KNX (стандарт) - KNX (standard)

Логотип стандарта KNX

Плата-трансивер KNX от Elmos

KNX - это открытый стандарт (см. EN 50090 , ISO / IEC 14543 ) для автоматизации коммерческих и домашних зданий . Устройства KNX могут управлять освещением, жалюзи и ставнями, HVAC , системами безопасности, управлением энергопотреблением, аудио-видео, бытовой техникой, дисплеями, дистанционным управлением и т. Д. KNX развился из трех более ранних стандартов; Европейский Home Systems Protocol (EHS), BATIBUS и Европейский автобус Установка (EIB или Instabus ). Он может использовать витую пару (в древовидной , линейной или звездообразной топологии ), линии электропередач , RF или IP- каналы. В этой сети устройства образуют распределенные приложения, и возможно тесное взаимодействие. Это реализуется через модели взаимодействия со стандартизованными типами точек данных и объектами , моделируя каналы логических устройств.

Стандарт KNX

Стандарт KNX был построен на базе коммуникационного стека EIB на основе OSI, дополненного физическими уровнями , режимами конфигурации и возможностями приложений BatiBUS и EHS .

Установки KNX могут использовать несколько физических средств связи:

• Подключение витой пары (унаследовано от стандарта EIB. (Унаследованная ранее среда связи BatiBUS (TP0) больше не является частью спецификаций KNX).
• Сеть по линии электропередач (унаследованная от стандарта EIB. (Унаследованная ранее среда связи EHS (PL132) больше не является частью спецификаций KNX).)
• Радио (KNX-RF)
• IP (также называемый EIBnet / IP или KNXnet / IP)

KNX не основан на конкретной аппаратной платформе, и сеть может управляться чем угодно, от 8-битного микроконтроллера до ПК, в соответствии с требованиями конкретного здания. Наиболее распространенная форма установки - через витую пару.

KNX является утвержденным стандартом следующими организациями, ( среди прочего ):

• Международный стандарт (ISO / IEC 14543-3)
• Европейский стандарт ( CENELEC EN 50090 и CEN EN 13321-1)
• Стандарт США ( ANSI / ASHRAE 135)
• Китай Guobiao (GB / T 20965)

Он находится в ведении Ассоциации KNX cvba , некоммерческой организации, регулируемой бельгийским законодательством, которая была образована в 1999 году. По состоянию на 1 июля 2021 года Ассоциация KNX насчитывала 500 зарегистрированных членов-поставщиков оборудования и программного обеспечения из 45 стран. установочные компании в 172 странах и более 500 зарегистрированных учебных центров. Это открытый стандарт, не требующий лицензионных отчислений, поэтому доступ к спецификациям KNX не ограничен.

Архитектура KNX

KNX-устройства обычно подключаются по шине витой пары и могут быть изменены с помощью контроллера. Шина проходит параллельно с источником электропитания ко всем устройствам и системам в сети, соединяющей:

• Датчики (например, кнопки, термостаты, анемометры, движения) собирают информацию и отправляют ее по шине в виде телеграммы с данными;
• Приводы (диммеры, клапаны отопления, дисплеи) получают телеграммы данных, которые затем преобразуются в действия; а также
• Контроллеры и другие логические функции (контроллеры температуры в помещении, контроллеры жалюзи и др.)
• Системные устройства и компоненты (например, линейные соединители, магистральные соединители).

Классификация устройств как «сенсор» или «исполнительный механизм» устарела и упрощена. Многие приводы включают в себя функции контроллера, а также функции датчиков (например, измерение часов работы, количества циклов переключения, тока, потребления электроэнергии и т. Д.).

Прикладное программное обеспечение вместе с топологией системы и ПО для ввода в эксплуатацию загружается в устройства через компонент системного интерфейса. Доступ к установленным системам можно получить через локальную сеть, связь точка-точка или телефонные сети для централизованного или распределенного управления системой с помощью компьютеров, планшетов и сенсорных экранов, а также смартфонов.

Модель KNX

Ключевые особенности архитектуры KNX:

• Взаимодействующие и распределенные модели приложений для различных задач автоматизации зданий;
• Схемы для настройки и управления ресурсами в сети, а также для разрешения привязки частей распределенного приложения к различным узлам;
• Система связи с протоколом сообщений и моделями для стека связи в каждом узле (способная размещать распределенные приложения (общее ядро ​​KNX)); и
• Модели для реализации этих элементов при разработке реальных устройств, которые необходимо установить и связать в установке.

