Умный дом на основе KNX: история создания и настройка системы

Системы автоматизации

Наверное, каждый задумывался, как же всё-таки можно получить максимальную выгоду от современных технологий: интернета, мобильной связи, разнообразных схем, серверной техники и шины. Некоторые люди не могут представить свою жизнь без современных удобств: микроволновых печей, тостеров, электрических чайников. Причём этот список можно продолжать до бесконечности — каждый день изобретается что-нибудь новое, что могло бы войти в этот перечень. Именно к таким новшествам и относится «Умный дом».

Принцип работы системы «Умный дом»

Мнение эксперта

Система KNX отлично подходит для тех, кто хочет не просто создать собственный «умный дом», но и намерен развивать и оттачивать свои навыки по программированию подобных систем. Основное достоинство KNX – децентрализованность, что позволяет обойтись без контроллеров и значительно увеличить быстродействие системы в целом. Несмотря на то, что программирование KNX требует определенных усилий и навыков, результат более чем оправдывается.

Константин Котовский

Что такое «Умный дом»

Представьте на секунду, что вся ваша техника в доме/квартире полностью автоматизирована и может выполнять все свои функции без вмешательства человека. Совокупность контроллеров и датчиков делает за вас всю работу, а вам лишь требуется предварительно настроить их с помощью программы.
Датчики и контроллеры могут реагировать на тепловую энергию и движения. Наиболее простое сравнение, которое можно привести в данном случае — сигнализации, которые работают с помощью датчиков движения и реагируют на прикосновения. Однако в «Умном доме» каждый хочет добиться максимальной автоматизации своей бытовой и компьютерной техники, прикладывая при этом минимальное количество усилий для управления ими.

Вы можете запрограммировать свою систему так, что она сама будет предугадывать время включения отопления и его выключения, тем самым значительно снижая затраты на оплату коммунальных услуг.

Как создать собственный «Умный дом»

Прежде чем ваш «Умный дом» возьмётся за работу, нужно разработать собственный проект, согласно которому будут размещаться датчики и контроллеры по указанной вами площади. Большинство систем такого типа требует определённого уровня знаний программирования и электроники.
Также необходим опыт работы с относительно похожими системами. В связи с этим мы рекомендуем выбирать оборудование максимально простого плана, которое поможет вам в управлении вашим «Умным домом». Другими словами — полностью адаптированное для начинающего пользователя.

Оборудование KNX прекрасно подойдёт вам, особенно если ваша цель — стать профессионалом в проектировании, программировании и адаптации «Умного дома».

Проект «Умного дома» где будут размещаться датчики и контроллеры

Что такое KNX

KNX производит передовые системы автоматизации. Используя стандарты, KNX занимает самое почётное место среди производителей аналогов. Если вы всерьёз взялись за проектировку «Умного дома», вам ни в коем случае нельзя обходить такие системы профессионального уровня, как KNX.

У KNX убедительное и безоговорочное профессиональное развитие. В основе их стандартов — развитие ранней разработки технологии шины EIB. EIB — устаревшее название, однако его продолжают использоваться и по сей день. Нередко можно услышать использование обозначения EIB/KNX. Протокол EIB рассматривается на основе сетевой модели OSI. Она децентрализована и обладает событийным управлением. Сеть EIB реализуется в разнообразных сферах передачи данных путём поддержания стандартного протокола. Одной из причин непоколебимого успеха EIB является концепция программного обеспечения ETS (EIB Tool Software). Официально, лишь приобретая программу ETS, вы сможете получить статус EIB Partner для фирмы, которая использует в своих проектах продукцию EIB.

Прежде всего, преимуществом стандарта KNX является надёжность. Главные компоненты KNX-систем объединяются между собой определенными кабелями. Вдобавок ко всему есть механизм подтверждения получения пакетов, который производит повторную отправку пакетов при условии, что первая команда не вызвала нужных действий. Конкурирующие компании используют радиоканал, исключающий возможность повторной отправки пакетов. Этот способ считается куда менее надёжным. Также есть ещё более ненадёжные модели. Однако будем правильно относиться к их применению и отдавать дань качественным производителям, проверенным приборам и оборудованию.

KNX «Умный дом»

Как работает система «Умного дома» KNX

Все компоненты KNX-сети подразделяются на 3 основных подгруппы:

Первая состоит из устройств, с помощью которых генерируются управляющие команды. К ним относятся:

• переключатели;
• панели управления;
• разнообразные сенсоры;
• таймеры;
• измерительные приборы физических величин.

Следующая категория — активаторы
. Другими словами — исполнительные устройства. К ним относятся релейные модули, а также различного рода регуляторы (диммеры).

Регулятор KNX

В каких случаях вы чаще всего покупаете новый телефон?

Сразу, как только выходит новая модель
48 ( 1.34 % )

Когда текущиая модель совсем устареет морально и физически
940 ( 26.22 % )

Только когда старый сломается/потеряется
2056 ( 57.35 % )

Когда выходит модель, которая уже значительно отличается от моей по функциям
457 ( 12.75 % )

Другое
84 ( 2.34 % )

Последняя подгруппа — это дополнительные системные устройства, представленные:

• блоками питания;
• повторителями;
• логическими модулями;
• интерфейсами, позволяющими обеспечивать связь с окружающим миром.

Сеть KNX децентрализована. Активаторы с сенсорами имеют прямой обмен данными без участия какого-либо дополнительного оборудования/контроллера.

Управление системами в доме с помощью KNX

Стоит отметить, что стандарт KNX включает в себя целых 4 среды передачи данных:

• отдельную шину (витую пару);
• электропроводку;
• радиоканал;
• IP-сеть.

Передача данных типа «отдельная шина» наиболее распространена. Она позволяет использовать различные варианты сетевой топологии и может объединять в себе множество устройств, находящихся на внушительном друг от друга расстоянии. Линейная топология — вот чем является простейший сегмент проводной сети KNX. Наибольшая длина линии — 1 километр, однако при помощи специальных усилителей эта длина может увеличиваться примерно в 3—4 раза. Каждый сегмент в обязательном порядке должен иметь индивидуальный блок питания. «Главная линия» может объединять в себе 15 таких линий, тем самым образовывая «зону». Как правило, зоны имеют способность общаться друг с другом при помощи магистральной линии. Такое общение вполне способны поддерживать между собой до 15 зон.

Схема построения распределительной шины для «Умного дома»

Программирование Умного дома

Вы спросите: «Так как всё-таки управлять такой сложной конструкцией, как «Умный дом?». Процесс упрощается во много раз после проведения программирования управляющего контроллера. Нюансы программирования контроллера будет обуславливаться типами подключенных к нему устройств и их количеством. Пройдя этот, казалось бы, трудоёмкий процесс, вы без труда научитесь управлять своим умным домом, насколько бы сложной системой он не являлся.

Использование запрограммированных контроллеров лёгкое, комфортное и доступное каждому:

• целым домом можно управлять, используя при этом лишь 1 щитовую базу;
• простой, казалось бы, тип контроллера способен решить самые необходимые задачи функционирования домашнего оборудования;
• многозадачность вашего «Умного дома» больше не станет проблемой, так как запрограммированный контроллер идеально подходит для нестандартно большого количества задач.

Управление «Умным домом» используя при этом лишь 1 щитовую базу

Управление «Умным домом»

Вы можете легко управлять вашей энергосберегающей системой путём отключения ненужной нагрузки и, при надобности, переводом техники с высоким потреблением электроэнергии на меньшее её использование. Этим вы легко сможете снизить затраты электроэнергии и уменьшить месячную оплату за жилищные услуги.

Когда вас не будет дома, вам не придётся мучиться с проверкой электроприборов, поскольку вы сами сможете управлять выключением и включением всех домашних приборов по мере нахождения в доме.

Для людей с постоянной потребностью выезжать в командировки и опасающихся за безопасность своего дома такое оборудование подходит отлично. В системе «Умный дом» вы сможете настроить имитацию вашего присутствия путём управления освещением (автоматизированным включением света по вечерам), звуками, включением телевизора, имитацией лая собаки.

Управление отоплением и электричеством с помощью KNX

Вы занятой человек, и вам нужно управлять каждой мелочью в доме без вашего присутствия, или же вы просто хотите отдохнуть после тяжелого рабочего дня? Тогда вы просто обязаны включить в проект систему поворотов вентилятора в указанную сторону или, например, активацию сушилки с помощью пульта. Таким образом, вы будете управлять бытовыми занятиями, которые раньше делали собственноручно, будучи вне дома.

