Протокол KNX

Данная статья выражает частное мнение специалиста по автоматизации (не KNX-интегратора), не имеет рекламного характера и не несет цели избыточной критики оборудования.

Содержание статьи:
1. Что такое KNX, для чего нужен, как работает, кто является основным покупателем такого решения.
2. Стенд из пяти устройств. Схема сборки, вид кабеля, шина KNX, сетевая топология.
3. Программа ETS5 для конфигурирования сети с оборудованием EiB/KNX. Как устанавливается и как работает.
4. Параметрирование стенда с устройствами через программу ETS5.
5. Стоимость оборудования.
6. Подробнее об оборудовании.

Что такое KNX, для чего нужен, как работает, кто является основным покупателем такого решения

KNX – это название стандарта, технологии и протокола обмена, применяемого в большинстве строений Европы, который обеспечивает информационный обмен между устройствами в жилых и офисных строениях. В странах Евросоюза оборудование KNX имеет приемлемую стоимость, что обеспечивает ему массовое использование. Кроме того, наличие автоматизированных систем, основанных на протоколе KNX, позволяет потребителям существенно экономить на обязательных страховых взносах, что также влияет на безопасное использование средств автоматизации дома.
В России оборудование с данным стандартом применяется в элитных решениях, обеспечивающих распределенное управление, где нужно применять включатели света с повышенными требованиями к дизайну и вложенным функциям, позволяет создавать надежные решения для ценителей эстетики и комфорта.
Протокол KNX (если иметь в виду сам протокол обмена по витой паре) – это событийный протокол, то есть посылка телеграммы в общую сеть происходит не циклически и не массово, а только тогда, когда это прописано в конфигурации взаимосвязанных устройств. Это позволяет при скорости обмена в 9600 бод обеспечить быстрое (до 60мс) прохождение сигнала от включателя света до релейного блока или диммера для включения нужной лампы или группы источников света. Данная скорость обмена между устройствами достигается за счет событийности, то есть линия большую часть времени «молчит» и воспроизводит какое-либо действие строго по сконфигурированному событию (например, нажатие на кнопку). Когда подается широковещательная телеграмма, те устройства, которые с ней связаны логически, реагируют.
Допустим, есть две кнопки с разных включателей. Предположим, что они будут нажаты "одновременно" (с разницей в несколько миллисекунд). Что произойдет на шине?
Вероятнее всего произойдет ситуация, когда одно из устройств пропустит телеграмму и не сможет ответить на полученный запрос. Однако устройство все равно сработает, так как любая телеграмма в протоколе ожидает подтверждения, и если его не получит, то осуществит повторную отправку.
В здании могут быть сотни устройств, которые находятся в единой сети. В этом случае высока вероятность одновременной подачи команд. Для этого в стандарте KNX предусмотрены маршрутизаторы, которые предназначены для маскировки определенных логических адресов. Это позволяет создавать крупные распределенные сети KNX и избегать коллизий.

Стенд из пяти устройств. Схема сборки, вид кабеля, сетевая топология

Проводной стандарт KNX четырехжильный, две витые пары с экраном. По двум жилам (красный/черный) происходит цифровой обмен между устройствами, по двум дополнительным жилам (белый/черный) осуществляется дополнительное питание устройств (опционально). Шлюз KNX – это не обычный USB-RS485 интерфейс. Важно понимать, что по цифровой шине (красный/черный) проходят не только телеграммы, но и передается напряжение 30В, необходимое для питания самих устройств, расположенных на шине.

 
Стоит отметить важную «фичу» данного протокола - это разъемы. Они самозажимные. Данные фишки вынимаются, что позволяет выкрутить для разъединения монолитные жилы. В связи с этим не стоит использовать кабельную продукцию, не предназначенную для использования в решениях KNX.
 

 
Топология сети. Особых ограничений для ветвлений сети KNX нет. Есть ограничение по длинам сегментов и в случае превышения этих параметров устанавливается дополнительный блок питания.
Данный стенд выстроен по топологии «ШИНА».
Слева-направо: KNX блок питания, диммируемый модуль, датчик качества воздуха, умная сенсорная панель.
 

