Введение
В мире автоматизации зданий стандарт KNX стал ведущим протоколом для надежного и эффективного управления инженерными системами. При освоении системы KNX одним из ключевых понятий является топология — структура, определяющая, как организованы и соединены компоненты системы KNX. В данном ролике мы рассмотрим важные аспекты топологии KNX, это поможет более грамотно подходить к реализации систем Умного дома.
Децентрализованная система
Система KNX характеризуется отсутствием центрального контроллера, управляющего работой всего Умного дома. Это децентрализованная структура, в которой устройства независимо друг от друга обмениваются данными по шине KNX с помощью специальных стандартных сообщений, называемых телеграммами. А как именно они это делают расскажем далее.
Среда передачи данных
Существует четыре среды передачи данных между устройствами:
- Витая пара - проводная линия KNX TP (TP от "Twisted Pair")
- Беспроводная связь — радиолиния KNX RF (RF от "Radio Frequency")
- Ethernet и протокол KNX IP
- И последний тип, который уже не используется, но на старых объектах может встречаться - Силовая линия и протокол KNX PL (PL от "Power Line")
Самой распространенной средой передачи данных и наиболее надежной является витая пара KNX TP, и именно на ней будет сосредоточено внимание в данном ролике.
Коммуникация в KNX TP
Устройства в линии KNX TP обмениваются данными шине, и от нее же получают питание. Исходя из выполняемых функций, можно выделить следующие типу KNX устройств:- Сенсоры - это устройства, которые подают команды в шину KNX. Сюда относятся кнопочные модули и сенсорные панели, различные датчики, погодные станции, устройства бинарных и аналоговых входов и т.п. По сути, это устройства, которые превращают воздействия из внешнего мира в команды для шины KNX.
- Актуаторы - это устройства, которые выполняют команды, полученные из шины KNX. Само слово актуатор означает "исполнительное устройство". Но из-за краткости англоязычный термин получил широкое распространение. Сюда можно отнести всевозможные реле, диммеры, шлюзы, устройства для управления фанкойлами и приводами отопления, модули аналоговых выходов и т.п.. По сути, это устройства, которые превращают команду из шины KNX в воздействия на внешний мир.
- Контроллеры - это устройства, выполняющие логические функции, преобразования типов данных, создающие различные расписания и т.п.
- Ну и конечно, чтобы система функционировала нужны Системные устройства - сюда относятся блоки питания шины KNX, различные интерфейсы, повторители и соединители линий.
Минимальный набор компонентов для создания работоспособной системы KNX TP должен включать в себя следующее: сенсор, чтобы подавать команды, актуатор, чтобы эти команды выполнять, блок питания шины, чтобы устройства KNX могли работать, ну и шинного кабеля, чтобы связать все устройства в единую систему для обмена командами и подачи питания.
Кабель KNX
Кабель шины KNX состоит из четырех жил — двух витых пар. Проводники имеют диаметр 0,8 мм, что соответствует сечению чуть более 0,5 мм квадратных. Основная витая пара, по которой происходит обмен данными и осуществляется питание устройств, состоит из проводов черного и красного цвета. Соответствующую цветовую маркировку имеют и клеммы на устройствах KNX для подключения этой витой пары. Дополнительная витая пара образована проводниками с белой и желтой изоляцией. Эта пара используется для подключения дополнительного низковольтного питания к некоторым устройствам, либо не используется вообще и оставляется в качестве резерва. Все четыре жилы скручены и находятся в экранированной оплетке, а внешняя изоляция кабеля имеет зеленый цвет. Сертифицированные кабели маркируются логотипом KNX. Такие кабели вы можете приобрести в интернет-магазине KNX24.com.
Источники питания
Источники питания KNX имеют выходное напряжение 29 В постоянного тока. В отличие от обычного блока питания, эти блоки имеют дроссель (т.е. катушку индуктивности) на выходе, а также ограничение тока короткого замыкания. Устройства в шине KNX работают при напряжении от 21 до 30 В постоянного тока. Источники питания различаются по выходному току, например, Zennio ZPSU640 имеет выходной ток 640 миллиампер. Количество устройств, питающихся от одного источника, зависит от энергопотребления каждого устройства. В случае необходимости, в линию можно подключить еще один источник питания, следуя ограничениям и рекомендациям производителей.
