KNX Як спосіб "Спілкування"

Всі вже давно звикли до того, що технології розвиваються так стрімко, що ми не встигаємо розібратись з існуючою технікою, як вже виходить нова, покращена версія, а поняття Розумний будинок та Автоматизація інженерних систем настільки широкі і включають таку велику кількість різних приладів та систем, що багатьом важко усвідомити як це насправді працює і взаємодіє в одному домі, офісі чи на виробництві.

Для глибшого розуміння питання хочемо освітлити тему взаємодії різних приладів у даній статті та розказати про так звану платформу завдяки якій відбувається зв’язок та налагоджена робота системи Розумний будинок. KNX – це технологія, що являє собою комунікаційну платформу взаємодії різних приладів та систем. Підґрунтям для створення технології KNX стала розробка ЕІВ (European Installation Bus) – Європейської інсталяційної шини. В 1990 році було створено асоціацію, до якої входило 15 великих компаній виробників обладнання для автоматизації. Асоціація мала на меті просувати саму технологію, слідкувати за якістю та сумісністю продукції, яку виробляють компанії-члени асоціації та створювати програми для навчання працівників. Пізніше технології ЕІВ, ЕHS (European Home System) та Batibus об’єднались в KNX, а асоціація стала називатись Асоціація KNX, до якої на сьогоднішній день входить більше ніж 350 компаній по всьому світу, а число приладів, які підтримуються даний протокол вже давно переступило число 7000.

Основними ключовими особливостями KNX є гарантована сумісність продуктів різних виробників, один програмний інструмент (Engineering Tool Software, скорочено — ETS) для планування, розробки та реалізації проекту, а також офіційні курси підготовки та сертифікації спеціалістів. З технічної точки зору протокол дозволяє реалізувати всі найпоширеніші сценарії автоматизації, включаючи освітлення, кліматконтроль, систему безпеки, мультимедіа та інші.

Проектування системи на базі EIB здійснювалось за допомогою спеціалізованого інженерного програмного забезпечення ETS, конфігурування мережі можна робити в 3 режимах: S-Mode (System mode) – повний доступ до конфігурації всіх параметрів пристроїв, включаючи проектування, формування групових адрес та програмування (завантаження) пристроїв за допомогою ETS. Використовується для створення систем кваліфікованими працівниками. E-Mode (Easy mode) – спрощений режим конфігурування. Більшість налаштувань виставлено за замовчуванням. Деякі можна змінити за допомогою управління (клавіш) на контролері. A-Mode (Auto mode) – автоматичнее конфігурування елементів системи з можливістю налаштування деяких зумовлених параметрів. В останніх специфікаціях стандарту KNX від нього відмовились.

Більшість проектів KNX засновані на використанні спеціальної виділеної провідної шини (витої пари). Всі контролери, датчики і виконуючі пристрої підключаються до провідної шини. На практиці це означає необхідність розробки проекту і прокладання необхідних комунікацій під час будівництва чи ремонту. Формально в стандарті існують й інші середовища передачі (зокрема електромережа і радіозв’язок), але вони відносно рідко зустрічаються в проектах. В якості альтернативного варіанту, який не потребує прокладання додаткової контрольної шини, достатньо часто використовують схеми з виводом всіх індивідуальних споживачів на загальний щиток. Обидві версії мають свої плюси та мінуси. При цьому допускається їх компонування, якщо зберігається відповідність до специфікацій KNX.

Топологія провідної шини може бути вибрана достатньо гнучко. Допускається використання лінійних шин, дерева та зірок. Термінація тут не потрібна, але треба врахувати захист від перенапруги та грози. Базовим елементом логічної структури є сегмент, який складається з багатьох вузлів (до 64). В лінію можуть бути об’єднані до чотирьох сегментів, а лінії можуть об’єднуватись в області (до 15 ліній в 1 області). На найвищому рівні в одну систему можливо об’єднати до 15 областей. Загальне число пристроїв у такій системі може сягати 58 тис.

