Умные дома knx

Управление домом при помощи KNX: освещение

Привет! Попробую рассказать, как можно построить систему управления домом при помощи системы KNX. Основные вопросы, которые я хочу осветить — подход к воплощению «умного дома» на KNX, ориентиры по стоимости, подводные камни. Если материал «зайдет», продолжу. Я не стремлюсь впихнуть невпихуемое: за пределами статьи останутся диммеры, управление RGB и подобное — пока что мы просто включаем и выключаем свет :)

TL;DR: это не так дорого, как может показаться на первый взгляд и достаточно надежно.

Подход

На мой (и не только) взгляд, «умный дом» — совокупность систем, которые упрощают жизнь. В идеале, функционирование большинства систем должно быть незаметно для конечного пользователя — настроил и забыл — это относится к системам управления освещением, отоплением, кондиционированием. В отличие от «классического» подхода, хочется иметь возможность тонкой настройки в процессе — далеко не все хотелки можно вообразить на этапах проектирования и пусконаладки.

Почему KNX? Пропуская маркетинг, отмечу основные преимущества системы:

  • KNX — децентрализованная система. Это значит, что при необходимости, можно заменить любой компонент, почти не оказывая влияния на остальные. В частности, нет централизованного контроллера, который бы управлял всем и вся. Разумеется, в бюджетных системах присутствуют точки отказа типа блоков питания, но с этим вполне можно мириться.
  • Система, по сути, не привязана к конкретному вендору — можно выбирать любое оборудование, исходя из потребностей, бюджета и эстетических предпочтений. Если хочется иметь выключатели одного немецкого производителя, контроллеры — другого и третьего, а термостаты — вообще итальянские — никто не препятствует. Как правило, взаимосвязи между устройствами прописываются без каких-либо проблем. Для примера, я использую оборудование MDT, но на его месте может быть все что угодно — выбор огромен.
  • Из предыдущих пунктов возникает еще один приятный момент: в любой момент систему можно расширять и улучшать. Условно, если изначально были установлены кнопочные выключатели, при возникновении потребности (и возможности) можно заменить их на сенсорные. Или вообще обвешаться многофункциональными экранами.

Надо сказать, что у системы есть один заметный нюанс — среда программирования существует всего лишь одна, со своими достоинствами и недостатками, называется ETS и стоит денег — от 200 евро за версию с ограниченным количеством устройств в проекте (до 20 — для небольшой инсталляции вполне достаточно) до 1000 евро за версию с неограниченным количеством устройств. Говорят, есть адаптированная для российского рынка версия где-то на торрентах — не встречал.

Общие принципы проектирования

KNX — в первую очередь шина. Двухпроводная, но при монтаже полагается использовать четырехпроводный кабель — рекомендуется JY(St)Y 2х2х0,8 — такой же, как в системах охранно-пожарной сигнализации. Используются две жилы — красная и черная, белая с желтой — про запас. Кабель — экранированный, наводок не боится.

Топологически, KNX — дерево, главное — не допускать колец. Терминирующих устройств не требуется.

Вся система делится на исполнительные устройства (акторы — управляемые реле разнообразного назначения), сенсоры (кнопки, выключатели, термостаты, погодные станции) и системные устройства — блоки питания, линейные соединители и прочее.

Управляем освещением

Предположим, нам нужно организовать управление освещением в небольшом доме — допустим, у нас два этажа, лесенка и несколько комнат — несколько спален, кабинет, санузлы и всякие проходные помещения типа лестничных пролетов, прихожих и тому подобного.

В простейшем случае, хочется следующего:

  1. Удобство. Например, если приходишь домой поздно, хочется сразу засветить прихожую, лестницу крыльцо и далее. Еще — включать/выключать свет в санузле по датчику присутствия.
  2. Борьба с забывчивостью. Лег спать, а из под двери пробивается свет из коридора. Ну и фиг с ним, пусть сам погаснет через, например, 10 минут.
  3. Возможность включать аварийное освещение — допустим, мы в спальне на втором этаже, а в дверь кто-то звонит — засветим сразу лестницу, коридор, крыльцо
  4. Возможность погасить весь дом при уходе

Посчитаем группы освещения, накидаем на план выключатели, прикинув их роли: от этого зависит количество клавиш. Многие производители делают аж восьмикнопочные выключатели в одноместную установочную коробку — типа такого:

Это позволяет реализовать кучу всего на одном выключателе, но не всегда удобно в плане поиска нужной кнопки.

Для любителей классической электроустановки, можно вместо нативных выключателей KNX использовать обычные, с передачей сигнала в шину посредством сухого контакта, размещаемого под выключателем в монтажной коробке (на картинке — сухарь под четырехклавишный выключатель):

Исходя из количества групп и их назначения, можно выбрать многоканальное реле (не забываем учитывать токи нагрузки). Их производят примерно все, однако распространены устройства Gira, ABB, MDT, Zennio.

Дальше — план проводки. От щита к выключателям подводится только шинный кабель, тот самый JY(St)Y 2х2х0,8. К нагрузкам (светильникам) — соответствующий электрический кабель (ВВГ, NYM — по вкусу). Количество и расположение щитов — по вкусу. В трехэтажном таунхаусе я делал три этажных щита — в каждом по многоканальному реле для управления светом на этаже, так меньше электрического кабеля разматывать.

Приятный бонус: свободные каналы реле можно использовать для управления розетками. Однако, поскольку многоканальники имеют, как правило, небольшую мощность (токи до 10А), на розетки нужно использовать промежуточные реле соответствующей мощности.

Запуск

Итак, все провода протянуты, устройства установлены, щиты скоммутированы. Можно попробовать всё это запустить — потребуется та самая ETS. Я пропущу стартовые шаги — создание топологии здания в проекте, добавление устройств и т.д. Если интересно — спрашивайте в комментариях, попробую сделать базовый tutorial.

В соответствии с хотелками и количеством групп освещения, планируем групповую адресацию.
Группа — это такая сущность в шине, которую слушают привязанные к ней акторы и в которую пишут всякие значения сенсоры. Актор (например, канал реле) можно привязать к нескольким группам, сенсор будет писать в одну группу.

Например: на первом этаже есть четырехканальное реле, с которого мы включаем/выключаем свет на крыльце, в прихожей, санузле и гостиной.

Целесообразно предложить следующие группы (используем трехуровневую структуру групповых адресов, первый этаж — 0, освещение первого этажа — 0/0):

0/0/0 — весь свет первого этажа, привязан ко всем каналам
0/0/1 — свет на крыльце, канал А
0/0/2 — свет в прихожей, канал B
0/0/3 — свет в санузле, канал C
0/0/4 — свет в гостиной, канал D

Вот как это выглядит в среде программирования:

Далее, к группам привязываем выключатели, в соответствии с их расположением. Предположим, что мы используем двухклавишные выключатели со светодиодными индикаторами состояния, вот такие:

Например, в гостиной первая кнопка включает/выключает (toggle) свет в самой гостиной, а вторая — принудительно выключает весь свет на этаже:

Привязка света в гостиной:

Выключение всего света на этаже:

Для переключений (toggle), необходимо передавать с каналов реле в шину их состояния, чтобы выключатель знал, какое значение передать в шину.

При необходимости, привязываем диоды на выключателях к состоянию соответствующих каналов реле — смысл аналогичный, картинками грузить не буду.

Загружаем конфигурацию в устройства и наслаждаемся эффектом :)

Дальше начинаем играться с проектом реле — задержки отключения, функции автоматического отключения света, настройка проходных выключателей в неограниченном количестве и так далее — до получения нужного эффекта.

Сколько это стоит?

Вопрос, на самом деле, многогранный. Можно пойти в отечественный интернет-магазин и купить все буквально втридорога. Можно заказать где-нибудь в Европе — приведу немецкие ценники (от которых с удовольствием дают очень приятную скидку) для той минимальной инсталляции, которую только что описал:

1. Блок питания 320мА: 110 евро
2. Четырехканальное реле: 145 евро
3. Четыре выключателя: 65 евро за каждый

Итого — 515 евро, 130 евро за канал освещения. Не забываем про возможные скидки и про то, что более емкие дают более низкую стоимость канала освещения.

Для желающих сэкономить — имеет смысл иногда шерстить авито — иногда там распродают сладкие остатки, главное — следить за ценой.

Источник

Описание стандарта KNX для Умного дома

На сегодня в мире существует несколько признанных стандартов построения систем «умных домов». Одним из них является KNX — международный открытый стандарт, созданный и продвигаемый ассоциацией KNX. В нее входят свыше 300 организаций Европы и остального мира.

Что такое KNX

Итак, KNX — стандарт связи для организации домашней автоматизации и набор программных и аппаратных решений для подобных систем. Он имеет давнюю историю: в основе находится появившаяся в 90-х годах XX века спецификация универсальной шины European Installation Bus. У шины имелись конкуренты — стандарты EHS (European Home System) и BatiBus. Разработавшие и продвигавшие три решения консорциумы пришли к тому, что необходимо объединиться и создать более продвинутую и совершенную технологию. Так в 1999 году родился протокол и ассоциация KNX.

Публично стандарт представили в 2002 году, и с тех пор он прошел долгое развитие, заняв почетное место среди решений для «умных домов».

