件構(gòu)成了一個(gè)組。組地址是一個(gè)用功能連接的地址，并且不同的級(jí)用一個(gè)斜線分隔開(kāi)來(lái)。在ETS 1（EIB工具軟件）中，它一般分成了兩級(jí)，主群組和子群組。在ETS 2中，組地址可以分成兩級(jí)或者三級(jí)，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(gè)系統(tǒng)，組地址通常分成三級(jí)。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(shí)例分析

EIB可以實(shí)現(xiàn)的功能如下：

依個(gè)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(chǎng)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(kāi)。現(xiàn)在，EIB依照所接收到陽(yáng)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(gè)燈光控制系統(tǒng)就會(huì)將是室內(nèi)的燈轉(zhuǎn)暗；而最靠近窗戶(hù)的燈光將會(huì)是最微弱的，以便整個(gè)房間的亮度都一致。 定時(shí)開(kāi)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(shí)間仍然是開(kāi)著的，這種不必要的能源浪費(fèi)是可以避免的。電燈可以在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間（段），譬如在下班時(shí)間，自動(dòng)變暗或關(guān)閉。 移動(dòng)探測(cè)器Motion detector 　　當(dāng)訪客搭電梯到達(dá)時(shí)，電燈才會(huì)被啟動(dòng)；并且在沒(méi)有任何動(dòng)靜時(shí)，燈光會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)暗。這個(gè)探測(cè)器也可針對(duì)可疑行動(dòng)或非法之侵入行為產(chǎn)生警戒措施方案。當(dāng)探測(cè)到有物體移動(dòng)時(shí)，它會(huì)發(fā)出警報(bào)，并且顯示入侵者的位置。并可通報(bào)安全部門(mén)，或傳送警告信息到屋主的移動(dòng)電話。 感煙探測(cè)器　Smoke detector 　　當(dāng)火災(zāi)一發(fā)生時(shí)，感煙探測(cè)器立刻啟動(dòng)火警警報(bào)器并通知安全部門(mén)，且屋主也可以由行動(dòng)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(kāi)必要的警示，以對(duì)應(yīng)快速疏散的需要。 水位探測(cè)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(dòng)電話送出指令，就可打開(kāi)水龍頭開(kāi)始放熱水；當(dāng)水位上升到探測(cè)器的位置，水龍頭就會(huì)關(guān)掉 緊急按鈕　Panic button 　　對(duì)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(shí)得到協(xié)助。 集中監(jiān)控　Central monitoring 　　從一個(gè)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(shí)打開(kāi)，日出時(shí)關(guān)閉；或是讓花園的噴灌設(shè)備每隔一天灑水一小時(shí)。為了能完全掌控，你可以在臥室、客廳或靠近前門(mén)的地方放置一個(gè)迷你的液晶顯示板（LCD），讓你一眼就可以知道高達(dá)14項(xiàng)關(guān)于你的公寓狀況的報(bào)告。

下面以一家商業(yè)公司的照明控制來(lái)進(jìn)行EIB的實(shí)例分析。商業(yè)建筑的照明主要是根據(jù)日光強(qiáng)度來(lái)控制。在工作時(shí)間以外，自動(dòng)裝置應(yīng)當(dāng)能夠手動(dòng)切除。通過(guò)實(shí)施智能化的燈光管理系統(tǒng)，可以減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。［page］

陽(yáng)光通過(guò)單面傾斜的屋頂進(jìn)入建筑，并且均勻入射，對(duì)大廳照明而言，并不需要使用一整套燈光系統(tǒng)。使用一個(gè)經(jīng)矯正過(guò)的照度探測(cè)器（只考慮可見(jiàn)光）對(duì)自然陽(yáng)光進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)測(cè)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(kāi)關(guān)根據(jù)需要進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。三個(gè)開(kāi)關(guān)組由三個(gè)驅(qū)動(dòng)器分別操作。當(dāng)建筑不使用時(shí)，通過(guò)在主控制室中的開(kāi)關(guān)能夠切除這種控制，主控制室也在維修時(shí)可以對(duì)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(méi)有，那在進(jìn)行照明分組時(shí)就應(yīng)當(dāng)考慮到這種特殊情況。照明器必須根據(jù)三個(gè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)分組，從而一個(gè)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(kāi)關(guān)時(shí)，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(dòng)特性電子起輝器的感應(yīng)熒光燈管，總之，必須確保開(kāi)關(guān)過(guò)程不會(huì)減少燈泡的壽命。

通過(guò)一個(gè)外部亮度感應(yīng)器，照明控制開(kāi)關(guān)測(cè)量日光的使用比例。亮度感應(yīng)器被安裝在大廳之中對(duì)入射日光進(jìn)行測(cè)量。這種布置確保了即便是窗戶(hù)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(shí)，照明控制開(kāi)關(guān)將產(chǎn)生開(kāi)關(guān)電信號(hào)，分別控制已分配的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)/關(guān)。

照明驅(qū)動(dòng)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(dòng)器安裝在DIN軌道上，并且在配電盤(pán)上分散排列，并且作為照明帶的電源。照明控制開(kāi)關(guān)同樣也可以安裝DIN軌道上。

使用的組地址：

0/1/1 自動(dòng)燈光控制開(kāi)/關(guān)

0/1/2 維修功能，自動(dòng)關(guān)，照明中央控制開(kāi)/自動(dòng)開(kāi)

0/1/3 自動(dòng)釋放開(kāi)/關(guān)（PIR 信號(hào)）

1/1/1 通過(guò)燈光控制照明組 1 ON/OFF

1/1/2 通過(guò)燈光控制照明組 2 ON/OFF

1/1/3 通過(guò)燈光控制照明組 3 ON/OFF

5 、前景展望

現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)上，ABB公司推出了ABB i-bus EIB，西門(mén)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(kāi)放性特點(diǎn)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)廠家也在探詢(xún)將互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)和信息處理技術(shù)對(duì)EIB進(jìn)行擴(kuò)展，以實(shí)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(shí)代，EIB系統(tǒng)更可實(shí)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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