．KNX 於現代建築

Smart Home Pre-Wire Walkthrough

來源：樂茲科技

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成長。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，這樣系統在電布線而言是相當複雜，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。

vs.

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。以上兩種情況下，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 環境非常重要，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所謂的「主動脈衝」(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「主動脈衝」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「主動脈衝」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。假設 KNX 專用電源的額定為 640 毫安，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 總線未供電（左）; 總線有供電但不是 KNX 電源（中間）; 完整且有效的 KNX 總線系統，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，自動控制開關或定時器等裝置，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

建築自動化系統中，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cos?= 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。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：接觸器和電機啓動器,機電式接觸器和電機啓動器)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 建築自動化：

AC1 - 無感或輕微感性負載，電阻爐（與電阻性負載有關，cos?= 0.8）

AC3 - 籠型電動機：運行期間啓動或關閉（與電感性電動機負載有關，cos?= 0.45）

AC5a - 放電燈的開關

AC5b - 白熾燈的開關

上述條件應至少透過 6000 次操作並不損壞。

小型化設計

所有 KNX 設備（包括電源，輸入設備和執行器），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。

圖 4 常見的 2 排 12 SU 配電板櫃，圖中已安裝斷路器和眾多 KNX 設備

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，但整合了八個獨立通道 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。