Протокол KNX для управления инженерными системами. Как работает настоящий умный дом, а не хипстерская игрушка

Системы управления KNX для «Умного дома»

Наверное, каждый задумывался, как же всё-таки можно получить максимальную выгоду от современных технологий: интернета, мобильной связи, разнообразных схем, серверной техники и шины. Некоторые люди не могут представить свою жизнь без современных удобств: микроволновых печей, тостеров, электрических чайников. Причём этот список можно продолжать до бесконечности - каждый день изобретается что-нибудь новое, что могло бы войти в этот перечень. Именно к таким новшествам и относится «Умный дом».

Принцип работы системы «Умный дом»

Что такое «Умный дом»

Представьте на секунду, что вся ваша техника в доме/квартире полностью автоматизирована и может выполнять все свои функции без вмешательства человека. Совокупность контроллеров и датчиков делает за вас всю работу, а вам лишь требуется предварительно настроить их с помощью программы. Датчики и контроллеры могут реагировать на тепловую энергию и движения. Наиболее простое сравнение, которое можно привести в данном случае - сигнализации, которые работают с помощью датчиков движения и реагируют на прикосновения. Однако в «Умном доме» каждый хочет добиться максимальной автоматизации своей бытовой и компьютерной техники, прикладывая при этом минимальное количество усилий для управления ими.

Вы можете запрограммировать свою систему так, что она сама будет предугадывать время включения отопления и его выключения, тем самым значительно снижая затраты на оплату коммунальных услуг.

Как создать собственный «Умный дом»

Прежде чем ваш «Умный дом» возьмётся за работу, нужно разработать собственный проект, согласно которому будут размещаться датчики и контроллеры по указанной вами площади. Большинство систем такого типа требует определённого уровня знаний программирования и электроники. Также необходим опыт работы с относительно похожими системами. В связи с этим мы рекомендуем выбирать оборудование максимально простого плана, которое поможет вам в управлении вашим «Умным домом». Другими словами - полностью адаптированное для начинающего пользователя.

Оборудование KNX прекрасно подойдёт вам, особенно если ваша цель - стать профессионалом в проектировании, программировании и адаптации «Умного дома».

Проект «Умного дома» где будут размещаться датчики и контроллеры

Что такое KNX

KNX производит передовые системы автоматизации. Используя стандарты, KNX занимает самое почётное место среди производителей аналогов. Если вы всерьёз взялись за проектировку «Умного дома», вам ни в коем случае нельзя обходить такие системы профессионального уровня, как KNX.

У KNX убедительное и безоговорочное профессиональное развитие. В основе их стандартов - развитие ранней разработки технологии шины EIB. EIB - устаревшее название, однако его продолжают использоваться и по сей день. Нередко можно услышать использование обозначения EIB/KNX. Протокол EIB рассматривается на основе сетевой модели OSI. Она децентрализована и обладает событийным управлением. Сеть EIB реализуется в разнообразных сферах передачи данных путём поддержания стандартного протокола. Одной из причин непоколебимого успеха EIB является концепция программного обеспечения ETS (EIB Tool Software). Официально, лишь приобретая программу ETS, вы сможете получить статус EIB Partner для фирмы, которая использует в своих проектах продукцию EIB.

Прежде всего, преимуществом стандарта KNX является надёжность. Главные компоненты KNX-систем объединяются между собой определенными кабелями. Вдобавок ко всему есть механизм подтверждения получения пакетов, который производит повторную отправку пакетов при условии, что первая команда не вызвала нужных действий. Конкурирующие компании используют радиоканал, исключающий возможность повторной отправки пакетов. Этот способ считается куда менее надёжным. Также есть ещё более ненадёжные модели. Однако будем правильно относиться к их применению и отдавать дань качественным производителям, проверенным приборам и оборудованию.

