ОПИСАНИЕ ПЛАТФОРМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ЗДАНИЙ KNX

Описание платформы
автоматизации зданий
KNX
Владимир Пасеков
куратор международного Клуба АСУЗ, редактор раздела
«Автоматизация зданий» портала CNews
Редколлегия журнала «БДИ» обратилась с предложением кратко рассказать о европейской технологии KNX и рассмотреть вопросы, связанные с возможностями в области технической безопасности. Подобная тема представляется весьма интересной
и будет рассмотрена в небольшом цикле статей. В первой из них расскажем об основах платформы KNX.
50
Немного истории
Основные положения
Все началось в феврале 1990 года с технологии и ассоциации EIB (European Installation Bus) — Европейской Инсталляционной Шины. Безусловно, такой непосредственный перевод технически не совсем точен, но он уже прижился и сам
стал историей. Основателями ассоциации можно считать
такие германские компании как: Siemens, ABB, Berker, Gira,
Jung и др. В 2010 году стандартной и открытой технологии
KNX/EIB, предназначенной для автоматизации домов и зданий, исполняется 20 лет. Все это время активным продвижением платформы на мировой рынок занималась международная ассоциация KNX, в которую входят 189 производителей
оборудования из 28 стран.
Достаточно просто догадаться, что это был «ответ»
европейских электротехнических компаний на экспансию
американских технологий автоматизации на рынок. Требовалось быстро разработать открытую, простую, надежную
и технически совершенную систему, которая смогла бы
противостоять проприетарным протоколам американских
компаний. И такое решение было предложено. Многие
специалисты считают, что инженеры Siemens, сделавшие
большой вклад в эту технологию, позаимствовали идеи у
небольшой фирмы из Дании. Возможно, это не более, чем
легенда, но можно смело утверждать, что основные корни
технологии сложились именно как европейский подход к
автоматизации зданий.
Решение оказалось практически удачным, через несколько лет уже сотня не только европейских, но и мировых компаний предлагала сертифицированное оборудование под
логотипом EIB. Продукция EIB всегда распространялась
под несколькими торговыми марками. Самые известные —
Instabus®, ABB i-Bus®, Tebis®. Основные участники ассоциации
контролировали до 80 % европейского рынка электротехнических устройств. К середине 2000 года в мире было установлено уже более 10 миллионов устройств EIB.
В мае 1999 года началось объединение трех европейских
ассоциаций в одну, которая со временем получила окончательное название — ассоциация KNX. Произошло слияние
трех европейских технологий: EIB, EHS (European Home
System) и Batibus. По мнению экспертов, в стандарте KNX до
80–90 % составляют корни технологии EIB. Именно поэтому
многие специалисты до сих пор предпочитают говорить о
EIB/ KNX. В конце 2003 года технология была утверждена
как европейский стандарт EN50090, а в 2006 году она стала
международным стандартом ISO/IEC 14543.
Разумеется, даже сокращенное описание платформы
заняло бы большой объем, поэтому приходится ограничиться только некоторыми основными положениями,
которые дают базис для понимания сути технологии. Более
полное обучение технологии все желающие могут пройти
в Школе АСУЗ, где читается 2-х дневный курс «Уроки технологии KNX».
Технология KNX — открытая стандартная одноранговая распределенная система с коммутацией пакетов. При
рассмотрении протокола в соответствии с моделью взаимодействия открытых систем ISO/OSI становится ясно, что
в технологии определены и используются уровни 1–4 и 7.
Не реализованы два уровня: сессионный — 5 и уровень
представления — 6. Для передачи информации могут
быть использованы различные среды: витая пара TP-0 и
TP-1, силовая сеть PL-110 и PL-132, ИК-канал, радиоканал с
частотой 868 МГц и сеть Ethernet . И в каждой среде передачи вообще-то реализован свой протокол KNX. Наиболее
часто применяется витая пара TP-1. Поэтому в дальнейшем
будем рассматривать технические особенности технологии
именно в этой среде.
Даже минимальная инсталляция KNX TP-1 обязательно
должна иметь следующие компоненты: источник питания с
интегрированным дросселем, датчики-сенсоры, исполнительные устройства (актуаторы) и сетевой кабель (шину).
№ 3 [89] • август–сентябрь 2010
Рис. 1.
В качестве примера рассмотрим простейшую схему: в качестве датчика — простой однокнопочный выключатель, а в качестве исполнительного устройства —
одноканальное реле. Для того чтобы система заработала, необходимо не только
смонтировать устройства и соединить их необходимыми кабелями между собой
и с силовой сетью, но и обязательно запрограммировать устройства с помощью
инженерного ПО ETS (рис. 1).
