Описание стандарта KNX для Умного дома

Оглавление статьи: Описание стандарта KNX для Умного дома
Содержание

На сегодня в мире существует несколько признанных стандартов построения систем «умных домов». Одним из них является KNX — международный открытый стандарт, созданный и продвигаемый ассоциацией KNX. В нее входят свыше 300 организаций Европы и остального мира.

Стандарты

Что такое KNX

Итак, KNX — стандарт связи для организации домашней автоматизации и набор программных и аппаратных решений для подобных систем. Он имеет давнюю историю: в основе находится появившаяся в 90-х годах XX века спецификация универсальной шины European Installation Bus. У шины имелись конкуренты — стандарты EHS (European Home System) и BatiBus. Разработавшие и продвигавшие три решения консорциумы пришли к тому, что необходимо объединиться и создать более продвинутую и совершенную технологию. Так в 1999 году родился протокол и ассоциация KNX.

knx

Публично стандарт представили в 2002 году, и с тех пор он прошел долгое развитие, заняв почетное место среди решений для «умных домов».

Протокол KNX

В сердце системы лежит собственный протокол передачи данных KNX. С точки зрения сетевой модели OSI это распределенная одноранговая сеть со стандартным протоколом передачи данных в различных средах. К таковым относятся:

  • витая пара, скорость передачи по ней достигает 9600 бит/с, что достаточно для отправки управляющих команд и получения ответов;
  • линии электропитания (до 1200 бит/с);
  • сети tcp/ip;
  • радиочастотные каналы 433 и 868 МГц.

Интересной особенностью протокола является частичный контроль доставки сигнала: отправившее информационный пакет устройство ожидает подтверждения от отправителя, а при его отсутствии повторяет отправку еще дважды. Таким образом реализуется защита от сбоев на ненадежных каналах связи. Для борьбы с коллизиями используется технология CSMA/CA («множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий»).

Упрощенная диаграмма работы технологии:

Диаграмма работы

 

Еще одна интересная (и ключевая) особенность KNX — отсутствие обязательного «головного устройства», центрального контроллера. Обмен данных между компонентами сети идет напрямую. Это дает определенные преимущества:

  • можно создавать автономные сегменты сети, действующие на заложенных на этапе программирования триггерах;
  • отсутствует дорогой контроллер, что делает комплекс дешевле.

Но есть и минусы такого подхода — приходится проводить большую подготовительную работу и отдельно конфигурировать каждое устройство для этого поставляется специальный инструментарий разработчика Engineering Tool Software и конфигурационные файлы с сайтов производителей.

конфигурация

Возможности

KNX обеспечивает функционирование всех элементов «умного дома»:

  • управление светом;
  • обработка информации с различных датчиков и счетчиков;
  • контроль кондиционеров и климатических систем;
  • взаимодействие с реле для управления шторами, воротами и так далее;
  • различные «умные» выключатели, диммеры, розетки;
  • взаимодействие с любыми устройствами через бинарные входы/выходы;
  • контроль «умного дома» со смартфона/ПК из локальной сети и через Интернет.

Оборудование KNX

В экосистеме KNX умный дом присутствует набор объединенных общей шиной устройств. В качестве последней можно использовать двухпроводную витую пару, но на практике нередко прибегают к четырехпроводному кабелю 2×2×0.8 — такой используют, например, в пожарных сигнализациях. Изначально задействуются две жилы, а остальные остаются про запас для дальнейшего расширения. Дополнительное преимущество такого провода состоит в экранировании каждой жилы, а значит, за наводки можно не переживать.

Оборудование

Проводная шина является основной средой передачи данных, прочие (электросеть, Ethernet и радиоканал) относятся к дополнительным. Шинный принцип дает возможность реализовывать почти любые топологии сети.

Важно: «кольцо» недопустимо!

В простых случаях используется линейная топология с последовательным соединением устройств (до 64 на сегмент линии, до 4 сегментов). Пример:

линейная топология

Можно прибегнуть к «звезде» — тогда все «ветви» будут сходиться в одной точке.

звезда

При большом количестве оборудования рекомендуется топология «общая шина»: линия 0 выступит главной, а к ней присоединяются до 15 дополнительных. А в самых сложных ситуациях — древовидная, объединяющая несколько областей на магистральной линии (всего до 15).

общая шина

Таким образом, максимальное число устройств KNX-сети составляет 58 тысяч.

Конструктивно любая KNX-система состоит из:

  • исполнительных устройств, управляющих связанными с ними системами. Они меняют состояние по сигналам от сенсоров, контролируя подключенное к ним оборудование;
  • системных устройств — источников питания, соединителей и прочего. Это могут быть репитеры, шинные соединители, логические модули;
  • сенсоров, датчиков и прочего. Они фиксируют внешние события и отправляют заданные команды на оборудование (например, при обнаружении падения температуры в помещении ниже 20 градусов автоматически включается отопление).

компоненты

Каждый компонент должен быть присоединен к шине и запрограммирован (параметризован) соответственно требуемым функциям с помощью ПО ETS. Монтаж многих устройств (блоков питания, актуаторов и прочего.) проводится на стандартную DIN рейку.

В систему также может быть установлено устройство, условно называемое контроллером. Это средство визуализации компонентов сети KNX, контроля и организации удаленного доступа. К таким можно отнести, например, логический контроллер с функциями IP шлюза, ETS-KNX шлюза, и прочими возможностями.

