System KNX jest wielowarstwowym rozwiązaniem automatyki budynkowej opartym na architekturze zdecentralizowanej. Oznacza to, że podstawowe funkcje sterowania nie są skupione wyłącznie w jednej jednostce centralnej, lecz są realizowane bezpośrednio przez urządzenia pracujące w instalacji.
Dzięki temu awaria pojedynczego sensora lub aktora zazwyczaj nie powoduje zatrzymania całego systemu. Należy jednak pamiętać, że awaria elementów infrastruktury wspólnej, takich jak zasilacz magistrali, przewód, sprzęgło liniowe lub router KNX IP, może wpłynąć na działanie całej linii albo wybranej części instalacji.
1. Architektura sprzętowa #
W instalacji KNX można wyróżnić trzy podstawowe grupy urządzeń:
Sensory
Urządzenia wykrywające zdarzenia lub mierzące określone wartości, np. przyciski, czujniki ruchu, czujniki temperatury, stacje pogodowe i termostaty. Sensory wysyłają informacje i polecenia w formie telegramów KNX.
Aktory, czyli urządzenia wykonawcze
Odbierają telegramy i wykonują określone działania, np. włączają oświetlenie, sterują ogrzewaniem, regulują natężenie światła albo podnoszą i opuszczają rolety.
Urządzenia systemowe i komunikacyjne
Zapewniają prawidłową pracę oraz rozbudowę instalacji. Należą do nich m.in. zasilacze magistralne, interfejsy USB lub IP, sprzęgła liniowe, sprzęgła obszarowe oraz routery KNX IP.
W praktyce niektóre urządzenia mogą łączyć kilka z tych funkcji, np. termostat może jednocześnie mierzyć temperaturę, realizować algorytm regulacji i wysyłać wartości sterujące do aktora ogrzewania.
2. Topologia i okablowanie #
W przypadku magistrali KNX TP przewody mogą być prowadzone w topologii liniowej, drzewiastej, gwiaździstej albo w układzie mieszanym. Nie należy jednak zamykać magistrali TP w fizyczną pętlę.
Podstawową jednostką topologii jest segment linii. Liczba urządzeń w segmencie KNX TP zależy od zastosowanych interfejsów magistralnych oraz warunków elektrycznych instalacji. Klasyczny segment TP1-64 może obejmować do 64 urządzeń. W przypadku urządzeń TP1-256 możliwe jest podłączenie do 256 urządzeń w jednym segmencie, bez stosowania repeaterów, pod warunkiem zapewnienia odpowiedniego zasilania i zachowania wymagań dotyczących okablowania. W instalacjach mieszanych należy uwzględnić obciążenie magistrali przez obie generacje urządzeń. Linia może zostać rozszerzona o kolejne segmenty przy użyciu odpowiednich repeaterów lub sprzęgieł segmentowych (segment couplers). Pozwala to rozbudować fizyczną strukturę instalacji, przy zachowaniu wymagań dotyczących zasilania i okablowania. Wszystkie segmenty należące do tej samej linii korzystają ze wspólnej puli adresów indywidualnych.
Struktura większej instalacji jest hierarchiczna:
- linia składa się z jednego lub kilku segmentów,
- obszar obejmuje linię główną oraz maksymalnie 15 linii podrzędnych,
- linia szkieletowa, czyli backbone, może łączyć do 15 obszarów.
Najczęściej stosowanym medium jest skrętka KNX TP, która przesyła jednocześnie dane i zasilanie magistralne o napięciu nominalnym około 30 V DC. KNX może również wykorzystywać komunikację radiową KNX RF, sieć IP oraz medium Powerline.
3. Logika i adresowanie #
W systemie KNX występują dwa podstawowe rodzaje adresów:
Adres indywidualny
Jest przypisany do konkretnego urządzenia i określa jego położenie w topologii. Ma format Obszar.Linia.Urządzenie, np. 1.1.25. Służy przede wszystkim do programowania, identyfikacji i diagnostyki urządzenia.
Adres grupowy
Reprezentuje funkcję realizowaną w systemie, np. „oświetlenie salonu – włącz/wyłącz” albo „temperatura zadana w sypialni”. Jeden lub wiele sensorów może wysyłać telegramy na dany adres grupowy, a jeden lub wiele aktorów może na nie reagować.
Obiekty komunikacyjne połączone jednym adresem grupowym powinny korzystać ze zgodnego typu punktu danych, czyli DPT. DPT określa znaczenie i format przesyłanej wartości, np. stan binarny, procent, temperaturę, czas lub wartość liczbową.
4. Projektowanie w ETS #
Standardowym narzędziem do projektowania, konfiguracji, uruchamiania i diagnostyki instalacji KNX w trybie System Mode jest ETS, czyli Engineering Tool Software. Jest to oprogramowanie rozwijane przez KNX Association i niezależne od producentów urządzeń.
Proces przygotowania projektu obejmuje zazwyczaj:
- import danych produktowych urządzeń,
- odwzorowanie struktury budynku i topologii instalacji,
- przypisanie urządzeń do linii i pomieszczeń,
- konfigurację parametrów urządzeń,
- tworzenie adresów grupowych,
- łączenie adresów grupowych z obiektami komunikacyjnymi,
- ustawienie typów DPT,
- sprawdzenie komunikacji oraz diagnostykę,
- pobranie konfiguracji do urządzeń.
W trakcie pobierania ETS może wgrać do urządzenia adres indywidualny, program aplikacyjny, parametry oraz powiązania adresów grupowych.
5. Bezpieczeństwo #
Nowoczesne instalacje mogą wykorzystywać KNX Secure, które obejmuje dwa główne mechanizmy:
KNX Data Secure
Chroni telegramy przesyłane pomiędzy kompatybilnymi urządzeniami, zapewniając szyfrowanie, uwierzytelnianie, integralność danych oraz ochronę przed ponownym wykorzystaniem przechwyconych telegramów.
KNX IP Secure
Zabezpiecza komunikację KNX prowadzoną przez sieć IP, w tym komunikację pomiędzy routerami, interfejsami IP i oprogramowaniem ETS.
Zastosowanie KNX Secure wymaga kompatybilnych urządzeń oraz odpowiedniej konfiguracji projektu w ETS. Samo wykorzystanie ETS nie oznacza, że cała komunikacja w instalacji jest automatycznie szyfrowana.
Zachęcamy do zapoznania się z oficjalnym szkoleniem: KNX ETS