基于flexROOM方案的房间自动化系统设计

摘要： 为实现办公室照明、遮阳和暖通联动控制、节能降耗、精细化管理的目的，基于WAGO公司的flexROOM方案设计了一套房间自动化系统。重点介绍了房间自动化系统的拓扑结构和控制策略，分析了房间自动化系统的应用效果。结果表明，在办公室应用flexROOM方案进行房间自动化控制，可实现对房间的精细化控制且满足多样化的客户需求，具有较高的推广应用价值。关键词： 房间自动化; 智能照明; 遮阳控制; 暖通控制

中图分类号： TU855文献标志码： A文章编号： 1674-8417（2024）10-0021-04

DOI： 10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.10.004

0引言

随着我国科技水平的不断进步和人民对生活质量要求的不断提高，具有舒适、便捷和节能特性的房间自动化技术受到越来越多的青睐。传统的房间自动化技术往往将照明、遮阳和暖通设置成独立的控制系统，这将增大项目设计、调试和维护的困难。建筑电气智能化系统联动控制技术是未来建筑领域的发展方向，对建筑行业的可持续发展具有重要意义［1］。通过采用WAGO公司提供的flexROOM联动控制技术，将照明、遮阳和暖通控制集成在同一控制系统中，可以控制建筑房间的各项功能，提高建筑的舒适度，还能节约能源、降低消耗。

1项目概况

某工厂新建厂房的两层办公楼约5 000 m2，现场共放置1 000余盏带数字可寻址照明接口（DALI）镇流器的日光灯。业主希望实现智能照明、遮阳控制和暖通控制于一体的联动控制。照明控制能够根据房间的功能灵活选择适宜的控制方式，遮阳控制可以根据外部天气情况和现场开关实现自动和手动的遮阳控制。暖通控制能够根据现场是否有人存在将暖通的温度调节切换至不同的暖通模式。

整个系统需要满足客户后期对房间改造的需求，即在办公楼房间重新隔断划分时，无须重新对照明、遮阳和暖通进行线缆重新敷设，只需要在控制系统的配置页面上进行参数调整，即可实现改造要求，满足客户对房间自动化灵活、节能和智能的需求。

2flexROOM方案

flexROOM方案是德国WAGO公司开发的实现房间自动化控制的“半标准化”方案。该方案定义了软件系统的一般架构、控制箱基础配置和系统软件的一般功能，但硬件配置和软件功能并不是一成不变的，其为客户开放出来用于工程项目配置的Web页面，可以满足用户实际工程项目的实际进行硬件选择和软件功能灵活配置的个性化需求，因此被称为“半标准化”方案。该方案集照明、遮阳和暖通控制于一体，可以实现房间自动化的综合控制。

2.1基本理念

flexROOM方案基于最基础的“房间分段单元”的理念，即将房间分成若干最小的“房间分段单元”。每个“房间分段单元”是房间自动化的最小单元，该“房间分段单元”内的所有照明、遮阳和暖通会进行统一控制。单个功能房间可以包含一个或多个“房间分段单元”，每个功能房间内的所有“房间分段单元”采用相同的控制策略。

“房间分段单元”具体应用如图1所示。该平面建筑中规划了3个功能房间区，即独立办公室、中型办公室和会议室。“房间分段单元”以窗户为参照，每个“房间分段单元”包含一片窗户，以及该窗户所对应的照明和暖通。因此，独立办公区包含1个“房间分段单元”，中型办公室包含2个“房间分段单元”，会议室包含3个“房间分段单元”。同一功能房间区的“房间分段单元”采取相同的房间自动化控制策略。

2.2系统架构

flexROOM方案控制系统架构主要由两类控制箱组成，分别是气象站控制箱和办公室控制箱。其中，气象站控制箱将监测到的风向、风速、空气湿度、光照强度和光照辐射强度等气象信息转化成气象报警指令，通过Modbus/TCP协议发送至办公室控制箱。办公室控制箱综合气象站控制箱指令、现场传感器指令和配置完成的应用程序，实现对“房间分段单元”的照明、遮阳和暖通控制。flexROOM方案系统架构图如图2所示。

2.3硬件接口

气象站控制箱主要配置PLC的CPU模块、DI模块、AI模块、RS-485接口模块和RTC模块。其中DI模块用于连接雨水传感器和烟雾传感器的报警信号;AI模块和RS-485接口模块用于连接风向传感器、风速传感器、光照传感器、暮光传感器、辐射传感器、温度传感器和湿度传感器;RTC模块用于GPS-DCF触感器。

办公室控制箱主要配置PLC的CPU模块、DI模块、DO模块、AI模块、AO模块、RS-485接口模块、KNX/TP1接口模块、DALI接口模块。其中，DI模块用于连接普通自复位开关;DO模块用于连接控制暖通阀门开闭的继电器线圈;AI模块用于连接房间温度传感器和二氧化碳传感器;AO模块用于控制暖通阀门的开度;RS-485接口模块用于连接EnOcean无线接收器;KNX/TP1接口模块用于连接现场的KNX/TP1接口面板开关;DALI接口模块用于连接DALI接口的灯具、开关面板、人体感应传感器和照度传感器。

