Какие устройства в knx называют активаторами. Что такое KNX
При обсуждении тематики домашней автоматизации нельзя обойти стороной давно существующие на рынке технологии. Сегодня KNX является одним из наиболее распространенных решений для использования в средних и крупных системах автоматизации домов, офисов и коммерческих помещений. Он появился на рынке более двадцати лет назад и сегодня поддерживается многими крупными производителями электротехнического оборудования.
В сегодня входят более 350 компаний по всему миру. Число сертифицированных продуктов - более 7000. Общее число установленных в мире устройств, отвечающих этому стандарту, составляет по некоторым оценкам более десяти миллионов. Наиболее известными производителями оборудования KNX сегодня являются ABB, Gira и Schneider Electric.
Основными ключевыми особенностями KNX является гарантированная совместимость продуктов разных производителей, единый программный инструмент (Engineering Tool Software, сокращенно - ETS) для планирования, разработки и реализации проекта, а также официальные курсы подготовки и сертификации специалистов. С технической точки зрения, решения позволяют реализовать все популярные сценарии автоматизации, включая освещение, управление климатом и безопасность.
Широко осветить данный вопрос в одном единственном материале просто невозможно и данная статья скорее может претендовать на краткое введение в технологию и обзор ее особенностей для незнакомых с ней читателей. Основная часть информации для материала была собрана из документации, источников в сети Интернет, выставок, презентаций и курсов. Однако надеемся, что статья окажется полезеной нашим читателем и позволит им оценить возможности технологии для решения собственных задач. Если данная тематика будет интересна, мы постараемся вернуться к ней уже с более подробными материалами.
По понятным причинам, полномасштабное тестирование в данном случае провести затруднительно, но без практики статья была существенно менее полезной. Познакомиться с продуктами KNX нам помог отечественный разработчик и производитель оборудования для систем автоматизации - компания Evika. Она известна своими логическими контроллерами, существенно расширяющими возможности решений не только на нашем рынке, но и далеко за его пределами, однако в этом материале мы ограничимся изучением только основных принципов построения систем на базе KNX.
Шина KNX
Подавляющее большинство проектов KNX основаны на использовании специальной выделенной проводной шины (витой пары), так что информация в данном материале будет относиться в основном именно к этому варианту. Все контроллеры, датчики и исполнительные устройства подключаются к проводной шине. На практике это означает необходимость разработки проекта и прокладку необходимых коммуникаций во время стройки или ремонта. Формально в стандарте существуют и другие среды передачи (в частности сеть электропитания и радиосвязь), однако они относительно редко встречаются в проектах. В качестве альтернативного варианта, не требующего прокладки дополнительной контрольной шины, достаточно часто используются схемы с выводом всех индивидуальных потребителей на общий щиток. Обе версии имеют свои плюсы и минусы. При этом допускается и их совмещение, если сохраняется соответствие спецификациям KNX.
Топология проводной шины может быть выбрана достаточно гибко. Допускается использование линейных шин, дерева и звезд. Терминация здесь не требуется, но рекомендуется уделить внимание защите от перенапряжения и гроз. Базовым элементом логической структуры является сегмент, который содержит до 64 узлов. До четырех сегментов могут быть объединены в линии, которые могут быть в свою очередь объединены в область (до 15 линий). На самом верхнем уровне можно объединить в систему до 15 областей. Общее число устройств в одной сети составляет около 58 тысяч.
Рекомендуется использовать для шины кабель 2×2×0,8, хотя собственно для работы KNX достаточно одной пары линий данных. Вторая пара может использоваться для подачи дополнительного питания (некоторые устройства могут питаться от самой шины KNX) или как резерв.
При необходимости, можно использовать на сегменте несколько блоков питания. Интересно, что блок питания должен выдерживать пропадание питания до 100 мс, что повышает надежность работы системы. При создании проекта у вас есть возможность проконтролировать потребление всех устройств на линии на основании их характеристик, предоставленных производителем. Общие характеристики шины следующие:
- максимальная длина кабелей в сегменте - 1000 м;
- максимальное расстояние от устройства до блока питания - 350 м;
- максимальное расстояние между двумя устройствами - 700 м;
- минимальное напряжение на устройствах - 21 В.
Для объединения сегментов и линий используется специальное соединительное оборудование, способное выполнять функции повторителей, мостов, маршрутизаторов и фильтров пакетов. Обычно все эти функции могут выполняться одним и тем же оборудованием, а действительный алгоритм его работы записывается в момент программирования. Следующий этап масштабирования системы достигается за счет использования мостов в традиционные IP-сети.
Взаимодействие устройств по шине происходит путем обмена пакетами данных. Скорость обмена составляет 9600 бит/с, а для обработки коллизий используются технология CSMA/CA. Протокол описывает все возможные форматы информационных посылок и типов данных используемых переменных. В частности, в пакете указываются адреса передатчика и приемника, сами данные и контрольная сумма. Общая длина пакета обычно не превышает 23 байт. Время передачи составляет 20-40 мс. Отзывчивость зависит от загруженности шины и числа устройств в ней. В случае простых вариантов контроля освещения, работа выключателей визуально не отличается от прямого управления. Но в крупных нагруженных сетях, в том числе и объединенных по IP, могут потребоваться дополнительные операции оптимизации в зависимости от требований заказчика.