Для роботи KNX достатньо одної пари ліній даних, інша пара може бути використана для подачі додаткового живлення (деякі пристрої живляться від самої шини KNX) або як резерв. Для шини зазвичай використовують кабель 2х2х0,8. На сегменті можна використовувати декілька блоків живлення, такий блок живлення повинен витримувати відсутність живлення до 100 мс, це значно підвищує надійність роботи системи. За допомогою KNX системи Ви можете вирахувати споживання електроенергії всіх пристроїв в системі, за їх характеристиками, які надає виробник. Шина має загальні характеристики: максимальна довжина кабелів в сегменті – 1000 м; максимальна відстань від пристроїв до блоку живлення – 350 м; максимальна відстань між двома пристроями – 700 м; мінімальна напруга на пристроях   21 В.

Для об’єднання сегментів і ліній використовується спеціальне обладнання, яке виконує функції повторювачів, мостів, маршрутизаторів та фільтрів пакетів. Зазвичай всі ці функції можуть виконуватись одним і тим самим обладнанням, а алгоритм його роботи записується в момент програмування. Наступний етап масштабування системи досягається за рахунок використання мостів в ІР-мережі.

Взаємодія пристроїв в шині відбувається шляхом обміну пакетними даними (швидкість обміну 9600 біт/с), а для обробки колізій використовують технологію CSMA/CA. Протокол описує всі можливі варіанти інформаційних передач і типів даних, які використовують змінні. В пакеті даних вказують адреси відправника та отримувача, самі дані та контрольна сума. Загальна довжина пакету зазвичай не перевищує 23 байт, а час передачі в середньому 20-30 с. Відгук залежить від навантаження на шину та числа пристроїв, які в ній знаходяться. В випадку простих варіантів контролю освітлення, робота вимикачів візуально не відрізняється від прямого управління. Але в сильно завантажених мережах, в тому числі і об’єднаних по ІР, можуть знадобитись додаткові операції оптимізації в залежності від потреб замовника.

В системі передбачена схема підтвердження доставки та повторних відправлень, в випадку збою та деякі можливості приорітизації. В стандарті, крім традиційних бінарних, цілих і текстових змінних напряму записані формати для роботи з яскравістю, температурою, тиском, часом, потужністю та іншими параметрами. Найбільш популярні варіанти команд та типи даних включають в себе переключення, управління приводом (ввімкнути рух, зупинка, крок), химерування (відносне, зупинка, абсолютне значення) та передачу фізичних величин (температура, тиск, вологість). Штатних засобів для контролю стану пристроїв на шині тут нема.

Стандартом KNX користуються безліч компаній по всьому Світі, з величезним діапазоном товарів та послуг. До KNX пристроїв входить три типи обладнання. Перший тип це сенсори (датчики) – сенсорні настінні панелі та вимикачі; датчики фізичних величин – температури, вологості, датчики руху, таймери та ін. Вони відповідають за фіксування (реєстрацію) тих чи інших зовнішніх  подій, які повинні викликати певну реакцію з боку системи. Після того як така подія відбулася, сенсор посилає по мережі управляючу команду відповідному виконуючому пристрою. Другий тип – виконуючі пристрої (актуатори, перетворювачі, суміжні модульні системи) – регулятори освітлення (димери), релейні модулі, модулі управління жалюзі та ін. Вони міняють свій стан (ввімкнено/вимкнено, відкрито/закрито) залежно від команд, які поступають від сенсорів і таким чином управляють різним обладнанням. Третій тип – системні пристрої, такі як блоки живлення, інтерфейсні модулі, шинні з’єднувачі, повторювачі та ін., включно з панелями та логічними модулями. Системні пристрої забезпечують працездатність та можливість налаштування мережі KNX.

При цьому моделі можна як встановлювати в стандартні розподіляючі коробки та і монтувати на DIN-рейку. В другому випадку часто використовуються пристрої на багато каналів управління (зокрема реле та димери). Зазвичай пристрої підключаються тільки до шини KNX і безпосередньо датчиків або пристроїв, якими управляють, додаткове живлення в такому випадку не треба.

Всі пристрої KNX сертифікуються. Для програмування обов’язково мати відповідний пристрою файл конфігурації. Зазвичай він завантажується з сайту виробника та інтегрується в програму ETS. В цій програмі ви можете змінювати конфігурацію пристроїв по передбаченій виробником схемі. Зокрема, можна обирати режими роботи вимикачів та подвійних входів, швидкості регулювання димерів, коректувати температуру в термостатах.

