智能家居楼宇系统技术 / 家居自动化 / 总线系统

这个讨论串旨在揭开一丝光明……

因为这个话题越来越重要，而普通的建房者面对各种报价、费用、可能性、陷阱和建筑过程中遇到的问题，通常是不知所措的，尤其是当涉及到以下主题时：

房屋中的现代电气系统的销售谈判。然而，因为我自己住在一栋装有KNX电气系统的房子里，我将在这里通过一些例子更深入地探讨KNX这个主题。

智能家居这个词遗憾地没有受到保护。这导致根据定义，任何安装了动作传感器或可控制的无线插座的折扣店卖的房子都被称为智能家居。结果，经常发生这样的情况，要么只安装了最基本的配置，要么销售人员对某个系统兴奋到让你在热情中装上了那些完全过时的东西。



但这里一点也不智能……它们仍然是“愚笨”的附加组件，只是暂时提升了一下舒适度。为什么是暂时？因为人类是懒惰的，总有一天会厌烦找遥控器开插座，因为遥控器总是放在不同地方；而且动作传感器无法100%适应住户的需求。

每个建房者都应像熟悉选择瓷砖或未来家里的其他元素一样，熟悉并研究自己的电气系统。太多时候，人们信任总承包商会搞定一切。

如果今天有人买汽车，会花好几天比较、看配置，列出心愿单。没人愿意买一辆没有中央锁、没有电动窗的车。但20年前，这些功能还很普遍，那些汽车销量依然很高。如今的房屋电气系统也是同样——你盖房子，所有门都敞开，可以加购额外功能，但你却放弃了。常见原因是缺钱，也常因缺乏知识和固有思维，比如“开关就是开关，开关灯就是它的全部功能”。但很多人并不知道还能做到更多，只是听过某些说法，却完全不清楚是什么、怎么做和为什么。

但很可能在未来20年里，房屋电气系统会像汽车、电话、电视一样普及和进步。大众现在不会接受没有舒适功能的车，也不会用带线电话或老式电视。

现代的房屋电气系统通常是这样的：
系统通过无线或有线方式相互联网，通过协议通信，从而在后台运行，无需人工干预。比如：强烈日照时遮阳百叶自动下降以保护房屋免受过多太阳热辐射；或者下雨时天窗自动关闭。

如今我们可以看到范围广泛的建筑系统技术，这些技术比几十年前更普及。

我们有简单、智能化程度低甚至没有智能的系统，如：
- 传统电气系统，带旋钮调光器、冲击开关等。

此类系统几乎无法提升舒适度，扩展性为零，几乎所有操作都需手动完成。

中端系统，有许多专有的家居自动化系统，如：
- Loxone
- Somfy Tahoma
- innogy Smarthome
- HomeMatic
- Philips Hue
- Apple homekit
- free@Home

由于功能受限，安装和编程通常较简便，这些系统通常比建筑自动化行业的类似系统更便宜。相应套件的功能和设备范围需仔细检查。专有家居自动化系统在功能和后期扩展性方面不如建筑自动化系统灵活。

然后是建筑系统技术的高端（总线系统）：
- LCN
- LON
- WAGO I/O
- Z-Z-Wave
- KNX / EIB

这些系统几乎能满足所有需求，提供许多建房者只能梦想的可能性。但这些系统需要仔细规划，初看费用也较高。

但与传统安装和用传统方式增加舒适功能相比，总线系统越来越具有吸引力且价格更合理。

这里有德国某大型制造商的图表，其业务涵盖所有领域。



建筑系统技术背后的理念是：
- 尽可能多系统和组件的连接（整合）（如灯光、插座、采暖、通风、花园、电视、音响等）
- 从中心点监控和操作系统
- 可扩展性和灵活性
- 提升舒适度和操作便捷性

所有系统中，KNX提供最大的整合性，因为它是开放系统。这意味着协议是公开的，所有制造和销售KNX产品的厂商必须确保其产品符合KNX规范。换句话说，可以利用已有经验，但产品设计必须保证能被任意其他厂商的KNX设备操作。相比于专有系统（LOXONE、free@Home、Somfy等），专有系统会绑定某个厂商，导致依赖性强。如果该厂商停产，家中设备坏了，你只有一堆昂贵垃圾，可能得全部推倒重来。

