Практическо въведение в KNX

В тази статия ще се опитаме да представим KNX за начинаещите в областта на домотиката и електрическите инсталации. Без да се представяме за гуру специалисти в KNX системите, основната ни цел тук ще е да въведем базовите принципи, които да позволят на ентусиастите на DIY да си изяснят от какво се състои тази архитектура за сградна автоматизация и за тях ли е.

Какво е KNX

KNX е стандарт за комуникация между устройства по усукана двойка, който се прилага в сградната автоматизация и индустрията. В не много по-различна версия съществува от 1984 г. под името EIB. През 1990 по инициатива на производителите на оборудване, KNX обединява под един стандард EHS, EIB и Bâtibus стандартите, а през 1999 г. е създадена KNX асоциацията, която го развива.

Силните страни?

KNX е утвърден и зрял стандарт, възприет от много големи производители в областта на крайното електроразпределение и автоматизацията – ABB, Siemens, Hager, Schneider Electric,… т.е. независим от производителя стандарт. Дизайнът на всеки продукт от независимо кой производител, трябва да се съобразява стриктно със спесификациите за да бъде сертифициран по KNX, като всеки нов продукт преминава серия тестове. Това води до качествени продукти, които независимо от марката могат да работят в една система. В момента има над 6000 KNX продукта, които изпълняват всички възможни функции за управление и детекция в една сграда.

Друга силна страна на KNX е разпределената логика – вместо един централен «мозък« да управлява всичко, много интелигентни продукти комуникират по между си. Така системата остава оперативна когато има повреден компонент.

Недостатъците?

Цената на компонентите, която отговаря на качеството и възможностите. Ако избирате добре продуктите си, накрая това което е изглеждало невъзможно може да се окаже достижимо. Накратко: с KNX си плащате здраво, но рядко ще има разочарования.

Първоначалната инвестиция е голяма. За разлика от безжичните системи като Zwave, тук не може да изграждате системата постепенно. Всичко се планира и прави наведнъж – от окабеляването до пуска, но пък системата е добре проектирана.

По тази причина въвеждането на KNX системи е подходящо при новостроящи се сгради или при основни ремонти, при които се подменя електрическата инсталация.

Реалността

Ще илюстрираме принципа на работа и порядъка на стойността на системата чрез следният „case study“.

Колко струва да светнем лампа с KNX?

Дори за толкова просто действие ще имате нужда от няколко задължителни устройства. Ето ги заедно с цените им:

лампа с работеща крушка (вероятно имате поне една у вас) ;
KNX задействащ модул (actuator), който ще включва и изключва лампата – започват от 50 лв ако купите повече от 10
осветителен ключ : KNX ключ, или класически моностабилен импулсен ключ, зад който се включва KNX микромодул – най-простите KNX ключове започват от 80 лв.
захранване 30V KNX: то е доста специфично. Захранва всички KNX модули по комуникационния кабел KNX (внимание, не става дума за силовото захранване за което си има традиционни кабели, а само за KNX модулите – вижте точка 5). Тук цените експлоадират неясно защо – 300лв за захранващ блок за малка инсталация, но по-скоро смятайте 400 лв.
комуникационен кабел по стандарт KNX (или друга усукана двойка), който свързва всички KNX устройства (ключ, задействащ модул и захранване) – 0,80 лв./m
стандартен мостов проводник или трижилен кабел за силовото захранване на лампата с 220 V.
автоматични прекъсвачи за защита на силовите линии

За да е пълна картинката на разходите, трябва да сложим и цената на лиценза на софтуера за адресация и настройка на KNX модулите – това ще разгледаме малко по-надолу.

Цени на KNX компоненти

Ето схемата на свързване :

Опростена схема на KNX система в умен дом

Обяснения по схемата

Захранването KNX преобразува 220v в 30v и чрез зеленият KNX кабел захранва KNX модулите. KNX кабелът служи и за комуникация между модулите, всеки от които може да получава и изпраща информация, както и да интерпретира тази информация спрямо заданието си.

В нашия пример, когато натиснем ключа KNX той ще изпрати команда за включване ‘ON’ по KNX кабела. Всички свързани модули ще получат командата ‘ON’, но само задействащият модул, който е програмиран да изпълнява командите на точно този ключ, ще и обърне внимание и ще я изпълни.