Схема «умного дома» на KNX:

Схема умного дома

Пример стенда с популярным для реализации KNX-проектов в Москве контроллером LogicMachine:

LogicMachine

Обязательных «контроллеров» в классическом понимании технология, как уже говорилось, не предусматривает, все элементы равнозначны и могут работать напрямую.

KNX «для чайников»

Описанное выше может показаться излишне сложным. При многих достоинствах стандарт и решения на его основе обладают, на первый взгляд, высоким порогом входа. Причина тому — необходимость порой непростого программирования устройств и тщательного продумывания логики будущего проекта, особенно в сложных сетях. Но на практике построение «умного дома на KNX не составит проблем, если понять базовые принципы.

KNX «для чайников»

Итак, основной элемент — проводная шина KNX, посредством которой «общаются» все устройства, обращаясь друг к другу по известному адресу. В качестве дополнительных служат среды передачи «по воздуху» через радиосвязь, по сети tcp/ip или электропроводке.

Схема одного из вариантов сети для дома:

Схема

Реакция оборудования на изменение внешних условий или воздействие определяется его параметрами. Они прописаны в хранящемся на каждом устройстве «приложении», которым можно управлять и менять настройки через ПО ETS. Само ПО устанавливается на подключенном к KNX-шине через шлюз компьютере.

В терминологии KNX существуют следующие понятия:

  • физический адрес — он назначается каждому компоненту через ПО ETS и служит для непосредственной идентификации оборудования;
  • Group Address, групповой адрес — программная сущность, куда помещаются объекты взаимодействующего оборудования (Objects). Например, если нужно создать сенсор включения света, следует создать групповой адрес «свет вкл.» (или другой по желанию), в который помещаются объекты Input 1 актуатора и Output 1 сенсора. Проще говоря, связывается объект датчика и исполнительного устройства.

Формат адресов может быть различным (один бит, байт, два байта и тому подобное). Выключателю достаточно одного байта со значением 1 и 0 (свет вкл./свет выкл.).

Когда групповой адрес создан, он через ПО прописывается в Приложение целевого устройства. Последнее «узнает» адреса всех связанных с ним элементов сети и будет готово к работе.

В качестве тренировочной «песочницы» можно использовать программу KNX Virtual.

KNX Virtual

Она позволяет экспериментировать с виртуальной сетью без приобретения и монтажа реальных устройств.

Пример системы

Рассмотрим небольшой пример реализации управления освещением дома. Предположим, необходимо:

  • включать свет в коридоре, лестнице, на крыльце;
  • по датчику присутствия делать это в санузле;
  • реализовать автоотключение через 10 минут;
  • сделать аварийное включение света, например, в прихожей при звонке в дверь;
  • отключение света при уходе из дома.

Нужно подсчитать группы освещения, продумать на плане количество и положение выключателей. В качестве последних можно использовать и «родные» KNX-совместимые, и обычные, пакет в шину с последних будет передаваться сухим контактом наподобие такого:

Шина

Определившись с группами и функциями, можно подобрать подходящее реле одного из производителей (Gira, Zennio и прочее).

Следующий ответственный момент — планирование проводки и принципиальная схема будущей сети. В рассматриваемом случае на выключатели от щитка идет только кабель шины, а на светильники (нагрузку) — непосредственно электропитание.

Когда все разведено, установлено и скоммутировано, начинается процесс настройки через ПК с установленной ETS: создание нового проекта, заведение топологии, добавление устройств. После этого нужно создать группы: в них будут писать данные сенсоры, а актуаторы станут срабатывать по этим данным. Актуатор допускается приписывать к нескольким группам.

Например, есть четырехканальное реле.

четырехканальное реле

Распределим группы. Групповые адреса первого этажа имеют обозначение 0, освещение на первом этаже 0/0.

  • 0/0/0 — свет на этаже целиком;
  • 0/0/1 — крыльцо, (канал А);
  • 0/0/2 — канал В, прихожая;
  • 0/0/3 — санузел, канал C;
  • 0/0/4 — гостиная, канал D.

В интерфейсе ETS это будет выглядеть примерно следующим образом:

интерфейс

К группам присоединяются выключатели — например, двухклавишные. Предположим, что первая клавиша выключателя в гостиной должна включать-выключать лампы непосредственной в ней, а вторая гасить его на этаже.

Привязка в программе:

Привязка в программе

 

Выключение везде:

Привязка в программе 2

Остается лишь загрузить программу в оборудование, и можно проверять.

Выводы

KNX — интересный, гибкий и многофункциональный стандарт «умного дома». Децентрализованная структура позволяет создавать сложные распределенные сети; центральный контроллер при этом не нужен. Использование проводного канала связи как основного обеспечивает устойчивый сигнал, а возможность передавать данные через электропроводку в некоторых случаях дает возможность избежать протягивания дополнительных проводов. Кроме того, остается и функционал беспроводной связи, качественной работе которого помогает контроль данных.

На рынке присутствует множество производителей оборудования KNX, при этом всем оно гарантированно совместимо между собой.

Из минусов можно отметить:

  • относительно высокую стоимость решений;
  • высокий «порог входа» для новичков, которым придется разбираться с программированием KNX системы;
  • единственный инструмент настройки — Engineering Tool Software. Программа платная, версия для инсталляций до 20 устройств стоит 200 USD, полнофункциональная — 1000.

Видео по теме

Хорошая реклама

Добавить комментарий Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *