Что такое KNX и его роль в освещении

Зачем нужен и где используется KNX?

KNX – это международный стандарт, регламентирующий организацию единой системы автоматизации здания. Система объединяет управление освещением, отоплением, кондиционированием и вентиляцией, охранно-пожарной сигнализацией, видеонаблюдением, а также другими техническими подсистемами.

Обязательная стандартизация всего используемого оборудования обеспечивает полную совместимость продукции различных производителей. При разработке и реализации проектов всегда применяется единое программное обеспечение – Engineering Tool Software (ETS).

Протокол KNX универсален. Он используется в квартирах и частных домах для создания систем “Умный дом”. А также служит основой при выполнении автоматизации офисных и торговых центров, государственных учреждений, промышленных предприятий и многих других объектов.

Управление освещением осуществляется при помощи стандартного оборудования KNX или посредством интеграции с системами DALI и DMX. Можно создавать разнообразные сценарии освещения, группировать осветительные приборы и управлять каждой группой по отдельности.

Структура и принцип работы KNX

Главной особенностью технологии KNX является ее децентрализация. В системе нет центрального мастер-контроллера. Управляющие и исполнительные устройства взаимодействуют через общую цифровую шину с двунаправленным обменом данными. Децентрализованная структура значительно повышает системную отказоустойчивость. При выходе из строя отдельных элементов и сегментов, система продолжает функционировать в штатном режиме.

Физический уровень передачи информации

Обычно для передачи и приема данных используются проводные линии связи. Существует стандартизированный вариант информационного обмена по радиоканалам. Но он применяется крайне редко.

Стандарт допускает прокладку только сертифицированного для систем KNX сигнального кабеля типа “витая пара”. На оригинальной кабельной продукции обязательно нанесен логотип KNX. Наружная изоляция стандартно окрашена в зеленый или реже белый цвет. Кабель продается в бухтах длиной 100, 250 и 500 метров.

Кабель TP1

Конструкция состоит из двух витых пар со сплошными медными проводниками 2 x 2 x 0,8 мм, экрана из фольги, медной оплетки, внешней изоляционной оболочки LSHF (малодымной, не распространяющей горение). Красный и черный провода задействуются для передачи цифровых данных, а белый и желтый – для удаленного электропитания некоторых устройств или резерва.

Кабель 1 Pair

Аналогичное решение только с одной витой парой. Отличается меньшим весом и лучшей гибкостью.

Физическая топология шины KNX может организовываться по трем различным вариантам:

Линейная

Древовидная и звездообразная

Логический уровень

На логическом уровне происходит обмен данными между оборудованием, подключенным к двухпроводной шине. Для системы освещения это:

• Управляющие элементы – клавишные выключатели, датчики движения (освещенности), настенные панели, дистанционные пульты.
• Исполнительные элементы – контроллеры, диммеры, драйверы, светильники.

При программировании созданной KNX сети все системные устройства получают уникальные физические адреса. Можно назначать групповые адреса исполнительных элементов, объединяемых по функциональному назначению и типу. Такое решение позволяет управлять всей группой путем отправки одной команды.

Адресация в больших, территориально разнесенных сетях организуется по принципу “устройство-сегмент-линия-область”. Сегмент объединяет до 64 устройств. До четырех сегментов могут объединяться в линию. Одна область может состоять из 15 линий.

Возможно объединение нескольких областей:

Взаимодействие аппаратных средств внутри системы осуществляется информационными пакетами со скоростью 9600 Бит/сек. Протоколом KNX предусмотрен различный формат и видов передаваемых данных. Длина пакетов может достигать 23 Байт. Время их передачи варьируется в пределах 20-40 мс. Пакетная структура состоит из адресов отправителя и абонента (группы), контрольной суммы и самих данных.

Доступ устройств к цифровой шине данных осуществляется по технологии CSMA/CA. В каждом временном промежутке возможна передача пакета только от одного сетевого элемента. Такое решение исключает конфликт доступа, ведущий к чрезмерным потерям пакетной информации.