Перед загрузкой необходимо провести следующие операции: назначить
устройствам индивидуальные физические адреса, выбрать и настроить (конфигурировать) прикладные программы, создать структуру групповых адресов
и объединить (слинковать) на адресах объекты связи, используя один объект
в датчике и другой хотя бы в одном исполнительном устройстве. Понять функционирование системы, приведенной в примере, просто. Когда выключатель
переводится в положение «включено», в сеть отправляется телеграмма с нужным
групповым адресом, например 2/1/3, с полезными данными «1» и некоторой служебной информацией. Телеграмма получается и обрабатывается всеми устройствами, подключенными к сети, но только прибор, имеющий такой же групповой
адрес 2/1/3, отправляет телеграмму подтверждения, считывает значение «1» и
обрабатывает телеграмму соответствующим образом. В данном случае замыкается контакт исполнительного устройства — реле.
В пределах одной сети каждое устройство должно иметь свой физический
(индивидуальный) адрес. Назначение адресов производится при программировании с помощью ПО ETS. Перед назначением устройству адреса оно переводится в режим программирования, как правило, путем нажатия на специальную кнопку на лицевой части корпуса, при этом для подтверждения включения
режима загорается красный светодиод. Групповые адреса могут быть назначены
активным устройствам системы вне зависимости от их расположения и физических адресов. Исполнительным устройствам, получателям телеграмм, может быть
назначено несколько групповых адресов, но датчики (сенсоры) могут отправлять
телеграмму только по одному первому адресу. В сложных проектах, как правило, используют трехуровневую систему групповой адресации: главная группа/
средняя группа/подгруппа.
Объекты связи, между которыми устанавливается коммутация, могут иметь
размер от 1 до 14 байт в зависимости от функции, выполняемой этим объектом.
У устройств KNX количество объектов связи может быть различным. Например,
у двухклавишного выключателя их будет минимум два с размерами в один бит.
Каждый объект связи может иметь 5 флагов для задания поведения в системе.
Инженерное ПО позволяет линковать объекты связи только с одинаковыми размерами, а также устанавливать флаги по требованию инсталлятора.
Ассоциация KNX стандартизировала типы точек данных, чтобы гарантировать
совместимость одинаковых приборов от разных производителей, например,
диммеров, таймеров и т. д. Такие данные описаны как Стандартизованные типы
данных (DPT).
Значения данных DPT передаются в теле самой телеграммы и могут иметь
длину от 2 до 16 байт в зависимости от исполняемой функции. Новая спецификация позволяет расширить длину данных до 256 байт.
Сигналы в сети KNX передаются по битно, причем логический нуль пересылается в виде импульса. Отсутствие импульса интерпретируется как логическая
единица. Если несколько устройств захотят передавать сигнал одновременно,
то при различных битах будет преобладать состояние 0, которое и передастся в
результате, а устройство, передающее 1, остановит свою передачу. В KNX применен метод разрешения коллизий (столкновений) телеграмм, называемый CSMA/
CA (Carrier Sensible Multiple Access with Collision Avoidance). Этот метод гарантирует беспроблемный доступ устройств к шине при их обращении в сеть в любой
момент, без существенного снижения ее максимальной пропускной способности.
При этом гарантируется, что первоначально будут переданы сообщения с наивысшим приоритетом.
Передача сигнала осуществляется симметрично (парафазно) по паре жил,
поэтому их не надо заземлять. Прием сигнала осуществляется устройством в
виде дифференциального сигнала (разности напряжений) между двумя жилами, при этом электромагнитные помехи наименьшим образом влияют на него
и, соответственно, на надежность передачи информации.
В пределах одного сегмента линии сети есть ограничения на длины кабелей.
Так, максимальное расстояние между двумя устройствами, которые гарантированно должны обмениваться телеграммами, составляет максимум 700 м, при
этом общая суммарная длина линии — максимум 1000 м.
В следующей статье будет рассмотрена топология сетей KNX и особенности
телеграмм, необходимые для понимания использования технологии в системах
комплексной безопасности.
Школа АСУЗ — образовательная
часть общественного проекта Клуб АСУЗ,
неформального объединения специалистов
и компаний СНГ в области автоматизации
зданий. Школа предназначена для
организации и проведения обучающих
семинаров. Она начала работать в Москве
с середины 2009 года. Проведено 10 курсов,
в том числе выездные семинары в городах
Ростов-на-Дону и Казань.
Школа АСУЗ предлагает:
1. Уроки технологии KNX на оборудование
GIRA и Theben — 2 дня
2. Технология KNX для менеджеров — 1 день
3. Технология KNX для проектировщиков —1/2 дня
4. Свой «умный» дом на технологии KNX —
2 дня
5. Основы технологии LonWorks — 1 день
6. Базовый курс: контроллеры
PCD Saia-Burgess — 1/2 дня
Занятия проходят каждый месяц
на площадке компании «Марбел», группа
не более 6-ти человек. На все курсы
можно предварительно записаться —
тел. +7 (495) 737-98-87.
Вся информация от Клуба АСУЗ
о рынке автоматизации зданий в:
интернет-газете
«Вести автоматизации зданий»
http://subscribe.ru/catalog/build.vestibms
рассылках
«Автоматизация зданий для Дилетантов»
http://subscribe.ru/catalog/build.bms
«Автоматизация зданий для всех»
http://subscribe.ru/catalog/culture.news.bacs.
E-mail: [email protected]