Technické informace o KNX / EIB systému

Technické informace o KNX / EIB systému. 1

Obsah 1 KNX a Konnex Co si pod těmito termíny představit? 3 2 Základní princip KNX 3 3 Výhody KNX oproti klasické instalaci 4 4 Struktura KNX sběrnice 5 4.1 Topologie linie 6 4.2 Topologie oblasti 7 4.3 Fyzická adresa 7 4.4 Oblastní a liniová spojka, liniový zesilovač 7 4.5 Minimální instalace 8 5 Přenosová média 9 6 Topologie sběrnice TP1 9 6.1 Kabely pro sběrnici 11 7 Komunikace 11 7.1 Skupinová adresa 11 7.2 Příznaky 12 7.3 EIS typy 12 8 Telegram 13 8.1 Potvrzení telegramu 14 8.2 Struktura telegramu 14 9 Účastník 15 10 Programování v ETS 3 15 2

1 KNX a Konnex Co si pod těmito termíny představit? KNX je jednotný systém pro komplexní řízení inteligentních budov a domácností, jenž je plně v souladu s Evropskou normou EN50090 (European Standard for Home and Building Systems) a s normou ISO/IEC 14543. Používá se nejen pro ovládání zastiňovacích prvků (rolety, žaluzie, markýzy), ale i pro ovládání osvětlení (stmívaná a spínaná světla), topení v domě a pro kontrolu další techniky v budově. Sdružuje do jednoho, logicky uspořádaného systému, všechny technologické části v domě, jako je např. technologie bazénu, zavlažovací systém, sauna, chladící jednotky, odvětrávání a mnoho dalších běžně používaných technických prvků zvyšujících komfort bydlení. Asociace Konnex byla založena v roce 1999 se sídlem v Bruselu s těmito cíli : definice nového standardu KNX pro inteligentní instalace v budovách založení značky KNX jako záruka kvality a kompatibility mezi různými výrobci podpora KNX jako standardu pro Evropu 2 Základní princip KNX V principu se jedná o decentralizovaný sběrnicový systém, který se skládá z různých KNX prvků do této sběrnice připojených. Každý z nich má jedinečnou fyzickou adresu, jež slouží k jeho identifikaci. Komunikace mezi jednotlivými prvky probíhá přes sběrnici, po níž jsou vysílány nebo přijímány tzv. telegramy obsahující instrukce, jak se má cílový prvek zachovat. V základu dělíme prvky na SENZORY a AKTORY. Každý senzor či aktor obsahuje v sobě aplikační program, konfigurovatelný pomocí programového nástroje ETS. Z toho vyplývá, že prvky je možné jednoduchou změnou aplikačního programu přizpůsobit požadavkům klienta. SENZOR - je prvek, který poskytuje vstupní informace do systému.nejčastěji používaný senzor je teplotní čidlo, tlačítko, binární jednotka (magnetický nebo jiný bezpotenciálový kontakt), termoregulátor, pohybové čidlo atd. AKTOR - je prvek, jenž provádí nějakou akci nebo přesněji řečeno vykonává nějaký povel. Mohou to být řídící jednotky pro ovládání motorů protisluneční ochrany a ventilačních oken, spínací či stmívací aktory (pro řízení osvětlení) nebo analogové výstupní jednotky (např. s napěťovým unifikovaným signálem 0-10 V) pro ovládání servopohonů. Některé prvky, jako např. Somfy KNX motor controller, jsou současně senzorem i aktorem. Výše zmíněný motor controller totiž kromě řízení motorů totiž disponuje 8 binárními vstupy. Na KNX sběrnici se napojují i prvky, které nelze označit za senzor nebo aktor. Těmito prvky jsou např. napěťové zdroje, různá rozhranní a liniové spojky. 3