Программа ETS5 для конфигурирования сети с оборудованием EiB/KNX. Как устанавливается и как работает

Для параметрирования стенда использовалась демонстрационная версия ETS5. Для полноценного использования данной программы с целью интеграции различных решений на профессиональной основе необходимо приобретать Dongle (ключевую версию) и проходить соответствующие курсы, иметь соответствующий сертификат.
Что делать в том случае, если этого всего нет, а провести опыт работы со стендом необходимо?
Самым правильным будет ограничиться проведением работ с небольшим количеством устройств (до пяти), скачать курсы обучения EKB, соединить устройства специальным кабелем и затем приступать к программированию устройств.

На вкладке «Обзор» размещается перечень проектов пользователя. Проект содержит в себе запрограммированные связи устройств, а также позволяет последовательно параметрировать каждое из устройств и прописывать в них логические связи (групповые адреса).

Вкладка «Системная шина» предназначена для работы со шлюзом (USB-интерфейсом), который будет необходим для связи с любым устройством в рамках сети.

Нужно отметить, что в данных каталогах представлены почти все известные на момент выпуска программы ETS5 устройства и производители. Данный каталог автоматически обновляется при наличии доступа в интернет. Также можно самостоятельно добавить устройства через вкладку импорта, если  нужное устройство отсутствует. Знающие люди подсказали, что если выбрать локализацию данной программы в Германии, то состав оборудования в каталогах будет более актуальный.

Вкладка «Установки» используется для более тонких настроек программы ETS5. Более подробно этот вопрос рассматривается в учебном курсе. В данной задаче все было выставлено по умолчанию.

Параметрирование стенда с устройствами через программу ETS5

На этом этапе стенд уже физически собран, все сегменты соединены, провода вставлены в разъёмы в соответствии с полярностью.
Для начала следует разобраться с адресацией. Все устройства, входящие в стенд, либо имеют адреса, которые не совпадают с проектом, либо являются одинаковыми. Потребуется загрузить в каждое из устройств сети свой адрес KNX. Обычно на каждом из устройств присутствует физическая кнопка, позволяющая перевести конкретное KNX-устройство в режим программирования. При переводе устройства в режим программирования загорается красный светодиод и появляется возможность загрузить текущую прошивку и адрес с программы ETS5, заменив, таким образом, любые предыдущие настройки. Программированием это можно назвать весьма условно. Скорее, это привязка входящих в устройство признаков или переменных. Необходимо уточнить, что одновременно два устройства переводить в режим программирования недопустимо, действовать следует последовательно, по одному, иначе есть риск получения в сети двух устройств с одинаковыми адресами, что неизбежно повлечет нарушения в работе сети.

 
Порядок программирования устройств

1. Задание адреса шлюзу. Заходим на вкладку «Системная шина» и задаем там необходимый адрес. По устоявшимся традициям это 1.1.255. Присутствует кнопка «Тест», которая позволяет проверить уникальность присвоенного адреса. Если он не уникален в сети и есть повторы, использовать данный интерфейс будет невозможно.

2. На вкладке «Обзор» создаем новый проект и добавляем из каталога устройства, которые максимально совпадают с нашими по моделям и версиям прошивок.
 

3. Далее, активируя нужные нам опции устройств, параметрируем их и загружаем в них начальную программу. В режим программирования устройства переводятся при помощи специальной кнопки, размещенной на корпусе.

4. После того, как все входящие в сеть KNX устройства будут иметь уникальные адреса, начинаем формировать логический уровень или групповые адреса, перетаскивая в них (drag&drop) опции или функции устройств внутрь групповых адресов. Таким образом, совмещаются причина (например, кратковременное нажатие на кнопку) и следствие (включение реле на диммируемом модуле).

 
Используя различные комбинации между инициатором команды и устройством, которое эту команду реализует, получаем схему управления помещением в соответствии с техническим заданием. После внесения изменений делаем частичную загрузку выбранной логики в устройства.

В итоге при нажатии кнопки Button1 замыкается реле OUTPUT A.