KNX «Умный дом»

Как работает система «Умного дома» KNX

Все компоненты KNX-сети подразделяются на 3 основных подгруппы:

Первая состоит из устройств, с помощью которых генерируются управляющие команды. К ним относятся:

• переключатели;
• панели управления;
• разнообразные сенсоры;
• таймеры;
• измерительные приборы физических величин.

Регулятор KNX

Последняя подгруппа - это дополнительные системные устройства, представленные:

• блоками питания;
• повторителями;
• логическими модулями;
• интерфейсами, позволяющими обеспечивать связь с окружающим миром.

Сеть KNX децентрализована. Активаторы с сенсорами имеют прямой обмен данными без участия какого-либо дополнительного оборудования/контроллера.

Управление системами в доме с помощью KNX

Стоит отметить, что стандарт KNX включает в себя целых 4 среды передачи данных:

• отдельную шину (витую пару);
• электропроводку;
• радиоканал;
• IP-сеть.

Передача данных типа «отдельная шина» наиболее распространена. Она позволяет использовать различные варианты сетевой топологии и может объединять в себе множество устройств, находящихся на внушительном друг от друга расстоянии. Линейная топология - вот чем является простейший сегмент проводной сети KNX. Наибольшая длина линии - 1 километр, однако при помощи специальных усилителей эта длина может увеличиваться примерно в 3-4 раза. Каждый сегмент в обязательном порядке должен иметь индивидуальный блок питания. «Главная линия» может объединять в себе 15 таких линий, тем самым образовывая «зону». Как правило, зоны имеют способность общаться друг с другом при помощи магистральной линии. Такое общение вполне способны поддерживать между собой до 15 зон.

Схема построения распределительной шины для «Умного дома»

Программирование Умного дома

Вы спросите: «Так как всё-таки управлять такой сложной конструкцией, как «Умный дом?». Процесс упрощается во много раз после проведения программирования управляющего контроллера. Нюансы программирования контроллера будет обуславливаться типами подключенных к нему устройств и их количеством. Пройдя этот, казалось бы, трудоёмкий процесс, вы без труда научитесь управлять своим умным домом, насколько бы сложной системой он не являлся.

Использование запрограммированных контроллеров лёгкое, комфортное и доступное каждому:

• целым домом можно управлять, используя при этом лишь 1 щитовую базу;
• простой, казалось бы, тип контроллера способен решить самые необходимые задачи функционирования домашнего оборудования;
• многозадачность вашего «Умного дома» больше не станет проблемой, так как запрограммированный контроллер идеально подходит для нестандартно большого количества задач.

Управление «Умным домом» используя при этом лишь 1 щитовую базу

Управление «Умным домом»

Вы можете легко управлять вашей энергосберегающей системой путём отключения ненужной нагрузки и, при надобности, переводом техники с высоким потреблением электроэнергии на меньшее её использование. Этим вы легко сможете снизить затраты электроэнергии и уменьшить месячную оплату за жилищные услуги.

Когда вас не будет дома, вам не придётся мучиться с проверкой электроприборов, поскольку вы сами сможете управлять выключением и включением всех домашних приборов по мере нахождения в доме.

Для людей с постоянной потребностью выезжать в командировки и опасающихся за безопасность своего дома такое оборудование подходит отлично. В системе «Умный дом» вы сможете настроить имитацию вашего присутствия путём управления освещением (автоматизированным включением света по вечерам), звуками, включением телевизора, имитацией лая собаки.

Управление отоплением и электричеством с помощью KNX

Вы занятой человек, и вам нужно управлять каждой мелочью в доме без вашего присутствия, или же вы просто хотите отдохнуть после тяжелого рабочего дня? Тогда вы просто обязаны включить в проект систему поворотов вентилятора в указанную сторону или, например, активацию сушилки с помощью пульта. Таким образом, вы будете управлять бытовыми занятиями, которые раньше делали собственноручно, будучи вне дома.

Умный дом на системе KNX.