Obrázek č. 1 : Aktory a senzory 3 Výhody KNX oproti klasické instalaci V porovnání KNX/EIB instalace s tradiční instalací vyplývají následující výhody : zkrácení a zjednodušení kabeláže možnost snadného rozšíření jednoduché přizpůsobení instalace při změně využívání prostor možnost komunikace mezi všemi přístroji osazenými na sběrnici nadstandardní požadavky, které jsou u tradiční instalace často nákladnější systém Konnex je otevřený systém a proto může být propojen pomocí různých bran s dalšími systémy, s kterými si může vyměňovat informace Obrázek č. 2 : Tradiční instalace s delší kabeláží 4

Obrázek č. 3 : KNX instalace s redukovanou kabeláží 4 Struktura KNX sběrnice KNX je plně decentralizovaný systém, ve kterém může vzájemně komunikovat až 65 536 zařízení / uzlů pomocí 16-ti bitového adresování. Celá síť Konnex se skládá ze tří úrovní. Nejvyšší úroveň je centrální nebo též páteřní linie (backbone line) s 15 hlavními liniemi (main line - střední úroveň) a na každou z nich může být napojeno dalších 15 linií (spodní úroveň - podsítě). Struktura podsítě umožňuje připojit až 256 zařízení na jednu linku, které mohou být spolu s hlavní linií a částí páteřní sběrnice zahrnuty do jedné skupiny zvané zóna (oblast) 1 až 15 (area 1 až 15). Tato 3-úrovňová struktura sítě však vyžaduje oddělovače zón (area coupler) a linií (line coupler) viz Obrázek č. 5. Bez nich je struktura sítě omezena jen na jednu linii (páteřní) s maximálně 256 připojenými jednotkami. KNX volitelně umožňuje i integraci podsítě přes IP. 5

Obrázek č. 4 : Struktura KNX sběrnice 4.1 Topologie linie Každé zařízení (účastník) si může vyměnit informaci s každým jiným účastníkem pomocí telegramu. Každá linie se skládá z maximální 4 liniových segmentů s maximálně 64 účastníky. Každý segment vyžaduje svůj zdroj napájení. Obrázek č. 5 : Liniové a oblastní spojky 6

4.2 Topologie oblasti Prostřednictvím oblastních spojek lze rozšířit hlavní linii o 15 oblastí. Tak jako každá linie, musí mít i každá oblast svůj zdroj napájení. Na hlavní a oblastní linii se nesmí nacházet liniový zesilovač. Tento liniový zesilovač může být osazen pouze v liniích, pokud nestačí její maximální kapacita 64 účastníků. V rámci jedné oblasti (zóny) může být osazeno až 15 x 64 = 960 účastníků v základním (nerozšířeném) provedení sběrnice. 4.3 Fyzická adresa Fyzická adresa slouží pro jednoznačnou identifikaci účastníka. Z fyzické adresy lze rozpoznat přesnou polohu zařízení v rámci topologie sběrnice. Fyzická adresa má podobu Oblast x Linie x Účastník a pohybuje se v rozmezí od 0.0.1 do 15.15.255. B=1-15 adresuje na oblast 1-15 Oblast B=0 odkazuje na účastníka na páteřní linii L=1-15 adresuje na linii 1-15 v rámci oblasti definované pomocí B L=0 odkazuje na hlavní linii U=1-255 odkazuje na účastníka v rámci definované linie pomocí L U=0 adresa liniové spojky Linie Účastník Fyzická adresa je přidělována jednotlivým účastníkům v rámci programování systému. Přijetí fyzické adresy účastníkem se provádí během programování po stlačení programovacího tlačítka. Během tohoto procesu svítí programovací LED dioda. Pro normální provoz není znalost fyzické adresy důležitá. Po úspěšné konfiguraci systému budeme potřebovat fyzickou adresu pouze pro tyto případy : diagnóza a hledání chyb výměna zařízení za jiné pro potřebu programování přes sběrnicovou spojku jiného zařízení 4.4 Oblastní a liniová spojka, liniový zesilovač Liniový zesilovač, oblastní a liniová spojka jsou totožná zařízení. Jejich funkce se mění místem osazení na sběrnici a tím také jejich jinou fyzickou adresou viz též Obrázek č. 5. Do každé linie lze osadit až 3 liniové zesilovače a tak se zvyšuje kapacita jedné linie na 255 účastníků. Tento liniový zesilovač se též počítá jako jeden účastník. Tyto 3 liniové zesilovače mohou být zapojeny pouze paralelně, nikoliv sériově za sebou. Pro takto vytvořenou podružnou linii platí stejné zásady jako pro každou jinou linii (vlastní zdroj, vzdálenosti zařízení, atd.). Při plném využití oddělovačů linií a liniových zesilovačů lze v rámci jedné KNX sběrnice osadit až 256 x 15 x 15 = 57600 účastníků. Pokud by nebylo použito liniových zesilovačů, pak by mohlo být v základním plném provedení KNX sběrnice napojeno 64 x 15 x 15 = 14400 účastníků. 7