KNX则完全不同。这里有400多个厂商和数百万产品可以“对话”。出故障时，只需拆下故障模块，换上另一个即可。新模块厂商无关紧要，只要带KNX标志即可。KNX确实收费，但如上所述，随着房屋功能的增加，价格会下降。是否需要引发的争论在这里无意义。技术可用，你可以选择用或不用。就像说：“坐马车也能前进”。

举个例子：
假如房子里有15个卷帘门，且不仅仅想在窗边本地操作（非无线），而且希望在几个中心点（比如大门口或卧室）也能控制，如果每层楼还想要一个操作点，购置费用就显得合理了。因为传统卷帘安装需要额外组件（额外开关、中间继电器、接线盒）来实现这些功能，这些东西电工可不会免费装，且布线工作也得付费。

另一个总线安装的优点在于能够将大型开关电池（如今绝对普遍）减少到最低限度，同时不损失舒适性和功能。相反，总线按钮通常是真正的功能中心，具有自己的定时器/逻辑/调节器和显示。

说：



然后例如被替换为：



或者：



或者：





这些可能性没有限制。限制通常只存在于头脑中或钱包里。

通过总线系统，可以模拟典型开关的所有功能，同时在同一空间控制2、3……n个其他设备，显示温度，或发出报警信息。通常可以自由分配按钮，如果习惯改变，几次鼠标点击即可提供其他功能，无需额外费用。或者如果想要新的设计，只需将按钮从墙上取下，更换为新的，再重新参数设置，一切即可正常运行。无需重新布线。

许多现代总线按钮还提供传统开关的功能。也就是说，轻轻一按，灯就开。总线按钮通常可以在按下多个按钮时触发任意功能，例如开灯。

与传统电气布线不同，总线系统将执行器和传感器分开考虑。因此具有极大的灵活性和功能性。每个传感器都可以在任意位置触发任意多的动作。或者如果超越手动功能，将逻辑和自动化集成到安装中，动作可以在无住户干预的情况下自动进行。

离开房间时灯自动熄灭，草坪只浇水直到足够潮湿。所有这一切都能反馈给房屋内所需设备或位置，甚至远程。

没有人被迫在墙上挂平板，翻找无数菜单才能找到正确功能。一切也可以不依赖平板，只需彻底规划。尽管平板美观，这只是家庭自动化的第二或第三步。大型逻辑设备如GIRA Homeserver、Enertex EibPC及类似设备，对现代电气安装并非必需。

现在让我们来看一下KNX总线系统的结构。

KNX是一个分布式系统。也就是说，这里没有中央控制，也不需要设置任何节点，接线时也不需要遵循复杂的规则。

唯一需要注意的是：每个设备都要连接到的总线电缆（用于设备之间通讯）不能形成闭合环路，否则会导致故障。

这里可以看出传统安装和KNX安装的区别：

传统安装（左）与KNX（右）

在传统的家用安装中，通常会从一个断路器引出一条线路到每个房间。电工在这个房间内再分支出插座和灯具线路。插座通常是直接串联供电的，而灯具的线路先到开关，然后从开关接到相应的灯具。这样确保了所有设备都能得到供电，且施工工作量最小。开关拨动时，230V电压传递到灯具，使其点亮。

在KNX系统中，传感器和执行器在空间和电气上是分离的。这意味着按钮本身并不闭合电路（不同于传统安装），而是开关柜中的执行器（继电器）负责闭合电路。按钮仅发送命令。因此，可以从不同位置发送命令，执行器执行相应操作。这样减少了接线点及其潜在的错误，提高了家庭安装的负载能力和安全性。此外，插座、灯具等设备的重新接线变得非常快速，无需破坏墙体改变开关配置，例如同时控制多盏灯或多台设备。

举个例子：

可以通过任意数量的按钮控制同一盏灯的开关。只需将另一个按钮连接到总线电缆并进行参数设置即可，无需额外的换向开关或电源线。

KNX网络的最小单元是线路。线路由电源、KNX总线干线及其连接的终端（TLN）组成。至少需要一个终端是传感器，至少一个是执行器。一条线路上的最大终端数量由电源的负载能力决定。若使用最大功率的电源（640mA持续电流），根据每个终端约10mA的平均电流负载，最多可连接64个终端。
大部分总线终端之间的通信发生在线路层级。