Добрый день, дорогие читатели. В данной статье мы коснемся умного дома на системе стандарта KNX и решений фирм ABB, Gira и Jung.

Итак, Вы захотели сделать Умный дом и выбрали для реализации европейскую шину KNX.

Отличный выбор, так как эта система:

- распределенная и не имеет одного центра. Т.е. если сгорит один элемент, вся остальная система продолжит работу.

- каждое устройство стандарта KNX проходит сертификацию на соответствие стандарту .

- множество фирм производителей: ABB, Berker, Jung, Merten, Gira и пр. и у всех фирм есть взаимозаменяемые устройства.

Большинство фирм производителей это – Германия.

Приведем пример управляющих элементов разных фирм производителей:

Система визуализации ABB Busch-priOn, система управление Gira Control 9 на основе Home Server 4 и Jung Smart Pilot. У каждой из этих устройств есть свои особенности, но самое главное, что они взаимозаменяемы, т.е. вы сможете к реле и диммерам фирмы Gira поставить управляющий элемент ABB Busch-priOn.

На данной картинке мы попытались показать, как выглядит топология сети с использованием технологии KNX.

Система KNX построена из трех основных компонентов:

Управляющие модули (выключатели, датчики, ик-приемники)

1) ABB Busch-priOn

3) Терморегулятор Gira

4) Датчик Merten

Исполнительные модули (реле, диммеры, модули штор, регуляторы тепловые, ик-передатчики)

1) модуль штор

2) модуль диммера

3) модуль реле

4) модуль сервопривода

5) ИК передатчики

Системные модули (интерфейсы и блоки питания)

1) Блок питания

2) интерфейсный модуль

Дополнительные устройства

1) wi-fi роутер

2) Ipad с установленной программой Iridium mobile

Для соединения устройств между собой используется кабель стандарта KNX. Соединение происходит последовательно-параллельно, т.е. каждое последующее устройство подсоединяется параллельно следующему. Соединение звездой запрещено. Так как система сертифицированная, то программировать и производить пусконаладку систем Умного дома стандарта KNX могут только сертифицированные специалисты прошедшие курсы повышения квалификации в центрах KNX. В нашей компании есть специальный штат инженеров, обученный в России и в Европе по стандарту KNX.

Рекомендуем данную систему для реализации климат-контроля: управление кондиционированием, вентиляцией, теплыми полами, конвекторами и радиаторами вместе по своей логике. Вам же надо будет задать только желаемую температуру!

Одно из основных требований, которые предъявляют к умному дому, это значительное снижение расходов на электроэнергию. Ведь сама концепция умного дома предполагает управление потреблением электроэнергии, чтобы снизить его расход в тех комнатах и ситуациях, в которых можно обойтись естественным освещением. Поэтому умный дом контролирует не только освещение, но и отопление, а также другие функции. Еще одно требование к умному дому – возможность без серьезной доработки применять оборудование от различных производителей. Именно для этой цели и был разработан стандарт KNX.

Каждый владелец умного дома желает подстроить его под какие-то свои требования и пожелания. Разработка системы управления таким домом с нуля обойдется очень дорого, поэтому гораздо проще взять максимально гибкую систему и выстроить ее архитектуру в соответствии со своими пожеланиями. Стандарт KNX – общая системная платформа, позволяющая использовать аппаратуру любого производителя, придерживающегося этого стандарта.

Кроме того, KNX – это набор протоколов для обмена данными между всеми участниками системы. Поэтому установка нового оборудования требует лишь минимального вмешательства в систему, ведь все элементы умного дома работают по одному стандарту и обмениваются данными по одним протоколам.

KNX – это шина, которая объединяет все элементы умного дома в единое целое. Основное преимущество KNX в невероятной гибкости, ведь для изменения конфигурации всей системы достаточно удалить ненужные элементы и установить вместо них более подходящие или необходимые. При этом не придется менять управляющую систему, перепрограммировать ее и мучительно согласовывать ее элементы между собой. Ведь недавно именно это и было главной проблемой, над которой бились монтажники управляющих систем умных домов – каждый производитель придерживался собственных стандартов, поэтому приходилось придумывать способы согласования деталей между собой.