Что для вас предпочтительней: живое общение, или любимый мессенджер?

Общение — это когда видишь собеседника лично. Все остальное — иллюзия общения.
445 ( 32.27 % )

Не люблю общаться с людьми в живую, написать сообщение мне прозе и удобней.
117 ( 8.48 % )

Общаюсь и в живую, и в соц сетях. Один способ вовсе не исключает другой.
817 ( 59.25 % )

EIB/KNX является беспроигрышной современной технологией, способной облегчить управление вашим «Умным домом». Она проста в эксплуатации, обладает максимально выгодными показателями «цены/качества». Если вы хотите стать профессионалом в сфере «Умных домов», оборудование KNX порадует вас своей долгосрочностью и надёжностью при эксплуатации.

Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.

Получил высшее образование по специальности Фундаментальная информатика и информационные технологии в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. После этого стал экспертом в известном интернет-издании. Спустя время, решил попробовать писать статьи самостоятельно. Ведет популярный блог на Ютубе и делится интересной информацией из мира технологий.

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.

KNX

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.

Что дальше?

1. Можно выбирать платформу для управления освещением по сети (со смартфона, например).
2. Можно внедрять в систему датчики присутствия, освещенности и так далее — в зависимости от фантазии (конечно, проводку под них надо закладывать на этапе проектирования)
3. Можно, наконец, вспомнить про то, что KNX — это не только свет, но и климат и прочие удобства — но это уже явно за пределами вводной статьи 🙂

Спасибо за внимание 🙂

Появлению автоматизированной системы послужила идея создания комплекса, с помощью которого можно было бы управлять коммуникациями в здании любого типа.

«Умный дом» на основе KNX – современная разработка, занимающая почетное место среди профессиональных систем автоматизации объектов.

Особенности комплекса

Для функционирования KNX «Умный дом» используют такие каналы:

1. бытовые электролинии;
2. изолированные проводники, скрученные между собой – «витая пара»;
3. радиоволны;
4. технологию передачи данных Ethernet.

Все компоненты, подключенные к общей сети, передают и получают нужную информацию через одну шину.

При успешной передаче данных механизм ее принимает и отправляет подтверждение.

Структурная схема умного дома на основе KNX

В том случае, когда данные не поступили, компонент повторяет отправку два раза. Для начала работы оборудование KNX «Умный дом» должно быть подключено к электрической сети, каждый отдел соединен друг с другом и запрограммирован.

Вся система автоматизации KNX делится на два типа – актуаторы и сенсоры. Сенсорами (передатчиками) выступают пульты управления, датчики, выключатели и т. д. Актуаторы (исполнители) выполняют функции коммутаторов – устройства, используемые для монтажа.

Децентрализованная система имеет важное преимущество – если один из элементов выходит из строя, комплекс продолжает свою работу. Надежность и качество оборудования имеют подтверждение тестами и сертификатами ассоциации KNX.

История KNX

KNX «Умный дом» имеет свою историю. Все началось с шины European Installation Bus (EIB).

Она появилась в 90-х годах и послужила базой для разработки стандарта. Общие направления, используемые в современном «Умном доме» на основе технологии KNX, сформировались уже тогда. Со временем EIB стала лидером в данной области, при том, что у нее всегда были важные конкуренты.

В южной Европе была популярна шина Batibus, а стандарт European Home System (EHS) предпочитали производители техники для дома.

Организации, которые продвигали эти три разработки на рынке, приняли решение об объединении усилий. Результатом стала ассоциация KNX, появившаяся в 1999 году.

Система KNX «Умный дом» была представлена миру в 2002 году. Большая часть ее разработок была позаимствована у EIB.

Шина European Installation Bus (EIB)

Остальные стандарты поделились своими механизмами настроек и способами передачи данных. Через год разработка была оформлена как европейский стандарт, через три года получила звание международного.

Комплекс отличается конкретными преимуществами. Специалисты отмечают высокую надежность – основные части разработки соединяются в общее целое специальными кабелями.

Предусмотрен механизм оповещения о полученном пакете. В случае срыва команды механизм повторяет ее еще несколько раз.