Предусмотрена схема подтверждения доставки и повторных отправок в случае неудачи, некоторые возможности приоритезации. Интересно, что в стандарте, кроме традиционных бинарных, целых и текстовых переменных, напрямую записаны форматы для работы с яркостью, температурой, давлением, временем, мощностью и другой информацией. Наиболее популярные варианты команд и типы данных включают в себя переключение, управление приводом (включить движение, остановка, шаг), диммирование (относительное, остановка, абсолютное значение) и передачу физических величин (например, температуры).
Штатных средств для контроля состояния устройств на шине здесь нет. Некоторые производители предусматривают в своих продуктах функцию Heartbeat, но обрабатывать эти сигналы нужно будет внешним контроллером.
Устройства
Разнообразие устройств данного стандарта можно оценить по представленным на сайтах крупнейших производителей каталогам. В частности последние версии у ABB и Schneider Electric имеют примерно 200 страниц, а у Gira - около 100 (часть каталога о решениях KNX). Конечно, это достаточно грубая оценка, но она вполне дает представление об интересе производителей к данной продукции. Даже одно перечисление возможных групп товаров займет не одну строку: реле (включая управление шторами, жалюзи, воротами), диммеры, кнопки и выключатели, бинарные и аналоговые входы и выходы, датчики (движения, освещенности, температуры, энергопотребления, погоды, протечки воды, дыма, утечки газа), управление климатом (нагрев, вентиляция, кондиционирование), сенсорные панели, мосты в другие системы (IP, DALI, SMS, телефон, электронная почта, домофон, охранные системы), системные компоненты (блоки питания, мосты, интерфейсы программирования, контроллеры).
При этом модели могут быть как устанавливаемые в стандартные распределительные коробки, так и для монтажа на DIN-рейку. Во втором случае часто используются устройства на большое число каналов управления (в частности реле и диммеры). Обычно устройства подключаются только к шине KNX и непосредственно датчикам или управляемым устройствам, дополнительное питание в этом случае не требуется.
Все устройства KNX сертифицируются. Для программирования обязательно иметь соответствующий устройству файл конфигурации. Обычно он загружается с сайта производителя и интегрируется в программу ETS. В этой же программе вы можете изменить конфигурацию устройств по предусмотренной производителем схеме. В частности можно выбирать режимы работы выключателей и двоичных входов, скорости регулировки диммеров, корректировать температуру в термостатах.
В подавляющем 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.
Стоит отметить, что гибкость технологии позволяет использовать одни и те же аппаратные устройства для реализации разных функций, что достигается возможностью загрузки в них разных внутренних программ. В качестве примера можно привести трансформацию блока с несколькими реле в устройство управления шторами.
Адресация и команды
Базовая конфигурация KNX-проектов может считаться децентрализованной - обмен данным между устройствами осуществляется напрямую, без непосредственного участия какого-либо отдельного специализированного контроллера. Такой подход имеет как свои плюсы, так и минусы и нужно рассматривать вопрос в применении к конкретным задачам проекта. Например, таким образом можно реализовать автономный сегмент для управления освещением в доме на базе запрограммированных сцен и алгоритмов. Однако надо отдавать себе отчет в том, что сами устройства относительно простые и при необходимости более сложных алгоритмов взаимодействия потребуется установка дополнительного контроллера. Дальнейшее описание в этом материале касается именно штатных возможностей протокола KNX.
Адресация устройств обычно использует схему «область-линия-устройство». Размер поля адреса - 16 бит. При этом собственные адреса необходимо прописывать в каждое устройство на этапе программирования системы через ETS. Заметим, что 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. В последних поколениях были добавлены индивидуальные серийные номера, что более удобно для программирования, и дополнительная защита для удаленного чтения-записи данных устройства (проверка 4-байтового кода).
Важными логическими элементами системы являются групповые адреса. Они 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. Отметим, что все устройства в группе должны иметь совпадающие типы данных. Например, нельзя связать отправку бинарного сигнала с выключателя для регулировки яркости. Однако часто бывает так, что одно и то же устройство может отправлять или получать данные разных типов, что может помочь в данной ситуации. Например, диммер может предоставлять интерфейс для нескольких групповых объектов и понимать команды включить/выключить, увеличить/уменьшить яркость и установку заданной яркости в процентах.
Использование такой схемы позволяет реализовать упрощенное управление группой устройств путем отправки одного сообщения на групповой адрес вместо индивидуальной адресации. Ограничения на максимальное число групповых адресов обычно индивидуальны и указаны в спецификациях оборудования. Для упрощения структуры можно разбивать групповые адреса по определенным категориям. Например, по схеме «этаж-комната-освещение». Размер поля группы также составляет 16 бит.
Заметим, что кроме непосредственно отправки команд исполнительным устройствам, предусмотрены и другие типы сообщений, например получение статуса. В частности, таким образом можно реализовать сохранение индивидуального управления лампой одной кнопкой (нажатие вызывает переключение) с одновременным участием этого источника света в сцене.
Здесь стоит обратить внимание на то, что в схеме не предусмотрено никаких программ, в том числе логических действий, проверки условий, задержек, циклов и других операций. Иногда встречаются устройства, внутри которых присутствуют базовые логические операции, а также модели, способные выступать в роли внешних логических блоков на несколько операций (например, сравнений).
Отдельный класс устройств представляют собой контроллеры. Они оборудованы собственным процессором, адаптером шины KNX, а также могут иметь и другие интерфейсы. Здесь никаких ограничений нет, все определяется разработчиком. 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.
Программирование
Все программирование системы KNX осуществляется в программе ETS (Engineering Tool Software). Это обеспечивает унификацию и совместимость решений разных производителей.