Liniové zesilovače by měly být použity pouze pro rozšíření existujícího zařízení. Využívání oblastních a liniových spojek nám zaručuje vyšší spolehlivost systému, protože každá oblast (linie) pracuje samostatně. Zároveň se tím omezí i množství přenášených telegramů, jelikož oddělovače filtrují telegramy a do dalších linií propouští pouze nezbytné telegramy. Osazení spojek a jejich fyzická adresa O x L x U O L U pojmenování osazena kde >0 =0 =0 oblastní spojka páteřní / hlavní linie >0 >0 =0 liniová spojka hlavní linie / linie >0 >0 >0 liniový zesilovač rozšíření linie 4.5 Minimální instalace Minimální TP1 (Twisted pair) instalace se skládá z těchto zařízení : zdroj 29 V DC senzor aktor sběrnicový kabel Obrázek č. 6 : Základ instalace 8

5 Přenosová média Lze použít následující fyzická přenosová média: Kroucené páry (Twisted pair) : TP1 - médium převzaté ze standardu EIB - definovaná komunikační rychlost 9.6 kbit/s Napájecí (síťové) vedení (Power line) - metalické vodiče : PL110 - médium převzaté ze standardu EIB - definovaná komunikační rychlost 1200 bit/s, nosná přenosová frekvence 110 khz Radiový přenos (RF = Radio Frequency) - bezdrátový - plně specifikovaný standardem KNX umožňuje bezdrátovou komunikaci na frekvenci 868 MHz, kódovanou systémem FSK (Frequency Shift Keying), Infračervený přenos (Infra) - bezdrátový Mimo výše vyjmenovaná média lze díky unifikovaným KNX službám použít i média, která jsou založená na IP komunikaci, jako jsou Ethernet, Bluetooth, WiFi /Wireless LAN nebo FireWire. Obrázek č. 7 : Různé typy přenosového média 6 Topologie sběrnice TP1 Fyzická topologie je závislá na volbě média. Například v případě použití TP (twisted pair) lze vytvořit sběrnicovou, stromovou i hvězdicovou strukturu propojení - viz obrázek níže. Pouze kruhová topologie není přípustná.. 9

Obrázek č. 8 : Topologie sběrnice Přestože celková maximální délka všech vodičů v jedné linii (části sběrnice/sítě bez oddělovačů linií a zón - viz níže - struktura sítě) může být až 1000 m, maximální vzdálenost mezi dvěma sousedními přístroji (účastníky) může být maximálně 700 m. Pokud je navíc připojený přístroj napájen po sběrnici, nesmí se nacházet dále než 350 m od zdroje napájení. Minimální vzdálenost 2 napájecích zdrojů v rámci jedné linie je 200 m. V jedné linii se mohou nacházet maximálně 2 zdroje. Vzdálenosti a délky vodičů pro TP (twist pair) Vzdálenost 2 zdrojů min. 200 m Vzdálenost přístroje od zdroje napájení max. 350 m Vzdálenost mezi přístroji max. 700 m Celková délka vodičů na jedné linii max. 1000 m Obrázek č. 9 : Zásady délek a vzdáleností 10