Следующим плюсом называют возможность подсоединения оборудования, находящегося на значительном отдалении друг от друга.

Все устройства KNX можно совместить. Масштабируемость стандарта позволяет применять его с равным успехом на больших объектах и в частных жилищах.

Многие усматривают недостаток разработки в том, что ее установку или проектировку могут проводить только специальные компании. Осуществить самостоятельный монтаж KNX весьма сложно.

Элементы сети

Система KNX «Умный дом» имеет три основные группы компонентов. В первую входят устройства, генерирующие команды управления – таймеры, сенсоры, панели контроля, выключатели, всевозможные датчики. Вторая группа – устройства-исполнители.

Это могут быть разные регуляторы и модули. Третья группа сформирована из вспомогательных системных устройств, к которым относятся повторители, устройства питания, интерфейсы и модули, отвечающие за связь с миром извне.

Передача данных для работы комплекса осуществляется через четыре среды – витая пара, радиоканал, электропроводка, IP-сеть.

Каналы не являются равноправными – основную работу выполняет витая пара, другие могут быть вспомогательными либо вообще не использоваться.

Такое соединение дает возможность подключать к сети разные варианты компонентов, расположенных между собой на большом расстоянии.

Комплектующие элементы системы умного дома KNX

Сеть KNX в самом простом исполнении является сегментом с направлением «линия». Сюда могут входить 64 устройства. Наибольшая длина линии – 1 километр, при помощи усилителей этот показатель увеличивают в 4 раза.

Каждый элемент подключен к собственному блоку питания. 15 линий объединены в «зону» и подключены к основной линии. Все «зоны» передают данные друг другу через магистральную линию. Общая сеть может объединять до 58000 устройств.

KNX «Умный дом» располагает двумя видами адресов – групповые и физические. В случае группового адреса одна команда рассылается сразу нескольким компонентам.

Система сама определяет, к какой условной категории принадлежит тот или иной гаджет. Групповых адресов бывает несколько, физический — только один. Проводная сеть использует скорость 9600 бит/с для передачи информации, в беспроводной такая скорость равна 16400 бит/с.

Настройка системы

Схема монтажа KNX «Умный дом» принципиальная – недостаточно просто подсоединить устройства и соединить их друг с другом, их следует настроить.

Еще недавно для функционирования стандарта существовали три направления конфигурации – Auto, Easy и System. Вариант Auto является самым простым, и с самого начала был разработан для тех пользователей, которые самостоятельно проводят монтаж.

Предполагалось, что этот вариант конфигурации даст возможность автоматически объединять компоненты, функционально привязанные друг к другу.

От пользователя требовалось только подключить гаджеты к объекту передачи информации и выбрать необходимые параметры. Этот способ не прижился в массах и от него отказались.

Вариант Easy был разработан для применения в небольших системах. Для его функционирования настройка происходит с помощью специальных кнопок, находящихся на панелях гаджетов.

Актуатор для системы умного дома KNX режима Easy

С этой же целью используется центральный контролер. Возможности данного способа конфигурации являются ограниченными, однако они позволяют завершить пусконаладочные работы.

Режим System делает устройство открытым для настройки любого параметра. Отличительной особенностью этого варианта является то, что для его использования и настройки требуется наличие специального программного обеспечения Engineering Tool Software. Продукт универсален и может быть совмещен с любыми высокотехнологичными гаджетами системы KNX.

Некоторые группы устройств:

• реле для управления воротами, жалюзи, шторами;
• выключатели, кнопки, диммеры;
• аналоговые и бинарные выходы и входы;
• датчики температуры, движения, погоды, энергопотребления, утечки газа, дыма;
• климатконтроль.

Это только некоторые из товаров и продуктов, которые можно подсоединять к общему комплексу.

Заключение

Разработка KNX «Умный дом» представляет собой интеллектуальную систему, позволяющую управлять любым объектом, будь то частный дом, отель или бизнес-центр. Разработчики создали гибкий, безопасный и энергоэффективный комплекс.

Преимущества системы заключаются в ее принадлежности к мировым стандартам и подключении к общей шине.

Благодаря этому открываются новые возможности в функционировании, защите, энергоэффективности, комфорте и безопасности.

Видео: Умный Дом KNX от iQ Comfort