Дроссели
Дроссель является неотъемлемым компонентом блока питания KNX. Так как участвует в передаче команд по шине KNX TP, поэтому без него работа шины будет невозможна Однако, он может устанавливаться и как отдельное устройство, чтобы превратить обычный блок питания 24В в блок питания шины KNX, но необходимо учитывать характеристики этого блока, такие как выходной ток, защиту от короткого замыкания и перегрузки.
Ограничения по длине кабеля
Длина кабеля между устройством шины и источником питания KNX не должна превышать 350 м, а между двумя устройствами — 700 м, при условии, что блок питания размещен посередине это расстояния. Максимальная суммарная длина шинного кабеля в одном сегменте линии может достигать 1 000 м.
Топология системы KNX TP
Базовым элементом структуры системы KNX TP является линия, в которой может быть до 256 устройств, включая сенсоры, актуаторы и как минимум один источник питания. Линия может иметь топологию “шлейф”, “звезда” или “дерево”. Используя разные комбинации вариантов соединения устройств можно оптимизировать расход кабеля ещё на этапе проектирования, а также упростить монтаж, применяя стандартные клеммы KNX.
Кольцевая топология не используется в системах KNX.
Ограничения по количеству устройств
До 2018 года включительно, в одном сегменте линии могло работать не более 64 устройств. Это число увеличивалось с помощью линейных повторителей, которые добавлялись в основной сегмент. Они позволяли сделать до четырёх сегментов по 64, что в сумме позволяло заполнить всё адресное пространство для одной линии. При этом каждый сегмент имеет свой отдельный блок питания, максимальная длина кабеля также подсчитывается отдельно в каждом таком сегменте. В 2019 году максимальное количество устройств в одном сегменте линии было увеличено до предельно возможного значения - 256. Это количество подходит для автоматизации частного дома или небольшого офиса. На практике количество устройств в одной линии будет сильно зависеть от возможностей блока питания, учитывайте это при проектировании систем.
Расширение линий
При необходимости бОльшего количества устройств, к основной линии можно подключить дополнительные линии, используя линейные соединители. Структура, включающая, так называемую, главную линию и до 15 вторичных линий, является областью. В каждой вторичной линии может быть максимум 256 устройств, включая линейный соединитель, а в главной линии — до 255, но обычно эта линия остается свободной от устройств и служит только для для связи между другими линиями. Таким образом. В одной области можно установить более 4 000 шинных устройств, причем каждая линия требует отдельного источника питания.
Сложные KNX инсталляции
В больших офисных зданиях, общественных сооружениях или гостиницах может потребоваться еще более сложная структура. До 15 областей можно объединить между собой с помощью так называемой магистральной линии. В таком случае в каждой области на главную линию следует установить по одному магистральному соединителю (иногда называемому соединителем областей). Магистральная линия поддерживает до 255 устройств. Таким образом при максимальном заполнении всех линий в одном проекте KNX TP можно установить более 61 000 устройств.
Преимущества топологии KNX
Соединители обеспечивают гальваническую развязку между подключенными к ним линиями, что позволяет устанавливать в каждой линии свой отдельный блок питания, а также отдельно рассчитывать длину шинного кабеля. Выход из строя одного блока питания не приведет к выходу из строя всего проекта, остальная часть системы продолжает работать, за исключением функций в неработающей части установки. Конечно при условии, что система была спроектирована и собрана по всем правилам стандарта KNX.
Это далеко не все преимущества системы KNX, если вы хотите изучить подробно данный протокол автоматизации, получить сертификат международного образца и зарабатывать на создании Умных домов - записывайтесь на курс KNX Basic!
Заключение
По мере того как технологии Умного дома продолжают совершенствоваться и расширяться, возможность масштабирования и адаптации системы становится всё более важной. Тщательно планируя структуру системы, используя особенности топологии KNX и обеспечивая правильный подбор оборудования, вы можете создать систему автоматизации, которая будет надежной, эффективной и иметь возможность модернизации в будущем.