Рабочим документом в ней является проект. При этом можно использовать несколько проектов в одной сети (например, в крупном здании) или несколько сетей с одним проектом (например, в однотипных номерах отеля). Непосредственная работа с проектом не требует доступа к инсталляции, однако для загрузки конфигурации и диагностики, конечно, нужно будет подключиться к сети KNX. Осуществляется эта операция или через локальные (USB или RS-232) интерфейсы или IP-мост.
Программа работает только с операционными системами Windows, интерфейс есть на нескольких европейских языках, варианта на русском нет (однако он может использоваться в файлах конфигурации устройств). Бесплатная версия позволяет тренироваться на проектах из пяти устройств, а полноценная работа требует обязательного лицензирования с использованием USB-ключа. Стоимость последней версии на момент написания статьи составляла €200 для версии Lite (до 20 устройств) и €1000 для версии Professional, в которой ограничения отсутствуют.
В общем случае процесс программирования системы автоматизации состоит из нескольких шагов:
- Создание файла проекта;
- Импортирование информации об используемых устройствах в каталог программы;
- Создание структуры здания;
- Добавление устройств из каталога в проект;
- Выбор адресов, настройка параметров, добавление комментариев для устройств;
- Создание структуры групповых адресов;
- Распределение устройств по групповым адресам;
- Загрузка проекта в систему автоматизации;
- Проверка работоспособности, диагностика.
При создании проекта нужно обратить внимание на выбор типа шины, а также схемы организации адресов. В частности для небольших проектов можно работать с двухуровневой адресацией, а для крупных может быть более удобна реализация в виде трех уровней. При подготовке этого материала использовался второй вариант.
Как мы говорили выше, для успешного программирования устройства необходимо, что бы в каталоге присутствовало его описание в специальном формате. Эти файлы конфигурации предоставляет производитель, или же можно воспользоваться встроенным в программу ETS электронным каталогом.
В случае использования некоторых типов «сложных» устройств, логика работы с которыми не укладывается в возможности программного обеспечения ETS, производитель предлагает дополнительные утилиты для работы с ними, которые интегрируются в основную оболочку программы.
При создании структуры здания предусмотрено использование таких элементов как этажи, лестницы, комнаты, коридоры, монтажные шкафы. Далее вы используете устройства из каталога для размещения их на получившейся структуре здания. Это позволяет удобно создавать практически любые конфигурации, что способствует упрощению дальнейшей работы над проектом. Конечно, надо понимать, что в общем случае такое разделение в некотором смысле условно, поскольку физической привязки устройств к комнатам может и не быть (например, в случае централизованной схемы). Однако с точки зрения сохранения порядка в проекте, особенно если над ним работает несколько сотрудников, продумать заранее данный момент очень полезно.
При этом не нужно забывать, что с точки зрения шины KNX и непосредственных физических соединений проект имеет собственную, отличную от логической структуры здания, топологию. На верхнем уровне стоят области, в них присутствуют линии, а на линиях уже подключены устройства.
Во многих случаях, установку адресов устройств можно доверить программе. При необходимости в дальнейшем их можно будет изменить. Перед переходом к следующему шагу, необходимо проверить конфигурации всех использованных устройств, поскольку от них зависят выполняемые сценарии и доступные функции. Здесь же для удобства можно добавить комментарии.
Групповые адреса имеют собственную, отличную от здания и топологии, логическую структуру. При этом вы можете использовать, в частности, группировку по этажи или по функциональному назначению. Для трехуровневой схемы можно предусмотреть и дополнительное деление, например по комнатам.
Отметим, что до этого момента инсталлятору не требовались непосредственно сами устройства и работающая сеть KNX для работы над проектом
Для загрузки проекта в установленную систему автоматизации потребуется подключить к ней компьютер по одному из поддерживаемых интерфейсов. Непосредственно для работы этот интерфейс не требуется, но часто он остается в инсталляции для удобства внесения изменений в конфигурацию.
Загрузка конфигурации в может осуществляться в нескольких режимах, включая полный (в нем записываются и адреса, что требует нажатий на кнопку на каждом устройстве) и частичный (записываются только изменения конфигурации, поскольку адреса уже должны быть прописаны, система работает с ними и нажимать на кнопки не нужно).
Заметим, что полностью восстановить («прочитать») файл конфигурации проекта из работающей системы невозможно. Так что если вы являетесь заказчиком и не уверены в своем инсталляторе желательно предусмотреть передачу этих данных после завершения настройки.
Ну и конечно не стоит забывать, что после завершения программирования системы автоматизации желательно проверить ее работоспособность. Здесь могут быть полезны такие функции ETS как монитор шины и монитор групповых адресов. В первом случае обязательно подключение к KNX через мосты в RS-232 или USB, а контроль групповых операций возможен и через IP.
Практическое знакомство
Для тестирования нам не нужно было проводить какие-либо предварительные работы, однако в реальных проектах подготовительная часть не менее важна, чем реализация. Вам потребуется подробно описать требования заказчика, определиться с функциями системы, выбрать устройства, разработать план кабельной структуры, продумать возможные варианты резервирования и будущего расширения. В данном случае, большинство изменений, таких как «добавить лампочку» или «перенести панель управления», после прокладки кабелей достаточно трудоемки и очень желательно их избежать. С другой стороны, поменять выключатель с парой кнопок на модель на четыре кнопки несложно. А при коммутации нагрузок в общий щиток, перенести управление светом через реле на диммер также вполне возможно. В любом случае, еще раз обращаем внимание на важность этой части работы над проектом.
