Обзорная статья про KNX

Все новые устройства для умного дома повышают комфорт вашей жизни, все это можно увидеть в рекламных роликах. Термины "умный дом" и "Интернет вещей» все чаще появляются в медиа-пространстве. Нам обещают что мы получим управление освещением и отоплением с помощью телефона, а камеру видеонаблюдения можно будет подключить к iPad через интернет, и так далее. 

Тем не менее, система умный дом появилась раньше всех современных систем. В 1990-х годах уже существовали кабельные системы автоматизации зданий, которые еще не были подключены к интернету. Так появилась шина KNX, которая с тех пор неуклонно развивалась.

Как интегратор, проводных систем, основанных на стандарте KNX, предлагаем вам возможность получить надежную систему автоматизации зданий. Поэтому в этой обзорной статье вы узнаете все, что вам нужно знать о стандарте KNX, и его преимуществах перед беспроводными решениями и другими системами.

В первую очередь нам необходимо ответить на вопрос: как реализовать технологии освещения, климата, автоматики и безопасности на этапе строительства таким образом, чтобы все эти инженерные системы были автоматизированы и централизованно управлялись?

Основы системы KNX 

Приводы, датчики, групповые телеграммы – для начала мы отложим эти технические вопросы, потому что в первую очередь нам необходимо разобраться с фундаментальными различиями между обычной электрикой и шинной системой KNX.

Обычная электрика, в нашем случае означает обычный дом с минимальным базовым электрооборудованием. Оно включает в себя выключатели, розетки, осветительные приборы, потребители, которые обычно присутствуют в любом доме.

А шинная система добавляется поверх электрики, которая проходит параллельно всем силовым линиям. Такой подходит позволяет добавить датчики температуры, панели управления, датчики яркости, а также реле для включения и выключения электропотребителей и светильников.

Шинная система в частном доме очень похожа на бортовой компьютер в машине. Водитель видит только приборную панель, которая показывает все возможные данные, получаемые от автомобиля. Парктронники, датчик температуры масла, датчик дождя, все это стало привычным набором вещей, который есть в каждой второй машине.

В доме с системой KNX все выключатели, светильники, жалюзи и другие устройства подключены друг к другу и обмениваются данными. Это делается с помощью специального кабеля управления, который соединяет все шинные устройства.

Кондиционер может получать данные от датчика температуры и автоматически регулировать, нагрев до желаемого значения, установленного владельцем. Дополнительные опции переключения - это таймеры, прогноза погоды или, конечно же, ручное управление.

Отличие KNX до обычной электрики:

С использованием системы KNX на этапе электромонтажа появляется специальный кабель управления, который соединяет все управляемые устройства – это и есть шина KNX. Это экранированный кабель "Y-(ST)-Y" с 4 жилами. Все устройства, подключённые к нему, обмениваются информацией друг с другом. Поэтому, когда пользователь нажимаетевыключатель света в гостиной, он отправляет цифровую команду на реле отвечающее за управление светильником в гостиной.

Управление через выключатели с обычной электрикой выглядет также как и с системой KNX, свет будет включаться, но: в обычной электрике состояние светильника зависит от конкретной клавиши, подключенной к нему и они подключены через фазу 220 вольт.

В системе автоматизации помимо выключателя и лампочки, еще присутствуют датчики освещенности, герконы (датчики открытия), и они подключены к источнику питания 28 В. Сигнал между этими устройствами идет через тот самый KNX кабель. 

Соответственно, клавиша пересылает команду переключения не через линию электропередач, а через электрический импульс в KNX кабеле.

Таким образом любое устройство в шинной системе может отправлять информацию на любое другое устройство. Более того, все устройства в шине получают информацию о нажатом выключателе. Это позволяет управлять светильником, двумя светильниками в одной комнате или всеми светильниками по всему дому с помощью одной кнопки.

В соответствующем программном обеспечении вы определяете, какие механизмы переключения реагируют на какие кнопки. Перепрограммирование или перенастройка функциональности также возможна в любое время.

Кстати: в системе KNX ячейка информация называется телеграмма. Её можно прочитать с помощью специального компьютерного программного обеспечения, ETS (Engineering Tool Software). 

Телеграммы назначаются нужным устройствам на программном уровне и отправляются через кабель KNX. 

Подробная информация о том, как работают системы KNX

Поняв основной принцип работы шинных систем, давайте чуть глубже рассмотрим техническую составляющую. Ранее мы уже упоминали, что в шинной системе используются два типа кабеля. Первый, используется для питания потребителей, такие как лампы или двигатели штор, вентиляторов и т.д. они продолжают работать с переменным током 220 вольт. И есть слаботочная система с напряжением постоянного тока 28 вольт, именно по ней ходит информация между оборудованием.

Давайте разберём на примере 4-х клавишного выключателя. Клавиши управляют переключателями ламп и приводами штор. Эти приводы подключены как к KNX кабелю, так и к линии 220 вольт. С другой стороны, сам выключатель имеет низкое энергопотребление, поэтому достаточно подключиться только к кабелю KNX, без дополнительного питания.

Теперь в программном обеспечении ETS можно назначить приводы и светильники клавишам. Например, нажатие первой кнопки отправляет цифровую телеграмму на реле переключения потолочного светильника и включает или выключает его. Нажатие второй кнопки отправляет цифровую телеграмму на мотор и, таким образом, приводит электрокарнизы в движение.

Команды управления могут быть перенастроены в программном обеспечении ETS в любое время, так как они не привязаны к конкретным устройствам, как при обычной установке. Это одно из важнейших преимуществ шинной системы перед обычной электрикой.

Зачем нужна шинная система?

Во время планирования и просчета электромонтажа обычной электрикой работы выглядит примерно так: на этапе планирования заказчик проходит с электриком, по помещениям, где должны быть установлены выключатели, лампы и розетки. Электрик фиксирует, а затем прокладывает силовые кабели.

В самом бюджетном исполнении каждая комната получает один или два кабеля от которого запутываются освещение и розетки. 

Таким образом, все управление одушевляется только через эти кабели, и только подключенные к этому проводу потребители могут взаимодействовать друг с другом.

Нынешние требования к комфорту и управлению нарушили сферу применения стандартной электрики.

Сейчасc на любом объекте есть проходные выключатели, датчики движения, сервоприводы и т.д. что увеличило необходимое количество кабелей и сложность электромонтажа.

Шинная система собирается с меньшим количеством кабелей и расширенной функциональностью, и все устройства могут обмениваться данными друг с другом. Это относится как к KNX, так и к другим системам шины. 

Целью шинной системы является выполнение сложных задач, которые могут быть перенастроены в любое время.

Когда мы начинаем рассуждать о реализации функции «Мастер-клавиши», становится ясно, что этот сценарий без использования системы «Умный дом» возможен только при соблюдении многих технических требований.

Почему KNX является перспективным стандартом

Помимо гибкости, надежность является самым важным критерием выбора системы.

Как только проложены кабели, а стены и потолки зашиты, эту инфраструктуру будет не так легко заменить в ближайшие десять, двадцать или тридцать лет. Или, это, повлечет за собой огромные расходы, так как придется снести всю кирпичную кладку, чтобы внедрить технологию другого производителя и его кабель.

KNX отличается от других систем автоматизации зданий и что делает его таким перспективным? 

Это можно объяснить по следующим трём факторам: инфраструктуры, степени стандартизации и типа системы.

Инфраструктура: Инфраструктура - это скелет вашего умного дома. В принципе, есть два варианта - система проводной шины или беспроводные решения. В шинных системах, таких как KNX, линии управления кнопками, жалюзи, розетками и т. д. они прокладываются на этапе строительства в дополнение к силовым кабелям.

И второй вариант в виде беспроводных решений, где подключается базовая станция выступающая неким хабом, а все устройства подключается в ней с помощью беспроводных протоколов.

Радио и Wi-Fi является хорошим решением для небольших проектов, но недостаточно мощным при строительстве домов с большим количеством выключателей, моторов, розеток, светильников и т.д.

Поэтому, если изначально выбрать беспроводную систему ее будет очень трудно масштабировать.

Тип системы: Системы умного дома делятся на открытые и закрытые системы. Открытые системы, такие как KNX, дают разработчикам доступ к ней. Это позволяет сторонним производителям разрабатывать и производить устройства KNX. Такой подход привел широкому разнообразию оборудования. На официальном сайте ассоциации указано что существует более 8000 устройств от 450 производителей.

Для закрытых систем, таких как Loxone, Crestron, Nero, производитель не открывает доступ к своей шине. Соответственно, разработка новых устройств зависит исключительно от этого производителя. Если вдруг с ним что-то случится, система не будет дальше развиваться.

Степень стандартизации: Степень стандартизации стоит рассматривать как подпункт для открытых систем, в соответствии с которыми, производители могут создавать свои устройства и программное обеспечение.

От этого возникает вопрос: насколько эти производители соответствуют правилам безопасности и гарантируют бесперебойную работу своих устройств, и работу с устройствами других разработчиков? Это зависит от степени стандартизации. Организация KNX-Association координирует эти вопросы. Любое новое оборудование, будь то выключатели, или блоки сопряжения, реле и т.д. проходят строгую программу сертификации, которая обеспечивает безопасность и совместимость устройств. Для примера такой открытый стандарт, такие как Zigbee, этого не делает.

Стандартизация

В 1990-х годах появление новой шинной технологии вызвало катастрофическую путаницу, так как системы разных производителей были основаны на разных программных и аппаратных архитектурах. EIBA, один из предшественников KNX, также признал это и основал ассоциацию Konnex в 1999 году вместе с EHSA и BCI.

Сегодня KNX является единственным открытым стандартом, используемым как в коммерческом, так и в частном секторах. Ассоциация Konnex намеренно отказывается от патентных прав на свою технологию. После успешного завершения сертификации каждый заинтересованный производитель может разрабатывать и распространять продукцию KNX.

На сегодняшний день насчитывается 450 компаний, которые официально предлагают в общей сложности 8000 сертифицированных устройств KNX. Этот случай уникален среди шинных систем. Таким образом, у заказчика есть большой выбор того на чем можно спроектировать свою систему Умный дом.

Все эти устройства можно настроить с помощью одного инструмента, программного обеспечения ETS.

Где KNX используется?

KNX является единственным открытым стандартом, используемым на коммерческих предприятиях, а также в частном строительстве. В частном секторе основное внимание уделяется удобству и качеству управления.

Одним из основных принципов Ассоциации KNX является возможность модернизировать старые технические разработки. Это означает, что технология KNX должны быть актуальна и легко обновляемой через 20-30 после постройки системы.

На сегодняшний день почти все инженерные системы можно автоматизировать системой KNX. 

Самое большое преимущество KNX в том, что есть управление центральными и децентрализованными системами кондиционирования. 

Следующий важный момент — это интеграция многочисленных компонентов безопасности, таких как детекторы дыма, системы сигнализации, камеры наблюдения и системы доступа.

Важная интеграция для владельцев частных домов, это возможность интегрировать системы орошения и бассейны. 

Мультимедиа. Протокол позволяет интегрировать акустические системы с дистанционным управлением через iPhone или iPad. Голосовое управление системой тоже возможно.

Управлять KNX с iPad

С последующим внедрением управления безопасностью, развлекательными системами, а также освещением требования к управлению возросли. Простых клавишных выключателей на стене больше недостаточно для управления многогранными устройств.

Устройствами можно управлять с помощью iPhone, iPad через приложение Apple HomeKit. Кроме того,iPad может быть установлен на стене в качестве центрального пульта управления.

Еще можно использовать настенные панели управления, например, Granite HDL, такой пульт можно поставить хоть в каждой комнате.

Для владельцев экосистемы Android можно вывести интерфейс через приложение «Яндекс Умный дом» 

Преимущества системы KNX

До момента разработки стандарта KNX каждый производитель использовал свою собственную систему и предлагал для нее устройства, стандартизация KNX открыла возможность сравнивать устройства разных производителей в одной системе. Это, привело к значительному снижению цен на данное оборудование и теперь его могут позволить себе частные клиенты.

Самым большим преимуществом системы KNX является большая сеть поставщиков оборудования и услуг в стране. Только в Санкт-Петербурге более 500 сертифицированных специалиста.

Разработка стандарта началась в 1990 году (EIB) и в дальнейшим получила развитие в 2002 в виде стандарта KNX, это означает что система может считается зрелой и надежной. Недаром Ассоциация KNX смогла успешно завоевать рынок коммерческих объектов.

Еще одним плюсом является простая структура технологии, которая оставляет возможность подстраивать под технические требования конкретного проекта.

Как и писал ранее оборудование от разных производителей - взаимозаменяемое. Если клавиши конкретного производителя не советует техническим требованиям, всегда можно выбрать другие.

Это невозможно реализовать на закрытых системах где ты можешь рассчитывать только на одного производителя.

Датчики от Basalte, мультирум на Control4, реле и диммеры Ekinex могут быть объединены в сети KNX решая индивидуальные задачи каждого клиента.

Преимущества системы KNX:

• Ассоциация инсталляторов и производителей очень большая. Таким образом, стандарт не зависит от одного производителя.
• KNX — это система с самым большим разнообразием продукции. Вам доступно 8000 сертифицированных устройств.
• В России существует большое количество сертифицированных интеграторов, которые могут проконсультировать, спланировать и внедрить систему.
• Единый программный комплекс. Для настройки системы всегда используется одна программа ETS
• Индивидуальные настройки также возможны в KNX. Если есть желание разработать индивидуальные решение всегда можно добавить в систему свободно программируемый контроллер.
• Существует множество интерфейсов способных управлять системой, самый распространённый это Apple HomeKit.
• Интеграция с другими шинами, например, как технология освещения DALI.

Если основные преимущества системы относятся к технической части, то недостатки почти всегда сводятся к высокой стоимости интеграции данной системы.

По сравнению с обычной электрикой здесь добавляются болmшее количество кабелей, датчиков и дополнительного оборудования. Так же стоит учитывать стоимость разработки проектной документации и работу интегратора по пусконаладке.

