一、EIB系统介绍
1990年5月8日,由110多个欧洲电气制造商联合成立了European Installation Bus Association, 总部设于比利时的布鲁塞尔,并制订了欧洲安装总线规范European Installation Bus。EIBA会员占据了欧洲楼宇、家庭自动化设备销售额的80%。自EIB于1992年第一次出现在德国汉诺威交易会以来,一场翻天覆地的电气安装革命已经悄悄地开始了。据统计,在德国的商业功能建筑和大型超市中,大约30%的楼宇都不同程度地安装了EIB系统,而在计划建造的楼宇中,这一比例则达到了60%。
EIB系统在欧洲被称为European Installation Bus,即欧洲安装总线。在亚洲则是指Electrical Installation Bus,即电器安装总线。鉴于其优秀表现,该协议已被美国消费电子制造商协会(CEMA)吸收作为家庭网络EIA-776标准。经过十多年的发展,EIB不仅成为事实上的欧洲规范,并在2000年在IEC国际现场总线标准大会上提名为国际标准之一。
二、传输技术特点
EIB是一个基于事件控制的分布式总线系统。系统采用串行数据通讯进行控制、监测和状态报告。所有总线装置均通过共享的串行传输连接(即总线)相互交换信息。数据传输按照总线协议所确定的规则进行。需发送的信息先打包形成标准传输格式(即报文),然后通过总线从一个传感装置(命令发送者)传送到一个或多个执行装置(命令接收者)。
EIB的数据传输和总线装置的电源(DC 24V)共用一条电缆。报文调制在直流信号上。一个报文中的单个数据是异步传输的,但整个报文作为一个整体是通过增加起始位和停止位同步传输的。
异步传输作为共享通讯物理介质的总线的访问需要访问控制,EIB采用CSMA/CA(避免碰撞的载波侦听多路访问协议〕,CSMA/CA协议保证对总线的访问在不降低传输速率的同时不发生碰撞。
虽然所有总线装置都在侦听报文的传输,但只有具体相应地址的装置才作出响应。为了发送报文,总线装置必须首先侦听总线,等待其他总线装置发送报文完毕(这称为载波侦听 Carrier Sense)。一旦总线空闲,从理论上说,每个总线装置都可以启动发送过程(这个称为多路访问 Multiple Access)。
如果两个总线装置同时开始发送,具有高优先级的总线装置无需延迟可继续传送(这称为碰撞避免 Collision Avoidance)。同时低优先级的总线装置中止传送,等待下次再试,如果两者具有相同的优先级,那么物理地址较低的可以优先。
三、拓扑结构
系统最小的结构称为线路,一般情况下(使用一个640mA总线电源)最多可以有64个总线元件在同一线路上运行。
如有需要可以在通过计算线路长度和总线通讯负荷后,通过增加系统设备来增加一条线路上总线设备的数量,最多一条线路可以增加到256个总线设备。
一条线路(包括所有分支)的导线长度不能超过1000m,总线装置与最近的电源之间的导线距离不能超过350m。为了确保避免报文碰撞,两个总线装置之间的导线距离不能超过700m。
总线电缆可与220V供电电缆并行敷设,并可形成回路和分支。总线导线不需要终端连接器。当总线连接的总线元件超过64个时,则最多可以有15条线路通过线路耦合器(LC)组合连接在一条主线上。每条线路可以连接64个总线元件,一个域包含15条线路,故可以连接 15*64 个总线元件。
安装总线可以按主干线的方式进行扩展,干线耦合器(BC)将其域连接到主干线上。总线上可以连接 15 个域,故可以连接超过14000个总线元件。
下面以一个办公大楼为例,说明 EIB 系统拓扑图的实际结构。
上图为EIB系统拓扑图的一个实例。
具体说明如下:
1.该系统由2根支线构成,通过RS232接口与中控电脑连接,中控电脑可监视和控制整个办公大楼,并通过EIB网关与其他系统连接。
2.三层与四层的各个照明箱及现场面板开关通过EIB总线电缆连接成支线1,并在支线1上配备一个640mA电源N125/21。
3.一层与二层的各个照明箱及现场面板开关通过EIB总线电缆连接成支线2,并在支线2上配备一640mA电源N125/21。
4.二根支线分别通过一个线路耦合器N140/03连接至主线上构成一个系统,并在主线上配备一个160mA电源N125/01。
5.各个照明箱中分别分散安装有各种驱动器模块,采用标准DIN 安装方式,每个模块均为标准模数化的模块。
6.现场安装有各种面板开关,采用标准86盒安装方式。
IP网络拓扑
2003年,EIB/KNX系统诞生新的IP网络拓扑结构,EIB/KNX系统的主干线为10M的IP网络。
该方式很适合主干线有大量控制数据(状态信息)同可视化软件或网关进行通讯,能保证这些信号的稳定和高效传输。
IP网络拓扑结构使用EIB/KNX IP路由器/耦合器实现不同线路控制信号的逻辑连接和跨线路信号的路由。
西门子可提供EIB/KNX IP路由器/耦合器:N146。同时西门子合作伙伴:德国IPAS公司可提供用于IP网络的EIB/KNX可视化软件 IPAS Combridge Studio。
IP网络拓扑有以下几种拓扑方式:
IP路由器N146作为干线线路路耦合器,连接不同的域。此方式中不同的EIB线路通过EIB双绞线线路耦合器N140连接在一起。
IP路由器N146作为支线线路耦合器,连接不同的线路。
四、总线元件
总线元件分为两类:传感器和驱动器。
传感器负责探测建筑物中智能面板的操作;光线,温度,湿度等信号变化;定时器的定时时间到达等信号。
驱动器负责在接收传感器传送的总线信号并执行相应的操作,如开闭和调节灯光的亮度;上下遮阳电机/调节百页等;开关空调风机,调节水阀门等。
五、总线电源及技术参数
每条双绞线EIB线路都有自己独立的电源,这就保证即使某条线路断电,EIB系统的其他部分仍能正常工作。
EIB总线电源为它所在线路上的每个总线装置提供直流24V安全超低电电压SELV(safety extra low voltage)。
根据每条总线上的总线设备数量,可以选择160mA或320mA或640mA的EIB总线电源。EIB总线电源还有限压和限流保护装置并提供200ms的短暂断电缓冲。
总线负载与其所连的总线装置种类相关,总线装置需在大于21.5V的直流电压下工作,总线装置的功耗一般为150mW,但如果有额外耗电的应用单元(如发光二极管LEDs),其功耗可能增加到200mW。如果在短距离(例如在同一个控制盘)内联有超过30个总线装置,那么电源必需安装在这些装置附近。在一条线路内允许连接最多两个电源,两个电源之间必需相隔至少200m(导线长度)的距离。
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