Информация подготовительного этапа обязательно потребуется для определения используемых в проекте устройств и их количества, создании структуры здания, топологии сети, схемы групповых адресов и непосредственно программирования логики работы системы.
При определенном опыте, грубые предварительные оценки проектов небольших масштабов можно получить достаточно быстро. Например, в виде «двенадцать каналов реле для света, три канала диммирования, десять выключателей». При использовании централизованного варианта проводки, логика для этой системы может быть реализована очень гибко.
Для практического знакомства мы собрали небольшой стенд из оборудования компании Evika: дросселя питания Choke-KNXv3, контроллера LogicMachine4, восьмиканального универсального блока UIO8-KNXv3, четырехканального LED-диммера LED4-KNX, адаптера для выключателя ABB серии Busch-Jaeger. Дополнительно использовался внешний блок питания на 24 В 0,8 А, четыре реле с блоками для установки на DIN-рейку, провода и колодки.
Расскажем немного про сами устройства, большинство из которых рассчитаны на установку на DIN-рейку. Дроссель занимает на ней три места и используется для разделения сигналов шины KNX и питания. В нем предусмотрено использование до трех источников питания 24-29 В, есть прямой выход питания 24 В для дополнительной нагрузки, разъем для подключения аккумуляторной батареи и два светодиодных индикатора. Устройство обеспечивает максимальный ток в 640 мА и имеет защиту от перегрузки.
Контроллер LogicMachine4 в данном материале использовался нами как мост IP-KNX, что составляет только одну из его многочисленных функций. Его корпус имеет формат 4 DIN, требует дополнительного внешнего питания 24 В, оборудован несколькими интерфейсами (включая 1-Wire, USB, RS-485 и DALI), имеет быстрый процессор, 128 МБ оперативной памяти и 4 ГБ энергонезависимой. Возможности устройства заслуживают отдельной статьи или даже нескольких, так что мы постараемся к нему еще вернуться.
Универсальный блок ввода-вывода формата 2 DIN позволяет реализовать на каждом из восьми своих каналов любую из пяти функций: аналоговый вход, бинарный вход, импульсный счетчик, детектор импульса (короткое или длительное нажатие), шаговый диммер и бинарный выход. Режимы и их параметры программируются через ETS. Для управления внешними реле потребуется подвести к модулю дополнительное питание. Модель может быть интересна с точки зрения сокращения используемых блоков и увеличения гибкости в инсталляциях среднего размера.
LED-диммер также имеет формат 2 DIN и предоставляет четыре канала для ШИМ-управления светодиодными лентами с напряжением питания 24 В с общим плюсом. Для него необходимо подключение внешнего источника питания исходя из параметров лент, а максимальный ток на одну линию составляет 5 А. Устройство имеет настройку частоты модуляции и возможность программирования двенадцати сцен с выбором эффекта перехода между ними.
Адаптер для выключателей позволяет превратить эти стандартные электроустановочные изделия в контроллер для шины KNX. Питание устройство получает по шине KNX. Поддерживается подключение двух кнопок выключателя и еще трех внешних через специальный кабель. Также в адаптере присутствует датчик температуры, который может использоваться для реализации функции термостата. Кнопки программируются как бинарные датчики, а также могут работать для диммирования или с определением короткого и длительного нажатий.
Даже при создании тестовой конфигурации мы очень рекомендуем для шины использовать фирменные кабели с жилами диаметром 0,8 мм, а не близкую на первый взгляд стандартную сетевую витую пару. Это сбережет вам и время и нервы, поскольку с фирменными самозажимными разъемами Wago эти провода работают идеально, а все остальное заставит вас помучаться. В каждом разъеме предусмотрено четыре места для провода, что позволяет реализовать возможности гибкой шинной архитектуры KNX. В общем случае, данные разъемы считаются одноразовыми, но при определенной сноровке вытащить провод из них можно. Конечно для стационарных инсталляций этого лучше не делать.
Собственно сборка системы не вызывает затруднений у имеющего базовые навыки электромонтажа специалиста. На используемом оборудовании дополнительно присутствуют винтовые зажимы и многоразовые зажимы с плоским пружинным контактом для кабелей питания и входов/выходов. В них можно подключать одножильные провода в широком диапазоне - от обычной витой пары до 0,75 мм² и более.
На компьютер мы установили ETS5 с лицензией Demo, которой нам будет вполне достаточно для знакомства с системой. Обратите внимание, что ETS в некоторых аспектах отличается от большинства привычных программ для работы с документами. Все рабочие данные программа хранит во внутренней базе данных на компьютере, где она установлена. Для обмена файлами между разными системами или пользователями требуются явные операции экспорта и импорта проектов. Здесь нельзя открыть одновременно несколько файлов. Все вносимые правки сразу же отражаются в проекте. Истории изменений и возможности «отката» не предусмотрено. Это, безусловно, требует повышенного внимания при работе с программой. Также очень желательно использовать монитор с разрешением не менее FullHD, поскольку для многих операций требуется иметь доступ сразу к нескольким окнам. По этой причине, приведенные далее скриншоты желательно рассматривать в полном размере.
На первом шаге создаем новый проект, выбираем название, тип шины и адресацию.
Далее скачиваем с сайта производителя устройств конфигурационные файлы и добавляем их в каталог программы. Некоторые производители, у которых большой ассортимент продукции, в каталоге используют многоуровневую группировку по типу устройств (например, Свет - Светодиоды). Заметим, что для знакомства с возможностями устройств в программе не обязательно иметь их в наличии.