Автоматичните прекъсвачи се свързват винаги преди изпълнителните устройства KNX. За предпочитане е KNX захранването да се защити с отделен прекъсвач.

Малките черни и червени клеми с полярност са специфични за KNX продуктите и се прозвеждат от WAGO. На тях се свързва зеленият кабел KNX, като сте напълно свободни да правите свързването като решите, стига да спазвате полярността – паралелно, серийно, в звезда… Важно е никога да не правите затворен кръг с кабела KNX !
Клеми WAGO за KNX инсталации
Тази свобода на свързване позволява да прокарате кабелите както решите в дома си. Дори може да си купите отделно клеми на WAGO и да ги използвате като сплитери където ви трябва.

Софтуер за програмиране ETS

KNX модулите трябва да се програмират и тук портмонето рискува да олекне!

Програмирането се извършва със задължителния софтуер ETS на асоциацията KNX.org, чийто легално закупен лиценз струва около 1000€! За малки системи се предлага лимитирана версия ETS lite за 200€. Тя ви позволява да създавате проекти за до 20 модула. Има и безплатна версия работеща с до 5 модула

Трябва да добавите и цента на интерфейсен модул между компютъра и KNX (USB или Ethernet) 300лв. Той служи за програмиране през ETS, както и за да свържете системата си към интерфейс за мониторинг на PC или към контролер/web сървър за домашна автоматизация.

Архитектура на система KNX

С KNX се осъществяват всички функции в управлението на един умен дом или сграда – осветление, отопление и климатизация, сигурност и аларми, енергийна ефективност. Управлението може да е локално или дистанционно – през интернет, смартфон или таблет. Архитектурата на функционална KNX система включва:
Датчици (движение, присъствие, пожар, CO, осветеност, температура и др.);
KNX бутони, ултратерминали, бинарни входове …;
Изпълнителни задействащи KNX устройства (релейни изходи, контактори, димери,…);
Системни компоненти (KNX захранващи блокове, интерфейсни и гейтуей модули);
Програми за визуализация и контролери – служат за web съвър, връзка с интернет, мониторинг, отдалечено управление посредством приложения или browser, настройка на сценарии, събития, нотификации. Контролерите служат и за интеграция на Ethernet (видеонаблюдение, мултимедия) и други протоколи, така че да се получи една единна система.

KNX сензори и ултратерминали

Датчици

Те подават входяща информация в системата (Inputs) за състоянието на различни физични величини или за настъпване на някакво събитие. Предлагат се всички възм

Бинарни входове за умен дом
Дискретни входове (binary inputs), 8 канала. Превръщат сигнал от бутони, стандартни датчици и всеки друг вид сух контакт в KNX команди (телеграми).
KNX датчици за CO2, температура, движение и метео станция
KNX бутони и терминали за управление

Бутони,
управляващи терминали

Те също подават входяща информация в системата (Inputs), вследствие на действие на потребителя – натискане на бутон за осветление, димиране, настройка на температура от термостат, спускане на щори и т.н.

Това са видими елементи, които имат директно отношение към интериорния дизайн. Избор нe липсва – най-дизайнерските модели на големи производители като Legrand, Siemens, Schneider се предлагат с KNX вариант, а специализирани марки като Jung и Gira предлагат невероятни ключове и управляващи панели за вграждане.

За разлика от стандартните инсталации тук концепцията за управляващи бутони позволява много по-голяма гъвкавост, поради простото окабеляване (един единсвен KNX контролен кабел). Вместо едининчни или серийни ключове, могат да се инсталират истински пултове за централизирано управление, които да се конфигурират за задействане на желаните устройства в дома. Например от един модул с бутони в хола, може да се пусне локалното осветление, но също и да се намали или увеличи температурата, да се включи осветлението в двора, а защо не и да се отключи външната врата.

KNX изпълнителни устройства

Те извършват физически нужното действие – превключване на контакт, димиране и т.н. Ще ги срещнете с различни названия на български – изпълнителни у-ва, задвижващи у-ва или KNX задвижки.

Дискретни изходи

Това са превключващи устройства (switching actuators) с релейни или транзисторни изходи, през които се включват различни товари – осветление, отпление и др. Обикновено модулите за DIN релса са между 2 и 20 канала. Всеки канал е дискретен изход който се управлява отделно чрез съобщения по KNX кабела. Изходите имат комутационна способност до 6А за транзисторните и 10 или 16А за релейните. За превключване на по-големи мощности, модулите се използват заедно традиционни контактори.