2.4软件功能

flexROOM方案集智能照明、遮阳控制和暖通控制于一体，实现房间自动化的综合控制功能。flexROOM方案软件配置界面如图3所示。该方案支持用户自己配置和调试相关参数。应用DALI总线技术，实现照明灯具的多种控制方式，如手动开关控制、KNX/TP1接口开关控制、EnOcean无线开关控制、人体感应控制、时间控制、恒照度控制、场景控制等［2］;应用SMI电机控制技术，可以实现手动遮阳和自动遮阳两种控制方式。其中，手动遮阳可以应用EnOcean无线开关控制实现全开控制或半开控制，自动遮阳可以根据时间和光线照度自动调节百叶窗的角度和位置，也可以根据风速报警和雨水报警等自动收起百叶窗;应用开关量和模拟量控制技术可以调整暖通水阀的开闭控制，实现房间温度的自动调节。

应用举例：人体感应传感器探测到有人进入房间后，系统将灯光打开，并调整到恒定的照度;

百叶窗将根据外接光线照度和时间等信息将遮阳板调整到合适的角度和位置;同时系统根据房间内的实际温度与设定温度的差值，调整暖通水阀开闭的状态，进行制冷或制热工作，如将房间温度控制在23～25 ℃内。当人从房间离开并持续一段时间后，系统进入“待机模式”，房间照明调光值照度调至“待机照度值”，暖通系统也将房间内的温度控制目标调整至“待机暖通温度范围值”，如将房间温度控制在18～30 ℃内。如果人长时间在房间没有出现，则自动将照明关闭，将房间内的温度调整至“无人活动值”，如10～40 ℃。flexROOM方案软件配置界面如图3所示。

3智能照明系统的工程实施

3.1控制系统拓扑架构

本房间自动化控制系统设计采用集散式控制方式，即根据现场灯具数量、百叶窗数量和暖通末端电磁阀数量。房间自动化控制系统拓扑结构设计如图4所示。设计1个flexROOM气象站控制箱（AL08）、5个flexROOM办公室控制箱（AL01-AL05）和2个照明管理控制箱（AL06-AL07），其中照明管理控制箱只对灯具进行智能照明控制。现场办公楼共设置A、B、C、E、F 5个区，每个建筑分区布置1个flexROOM办公室控制箱，照明控制箱AL06设置在A、B、C区，AL07设置在A、B、C区。

气象站控制箱（AL08）与flexROOM办公室控制箱（AL01-AL05）通过Modbus/TCP协议进行通信，5个与flexROOM办公室控制箱之间通过网络变量方式进行相互通信，2个照明管理控制箱（AL06-AL07）之间通过Modbus/TCP协议进行通信。

根据房间功能将现场分为基础照明区、经理办公区、会议室、开放办公区、茶水间和咖啡间，每个房间功能分区房间包含1个或多个“房间分段单元”，根据现场需要，每个房间功能分区采取不同的控制策略。控制策略如表1所示。

控制策略实施如下：

（1） 手动控制照明：通过DALI接口开关、普通自复位开关、KNX/TP1接口开关或EnOcean无线开关（以下简称手动开关）实现照明的开闭或调光控制。

（2） 手动控制百叶窗：通过手动开关实现百叶窗的位置控制和角度控制。

（3） 手动控制暖通：通过手动调节温度面板开关设定值，实现房间内温度的自动调节。

（4） 时间表控制：照明、百叶窗和暖通可以根据预先设置的时间表进行房间自动化的自动调节和控制。

（5） 感应控制：照明、百叶窗和暖通可以根据人体感应传感器的感应信号，进行房间自动化的自动调节和控制。其中暖通可根据人体感应传感器给予的“有人”、“短暂离开”和“长时间离开”的3种不同状态分别进入“工作模式”、“待机模式”和“普通模式”，进行节能控制［3］。

（6） 场景控制照明：在会议室中将照明设置成会议场景、演讲场景、休息场景和投影场景，供使用者调用。

（7） 气象站遮阳控制：根据外部气象条件，自动对百叶窗进行控制。

4结语

以WAGO公司的flexROOM房间方案为基础，介绍某厂房办公楼的房间自动化系统设计。该房间自动化系统通过自动化技术将智能照明、遮阳控制和暖通控制实现了联动控制，满足客户后期对房间重新隔断而无须重新布线的需求，具有非常高的灵活性。该系统无须电脑安装任何调试软件，通过开放的Web界面即可实现对控制系统的调试和维护，应用简单方便。同时，该系统具有开放的工业以太网接口，支持Modbus/TCP协议，可以与上位SCADA软件实现集中控制，为类似办公室的智能照明系统设计提供参考。

［1］焦学渊.建筑电气智能化系统联动控制技术研究［J］.工程技术研究，2024，9（1）：97-99.

［2］秦国经，韩银凤，贾洋洋，等.碳中和背景下某办公楼建筑电气设计探究［J］.现代建筑电气，2022，13（12）：1-7.

［3］李亚芬.“双碳”目标背景下某综合体项目电气设计［J］.现代建筑电气，2024，15（1）：59-62.

收稿日期： 20240603

Design of Room Automation System Based on FlexROM Solution

DING Jingbao LI Lianwang

［1.Tianjin Maritime College， Tianjin 300350， China;

2.Wanke Electronics （Tianjin） Co.， Ltd.， Tianjin 300170， China］

Abstract： In order to achieve the goal of office lighting，shading，and HVAC linkage control，energy conservation and consumption reduction，and refined management，a room automation system was designed based on WAGO’s flexROM solution.The topology structure and control strategy of the room automation system were emphasized，and the application effect of the room automation system was analyzed.The results show that applying the flexROOM solution for room automation control in the office can achieve precise control of the room and meet diverse customer needs，with high promotion and application value.

Key words： room automation; intelligent lighting; sunshade control; HVAC control