Устройств у нас мало, так что делать сложную структуру здания не обязательно. Ограничимся одним этажом, одной комнатой и коридором.
Теперь можно расставить устройства по комнатам, но можно отложить эту операцию и на попозже.
На следующем этапе необходимо проверить и настроить параметры всех устройств и их объектов. Для LED-диммера мы запрограммируем три внутренние сцены и параметры для их автоматического проигрывания.
Использовать выключатель в нашем случае будем для режима «ночь», так что настроим его первый вход для отправки «0» (команды выключения) при замыкании контакта.
А для UIO8 потребуется больше настроек. По умолчанию все каналы у него отключены и в дереве устройства нет никаких объектов, кроме Heartbeat. Четыре последних канала у нас будут работать как бинарные выходы для реле.
Обратите внимание, что выходы имеют множество опций, включая начальное состояние, инверсию и таймеры. Кроме того, для каждого из них можно создать парный виртуальный объект, который доступен для записи и работает с логической операцией «и»/«или».
Первые четыре канала будут использоваться как входы. На первом и втором стоят кнопки без фиксации, к третьему у нас подключен выключатель с двумя положениями, а четвертый работает в режиме аналогового входа с переменным резистором.
При выборе режимов каналов в устройстве автоматически появились соответствующие объекты со своими параметрами. В частности для выключателя настроим отправку 1 при замыкании и 0 при размыкании, для кнопок - переключение при замыкании, для аналогового входа важным является максимальное напряжение (ставим здесь 24 В), а также режим отправки телеграмм - при изменении состояния или по таймеру.
Переходим к групповым адресам. Трехуровневая структура в нашем проекте конечно избыточна, но особого неудобства это не вызывает. У нас только пять органов управления, так что достаточно будет ограничиваться пятью групповыми адресами. Заметим, что мы попробовали придумать непростые сценарии и по этой причине нам в некоторых местах не хватило кнопок.
В первом мы используем выключатель, три линии LED, первое реле (предположим, что к нему подключены светильники в доме), а второе реле у нас будет отвечать на освещение в саду, так что у соответствующего выхода в UIO8 включим инверсный режим. Отметим, что данные реле включать (выключать) нам уже нечем, так что схема интересна только для демонстрации.
Вторая будет использоваться для запуска и остановки проигрывания светодиодных сцен от переключателя на третьем канале UIO8.
Третья группа - установка яркости светодиодной ленты (всеми каналами сразу, для получения белого цвета) от аналогового регулятора на четвертом канале UIO8.
Четвертая и пятая группы совместно последними кнопками и реле будут эмулировать управление воротами. Для этого первая кнопка отправляет «1» при нажатии, вторая «0» при нажатии, второе реле инвертирует принимаемый сигнал, а также есть задержки в одну секунду на выполнение команд включения для корректной работы механизмов. В реальном проекте, скорее всего, потребуются таймеры или датчики положения, а также режим «стоп».
Теперь настало время для загрузки проекта в систему автоматизации. Для этого нужно вернуться на стартовый экран ETS и на закладке Bus настроить интерфейс, через который будет осуществляться работа с шиной. В нашем случае это мост в IP, реализованный через LogicMachine4.
Если загрузка производится в первый раз, необходимо прописывать адреса во все устройства. Для этого нужен будет физический доступ к ним для нажатия кнопки программирования. В зависимости от особенностей проекта, возможно будет удобнее осуществить эту операцию заранее, промаркировать все элементы и потом монтировать оборудование на объекте.
В дальнейшем, когда устройства уже получили адреса, изменение конфигурации можно будет проводить уже без физического доступа к ним. Заметим, что поддержка IP-интерфейса позволяет работать с системой удаленно, однако нужно обязательно позаботиться о дополнительной защите сети (например, через технологии VPN), поскольку сам мост не имеет никаких средств контроля доступа.
Встроенные средства диагностики позволяют проконтролировать работу групповых адресов, а также прямо из программы отправлять сообщения в группы.
В целом во время тестирования нам не встретились какие-либо существенные проблемы. Наиболее трудоемким моментом, на наш взгляд, является правильное составление адресных групп, но и с ним можно справиться если заранее продумать требуемые сценарии и функции системы автоматизации и подобрать наиболее эффективно подходящее под них оборудование. Также здесь будет полезно знание особенностей устройств, поскольку часто они имеют богатые возможности настройки параметров и опций работы.
Заключение
Прежде всего, напомним, что технология KNX сама по себе является только «нервной системой» для проектов автоматизации. Ее несомненными сильными сторонами являются широчайшие возможности по поддержке различных сценариев и устройств, стандартизация и сертификация оборудования, особое внимание к надежности решений и активное сообщество профессионалов.
Многие из описанных в многочисленных маркетинговых материалах ситуаций (включая удаленное управление, охрану, экономию энергии и расширенную автоматизацию) требуют выхода за пределы самой технологии - например, использования в проектах специализированных многофункциональных контроллеров, блоков сопряжения интерфейсов и другого оборудования. Однако именно KNX способна обеспечить их эффективное взаимодействие с используемыми в решении базовыми исполнительными устройствами, датчиками и органами управления.
С практической точки зрения, KNX ориентирована не на рынок «сделай сам» (DIY) - хотя, конечно, при наличии определенного опыта и финансов вы сможете ее использовать, - а для профессиональных инсталляторов, работающих на объектах среднего и крупного масштабов в частном и коммерческом секторах, когда важно обеспечить надежную и бесперебойную работу решений и минимизировать дополнительное обслуживание.