Предположим, что пользователь нажимает на клавишу выключателя освещения или срабатывает датчик движения. В обоих случаях управляющие устройства формируют пакет с определенной командой и отправляют его на адрес исполнительного устройства (или группы).

Адресат проверяет принятые данные путем сравнения принятой контрольной суммы и расчетного значения. Если все в порядке, то он подтверждает получение “телеграммы” посылкой ответного сигнала квитирования. При обнаружении ошибок отправляется соответствующая квитанция. И отправитель производит повторную передачу пакета. Такая процедура повторяется до трех раз.

Требования к структуре сети KNX

При проектировании системы необходимо учитывать ряд требований к ее организации:

• Максимальная длина линейного сегмента – 1000 метров.
• Расстояние между блоком электропитания и наиболее удаленным устройством – не свыше 350 метров.
• Расстояние между двумя элементами сети – до 700 метров.
• Главная линия всегда комплектуется отдельным блоком питания.

Оборудование KNX для систем освещения

Спецификация стандартизованного оборудования KNX, используемого при создании осветительных систем любого масштаба и сложности, довольно обширна. Она подразделяется на три основных категории:

1. Системные компоненты – предназначены для монтажа, настройки, конфигурирования и обеспечения работоспособности сети.

• Блоки электропитания.
• Линейные соединители.
• Интерфейсные модули.
• Роутеры и повторители.

2. Исполнительные компоненты – выполняют команды, принимаемые от устройств управления. Их состав зависит от масштаба конкретного проекта. Например, системы “Умный дом” небольшого коттеджа или комплексной автоматизации крупного завода.

• Актуаторы (специальные приборы, предназначенные для управления электрическими нагрузками).
• Релейные блоки.
• Модули ввода-вывода.
• Шлюзы для сопряжения с системами DALI и DMX.
• Диммеры.
• Контроллеры.
• Диммируемые драйверы и блоки питания.

3. Управляющие элементы – формируют команды, инициируемые в ручном или автоматическом режиме работы.

• Клавишные выключатели.
• Сенсорные и кнопочные настенные панели.
• Датчики движения и освещенности.
• Электронные таймеры.
• Дистанционные пульты с инфракрасным или радиоуправлением.
• Смартфоны или планшеты со специализированным ПО.

В состав системы может входить любое светотехническое оборудование:

• Светодиодные светильники, прожекторы, люстры с лампами или встроенным светодиодным модулем и COB-матрицей.
• LED лента.

Схема освещения по стандарту KNX

Для примера приведем несложную схему организации осветительной системы в квартире и частном доме:

Достоинства и недостатки KNX

Важные плюсы

• Универсальность применения в сочетании с высокой масштабируемостью сети. Возможна установка системы на любых объектах без ограничений.
• Открытость стандарта с поддержкой единого ПО и протокола связи. Можно комплектовать систему сертифицированным оборудованием разных производителей без оглядки на его совместимость.
• Интеграция с аппаратными средствами других стандартов при помощи специальных шлюзов.
• Простота управления всеми функциональными подсистемами по удобному интерфейсу.
• Высокий уровень надежности и стабильности в работе.
• Экономия электроэнергии и расходов на ее оплату благодаря высокой энергоэффективности системы KNX. Оптимальные рабочие режимы оборудования освещения, отопления, кондиционирования (и многого другого) задаются пользователем. Автоматика контролирует работу сети и регулирует режимы по заданным параметрам (допустимый диапазон, присутствие и отсутствие людей в помещении, время суток и другие).
• Повышенная комфортность для людей, проживающих в квартирах и коттеджах, работающих в офисах и на предприятиях.

Значимые минусы

• Дороговизна покупки сертифицированного оборудования KNX и кабельной продукции. Поскольку все это импортная продукция.
• Сложность и высокая стоимость монтажа, наладки, программной настройки и обслуживания.
• Возможное ограничение общей функциональности системы из-за ограниченного функционала аппаратных средств конкретного производителя.