Что такое KNX? Описание протокола KNX

Вопрос о том, как выбрать лучший выключатель/включатель света, с каждым годом становится все труднее, потому что предложение даже таких простых электрических аксессуаров постоянно расширяется. Причем некоторые их возможности несколько лет назад были совершенно немыслимы, которые даже не приходило в голову реализовать на практике. В свою очередь, другие решения уже считались ушедшими навсегда, а тем временем они вернулись и стали актуальными.

Выключатели KNX

Выключатели KNX (и прочие выключатели шинных систем) — тоже проводные выключатели, но они не замыкают цепь. Внутри у них микросхема, которая нажатие выключателя преобразовывает в сигнал стандарта KNX, состоящий из адреса выключателя в сети и информации о том, что на нём нажали. Может иметь встроенный датчик температуры воздуха или чего-то ещё. Подключается к системам стандарта KNX или совместимых с ними. Может иметь экран и какие-то дополнительные элементы управления. Может быть сенсорным (производители Zennio, Gira), чаще кнопочным.

Устройства, работающие по протоколу KNX 

ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВ

• Могут устанавливаться в стандартные распределительные коробки, либо монтироваться на DIN-рейку.
• Дополнительное питание не требуется: устройства подключаются только к шине KNX и непосредственно датчикам или управляемым устройствам.
• Все устройства KNX сертифицируются. Для программирования обязательно иметь соответствующий устройству файл конфигурации. Файл загружается с сайта производителя и интегрируется в программу ETS. В этой же программе можно изменить конфигурацию устройств по предусмотренной производителем схеме.
• В большинстве случаев, устройства имеют в своем составе несколько объектов, которые являются минимальной единицей для участия в группах, приема и отправки сообщений, настройки параметров и других элементах проекта.

АДРЕСАЦИЯ И КОМАНДЫ

• Обмен данными между устройствами осуществляется напрямую, без непосредственного участия какого-либо отдельного специализированного контроллера.
• Адресация устройств обычно использует схему «область-линия-устройство».
• Собственные адреса необходимо прописывать в каждое устройство на этапе программирования системы через ETS. Данная операция требует физического доступа (обычно — нажатия на кнопку на корпусе), а после установки адреса можно осуществлять все операции удаленно. В дальнейшем эти адреса можно изменить.
• Групповые адреса — элементы системы, которые представляют собой собранные по функциональному признаку устройства. При этом датчик/сенсор (например, кнопка) может отправлять команды только в одну группу, а исполнительные устройства (например, реле) могут принимать информацию сразу в нескольких группах.
• Все устройства в группе должны иметь совпадающие типы данных. Это позволяет реализовать упрощенное управление группой устройств путем отправки одного сообщения на групповой адрес вместо индивидуальной адресации.
• Групповые адреса можно разбивать по определенным категориям. Например, по схеме «этаж-комната-освещение».
• Кроме отправки команд исполнительным устройствам, предусмотрены и другие типы сообщений, например, получение статуса. В частности, таким образом можно реализовать сохранение индивидуального управления источником света одной кнопкой (нажатие вызывает переключение) с одновременным участием этого источника света в сцене.
• В схеме не предусмотрено никаких программ, в том числе логических действий, проверки условий, задержек, циклов и других операций. Однако можно подключать устройства, в которых есть базовые логические операции, либо использовать внешние логические блоки.
• Отдельный класс устройств представляют собой контроллеры. Они оборудованы собственным процессором, адаптером шины KNX, а также могут иметь и другие интерфейсы. Эти устройства способны выполнять множество дополнительных операций, включая работу с таймерами и временем, сценами, проверкой логических условий (например, по состоянию датчиков), взаимодействие с внешними устройствами и другими системами.

Настройки и программирование

Официальный производитель предлагает использовать простую схему установки. Принцип установки сводится к загрузке проприетарного ПО ETS. Запуск его откроет новый проект. Внутри сети можно использовать каталог с различными предустановленными режимами работы. Однако для реализации настроек в главной панели управления потребуется синхронизация с сетью KNX. Процедура проста: все, что вам нужно, — это IP-мост или совместимый USB-кабель.