Съществуват и switch actuators за управление на трифазни товари, за скоростта на вентилатори и др.

Дискретни изходи за KNX Bus - 20 канала
KNX задвижки за димиране, щори, отопление и сирени

Други изпълнителни у-ва

Освен дискретните изходи се предлагат и модули за димиране на осветление, управление на ролетки, ролетни врати и щори, управляващи механизми за отопление (например контрол на радиатори), сирени и много други. Съществуват и KNX интерфейсни модули за отопленителни инсталации, чрез които може да управлявате газови котли, термопомпи и т.н.

KNX интерфейс за Daikin
KNX интерфейсен модул за климатици на Daikin

KNX системни компоненти

Захранващи блокове

Те са за 160mA, 320mA и 640mA. За да бъдат сертифицирани, максималната консумация на модулите KNX трябва да е по-малка от 10mA. Следователно захранване 160mA може да захрани 16 модула, 320mA захраване – 32 модула и 640mA съответно 64 модула. Ако бюджетът позволява, купете директно 640mA – в една къща доста бързо се стига до 64 модула. Ако системата ви изисква повече от 64 модула, се използват съединители на линии (Bus coupler).

На някои захранвания могат да се видят освен стандартните червена и черна клема, допълнителни бяла и жълта клема. Това е вторично захранване предназначено за KNX модули, които поради фунционалността си имат по-голяма консумация от 10mA. Типичен пример са IP интерфейсните модули, които имат и клеми за допълнително захранване. KNX кабелът също има бял и жълт проводници, които се използват само за вторично захранване засега, но и са като резервни за бъдещи промени в стандарта.

Някои захранващи блокове пък имат 2 комплекта червени и черни клеми и могат да захранват две различни линии. Въпреки това пак трябва да се използва съединител на линии.

Захранващи блокове KNX за системи за умен дом
KNX съединители на линии и IP рутер

Съединители на линии (Bus Couplers)

Те служат за да свържат две KNX линии. Една линия е съвкупността от взаимо-свързани KNX модули. Всяка линия може да има до 64 точки (KNX модула). Когато имаме мовече от 64 модула ги разделяме в отделни линии, между които се слага съединител за да могат линиите да комуникират по между си. По този начин, съобщение (телеграма) изпратено от модул в линия 1 (захранена от захранващ блок 1) ще достигне до модулите в линия 2 (захранени от захранващ блок 2).

Съединителите служат и за йерархизиране на отделни електрически линии. Позволяват и да се намали трафика на данни в цялата система като се филтрират само нужните съобщения (телеграми) между линиите, чрез филтърна таблица, която се съставя автоматично или се задава ръчно в ETS.

Съществува и съединител на линии през IP мрежи, който се нарича IP KNX Coupler или KNX IP Router. Той служи за комуникация между две сгради, всяка от които има KNX инсталация и когато единствената възможна физическа връзка е ethernet мрежа. Така се създава IP тунел, в който преминават KNX съобщенията от линията в едната сграда към линията в другата.

Интерфейс за връзка с компютър

За да се свърже KNX системата към компютър за конфигурация през ETS софтуера или за визуализация, се изполвват IP или USB интерфейсни модули.

knx IP USB интерфейс с компютър

KNX визуализация и отдалечен контрол
интеграция с други мрежи

Осъществява се със специализирани контролери или с PC и съответен софтуер. И в двата случая функционалността включва web сървър с графичен интерфейс, който позволява отдалечено управление през интернет браузер, като всички сериозни производители предлагат и клиентски предложения за iOS и Android.

Критерии за избор

Изборът на платформа за визуализация и управление е много важен защото както цената, така и времето за усвояване на възможностите може да са значителни. Ето основните въпроси за да изберете правилно:

  • Нужната функционалност и разширяемост. Дали ще управлявате само KNX устройствата или системата ви за умен дом ще включва видеонаблюдение, интерком и SIP телефония, умни устройства поддържащи други портоколи (например безжичните мрежи Zigbee и Z-wave), мултимедийно управление на видео и аудио?
  • Отвореност и поддръжка. Искате ли да познавате напълно ситемата си и да я развивате сами или тя ще е „черна кутия“, която ще се инсталира и поддържа от системен интегратор или друг външен доставчик?
  • Цена

Постепенно ще разгледаме основните платформи.

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *