KNX

KNX — коммуникационная шина, широко используемая для автоматизации зданий.

Стандарт шины KNX стал развитием более ранней разработки EIB (аббр. от англ. European Installation Bus, рус. Европейская инсталляционная шина). EIB — устаревшее обозначение, но оно продолжает использоваться, особенно в Европе. Иногда используется обозначение EIB/KNX.

Продукция KNX распространялась под несколькими торговыми марками. Наиболее известны Instabus, ABB i-Bus, Tebis, Theben.

История

В феврале 1990 года была организована ассоциация EIBA со штаб-квартирой в г. Брюссель (Бельгия). Основателями ассоциации были компании Siemens, Gira, ABB, Berker, Jung и другие — всего 15 компаний. Задачи ассоциации: продвигать на рынке саму технологию, следить за качеством и совместимостью оборудования, производимого её членами, и подготавливать программы обучения специалистов. Через несколько лет уже около 100 европейских и мировых компаний предлагали сертифицированное оборудование под логотипом EIB. Участники ассоциации контролировали до 80 % европейского рынка инсталляционных устройств. К середине 2000 года в мире было установлено более 10 миллионов устройств EIB.

В мае 1999 произошло объединение трех европейских ассоциаций автоматизации зданий в одну, которая со временем получила окончательное название «Ассоциация KNX». Произошло и слияние трех технологий: EIB, EHS (European Home System) и Batibus. По мнению различных экспертов, в стандарте KNX до 80-90 % составляет технология EIB. Это объединение — результат общей интеграции в Европе. Главенство EIBА не скрывалось всеми участниками, именно поэтому многие специалисты до сих пор предпочитают говорить о EIB/KNX. В конце 2003 года технология была утверждена как европейский стандарт EN 50090, а в 2006 году — как международный стандарт ISO/IEC 14543.

Протокол передачи данных

Протокол KNX может быть рассмотрен на основе сетевой модели OSI. Это децентрализованная (распределенная) одноранговая сеть с событийным управлением. Сеть KNX поддерживает стандартный протокол передачи данных, который реализуется в различных передающих средах.

Среды передачи данных

• витая пара — специальный кабель с фиксированной скоростью передачи 9600 бит/с
• силовая линия, скорость передачи 1200 бит/с, первоначально только поверх 230 В, 50 Гц
• IP-сеть (EIB.net) — например, Ethernet
• радиоканал — для обмена используется частотная полоса 868,0 - 870,0 МГц

Общие сведения

Подключенные к шине (сети) абоненты (устройства) могут обмениваться информацией через общий канал передачи, шину. При этом подлежащая передаче информация упаковывается в телеграмму и передается по кабелю от датчика (сенсора — отправителя команд) к одному или нескольким исполнительным механизмам. При успешной передаче и приеме каждое устройство-приёмник квитирует (подтверждает) получение телеграммы. При отсутствии подтверждения передача повторяется еще три раза. Если и после этого квитирование отсутствует, то процесс передачи заканчивается. Именно поэтому протокол EIB не является «промышленным», то есть его нельзя применять в приложениях, связанных с опасностью для людей.

Передача производится модулированием напряжения в сети, причём логический нуль пересылается в виде импульса, с амплитудой примерно ±6 В. Отсутствие импульса интерпретируется как логическая единица. Телеграммы пересылаются пакетами по 8 информационных байт. Пересылка синхронизируется старт- и стоп-битами. Есть бит контроля чётности.

Для разрешения коллизий (столкновений) телеграмм в сети TP1 применяется метод CSMA/CA. Этот метод гарантирует случайный, беспроблемный доступ устройств к шине, при этом без существенного снижения её максимальной пропускной способности. При этом гарантируется, что первоначально будут переданы сообщения с наивысшим приоритетом.

Для того, чтобы система заработала необходимо не только установить устройства и соединить их необходимыми кабелями между собой и с силовой сетью, но и запрограммировать устройства с помощью программного обеспечения ETS. До загрузки необходимо провести следующие операции: назначить устройствам индивидуальные физические адреса, выбрать и настроить (параметризировать) прикладные программы устройств, создать структуру групповых адресов и объединить на них объекты связи, взяв один объект в датчике и другой в исполнительном устройстве.