Программирование и настройка сводятся к:

• выбор адресов с дальнейшей настройкой параметров, добавление комментариев для каждого из устройств;
• распределение подключенных устройств по адресам в группы;
• импорт информации об устройстве в каталог;
• разработка структуры квартиры или дома;
• итоговая проверка работоспособности, внесение изменений в структурную схему проекта (при необходимости).
• добавлять в проект новые устройства;
• разработка структуры групповых адресов;
• загрузить проект в среду автоматизации;
• формирование нового файла проекта;

В письме, прилагаемом к комплекту оборудования, также прилагается профессиональный пакет программного обеспечения для настройки и синхронизации. Но если человек создает личный проект из отдельно приобретенных компонентов, то софт придется скачивать отдельно.

Применение, функции

На сегодняшний день стандарт активно применяется в структурах умного дома в офисах и домах состоятельных людей, поскольку эта система не дешевая, но с каждым нововведением она становится все доступнее.

Дальнейшая тенденция развития технологии наверняка сделает ее еще более популярной, поскольку уже сейчас основные немецкие производители ориентируются на обеспечение подобными комплексами обычных домов и квартир, с максимально удобным контролем освещения, температурным режимом и прочими бытовыми параметрами.

Кроме них, технологии KNX позволяют управлять всеми другими функциями – охранной сигнализацией и контролем допуска в здание, вентилированием и кондиционированием воздуха, обогревом здания и обеспечения его водой.

Протокол

Протокол KNX – это протокол распределенной логики. В отличие от других протоколов автоматизации, этот не работает в режиме ведущий / ведомый, каждый ПЛК независим от других.

Физические уровни

Протокол KNX поддерживает несколько средств связи. Таким образом, мы можем процитировать:

Автобус

Автобусная передача в настоящее время является наиболее развитой, потому что это историческое средство связи. Существует два типа шин, называемых TP (витая пара):

• «TP0»: унаследован от Bâtibus, обеспечивая пропускную способность 4800 бит / с. Передача осуществляется в кодировке NRZ. Топология бесплатная.
• «TP1»: унаследован от EIB , обеспечивая пропускную способность 9600 бит / с. передача обеспечивается кодированием BBS (сбалансированный сигнал основной полосы частот).

Радио

Связь осуществляется в диапазоне от 868  МГц до 868,6  МГц с модуляцией FSK . Кодирование манчестерских битов со скоростью 16,384  кбит / с .

Ethernet

В 2008 году Ethernet был изменен в соответствии со спецификациями KNX, чтобы расширить возможности, в частности, для магистральной передачи.

Режимы конфигурации

Стандарт KNX описывает 3 типа конфигурации для конфигурации продукта с маркировкой KNX.

Конфигурация в системном или экспертном режиме (S-режим)

S-Mode – это исторический режим конфигурации KNX. Это частный режим конфигурации, рекомендованный ассоциацией KNX. Это позволяет загрузить приложение в продукт и настроить его с помощью программного обеспечения ETS (Engineering Tool Software), распространяемого ассоциацией. Это режим, который предлагает наибольшую функциональность, остальные режимы являются упрощенными версиями.

Конфигурация в простом режиме (E-Mode)

Настройка простого режима упрощает процесс работы в экспертном режиме, оставаясь при этом совместимой с ним. Таким образом, E-Mode добавляет к S-Mode следующие принципы:

• Приложение исправлено. Тем не менее, его можно изменить, когда речь идет о так называемых продуктах E + S. Это позволяет, среди прочего, избежать наличия производственной базы продукции.
• Приложение стандартизировано. Приложение разделено на несколько стандартизированных каналов. Каждый из его каналов содержит один или несколько функциональных блоков, также стандартизированных. Это гарантирует совместимость между различными производителями на уровне приложений. Таким образом, приложение «термостат» продукта «E-Mode» будет стандартизировано и, следовательно, совместимо с приложением «регулирования» другого продукта «E-Mode», независимо от производителя.
• Расширение рамок конфигурации. E-Mode используется для опроса участников автобуса, чтобы узнать, какие функции (каналы) им доступны. E-Mode также позволяет изменять свойства продукта по шине, используя определенные фреймы.

Конфигурация в автоматическом режиме (A-Mode)

A-Mode – наименее распространенный и обреченный на исчезновение. Это позволяет предварительно сконфигурированным продуктам работать вместе без использования инструментов программирования.

