Współpraca systemu KNX z wybranymi instalacjami budynkowymi

fot. gira.com

Współpraca wielu różnorodnych systemów, obsługujących różne instalacje znajdujące się w budynku, ma zapewnić prawidłową obsługę tych instalacji. Wybór systemu KNX pozwala na jego wykorzystanie w roli BMS, który nadzoruje pracę pozostałych instalacji w budynku, np. instalacji alarmowej, ppoż, itp. W artykule przedstawiono sposób wykorzystania elementów KNX do zapewnienia komunikacji z wybranymi instalacjami znajdującymi się w budynku.

Krótka charakterystyka systemu KNX

Systemy instalacji inteligentnych można podzielić, między innymi ze względu na zastosowany protokół komunikacyjny [1], na:

• systemy otwarte, oparte na ogólnodostępnym protokole komunikacyjnym; urządzenia w takim systemie mogą byś produkowane przez wielu producentów pod warunkiem zachowania zgodności ze standardem,
• systemy zamknięte, oparte na własnościowym protokole komunikacyjnym, zwykle stworzonym tylko na potrzeby jednego producenta.

System KNX ze względu na stosowany protokół komunikacyjny jest systemem otwartym. Otwarte podejście do protokołu komunikacyjnego znacznie ułatwia integrację urządzeń pracujących w różnych systemach. Ma to istotne znaczenie w budynkach, w których z różnych przyczyn nie można zastosować tylko jednego systemu automatyki budynkowej do sterowania instalacjami. Zachodzi wtedy konieczność zapewnienia prawidłowej współpracy między różnymi systemami.

Topologia systemu KNX składa się z następujących elementów (rys. 1):

• linia, do której podłącza się elementy magistralne (maksymalnie 255 urządzeń),
• obszar, który buduje się poprzez łączenie wielu linii razem za pośrednictwem sprzęgieł liniowych (do 15 linii), 
• system, który tworzony jest przez obszary połączone wzajemnie za pomocą sprzęgieł obszarowych (do 15 obszarów).

Rys. 1. Topologia systemu KNX: UM – urządzenie magistralne, Z/C – zasilacz, SL – sprzęgło liniowe, SO – sprzęgło obszarowe [2]

Podstawowym medium transmisyjnym wykorzystywanym w instalacji KNX jest skrętka dwuparowa. Medium to służy do zapewnienia zasilania urządzeniom magistralnym oraz do przekazywania informacji pomiędzy nimi. Informacje przekazywane są w postaci telegramów, czyli paczek bitów zawierających dane między innymi o nadawcy, odbiorcy oraz o rozkazie do wykonania. Każde urządzenie magistralne posiada swój własny, niepowtarzalny adres fizyczny składający się z trzech liczb. Określają one położenie danego elementu w topologii systemu. Do identyfikacji odbiorcy lub grupy odbiorców wykorzystuje się adres grupowy. Każdy element magistralny może posiadać więcej niż jeden adres grupowy.

Jednokierunkowa wymiana informacji z wykorzystaniem wejść binarnych

W instalacjach elektrycznych wiele zjawisk ma charakter zerojedynkowy. Informacje o włączeniu lub wyłączeniu oświetlenia, stan otwarcia okien lub drzwi mogą zostać wykorzystane w systemie KNX i posłużyć do informowania o stanie aktualnym obiektu, wpływaniu na procesy regulacji lub też do sterowania odbiornikami. Nie zawsze jednak wszystkie urządzenia i instalacje są wykonane w technologii KNX. Często nie warto wykonywać każdego elementu instalacji w jednym systemie ze względu na koszty. Warto jednak wykorzystać np. stan otwarcia okna do sterowania ogrzewaniem. W takich przypadkach można wykorzystać wejścia binarne. Są to urządzenia pracujące w systemie KNX, których zadaniem jest zbieranie informacji spoza systemu i zamienianie ich na telegramy KNX, które można wykorzystać przy sterowaniu instalacją (rys. 2). Informacja taka jest jednak wyłącznie jednobitowa. W zależności od wartości napięcia, które wykorzystuje się jako sygnał, wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje wejść binarnych:

• bezpotencjałowe,
• niskonapięciowe 24V,
• na napięcie sieciowe 230V AC.

Rys. 2. Przykładowe wejścia binarne: a) wejście binarne bezpotencjałowe czterokrotne firmy Hager, b) wejście binarne bezpotencjałowe firmy Gira [3, 4]

Wejścia bezpotencjałowe często wykorzystuje się w celu podłączenia tradycyjnych łączników klawiszowych do instalacji KNX. Pozwala to na wybranie z szerokiej, pod względem wyglądu, oferty łączników tradycyjnych. Można wykorzystać je między innymi do sterowania instalacją oświetleniową czy roletami. Sposób podłączenia wejścia bezpotencjałowego z przyciskiem klawiszowym przedstawiono na rysunku 3. Przedstawione na nim urządzenie TXB 304 jest czterokrotnym wejściem bezpotencjałowym. Posiada wbudowany port magistralny do komunikacji z systemem KNX oraz cztery pary zacisków, które podłącza się do styków łączników klawiszowych.

Ponieważ jest to urządzenie magistralne, posiada ono w systemie swój adres fizyczny. Umożliwia realizację szeregu różnych funkcji, w tym:

• sterowanie załącz/wyłącz, ściemnianie,
• funkcje priorytetowe,
• funkcje czasowe,
• funkcje scen.

Rys. 3. Schemat podłączenia bezpotencjałowego czterokrotnego wejścia binarnego TXB304 [3]

Przykładowy sposób wykorzystania wejścia binarnego w systemie KNX przedstawiono na rysunku 4. W chwili, kiedy wystąpi zdarzenie, np. zostanie otwarte okno, na wejściu urządzenia magistralnego informacja ta spowoduje wygenerowanie telegramu na magistrali KNX. Ten telegram następnie dotrze do urządzenia docelowego, np. aktora grzewczego, który może wyłączyć ogrzewanie w danym pomieszczeniu.

Rys. 4. Schemat podłączenia wejścia binarnego w systemie KNX: ZS - zasilacz systemowy, AG – aktor grzewczy, PU – port USB, WB – wejście binarne

Bezpotencjałowe wejścia binarne można również wykorzystać do zbierania sygnałów od systemów ochrony przeciwpożarowej lub alarmowych. Przykładowy sposób podłączenia centrali alarmowej do systemu KNX poprzez wejścia binarne przedstawiono na rysunku 5. W układzie tym informacje pobierane z kontaktronów do centrali alarmowej mogą być wykorzystane w systemie KNX na kilka sposobów.

Jeden z nich polega na przekazywaniu bezpośrednio do systemu KNX informacji o stanie okna (otwarte, zamknięte).Rozwiązanie takie wymaga jednak znacznej ilości wyjść z centrali alarmowej. Kolejny sposób polega na przekazywaniu wybranych istotnych informacji. Przykładowo do systemu KNX można przekazywać tylko wybrane sygnały alarmowe, np. stan uzbrojenia alarmu. Wymaga to odpowiedniego zaprogramowania centrali alarmowej. Można ją wykorzystać w ten sposób tylko wtedy, gdy posiada ona bezpotencjałowe wyjścia, np. przekaźnikowe. W innym przypadku może okazać się konieczne zastosowanie elementów pośredniczących, zamieniających sygnały napięciowe lub prądowe na bezpotencjałowe.

Rys. 5. Wykorzystanie wejść binarnych do pobierania sygnałów z centrali alarmowej: KT1 – KT4 – kontaktrony, WB1, WB2 – wejścia binarne