Při delší délce kabeláže by nebyl zaručen spolehlivý přenos telegramů. Delším vzdálenostem brání také elektrické parametry sběrnicového kabelu. 6.1 Kabely pro sběrnici Následující typy kabelů lze použít pro sběrnici Konnex TP1: Typ Konstrukce Kabeláž YCYM 2 2 0,8 Směrnice EIBA (založena na: DIN VDE 0207 a 0815) Pevná kabeláž: v suchých, vlhkých a mokrých místnostech, pro povrchovou montáž, zapuštěnou montáž, v trubkách. Venkovní: pokud je chráněna Žíly: červená (+KNX), černá (KNX), žlutá (nepřiřazena), bílá (nepřiřazena) před přímým zářením. J-Y (St) Y2 2 0,8 KNX Verze* DIN VDE 0815 (založena na: DIN VDE 0815) Žíly: červená (+KNX), černá (-KNX), žlutá (nepřiřazena), bílá (nepřiřazena) slunečním Pevná kabeláž: v suchých a vlhkých provozech, pro povrchovou montáž, zapuštěnou montáž, ve venkovních trubkách, v a pod omítkou. K jednotlivým přístrojům (účastníkům) se připojuje vodič CE+ (červený) a CE- (černý). Polarita vodičů nesmí být zaměněna! Obrázek č. 10 : Vodič pro TP1 7 Komunikace 7.1 Skupinová adresa Komunikace mezi účastníky se provádí pomocí skupinových adres. V nastavení ETS lze nastavit 2 úrovňovou ( hlavní skupina/podskupina) nebo 3 úrovňovou (hlavní skupina / meziskupina / podskupina) strukturu skupinových adres. Tyto skupiny mohou být použity např. podle tohoto schématu : hlavní skupina = podlaží meziskupina = profese (žaluzie, ventilační okna, osvětlení, vytápění,...) podskupina = funkce (žaluzie nahoru kvůli větru, centrální tlačítko nahoru / dolu,...) Zvolené schéma skupinových adres může být přenášeno do dalších projektů. 11

Aktory mohou být přiřazeny k více skupinovým adresám (jejich množství závisí na vnitřní paměti aktoru). Senzory mohou v rámci jednoho telegramu zasílat pouze do jedné skupinové adresy. Do jedné skupinové adresy mohou být připojeny pouze objekty o stejné velikosti. Jeden komunikační objekt může být přiřazen k více skupinovým adresám. 7.2 Příznaky Každý komunikační objekt má různé příznaky, které určují způsob jeho komunikace : COMMUNICATION Objekt má normální spojení se sběrnicí Telegramy budou přijaty, ale objekt zůstane beze změny READ Informace objektu lze přečíst přes sběrnici. Informace objektu nelze přečíst přes sběrnici. WRITE Tento objekt může být přes sběrnici pozměněn. Tento objekt nemůže být přes sběrnici pozměněn. TRANSMIT Objekt bude změněn a odešle odpovídající telegram. Objekt odešle jen při požadavku na čtení telegram s odpovědí. UPDATE Telegram bude interpretován jako povel k zápisu a hodnota objektu bude aktualizována. Telegram nebude interpretován jako povel k zápisu a hodnota objektu nebude aktualizována. 7.3 EIS typy EIS (EIB Interworking Standards) typy datových objektů. EIS typ Jméno objektu Velikost EIS 1 přepínač 1 bit EIS 2 stmívač 1 bit / 4 bity / 8 bitů EIS 3 čas 3 byte EIS 4 datum 3 byte EIS 5 hodnota 2 byte EIS 6 relativní hodnota 1 byte EIS 7 rolety 1 bit EIS 8 priorita/ kontrola 1 bit / 2 bit EIS 9 IEEE plovoucí 4 byte EIS 10 16 bit počítač 2 byte EIS 11 32 bit počítač 4 byte EIS 12 Přístup 4 byte EIS 13 ASCII znak 1 byte EIS 14 8 bit počítač 1 byte EIS 15 řetězec 14 byte 12