Монтаж оборудования

Рассмотрим пример схемы установки системы умного дома knx для управления работой освещения. Допустим, домовладелец хочет убедиться, что при звонке в дверь свет в коридоре автоматически выключается. Они должны гореть ограниченное время — обычно человеку не требуется больше пяти минут, чтобы раздеться, снять обувь, повесить куртку в шкафу и разложить, например, купленные продукты. А когда гаснешь, все огни должны погаснуть, скажем, через те же 5 минут. 

Далее нужно посчитать группы освещения, включить переключатели в самолете, продумать, какие роли они должны играть.

Это важно, потому что функциональность определяет количество необходимых ключей. Многие производители, в том числе Jung, ABB, Schneider, KNX (серия HDL), Vilant, Freud, предлагают покупку восьмикнопочного переключателя, выделяющего оптимальные клавиши для дальнейшего использования.

Все остальные не участвуют, но в любой момент домовладелец может поручить им выполнение определенной функции. Например, в будущем можно установить систему, позволяющую включать другое электрооборудование, когда хозяина нет дома.

Поклонники классических электроустановок могут использовать обычные выключатели вместо штатных. Сигнал передается через сухой контакт, расположенный в задней части коробки под переключателем. Данные поступают в шину.

Взломщик для четырехкнопочного переключателя 

В зависимости от назначения и количества групп не лишним будет установка многоканального реле.

Не забудьте обратить внимание на ток нагрузки. Производством такой продукции занимаются практически все специализированные бренды, вопрос только в стоимости комплектующих и их характеристиках.

Только не стоит откровенно брать китайские продукты — в будущем их придется быстро менять.

Следующим шагом является планирование схемы подключения knx. Плата отвечает за питание, переключатель — за его управление. Устройства подключаются через шинный кабель. Для удобства дальнейшего обслуживания или модернизации устанавливайте с помощью специального встроенного бокса. В этом плане отлично проявляют себя изделия Schneider, внешний вид которых представлен в широкой цветовой гамме, а также имитации натуральных материалов (например, под дерево). Подключаем к нагрузкам совместимый электрокабель. Расположение и количество щитов определяется индивидуально, в зависимости от личных предпочтений.

Если есть свободные каналы, то в дальнейшем их можно использовать для проверки работы розеток. Поскольку многоканальный кабель представляет собой компонент с относительно небольшим запасом мощности, рекомендуется также установить промежуточные реле, чтобы избежать перегрузки проводки.

Управляем освещением

Предположим, нам нужно организовать управление освещением в небольшом доме — допустим, у нас два этажа, лесенка и несколько комнат — несколько спален, кабинет, санузлы и всякие проходные помещения типа лестничных пролетов, прихожих и тому подобного.

В простейшем случае, хочется следующего:

1. Удобство. Например, если приходишь домой поздно, хочется сразу засветить прихожую, лестницу крыльцо и далее. Еще — включать/выключать свет в санузле по датчику присутствия.
2. Борьба с забывчивостью. Лег спать, а из под двери пробивается свет из коридора. Ну и фиг с ним, пусть сам погаснет через, например, 10 минут.
3. Возможность включать аварийное освещение — допустим, мы в спальне на втором этаже, а в дверь кто-то звонит — засветим сразу лестницу, коридор, крыльцо
4. Возможность погасить весь дом при уходе

Посчитаем группы освещения, накидаем на план выключатели, прикинув их роли: от этого зависит количество клавиш. Многие производители делают аж восьмикнопочные выключатели в одноместную установочную коробку.

Это позволяет реализовать кучу всего на одном выключателе, но не всегда удобно в плане поиска нужной кнопки.

Для любителей классической электроустановки, можно вместо нативных выключателей KNX использовать обычные, с передачей сигнала в шину посредством сухого контакта, размещаемого под выключателем в монтажной коробке (на картинке — сухарь под четырехклавишный выключатель). 

Исходя из количества групп и их назначения, можно выбрать многоканальное реле (не забываем учитывать токи нагрузки). Их производят примерно все, однако распространены устройства Gira, ABB, MDT, Zennio.