Возможности шины KNX

На самом деле вопрос не в том, что может KNX, а в том, чего хочет владелец умного дома. Шинная система управляет любым оборудованием по заданному ей алгоритму, поэтому в рамках этой задачи KNX может все. Система, работающая на этом стандарте управляет всеми потребителями электричества в умном доме, поэтому KNX может обеспечить их работу в любых допустимых режимах, в зависимости от настроек и пожеланий владельца дома. Поэтому возможности систем стандарта KNX напрямую зависят от того оборудования, которое к ним подключено.

Использование шины KNX позволяет создавать различные системы управления умным домом. К примеру, система free@home от концерна ABB позволяет создать универсальную и простую в настройке и использовании систему, в которой управление домом может осуществляться в трех режимах:

• автоматическом;
• через команды с сенсорного пульта управления;
• с помощью мобильного приложения для смартфона или планшета.

Все три режима обеспечивают полный контроль над энергопотреблением умного дома. Поэтому даже находясь далеко от дома, вы сможете контролировать безопасность своего жилища, наблюдать за детьми, включать и выключать различные электрические приборы.

Как это работает

Каждое устройство, подключенное к шине KNX имеет свой уникальный ip-адрес, а также список устройств, с которыми оно взаимодействует. Датчики и иные устройства, отслеживающие изменение обстановки, запрограммированы таким образом, чтобы при наступлении определенного события посылать связанным с ним устройствам сигнал.

В зависимости от настроек системы конечные устройства, которые и управляют подачей электроэнергии на различные приборы, могут реагировать как на определенные ситуации, так и на целый перечень различных событий. Поскольку к одной линии нельзя подключить больше 64 любых устройств, используют различные способы соединения нескольких шин в одну систему. В таких объединенных системах все происходит по стандарту KNX, поэтому никаких серьезных сложностей с настройкой не возникает.

Для связи между устройствами вне шины используют три вида каналов:

• проводные;
• оптические;
• радиочастотные.

Проводные каналы наиболее востребованы, ведь для подключения к ним конечного устройства не требуется никаких дополнительных манипуляций. Оптическими и радиочастотными каналами пользуются лишь в том случае, если все, связанные этими каналами устройства, оснащены соответствующими приемо-передатчиками. В частности, эти каналы используют для подключения выносных видеокамер там, куда по каким-то причинам невозможно проложить проводной канал шины. По всем каналам связь между устройствами происходит по одним и тем же протоколам стандарта KNX.

Что такое ABB

Концерн ABB (в русской транскрипции АББ) занимается разработкой и производством оборудования для автоматизации различных процессов, в том числе для управляющих систем умных домов. Концерн был образован в 1988 году после слияния шведской компании Asea и швейцарской компании ВВС (Brown, Boveri & Cie). К этому времени обе компании обладали колоссальным опытом в сфере информационных технологий и автоматизации, поэтому АББ была одним из создателей стандарта KNX.

Концерн предлагает огромный перечень устройств, необходимых для создания полноценной сети, которая будет эффективно управлять умным домом. Несмотря на немалую стоимость, продукция концерна пользуется устойчивым спросом, потому что отличается великолепными характеристиками и полным соответствием стандарту KNX. К примеру, 12-канальный активатор отопления HA-M-0.12.1, который может одновременно управлять работой 12 клапанов системы отопления, обойдется в 23 тысячи рублей. Это заметно дороже китайских аналогов, но и гораздо надежней. Еще один пример – дисплей с поворотным управляющим элементом от ABB обойдется в 70–100 тысяч рублей , тогда как малонадежный китайский аналог можно купить за 20–40 тысяч . Но велика вероятность, что китайский элемент не прослужит и 2 лет.

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.