В більшості випадків пристрої мають в своєму складі декілька об’єктів, які є мінімальною одиницею для участі в групах, прийому та відправлення повідомлень, налаштування параметрів та інших елементів проекту. Варто відзначити, що гнучкість технології дозволяє використовувати одні і ті ж апаратні пристрої для реалізації різних функцій, що досягається можливістю завантаження в них різних внутрішніх програм (трансформація блоку з декількома реле в пристрій для управління шторами).

Базову конфігурацію KNX-проектів можна вважати децентралізованою – обмін даними між пристроями здійснюється на пряму, без безпосередньої участі будь-якого окремого контролера. В такому підході є свої плюси та мінуси і потрібно розглядати питання відносно конкретних прикладів проекту. Наприклад, таким чином можна реалізувати автономний сегмент для управління освітленням в будинку на базі запрограмованих сцен та алгоритмів. Однак треба розуміти, що самі пристрої відносно прості та при необхідності більш складних алгоритмів взаємодії потрібна установка додаткового контролера.

Адресація пристроїв, зазвичай використовує схему «область-лінія-пристрій». Розмір поля адреси – 16 біт. При цьому власні адреси треба прописувати в кожен пристрій на етапі програмування системи через ETS. Дана операція потребує фізичного доступу (натискання на кнопку), а вже після установки адреси можна здійснювати всі операції віддалено. В подальшому ці адреси можна міняти. В останніх поколіннях були додані індивідуальні серійні номери, що є більш зручним для програмування і додатковий захист для віддаленого читання-запису даних пристрою (перевірка 4-байтового коду).

Важливими логічними елементами системи є групові адреси. Вони представляють собою зібрані за функціональними ознаками пристрої. При цьому датчик/сенсор (наприклад, кнопка), може відправляти сигнал тільки в одну групу, а виконуючі пристрої (наприклад, реле) можуть приймати інформацію одразу в декількох групах. Всі пристрої в групах повинні мати співпадаючі типи даних. Наприклад, не можна зв’язувати відправку бінарного сигналу з вимикача для регулювання яскравості. Але часто буває так, що один пристрій може відправляти та отримувати дані різних типів, що може допомогти в даній ситуації. Наприклад димер може надавати інтерфейс для деяких групових об’єктів і розуміти команди ввімкнути/вимкнути, збільшити/зменшити яскравість та установку заданої яскравості у відсотках.

Використання такої схеми дозволяє реалізувати спрощене управління групою пристроїв шляхом відправки одного повідомлення на групову адресу замість індивідуальної адресації. Обмеження на максимальне число групових адрес зазвичай індивідуальні та вказані у специфікаціях до пристроїв. Для спрощення структури можна розбити групові адреси по окремих категоріях. Розмір поля групи також 16 біт.

Крім безпосередньої відправки команд виконуючим пристроям, передбачені й інші типи повідомлень, наприклад отримання статусу. Таким чином можна реалізувати зберігання індивідуального управління лампою однією кнопкою (натискання викликає перемикання) з одночасною участю цього джерела світла в сцені. Варто звернути увагу на те, що в схемі не передбачено ніяких програм, в тому числі логічних дій, перевірки умов, затримок, циклів та інших операцій. Інколи зустрічаються пристрої всередині яких наявні базові логічні операції, а також моделі, які можуть виступати в ролі зовнішніх логічних блоків на декілька операцій.

Окремий клас пристроїв є контролерами. Вони обладнані власним процесором, адаптером шини KNX, а також можуть мати й інші інтерфейси. Ці пристрої можуть виконувати безліч додаткових завдань, робота зі сценами, перевіркою логічних умов, таймерами та іншими системами.

Отже система KNX – це унікальна платформа взаємодії пристроїв різних виробників, яка допоможе Вам автоматизувати та зробити розумним Ваше житло, офіс чи підприємство і при цьому не залежати від пристроїв однієї марки, а обирати такі, які підходять за ціною та функціоналом.

До списку статей
Отримайте безкоштовну консультацію

Команда U-Smart може розробити ряд функцій, які будуть відповідати Вашим особистим потребам, і особливостям саме Вашого приміщення.

Єдине обмеження, яке існує для нас - це Ваше бажання.

Політика конфіденційності

Контакти
Зв'яжіться з нами
0 800 33 29 26

Безкоштовно зі стаціонарних і мобільних номерів в Україні

Україна, Київ, вул. Богдана Хмельницького, 66, офіс 1