Дальше — план проводки. От щита к выключателям подводится только шинный кабель, тот самый JY(St)Y 2х2х0,8. К нагрузкам (светильникам) — соответствующий электрический кабель (ВВГ, NYM — по вкусу). Количество и расположение щитов — по вкусу. В трехэтажном таунхаусе я делал три этажных щита — в каждом по многоканальному реле для управления светом на этаже, так меньше электрического кабеля разматывать.

Приятный бонус: свободные каналы реле можно использовать для управления розетками. Однако, поскольку многоканальники имеют, как правило, небольшую мощность (токи до 10А), на розетки нужно использовать промежуточные реле соответствующей мощности.

 

Особенности и преимущества

Потребности ваших клиентов постоянно изменяются. Они хотят независимости, им необходимы совместимые системные решения с возможностью их дальнейшего улучшения и развития в будущем. Удобство, низкое энергопотребление и высочайшая надежность — именно эти качества пользуются максимальным спросом у сегодняшних заказчиков современных систем для управления зданиями.

Для собственников, арендаторов и эксплуатирующих организаций:

• Создание многофункциональной автономной системы управления инженерными системами объекта с возможностью как локального, так и удаленного управления.
• Возможность централизованного управления инженерными системами объекта.
• Повышение качества жизни и пользования объектом: простота управления и настройки, многообразие возможных функций.
• Снижение расходов и трудозатрат на техническое обслуживание: быстрая реакция на возникающие неполадки оборудования, имитация присутствия в доме, снижение энергозатрат до 50%.
• Проводной тип связи и цифровое управление обеспечивают надежность.
• Гарантия на все устройства 3 года.
• Товарный знак KNX служит символом эталона качества для владельцев зданий.
• KNX — открытая система с широким выбором необходимого оборудования. Свыше 100 производителей предлагают широкий спектр KNX-совместимых и сертифицированных продуктов.
• Высокая степень гибкости: система в любое время может быть с легкостью адаптирована к изменившимся потребностям или расширена, в том числе, путем добавления дополнительных функций и оборудования.

Для электромонтажников, инсталляторов и системных интеграторов:

• Свободная топология.
• Простота программирования сценариев управления и настроек.
• Хорошо документированный протокол.
• Нет привязки к одному производителю: широкий ассортимент совместимого оборудования.
• Легкая интеграция практические во все системы верхнего уровня.
• Настройка выполняется с помощью единого для всех производителей инженерно-проектного программного пакета ETS.
• Протокол ISO/IEC 14543.
• Новые компоненты могут быть легко подключены к существующей шинной системе.

Стандарт KNX

Стандарт KNX был построен на OSI-основан ЕИБ стек связи продлен с физические уровни, режимы конфигурации и опыт применения BatiBUS и EHS.

Установки KNX могут использовать несколько физических средств связи:

• Витая пара проводка (унаследованная от стандарта EIB. (ранее унаследованная BatiBUS среда связи (TP0) больше не является частью спецификаций KNX.)
• Линия электропередачи сети (унаследованный от стандарта EIB. (предыдущий унаследованный EHS среда связи (PL132) больше не является частью спецификаций KNX.)
• Радио (KNX-RF)
• IP (также называемый EIBnet / IP или KNXnet / IP)

KNX не основан на конкретной аппаратной платформе, и сетью можно управлять любым, начиная с 8-битного микроконтроллер к ПК в соответствии с требованиями конкретного здания. Наиболее распространенная форма установки – через витую пару.

KNX – это утвержденный стандарт следующими организациями:среди прочего):

• Международный стандарт (ISO / IEC 14543-3)
• Европейский стандарт (CENELEC EN 50090 и CEN EN 13321-1)
• Стандарт США (ANSI/ASHRAE 135)
• Китай Guobiao (ГБ / т 20965)

Он управляется ассоциацией KNX Association. cvba, некоммерческая организация, деятельность которой регулируется бельгийским законодательством, которая была образована в 1999 году. По состоянию на 1 июля 2018 года в KNX Association было зарегистрировано 443 зарегистрированных поставщика оборудования и программного обеспечения из 44 стран. У нее были партнерские соглашения с более чем 77000 компаний-установщиков в 163 странах и других странах. более 440 зарегистрированных учебных центров. Это без лицензионных отчислений открытый стандарт Таким образом, доступ к спецификациям KNX не ограничен.