Разберем конкретный пример.
Необходимо сделать так, чтоб на панели отображался уровень CO2.
Параметрируем опцию, связанную с датчиком качества воздуха и параметром СО2 так, чтоб 1 раз в 10с значение направлялось в шину.

 
Также на экране панели необходимо запараметрировать место для отображения этого значения. Связываем оба этих значения в групповом адресе, загружаем и видим значение на панели.

 
В левом углу панели выведено значение СО2

5. В программе ETS5 присутствует удобное средство для диагностики прохождения сигналов, каждую телеграмму и ответ можно увидеть в истории обмена.

Так выглядело оборудование, выданное для тестирования.

Про стоимость.

Обычно стоимость оборудования зависит от целого ряда факторов и те цены, которые указаны на сайтах, - это розничные цены. Цена обычно формируется с привязкой к курсу доллара, а также к политическим и эпидемиологическим причинам страны поставщика. Также стоимость отдельных компонентов может зависеть от объема заказа. В общем, цены здесь выложены для примера. За более точной стоимостью нужно формировать запрос к поставщику.

1. Шлюз обмена с ПК USB Interface BNUS-00/00.1 – 13132р
2. Сенсорная панель с 6-ю физическими кнопками GVS серии WaltzTouch – 39387р
3. Датчик качества воздуха GVS Quality Sensor V2 – 33621р
4. 4-х канальный модуль управления 1-10V GVS Dimming Actuator 4-fold – 16500р
5. Блок питания KNX KP/D 30.640.1 – 17784р
Такая стоимость была объявлена в ноябре 2022 года и на данный момент может отличаться.

Более подробно про оборудование

USB Interface BNUS-00/00.1
Данное устройство предназначено для конфигурирования устройств, размещенных на шине KNX. Используется как точка входа в программу ETS5. Без подобного шлюза невозможно приступить к настройкам устройств KNX. Установки драйверов не требует и подключается к системе автоматически.
Проводился опыт подключения к шине KNX через другое ПО, а именно SCADA PCVUE14, но неудачно. Не вышло подобрать идентификатор устройства и программа просто не видела шлюз

 
Сенсорная панель с 6-ю физическими кнопками GVS серии WaltzTouch

Приятное по своей эстетике изделие. Кнопки обладают подсветкой, что отражает статус включения в группе (включено или выключено). Контрастный дисплей с хорошим разрешением. Можно разместить достаточно много информации, например параметры воздуха. По факту обычный шестикнопочный включатель превращен в мини HMI, для отображения текущей информации и управления зонами освещения на объекте

 
Датчик качества воздуха GVS Quality Sensor V2

Интересное интеллектуальное устройство, по показаниям которого можно мониторить пять самых различных параметров. Имеет монохромный дисплей на корпусе прибора, где чередуются показатели качества воздуха.

Датчик имеет два разъема: питание с шины KNX + разъем дополнительного питания.

В ходе подключения был сделан замер следующих параметров:

- Температура (показывало 25.4 С)
- Относительная влажность (показывало 38.2%)
- Показатель вредной органики в воздухе VOC (показывало 1.29 mg/M3)
- Показатель СО2 (показывало 1534 PPM)
- Содержание в воздухе сверхмелких частиц PM2.5, менее 2.5 микрометров (показывало 15 mg/M3)
А вы задумывались когда-либо о качестве воздуха в своем жилом помещении?

 
1-10V GVS Dimming Actuator 4-fold

С данным блоком полностью разобраться, к сожалению, не удалось. По схемам  требовалось подключать диммерные блоки EVO, в наличии их просто не оказалось. Светодиодами 12VDC поуправлять также не получилось, так как сам блок не активный и не выдает напряжение. Реле работали замечательно. Хорошие крепкие винты и большие гнезда для зажимов проводников.

Блок питания KNX KP/D 30.640.1

Работает хорошо, на экстремальных режимах блок не использовался.

Хотелось бы выразить благодарность компании Смарт-балт за предоставленное оборудование.
 

#устройствоknx, #сетьknx, #адресknx, #программаets5, #оборудованиеknx, #шинаknx