Протокол KNX

В сердце системы лежит собственный протокол передачи данных KNX. С точки зрения сетевой модели OSI это распределенная одноранговая сеть со стандартным протоколом передачи данных в различных средах. К таковым относятся:

  • витая пара, скорость передачи по ней достигает 9600 бит/с, что достаточно для отправки управляющих команд и получения ответов;
  • линии электропитания (до 1200 бит/с);
  • сети tcp/ip;
  • радиочастотные каналы 433 и 868 МГц.

Интересной особенностью протокола является частичный контроль доставки сигнала: отправившее информационный пакет устройство ожидает подтверждения от отправителя, а при его отсутствии повторяет отправку еще дважды. Таким образом реализуется защита от сбоев на ненадежных каналах связи. Для борьбы с коллизиями используется технология CSMA/CA («множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий»).

Упрощенная диаграмма работы технологии:

Еще одна интересная (и ключевая) особенность KNX — отсутствие обязательного «головного устройства», центрального контроллера. Обмен данных между компонентами сети идет напрямую. Это дает определенные преимущества:

  • можно создавать автономные сегменты сети, действующие на заложенных на этапе программирования триггерах;
  • отсутствует дорогой контроллер для умного дома, что делает комплекс дешевле.

Но есть и минусы такого подхода — приходится проводить большую подготовительную работу и отдельно конфигурировать каждое устройство для этого поставляется специальный инструментарий разработчика Engineering Tool Software и конфигурационные файлы с сайтов производителей.

Возможности

KNX обеспечивает функционирование всех элементов «умного дома»:

  • управление светом;
  • обработка информации с различных датчиков и счетчиков;
  • контроль кондиционеров и климатических систем;
  • взаимодействие с реле для управления шторами, воротами и так далее;
  • различные «умные» выключатели, диммеры, розетки;
  • взаимодействие с любыми устройствами через бинарные входы/выходы;
  • контроль «умного дома» со смартфона/ПК из локальной сети и через Интернет.

Оборудование KNX

В экосистеме KNX умный дом присутствует набор объединенных общей шиной устройств. В качестве последней можно использовать двухпроводную витую пару, но на практике нередко прибегают к четырехпроводному кабелю 2×2×0.8 — такой используют, например, в пожарных сигнализациях. Изначально задействуются две жилы, а остальные остаются про запас для дальнейшего расширения. Дополнительное преимущество такого провода состоит в экранировании каждой жилы, а значит, за наводки можно не переживать.

Проводная шина является основной средой передачи данных, прочие (электросеть, Ethernet и радиоканал) относятся к дополнительным. Шинный принцип дает возможность реализовывать почти любые топологии сети.

В простых случаях используется линейная топология с последовательным соединением устройств (до 64 на сегмент линии, до 4 сегментов). Пример:

Можно прибегнуть к «звезде» — тогда все «ветви» будут сходиться в одной точке.

При большом количестве оборудования рекомендуется топология «общая шина»: линия 0 выступит главной, а к ней присоединяются до 15 дополнительных. А в самых сложных ситуациях — древовидная, объединяющая несколько областей на магистральной линии (всего до 15).

Таким образом, максимальное число устройств KNX-сети составляет 58 тысяч.

Конструктивно любая KNX-система состоит из:

  • исполнительных устройств, управляющих связанными с ними системами. Они меняют состояние по сигналам от сенсоров, контролируя подключенное к ним оборудование;
  • системных устройств — источников питания, соединителей и прочего. Это могут быть репитеры, шинные соединители, логические модули;
  • сенсоров, датчиков и прочего. Они фиксируют внешние события и отправляют заданные команды на оборудование (например, при обнаружении падения температуры в помещении ниже 20 градусов автоматически включается отопление).

Каждый компонент должен быть присоединен к шине и запрограммирован (параметризован) соответственно требуемым функциям с помощью ПО ETS. Монтаж многих устройств (блоков питания, актуаторов и прочего.) проводится на стандартную DIN рейку.

В систему также может быть установлено устройство, условно называемое контроллером. Это средство визуализации компонентов сети KNX, контроля и организации удаленного доступа. К таким можно отнести, например, логический контроллер с функциями IP шлюза, ETS-KNX шлюза, и прочими возможностями.

Схема «умного дома» на KNX:

Пример стенда с популярным для реализации KNX-проектов в Москве контроллером LogicMachine:

Обязательных «контроллеров» в классическом понимании технология, как уже говорилось, не предусматривает, все элементы равнозначны и могут работать напрямую.

KNX «для чайников»

Описанное выше может показаться излишне сложным. При многих достоинствах стандарт и решения на его основе обладают, на первый взгляд, высоким порогом входа. Причина тому — необходимость порой непростого программирования устройств и тщательного продумывания логики будущего проекта, особенно в сложных сетях. Но на практике построение «умного дома на KNX не составит проблем, если понять базовые принципы.