Приложения, взаимодействие и связывание

Центральное место в концепциях KNX архитектуры являются точки данных (входы, выходы, параметры и данные диагностики) , которые представляют собой процесс и управляющие переменные в системе. Стандартизированные контейнеры для этих точек данных - это групповые объекты и свойства интерфейсных объектов . Система связи предлагает сокращенный набор инструкций для чтения и записи значений точек данных. Точки данных должны соответствовать стандартизованным типам точек данных , которые сами сгруппированы в функциональные блоки . Эти функциональные блоки и типы точек данных связаны с полями приложений, но некоторые из них имеют общее назначение (например, дата и время). Доступ к точкам данных можно получить через механизмы одноадресной или многоадресной рассылки.

Чтобы логически связать точки данных приложений по сети, KNX имеет три основных схемы привязки: одну бесплатную, одну для структурированной и одну для привязки с тегами:

• При свободном связывании связи между точками данных не предписываются - в сочетании со свободной адресацией это поддерживает настраиваемую группировку многоадресной рассылки на уровне отдельных точек данных и является центральным элементом конфигурации S-режима (см. Ниже);
• В структурированном связывании спецификация KNX предусматривает точный шаблон для связывания всего набора точек данных, обычно соответствующих функциональному блоку или каналу (режимы кнопок следуют этой концепции);
• Тегированная привязка также предварительно структурирована моделями приложения, но числовое значение адреса является частью его значения.

Общий протокол ядра и сообщений

Общее ядро ​​располагается поверх физических уровней и уровня канала передачи данных, зависящего от среды, и используется всеми устройствами в сети KNX. Это совместимость с 7-уровневой моделью OSI:

• Общий уровень канала передачи данных, который находится над конкретными уровнями канала передачи данных для каждой среды, обеспечивает управление доступом и управление логическим каналом;
• Сетевой уровень (для узлов с функцией маршрутизации) предоставляет посегментно подтвержденную телеграмму ( кадр ) и контролирует количество переходов кадра;
• Транспортный уровень обеспечивает четыре типа связи: «один-ко-многим» без установления соединения (многоадресная передача), «один-ко-всем» без установления соединения (широковещательная рассылка), «один-к-одному» без установления соединения, с установлением соединения «один-к-одному»;
• (Уровни сеанса OSI и представления пусты); а также
• Прикладной уровень предлагает набор сервисов для прикладного процесса.

Режимы конфигурации

Установка должна быть настроена на уровне топологии сети и на отдельных узлах или устройствах. Первый уровень - это предварительное условие или фаза «начальной загрузки», предшествующая настройке распределенных приложений, т. Е. Привязке и настройке параметров. Конфигурация может быть достигнута за счет комбинации локальной активности на устройствах (например, нажатия кнопки) и активного обмена данными по управлению сетью по шине (одноранговая или более централизованная ведущая-ведомая).

Режим конфигурации KNX:

• подбирает определенную схему для настройки и привязки;
• сопоставляет его с выбранной схемой адресации; а также
• завершает все это выбором процедур управления и соответствием реализации ресурсов.

Некоторые режимы требуют более активного управления по шине, тогда как другие в основном ориентированы на локальную настройку. Есть три категории устройств KNX:

• Устройства A-режима или «Автоматический режим», которые могут настраиваться сами и могут быть установлены конечным пользователем;
• Устройства E-mode или «Easy mode», требующие базового обучения для установки: их поведение предварительно запрограммировано, но параметры конфигурации должны быть адаптированы к требованиям пользователя; или же
• Устройства в S-режиме или «Системном режиме», которые можно использовать для создания сложных систем автоматизации зданий : они не имеют поведения по умолчанию и должны быть запрограммированы и установлены специалистами.

KNX включает в себя инструменты для задач проектирования, таких как связывание серии отдельных устройств в работающую установку и интеграцию различных носителей и режимов конфигурации. Это воплощено в наборе программного обеспечения для инженерных разработок (ETS).

Устройства

Установка KNX всегда состоит из набора устройств, подключенных к шине или сети. Модели устройств различаются в зависимости от ролей узлов, возможностей, функций управления и режимов конфигурации, и все они указаны в профилях . Существуют также модели устройств общего назначения, например, для шинных соединительных модулей (BCU) или шинных интерфейсных модулей (BIM).