Если говорить про базу технологии, то на первый взгляд она может показаться морально устаревшей - медленная последовательная шина, необходимость программирования адресов устройств, отсутствие Plug-and-Play, базовый набор сообщений, отсутствие протоколов безопасности и непростая система программирования. С другой стороны, подобные характеристики не имеют смысла без применимости к конкретным задачам и функциям, а практика показывает, что правильно реализованные проекты на базе KNX вполне устраивают заказчиков.
Вопрос стоимости самих продуктов в данном случае не играет главной роли, поскольку оценки имеют смысл только для проектов в целом с учетом разработки, установки, настройки и эксплуатации. Но учитывая большое число участников процесса (включая саму ассоциацию, курсы сертификации, производителя оборудования, поставщика, проектировщика, дизайнера, инсталлятора, инженера и монтажника), ясно, что доступной назвать ее будет сложно. В любом случае разница со многими другими технологиями для сегмента DIY обычно будет в разы не в пользу KNX, но сравнивать решения только по этому параметру, конечно, некорректно.
Протокол KNX появился благодаря ассоциации EIB (Европейской Инсталляционной Шины). В 1990 году в Брюсселе ее основали немецкие компании: ABB, Berker, Gira, Jung, Siemens и др.
Всего в Ассоциацию вошли 15 компаний. Именно они приняли решение разработать надежную, технически совершенную и простую систему.
Задача была выполнена, и вскоре под логотипом EIB начали производить оборудование для управления инженерными системами зданий. Оно на 80% заполнило рынок электротехнических изделий Европы. В число самых известных производителей вошли ABB i-Bus, Instabus и Tebis.
В 1999 году после объединения EIB, EHS (European Home System) и Batibus возникла ассоциация KNX. Затем на базе технологии EIB создали стандарт EIB/ KNX. В 2003 году он стал европейским,
а в 2006 году - международным стандартом ISO/IEC 14543.
Функционирование системы KNX
Система KNX децентрализована, т. е. она не имеет центрального контроллера.
Рассмотрим работу системы, где среда обмена информацией - специализированная шина или витая пара. Все устройства системы объединяются одной шиной. Информационные потоки в ней передаются в оба направления. Каждое устройство имеет уникальный физические адрес. Они могут объединяться в группы независимо от места расположения.
Перед началом работы устройства системы программируются с помощью программного обеспечения ETS. Любой прибор может инициировать обмен информацией. Протокол KNX использует метод передачи данных (CSMA/ CA) с учетом приоритетов. Это гарантирует бесконфликтный обмен данными с любым оборудованием KNX без потери скорости передачи.
Каждое действие в системе начинается по инициативе оконечных устройств: выключателей, сенсорных панелей, датчиков присутствия, движения, температуры, освещенности и многих других.
С их помощью управлять системой можно в любых режимах, например, через датчики присутствия, ручные выключатели, сенсорные панели, или удаленно. Например, датчик присутствия обнаружил в помещении человека.
Он передает в шину телеграмму исполнительному устройству или нескольким устройствам одновременно для включения определенного сценария. Устройства отрабатывают эту телеграмму и включают, например, один светильник или несколько групп освещения.
При этом возможно каждую группу вывести на заданный уровень яркости. Сценарии работы KNX включают в себя и системы кондиционирования, вентиляции, отопления, мультирум и многие другие. Все это специально программируется под нужды клиента.
Система управления освещением и протокол KNX
Управление освещением по протоколу KNX рассматривается как часть автоматического управления инженерными коммуникациями здания. Освещение может управляться как напрямую с устройств KNX, так и с помощью различных систем с протоколами управления DALI, DMX и т.д.
В оборудование системы KNX входят все приборы для автоматизации освещения. Кроме того, есть возможность интеграции через специальные шлюзы и различные протоколы управления.
Например, системы DALI позволяют полноценно управлять освещением и создавать различные сценарии работы. Существующие системы DALI можно включить в общую систему управления зданием без особой доработки.
Рабочая среда KNX
Рабочая среда для передачи данных:
- витая пара;
- силовая сеть;
- радиоканал;
- сеть Ethernet;
Наибольшее распространение получила связь по витой паре KNX ТР. Для этой шины используют безопасное напряжение до 29 В. Устройства объединяют в сегменты линии, до 64 устройств
в сегменте.
У каждого сегмента есть свой источник питания. Длина сегмента не превышает 1 000 метров. Расстояние между устройствами – не более 700 метров. Линия содержит от одного до четырех сегментов, каждый из них подключается через линейный усилитель. Допустимое расстояние между двумя источниками питания – 200 метров.
С помощью линейных соединителей до 15 линий подключаются к одной главной линии и образуют зону. Следующая ступень сети – зонная линия. Через зонный соединитель она объединяет до 15 зон. Это позволяет объединить более 58 тысяч шинных устройств. Скорость передачи информации в такой системе составит 9 600 бит/с.
Для передачи информации по технологии KNX PL используют силовую сеть. В этом случае, дополнительная информационная линия не нужна. Кроме того, отпадает потребность и в источниках питания. Топология этой технологии подобна структуре рассмотренной выше. Скорость обмена информацией достигает 1 200 бит/с.
В системе KNX ТР средой обмена информацией служит радиоканал. В такой системе нет необходимости в строгой иерархии. Обмен информацией ограничивает только дальностью действия радиоканала. При KNX ТР скорость передачи информации – 16 384 бит/с.
Для технологии KNXnet/IP средой передачи информации является Ethernet. Это позволяет системе KNX функционировать с использованием сети Интернет, но без постоянного подключения к ней. Скорость обмена достигает 10 МБит/с.
Достоинства протокола KNX
Достоинства системы KNX:
- богатый функционал и удобное управление;
- простая модернизация и перепрограммирование;
- легкий поиск и устранение неисправностей;
- простое кабельное хозяйство;
- независимое проектирование и монтаж силовых и сигнальных линий;
Все KNX-устройства обладают энергонезависимой памятью. В ней хранятся настройки прибора. Это позволяет программировать систему только один раз. При временном пропадании сетевого напряжения, система быстро восстанавливает работоспособность.
Предложения B.E.G. для проектов KNX
Протокол KNX открытый. Свыше 200 фирм предлагают свою продукцию для реализации проектов, использующих этот протокол. Компания B.E.G. производит следующие датчики присутствия
и движения:
Для программирования датчиков и управления ими B.E.G. предлагает удобный пульт дистанционного управления . Он дает возможность оператору настраивать датчик без использования стремянки. Дальность его действия пять-шесть метров. А при воздействии прямых солнечных лучей два-три метра.
Кроме того, компания изготавливает оборудование для систем управления, поддерживающих протокол KNX: источники питания, диммеры, IP-интерфейсы, шлюзы KNX/DALI и другие.
Продукция компании B.E.G. позволяет реализовать проекты автоматизации освещения
и управления оборудованием самой разной сложности.
Если у вас есть потребность в автоматизации процессов в здании, в компанию B.E.G. Наши специалисты дадут бесплатную консультацию по всем вопросам. Мы разработаем проект, выполним монтажные и пусконаладочные работы. Все реализованные проекты уже дают заказчикам ощутимый экономический эффект.
На наш блог, чтобы не пропускать полезные материалы о работе датчиков движения и присутствия.
Все мы на данном историческом отрезке времени отдаем предпочтения Виндоус и системам построенным на данной ОС. В две тысячи первом году мне удалось приобрести в Москве книгу Б. Гейтса, которая называется "Бизнес со скоростью мысли". Тогда я впервые узнал из неё о существовании умных домов. В частности Б.Гейтс описывал свой собственный умный дом, который уже давно эксплуатировал. То есть прошло с тех пор порядка пятнадцати лет, а может быть и более.
Да, сейчас складывается тенденция, что Китай собирается разрабатывать собственную ОС, и в этом есть резон. Но есть но, как всегда. Китай только собирается, поэтому на данный момент Виндоус остается основной рабочей платформой для нас.
Всё это необходимо сказать, на мой взгляд, чтобы уловить четко тренд развития науки и технологий, что бы оказаться в верном квадранте сегмента, к тому времени, когда наступит переломный момент.
Думаю что общеевропейский стандарт KNX/EIB (knx eib) международной ассоциации Konnex Association, и Китайский стандарт Smart-Bus появившийся примерно в две тысячи девятом году, а так же производственная линейка HDL сертифицированная все по тому же стандарту KNX, в целом и в общем противостоят Американскому стандарту, к примеру стандарту LonWorks. Не исключено, что в США есть и другие стандарты помимо Crestron и AMX , которые как и DOS в своем роде являются законодателями и прародителями целой индустрии, по крайней мере в принятом понимании. Не исключено, что появятся люди которые будут утверждать, что ДОС и интеллектуальные платформы для умного дома разработаны еще ранее и в другом месте, но мы имеем то, что имеем.
Конечно же можно эксперементировать, но до тех пор, пока Китай не реализует свои намерения относительно полномасштабной разработки собственной ОС и ПО, нам остаётся пользоваться Виндоус приложениями, причем в большей степени, нежели iOs. Отсюда следует, что перспективным будет на ближайшие пятнадцать лет продолжать использование опробированных и обкатанных решений, в частности совместимые с распространенными стандартами, протоколами, техническими решениями и софтом. В частности, Б.Гейтс, к примеру, эксплуатирует свой умный дом, по крайней мере лет двадцать, а значит данная система будет более проверенной, надежной, и развитой с точки зрения функциональности.
Здесь надо смотреть, с чего мы собираемся управлять своим умным домом. Со смартфона на платформе Андроид, или с Айфона, а может быть АйПада?
Вполне возможно, что через пятнадцать лет, с появлением первых роботов, появятся и новые интеллектуальные системы, и быть может даже от нового участника, коими могут быть и Япония, а так же другие участники рынка сверх технологий, Сингапур к примеру (в том секторе земного шара высокая концентрация технологий).
А новое и перспективное обязательно зарождается, только мы все не в курсе. Знают лишь посвященные.
P.S. Надо исходить из удобства эксплуатации. Брать ту систему, которая проще, удобнее, распространеннее, надёжнее и так далее.
Когда появилась идея управлять всеми системами и коммуникациями жилища с помощью автоматизированного комплекса, многие компании стали активно разрабатывать и продвигать на рынок свои изделия. Новые технологии и элементы системы, получившие название « » или «Умный дом» были востребованы, но взаимозаменяемости отдельных узлов не было. С появлением технологии KNX все проблемы были решены. Умный домна KNХ – это современное и оптимальное решение, позволяющее избежать очень многих проблем.
Что такое технология KNX
Система автоматического управления инженерными коммуникациями жилища состоит из многих компонентов. Это управляющие блоки, сенсоры различного типа и исполнительные устройства. Все они должны взаимодействовать между собой . До определённого времени электронные компоненты от разных компаний могли отличаться напряжением питания, рабочими частотами радиоканального управления, протоколами приёма и передачи данных. Это не позволяло использовать в системах управления, комплектующие от разных производителей. В 1990 году произошло объединение нескольких крупных компаний, занимавшихся автоматизацией зданий.
В результате появилась Ассоциация KNX, куда входили известные производители электронных устройств. Была разработана и принята технология KNX (коммуникационная шина) которая, в настоящее время имеет статус мирового стандарта. За основу технологии была принята ранее разработанная в Европе система EIB.
Для всех устройств KNX создан единый протокол приёма-передачи данных и другая стандартизация, поэтому любая сеть, организованная на шине KNX может быть расширена, переконфигурирована, а любые устройства, входящие в неё легко заменяемы.
Элементы KNX
Для обмена данными в среде KNX используются следующие каналы:
- Провод «витая пара»
- Линии бытовой электрической сети
- Радиочастоты
- Ethernet
Все устройства, подключенные к сети, могут обмениваться информацией через единую шину. Если передача прошла успешно, и исполнительный механизм её принял, то от него приходит подтверждение. Если оно не поступило, абонент сети повторяет передачу ещё два раза. При отсутствии подтверждения передача заканчивается. Для того чтобы сеть начала работать необходимо соединить устройства между собой , обеспечить их электрическим питанием и запрограммировать каждое устройство. Для этой цели используется программный пакет ETS, который предназначен для реализации автоматизированного управления инженерными системами зданий.
Умный дом на шине KNX
Изначально разработанная для промышленных и офисных зданий технология KNXнашла широкое применение в квартирах и жилых домах, благодаря следующим преимуществам:
- Небольшие расходы на установку и эксплуатацию
- Наглядность управления
- Возможность неограниченного расширения и модификации
- Изменение настроек и параметров в процессе работы
В подсистемах Умного дома, устройства, организованные в KNX сеть, могут выполнять следующие функции:
- Управление освещением
- Поддержание в помещениях оптимальной или заданной температуры
- Управление бытовой техникой по заданной программе
- Мониторинг датчиков охранной и пожарной сигнализации
Этот список, в зависимости от требований, может быть значительно расширен. Для управления осветительными приборами используется цифровой интерфейс с индивидуальной адресацией, с помощью которого можно поддерживать постоянный уровень освещённости или выбирать любой необходимый режим. Системы отопления, кондиционирования и вентиляции объединены в одну подсистему, в которую интегрированы внешние и внутренние датчики температуры и влажности. Вся информация, полученная с датчиков, обрабатывается контроллером, который управляет исполнительными устройствами, что позволяет поддерживать в помещении максимально комфортный режим.
Бытовые приборы могут управляться по заданной программе, в которую можно вносить коррективы с помощью дистанционного управления по радиоканалу.
Одной из наиболее важных функций системы «Умный дом» на шине KNX — это обеспечение безопасности жилища. Эта функция реализуется с помощью датчиков различного назначения, которые в режиме реального времени передают информацию о состоянии окружающей среды на контроллер системы. Датчики могут зафиксировать несанкционированное открытие окон и дверей, присутствие постороннего в помещении, наличие дыма, утечку газа или протекание системы водоснабжения.
Элементы Умного дома на базе KNX
Система «Умный дом» состоит из следующих устройств:
- Датчики или сенсоры
- Исполнительные устройства
- Системные узлы и блоки
Датчики выполняют информативную функцию, исполнительные устройства предназначены для выполнения соответствующих команд, а системные узлы выполняют вспомогательную функцию. К ним относятся блоки питания, расширители, GSM-модули, пульты дистанционного управления и сенсорные панели.
Одним из несомненных удобств сети KNX является возможность использовать различные линии для передачи сигналов контроля и управления. Кабель витая пара позволяет обмениваться данными со скоростью 9 500 бит/сек. По стандартной бытовой электрической сети с напряжением 230 В можно передавать информацию со скоростью 1 200 бит/сек. в виде импульсных посылок. Данные передаются пакетом по восемь байт со старт-стопной синхронизацией и контролем чётности.
Для обмена данными по радиоканалу используются фиксированные частоты 433 и 868 МГц.
Все устройства, подключенные к шине KNX, за исключением радиоканальных, образуют структуру, организованную по иерархическому принципу. Устройства с радиоканалом могут быть установлены в произвольных местах, и каждое устройство может сообщаться с любым другим, находящимся в зоне действия передатчика. Чтобы избежать взаимного влияния устройств друг на друга в процессе работы, каждый блок, оборудованный передатчиком, имеет свой номер, который всегда отправляется вместе с сообщением. Поэтому на сигналы каждого передатчика реагируют только те устройства, у которых прописан его номер.
По технологии KNX, для передачи информации, могут одновременно использоваться все коммуникационные линии. Для их объединения предусмотрены соединители коммуникационных сред. Например, если некоторые устройства объединены по электрической сети, они так же могут принимать команды по витой паре или радиоканалу через соединители.
Заключение
Система KNX предоставляет реальные преимущества,как для производителей работ, так и для владельцев недвижимости. Простота монтажа и установки позволяет снизить трудоёмкость и себестоимость системы. Владельцы недвижимости получают экономию электроэнергии и низкие расходы на эксплуатацию. Готовая система может быть легко расширена, дополнена и сориентирована на выполнение новых задач.