一条线路：

当需求超过64个终端时，可以将两条或多条线路（最多15条）连接为一个区域。线路与主干线的连接通过所谓的线路耦合器完成。主干线路上的线路耦合器需要由独立的电源供电。
线路耦合器一方面实现线路与主干线之间的电气隔离（例如某条线路短路时不会影响主干线），另一方面过滤传输在主干线上的报文，仅允许目标地址属于该线路的消息通过。过滤减少了网络中传输的数据量。
线路耦合器被视为总线终端。因此，主干线上除了线路耦合器外，只能再接入63个终端。

多条线路：

如图所示，接线非常简便。每个总线终端只需连接一根总线电缆。每条线路都有自己的电源。线路之间使用线路耦合器，实现各条线路间的通信。通过区域耦合，可实现高达14,400个终端的KNX安装。

ZVEI/ZVEH推荐使用的总线电缆类型包括YCYM 2x2x0.8和J-Y(St)Y 2x2x0.8等。符合DIN V VDE 0829第522部分或EN V 50090-5-2功能规范的总线电缆（如YCYM）可以与电缆、导线及单芯线（如H07V）共同敷设于电气安装管道中，无需限制。

够了理论！

在单户住宅中，通常会设置一条内部分区主线和一条外部分区主线。这样既能控制成本，又能避免外部直接访问内部总线。

由于KNX是分布式的，因此不需要中央控制。每个KNX设备均可独立运行。线路的最小规模如前所述：

- 带电感的电源
- 传感器（按钮/存在感应器[PM]等）
- 执行器

通过分布式结构，KNX设备可任意连接于系统中，经参数设置后即可使用，无需额外布线或新增电路。例如，可以用存在感应器替换按钮，或并联一个存在感应器，还可以替换成其他设备。

若某台KNX设备故障（极不可能），仅该设备所服务的区域会停用，系统其余部分不受影响，继续正常运行。只需用新设备替换并重新参数设置，即可恢复全部功能。

高昂的初始投资部分源于极低的故障率。KNX最初并非为私人住宅设计，需满足工业及商业等敏感领域的高标准。如今，几乎所有大型安装都采用KNX。在（瑞典）家具店、各种商场、机场、现代办公楼乃至体育场均可见其应用。

这里再直接对比传统系统和基于KNX的自动化布线及设备间通信方式：

左侧传统系统：各系统独立运行，仅能与系统内的输入/输出设备通信。

右侧KNX系统：所有系统通过总线电缆连接，持续以统一语言通信。每个系统实时“知道”其他系统的状态及当前条件。

因此，例如暖气系统无需等待室温控制器报告“房间过热”，而是通过气象站提前收到“南方有阳光”的信息。

这里再次展示了房间内安装的直接对比：

存在感应器和运动感应器

PIR（热释电红外）或HF（高频）感应器是自动化系统的重要组成部分，因为它们是系统的眼睛和耳朵。

没有它们，系统就像盲人和聋子，无法对环境和变化做出反应。

感应器最简单的反应是：检测到有人时触发预设的反应。

通常是被动地开启光源，根据预先设置的程序，亮度可能会有所不同。
然而，安装位置的问题起着决定性的作用，因此每个感应器都被分配到其特定的使用领域。

这样一栋建筑可以配备几乎完全通过存在感应器控制照明的系统：



存在感应器的详细介绍
凭借它，您不仅可以自动调节灯光，还可以节省大量能源。因为借助非常灵敏的传感器，灯光可以在全天内自动开关。感应器对光线变化被动响应，自行调节功能。因此，您不必再担心忘记关灯，一旦房间内没有运动，灯光便会通过传感器自动关闭。
感应器的形状多种多样，根据不同的应用领域需要选择合适的型号。以下是一些例子：

常见的360°感应器



适合埋入式天花板接线盒的感应器：



适用于狭长房间或部分区域的感应器：



适用于墙面接线盒的感应器：