Устройства могут быть идентифицированы и впоследствии доступны в сети либо по их индивидуальному адресу, либо по уникальному серийному номеру, в зависимости от режима конфигурации. (Уникальные серийные номера присваиваются отделом сертификации ассоциации KNX.) При запросе устройства также могут раскрывать как конкретную ссылку производителя, так и функциональную (не зависящую от производителя) информацию.

Логическая топология и индивидуальное адресное пространство

Проводная сеть KNX может быть сформирована с использованием топологий « дерево» , « линия» и « звезда» , которые при необходимости можно смешивать; кольцевые топологии не поддерживаются. Для большой установки рекомендуется древовидная топология.

KNX может связать до 57 375 устройств с использованием 16-битных адресов.

• Восемь младших битов обеспечивают до 256 адресов в одной строке , которая может состоять из четырех сегментов , каждый из которых содержит не более 64 (TP1-64) устройств или до 256 (TP1-256) устройств. Каждый сегмент требует локального источника питания, а максимальная длина сегмента составляет 1000 м. (Фактическое количество поддерживаемых устройств зависит от источника питания и мощности нагрузки отдельных устройств.) Сегменты, связанные с линейными повторителями, могут иметь длину до 4000 м и соединять до 256 устройств.
• Линии могут быть сгруппированы в зону , при этом до 15 линий соединяются с основной линией через линейные соединители. Следующие четыре бита адреса используются для идентификации отдельных строк.
• Весь домен может быть сформирован из 15 областей, связанных магистральной линией с использованием магистральных соединителей, а четыре верхних бита адресного пространства идентифицируют область. (Повторители линий нельзя использовать на магистральных или магистральных линиях.)

Блоки связи позволяют фильтровать адреса, что помогает улучшить производительность с учетом ограниченной скорости сигнала шины. Установка на основе KNXnet / IP позволяет интегрировать подсети KNX через IP, поскольку структура адреса KNX аналогична IP-адресу.

Физическая среда передачи

TP 1

Шина витой пары TP1 (унаследованная от EIB) обеспечивает асинхронную символьную передачу данных и полудуплексную двунаправленную дифференциальную передачу сигналов со скоростью передачи сигналов 9600 бит / с. Контроль доступа к среде осуществляется через CSMA / CA . Каждый пользователь шины имеет равные права на передачу данных, и обмен данными происходит напрямую (в одноранговой сети) между пользователями шины. Электроэнергия SELV распределяется по той же паре для маломощных устройств. Устаревшая спецификация TP0, работающая на более медленной скорости передачи сигналов 4800 бит / с , была сохранена из стандарта BatiBUS, но продукты KNX не могут обмениваться информацией с устройствами BatiBUS.

PL 110

Передача по линии электропередачи PL 110 доставляется с использованием сигнализации с частотной манипуляцией с асинхронной передачей пакетов данных и полудуплексной двунаправленной связью. Он использует центральную частоту 110 кГц (диапазон CENELEC B) и имеет скорость передачи данных 1200 бит / с. Он также использует CSMA. KNX Powerline нацелен на интеллектуальную бытовую технику, но пока не пользуется спросом. Альтернативный вариант, PL 132, имеет центральную несущую частоту 132,5 кГц (диапазон CENELEC-C).

РФ

RF обеспечивает связь в диапазоне 868,3 МГц для использования частотной манипуляции с манчестерским кодированием данных .

IP

KNXnet / IP имеет интеграционные решения для носителей с поддержкой IP, таких как Ethernet (IEEE 802.2), Bluetooth , WiFi / беспроводная локальная сеть (IEEE 802.11), FireWire (IEEE 1394) и т. Д.

Обзор кадра (телеграммы)

Игнорируя любую преамбулу для специфичного для среды доступа и управления конфликтами, формат кадра обычно:

Безопасность

Телеграммы KNX могут быть подписаны или зашифрованы благодаря расширению протокола, который был разработан с 2013 года, KNX Data Secure для защиты телеграмм на традиционных носителях KNX TP и RF и KNX IP Secure для защиты телеграмм KNX, туннелируемых через IP. KNX Data Secure стал стандартом EN (EN 50090-3-4) в 2018 году, KNX IP Secure стал стандартом ISO (ISO 22510) в 2019 году.

Соответствие

Любой продукт, помеченный товарным знаком KNX, должен быть сертифицирован на соответствие стандартам (и, следовательно, совместим с другими устройствами) в аккредитованных сторонних испытательных лабораториях.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки

• Ассоциация KNX
• Ассоциация KNX (Великобритания)
• Ассоциация KNX (Австралия)
• Ассоциация KNX (Венгрия)
• Решения для интерфейса KNX