Итак, основной элемент — проводная шина KNX, посредством которой «общаются» все устройства, обращаясь друг к другу по известному адресу. В качестве дополнительных служат среды передачи «по воздуху» через радиосвязь, по сети tcp/ip или электропроводке.

Схема одного из вариантов сети для дома:

Реакция оборудования на изменение внешних условий или воздействие определяется его параметрами. Они прописаны в хранящемся на каждом устройстве «приложении», которым можно управлять и менять настройки через ПО ETS. Само ПО устанавливается на подключенном к KNX-шине через шлюз компьютере.

В терминологии KNX существуют следующие понятия:

  • физический адрес — он назначается каждому компоненту через ПО ETS и служит для непосредственной идентификации оборудования;
  • Group Address, групповой адрес — программная сущность, куда помещаются объекты взаимодействующего оборудования (Objects). Например, если нужно создать сенсор включения света, следует создать групповой адрес «свет вкл.» (или другой по желанию), в который помещаются объекты Input 1 актуатора и Output 1 сенсора. Проще говоря, связывается объект датчика и исполнительного устройства.

Формат адресов может быть различным (один бит, байт, два байта и тому подобное). Выключателю достаточно одного байта со значением 1 и 0 (свет вкл./свет выкл.).

Когда групповой адрес создан, он через ПО прописывается в Приложение целевого устройства. Последнее «узнает» адреса всех связанных с ним элементов сети и будет готово к работе.

В качестве тренировочной «песочницы» можно использовать программу KNX Virtual.

Она позволяет экспериментировать с виртуальной сетью без приобретения и монтажа реальных устройств.

Пример системы

Рассмотрим небольшой пример реализации управления освещением дома. Предположим, необходимо:

  • включать свет в коридоре, лестнице, на крыльце;
  • по датчику присутствия делать это в санузле;
  • реализовать автоотключение через 10 минут;
  • сделать аварийное включение света, например, в прихожей при звонке в дверь;
  • отключение света при уходе из дома.

Нужно подсчитать группы освещения, продумать на плане количество и положение выключателей. В качестве последних можно использовать и «родные» KNX-совместимые, и обычные, пакет в шину с последних будет передаваться сухим контактом наподобие такого:

Определившись с группами и функциями, можно подобрать подходящее реле одного из производителей (Gira, Zennio и прочее).

Следующий ответственный момент — планирование проводки и принципиальная схема будущей сети. В рассматриваемом случае на выключатели от щитка идет только кабель шины, а на светильники (нагрузку) — непосредственно электропитание.

Когда все разведено, установлено и скоммутировано, начинается процесс настройки через ПК с установленной ETS: создание нового проекта, заведение топологии, добавление устройств. После этого нужно создать группы: в них будут писать данные сенсоры, а актуаторы станут срабатывать по этим данным. Актуатор допускается приписывать к нескольким группам.

Например, есть четырехканальное реле.

Распределим группы. Групповые адреса первого этажа имеют обозначение 0, освещение на первом этаже 0/0.

  • 0/0/0 — свет на этаже целиком;
  • 0/0/1 — крыльцо, (канал А);
  • 0/0/2 — канал В, прихожая;
  • 0/0/3 — санузел, канал C;
  • 0/0/4 — гостиная, канал D.

В интерфейсе ETS это будет выглядеть примерно следующим образом:

К группам присоединяются выключатели — например, двухклавишные. Предположим, что первая клавиша выключателя в гостиной должна включать-выключать лампы непосредственной в ней, а вторая гасить его на этаже.

Привязка в программе:

Остается лишь загрузить программу в оборудование, и можно проверять.

Где купить

Приобрести оборудование KNX можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых позиций есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

Выводы

KNX — интересный, гибкий и многофункциональный стандарт «умного дома». Децентрализованная структура позволяет создавать сложные распределенные сети; центральный контроллер при этом не нужен. Использование проводного канала связи как основного обеспечивает устойчивый сигнал, а возможность передавать данные через электропроводку в некоторых случаях дает возможность избежать протягивания дополнительных проводов. Кроме того, остается и функционал беспроводной связи, качественной работе которого помогает контроль данных.

На рынке присутствует множество производителей оборудования KNX, при этом всем оно гарантированно совместимо между собой.

Из минусов можно отметить:

  • относительно высокую стоимость решений;
  • высокий «порог входа» для новичков, которым придется разбираться с программированием KNX системы;
  • единственный инструмент настройки — Engineering Tool Software. Программа платная, версия для инсталляций до 20 устройств стоит 200 USD, полнофункциональная — 1000.

Видео по теме

Источник

Adblock
detector