В пределах одной сети каждое устройство должно иметь уникальный индивидуальный физический адрес. Назначение адресов производится с помощью ETS. Перед назначением устройству адреса оно переводится в режим программирования, как правило, путём нажатия на специальную кнопку на лицевой части корпуса, при этом для подтверждения загорается красный светодиод. Групповые адреса могут быть назначены активным устройствам системы вне зависимости от их расположения и значений физических адресов. Исполнительным устройствам (получателям телеграмм) может быть назначено несколько групповых адресов, но сенсоры (датчики) могут отправлять телеграмму только по одному адресу. В сложных системах, как правило, используют трехуровневую систему групповой адресации (главная группа/средняя группа/подгруппа).

Объекты связи, между которыми устанавливается коммутация, могут иметь размер от 1 бита до 14 байт в зависимости от функции, выполняемой этим объектом. У устройств количество объектов связи может быть разным. Например, у двухклавишного выключателя их будет минимум два с размерами в один бит. Каждый объект связи может иметь 6 флагов для задания поведения в системе.

Устройства

В состав оборудования KNX входили следующие типы устройств:

• Сенсоры (датчики) — сенсорные настенные панели и выключатели; датчики физических величин — температуры, влажности и т. д.; датчики движения, таймеры и другие. Они отвечают за фиксирование (регистрацию) тех или иных внешних событий, наступление которых должно вызвать определённую ответную реакцию системы. После наступления такого события (нажатие кнопки, превышение температурой порогового значения и т. п.) сенсор посылает по сети управляющую команду соответствующему исполнительному устройству.
• Исполнительные устройства (актуаторы, преобразователи, смежные модульные системы) — световые регуляторы (диммеры), релейные модули; модули управления жалюзи, и другие. Они меняют своё состояние (включено-выключено, открыто-закрыто и т. п.) в соответствии с командами, поступающими от сенсоров, тем самым управляя различным электрооборудованием.
• Системные устройства — блоки питания, интерфейсные модули, шинные соединители, повторители и другие, включая панели и логические модули. Системные устройства обеспечивают работоспособность и возможность настройки сети KNX.

Топология сети

• Для простых систем используется топология - Линия (или шина). Она предполагает не только соединение устройств последовательно, но также возможность ответвлений и соединений в одной точке, т.е. возможна топология и Звезда. В сегмент линии можно установить не более 64 устройств. В одной линии может быть до 4-х сегментов.
• Если устройств больше, то рекомендуется топология Область (Area). При такой топологии линия с номером 0 - становится главной линией области и к ней можно присоединить до 15 дополнительных линий.
• Самая сложная "древовидная" топология реализуется при объединении областей с помощью магистральной линии. Таких областей может быть до 15. Таким образом, максимальное число устройств в сети может достигать 57600.

Считается, что "древовидная" топология лучше всего подходит для домов и зданий. Отметим, что возможны любые топологии, за исключением "кольца".

Конфигурация сети (Программирование)

Проектирование системы на базе KNX осуществляется с помощью специализированного инженерного программного обеспечения ETS, причём конфигурирование сети может производиться в двух режимах:

• S-Mode (System mode) — полный доступ к конфигурированию всех параметров устройств, включая проектирование, формирование групповых адресов и программирование (загрузка) устройств при помощи ETS. Используется для создания систем квалифицированными специалистами.
• E-mode (Easy mode) — Упрощенный режим конфигурирования. Большинство настроек выставлено по умолчанию, некоторые можно изменить при помощи управления (клавиш) на контроллере.

Ассоциация KONNEX

Название объединённой ассоциации с 1999 года сначала было именно KONNEX. Она образовалась из трёх европейских ассоциаций:

• European Installation Bus Association (EIBA);
• BatiBus Club International (BCI);
• European Home Systems Association (EHSA).

В основе объединения была технология EIB. От двух последних в общие спецификации вошли физические среды для передачи информации TP0 и PL132. Также предполагалось, что для существующих реализаций BatiBus и EHS будут разрабатываться адаптеры и шлюзы для совместной работы устройств.

Фундаментальные цели новой ассоциации KONNEX остались прежними - продвижение (под именем KNX) «единого стандарта» полевой шины управления как для домов, так и для зданий.

Платформы и протоколы с такими же задачами

Платформа автоматизации предполагает открытый протокол, зафиксированный международными стандартами, международную ассоциацию производителей, систему обучения и продвижения. На сегодня таких платформ 3, включая KNX:

• LonWorks — протокол
• BACnet — протокол

Протоколов, в том числе открытых, довольно много, например:

• Modbus — протокол
• C-Bus — протокол