8 Telegram K přenosu informací používají účastníci datové telegramy. K přenosu telegramů dochází tímto způsobem : Pokud účastník potřebuje odeslat telegram, zjistí, zda po dobu t1 nebyl na sběrnici vyslán žádný telegram, t.z., zda po dobu t1 byla sběrnice volná. Poté účastník odešle svůj telegram a do doby t2 obdrží od dotčených účastníků potvrzení o příjmu. Pokud potvrzení nedojde nebo některý z účastníků odešle hlášení o chybě, může se odesílání telegramu v závislosti na jeho důležitosti až 3x opakovat. Toto potvrzení zajišťuje vysokou spolehlivost systému. Obrázek č. 11 : Potvrzení telegramu Telegramy jsou po sběrnici vysílány ve formě signálů 0/1, které se provádí změnou stavů napětí napětí přítomno / napětí nulové. Přenos jednotlivých signálů je symetrický, t.z., že záporný potenciál na plusovém vodiči (+) má svůj protějšek v kladném potenciálu na minusovém vodiči (-). Takto vzniká minimální napětí dumin až 14 V. V opačném případě při kladném potenciálu na plusovém vodiči (+) vzniká na minusovém vodiči (-) stejně velký, ale záporný potenciál. Takto vznikne u odesilatele napětí dumax až 34 V. Sběrnicové spojky reagují pouze na rozdíl potenciálů mezi vodiči sběrnice, nikoli na jejich napětí vůči jiným potenciálům, např. ochrannému vodiči. Obrázek č. 12 : Zasílání telegramů 13

8.1 Potvrzení telegramu Po odeslání telegramu očekává adresát potvrzení telegramu. Pokud potvrzení nedostane, opakuje odeslání telegramu až 3x. Požadavek na potvrzení zvyšuje spolehlivost systému. Obrázek č. 13 : Potvrzení telegramu 8.2 Struktura telegramu Telegram se skládá z informací o odesilateli a příjemci telegramu, z datového pole přenášející potřebnou informaci a z pomocných polí viz Obrázek č. 14. Obrázek č. 14 : Struktura telegramu 14

9 Účastník Ke sběrnici se připojují přístroje, které se nazývají účastníci. Účastníky lze rozdělit na senzory (vysílače) a aktory (přijímače). Každý účastník jako např. aktor pro ovládání žaluzií, kombinované čidlo a stmívač osvětlení, se principielně skládá ze 3 částí : sběrnicová spojka aplikační rozhraní aplikační modul Sběrnicová spojka obsahuje svorky pro připojení k 2-žilové sběrnici KNX. Druh účastníka určuje převážně aplikační modul (hardware). V případě aktoru pro spínání jde o relé, u čidla teploty se jedná o tepelně závislé odpory. Sběrnicová spojka převádí signály z aplikačního modulu do datového telegramu, který posílá na sběrnici. Tento telegram poté přijmou příslušné aktory, které tuto informaci převedou do srozumitelné formy pro aplikační modul osloveného přístroje. 10 Programování v ETS 3 Programování parametrů systému se provádí pomocí programu ETS. Základní pracovní obrazovka může vypadat takto : Obrázek č. 15 : Základní obrazovka 15

V pravé části okna se nachází specifikace veškerých účastníků (aktorů a senzorů) a jejich umístění dle dispozice objektu. U jednotlivých účastníků si lze nechat zobrazit všechny jeho komunikační objekty, které mohou být přiřazovány v rámci skupinových adres. Obrázek č. 16 : Přehled budovy se všemi zařízeními V levé části okna jsou uvedeny nadefinované skupinové adresy. Po rozkliknutí skupinové adresy lze spatřit přiřazení k jednotlivým komunikačním objektům jednotlivých účastníků. 16

Obrázek č. 17 : Obrazovka se skupinovými adresami Aby mohl program pracovat s účastníkem, musí se nejprve načíst specifikace tohoto zařízení z produktové databáze. Každý výrobce dodává ke svému zařízení svoji produktovou databázi. Z této databáze se poté importují jednotlivá zařízení do projektu. Obrázek č. 18 : Vyhledávání zařízení v katalogu výrobce Každé zařízení může být individuálně nastaveno. Toto se provádí ve vlastnostech zařízení. 17

Obrázek č. 19 : Změna parametrů zařízení 18