Недостатки системы KNX:

• Появляются дополнительные расходы по сравнению с обычной электрикой.
• Обязательная сертификация продукции делает ее дороже аналогов.
• Сложность установки, по сравнению с обычной элетрикой.
• Шина KNX сравнительно медленная, она проводит максимум 25 телеграмм в секунду. Именно поэтому в проектах используются дополнительные технологии в виде освещения оп протоколу Dali или сторонние развлекательные системы.
• Безопасность должна осуществляться на верхнем уровне. Так как каждый выключатель в доме становится маленьким компьютером его нужно защитить от внешних угроз. Именно поэтому стоит использовать более надежные пароли, и выставлять файрвол.
• У шины более высокое энергопотребление по сравнению с обычной электрикой.

Альтернатива KNX  

Конечно, существуют и альтернативы данной технологии, по телевизору каждый день крутиться реклама с новыми гаджетами. Чаще всего это термостаты, лампочки, камеры видеонаблюдения, реализованные на беспроводных технологиях.

Такие решения отлично подходят при соблюдении как минимум двух условий, первое, если человек хочет познакомиться с системой домашней автоматизации, второе, это знакомство происходит в квартире или доме небольшого метража, в идеале 50-70 квадратных метра.

Кроме того, существуют системы, разработанные конкретным производителем, но они не могут конкурировать с кабельной системой KNX? благодаря своему функционалу, количеству устройств и тому факту, что это универсальное решение.

Для примера возьмем, австрийскую компанию Loxone, она уже несколько лет работает на рынке автоматизации. Как и KNX, она предлагает бесчисленное множество компонентов для профессиональной интеграции. Единственный и неоспоримый недостаток: Loxone завязан сам на себя. Это означает, что среда разработки недоступна инсталляторам, и фактически они ограничены только тем функционалом, который заложил производитель. Только сам Loxone может разрабатывать новые компоненты и выводить их на рынок. Кроме того, Loxone несколько раз менял тип кабелей для своих инсталляций.

На рынке есть и другие решения. К ним относятся Crestron, Larnitech и т.д. Им приходится иметь дело с теми же проблемами, что и Loxone.

Абсолютно точно такие системы имеют свои преимущества, они отлично работают, когда необходимо решить стандартные задачи в соответчики с логикой которую заложил производитель.

Например, «zigbee» отлично подходит для бюджетной модернизации, без использования шинной технологии и работает по беспроводной сети на основе радиопротокола. 

Однако, если ремонт только начался и при условии, что заказчик планирует пользоваться системой в ближайшие 10-15 лет стоит рассматривать вариант именно открытого протокола, т.к. он менее подвержен рискам и оставляет возможности расширения системы.

KNX и интеграция

Конечно, KNX тоже не является универсальным решением. Шинная система также имеет определенные ограничения. Основная причина в низкой скоростью передачи данных. Это выражается в отсутствии возможности передачи изображения с камеры видеонаблюдения напрямую в шину, или, например, использование потоковой передачи музыки. Однако большинство этих функций реализуются с помощью локальной сети.

Благодаря интерфейсу KNX-IP можно легко интегрировать различные интерфейсы. Это панели управления, такие как iPad или домашний сервер Gira. Большие пакеты данных, такие как потоковое видео с камер, направляются через маршрутизатор. И во всех случаях для того чтобы подружить несколько протоколов используется KNX-шлюз.

Вот наиболее важные интерфейсы, которые вы подключаются через шлюзы:

• IP-интерфейс KNX: он интегрирует интерфейсы в систему KNX. Позволяет осуществлять связь между несколькими шинами тем самым объединяя этажи и даже целые здания.
• Интерфейс KNX-DALI: DALI - это шинная система, которая специализируется на освещении. Это самый известный интерфейс управления светом и его возможности гораздо больше чем заложено в стандартном оборудовании KNX.
• Интерфейс KNX-DMX: DMX также является шинной системой, специализирующейся на освещении. Он применяется только на коммерческих объектах.
• Интерфейс KNX Modbus: это промышленный протокол передачи данных. Данные шлюзы позволяют подключать любое климатическое оборудования к системам автоматизации.
• Интерфейс KNX-1Wire: 1Wire - это стандартная шина, которая используется для передачи данных с различным датчиком. Данная технология считается одной из самых экономичных, что позволяет при должном подходе существенно сэкономить бюджет.

И что будет дальше?

С нашей точки зрения, стандарт KNX в настоящее время не имеет себе равных на рынке автоматизации зданий. И можно с уверенностью сказать о том, что пальму первенства в ближайшее время он не упустит. С KNX в вашем распоряжении широкомасштабная экосистема производителей, которая обеспечивает сбалансированный ассортимент продукции в общей сложности из 8000 устройств. Кроме того, KNX работает на рынке более 20 лет.

Если вы, как потенциальный заказчик, хотите создать свой собственный проект, мы будем рады проконсультировать вас.