Systém KNX/EIB je jediným celosvětově normalizovaným systémem pro řízení funkcí v budovách. Přitom se jedná o systém otevřený – může se do něho začlenit jakýkoliv další dosud samostatný systém. Souborem norem zabývající se inteligentní elektroinstalací je ČSN EN 50090.
Soubor se soustřeďuje na otevřený komunikační systém HBES třída 1 a obsahuje specifikaci komunikační sítě pro byty a budovy, například pro řízení osvětlení, vytápění, přípravy potravy, praní, hospodaření s energií, regulaci spotřeby vody, požární hlásiče, navádění nevidomých, různé formy bezpečnostních kontrol atd.
Pro přenos informací mezi jednotlivými prvky systémové elektrické instalace a současně pro napájení vstupních elektronických částí (sběrnicových spojek), popř. i všech následujících elektronických obvodů některých přístrojů (např. snímačů) slouží sběrnice, tvořená sdělovacím kabelem. Použitý kabel musí být stíněný kvůli možnému vzniku nežádoucích indukovaných rušivých signálů na sběrnici. Pro napájení i pro přenos informací slouží jediný pár vodičů. Pro jednoznačné rozlišení vodičů je stanoveno i barevné značení obou těchto žil. Červeným pláštěm je opatřen vodič připojený ke kladnému pólu napájecího zdroje, černou barvou je označena izolace vodiče připojeného k zápornému pólu.
Teorie uvádí, že pro komunikaci i napájení zařízení sběrnice postačuje jeden pár vodičů, přesto je normou ČSN EN 50090-2-2 předepsáno používání kabelu se dvěma kroucenými páry vodičů. Druhý pár (jeden vodič s bílou, druhý se žlutou izolací) je určen jako rezerva pro případ poškození některého z vodičů sběrnice. Může být využit i jako připojovací vedení pro některý z pomocných prvků, který má být připojen např. ke vstupním svorkám některého z binárních vstupů. U některých nových přístrojů KNX/EIB s vyšší spotřebou elektrické energie (např. snímače s dotykovými displeji) je potřeba zajistit jejich pomocné napájení z přídavného zdroje nízkého napětí. I pro tento účel je možné použití tohoto druhého páru vodičů sběrnice.
V žádném případě ale nesmí dojít ke snížení parametrů soustavy bezpečného malého napětí SELV, jejímž požadavkům musí vyhovovat napájecí zdroje i všechny přístroje připojené ke sběrnici, a to i ke druhému páru vodičů. Příslušnost k soustavě SELV vymezuje také požadavek na velikost zkušebního napětí vnějšího pláště kabelu sběrnice. Velikost zkušebního napětí je 4 kV. To dovoluje klást sběrnicový kabel v souběhu se silovými vedeními nízkého napětí, bez omezení délky souběhu. V instalacích, v nichž může často docházet ke změnám technologie provozu s vynucenými následnými změnami ve vybavení elektrické instalace, a tedy i ve způsobu ovládání jednotlivých funkcí, mohou být používány speciální ploché kabely vybavené propojovacími konektory a obsahující jak silové vodiče, tak i dva vodiče pro sběrnici KNX/EIB.
Taková instalace výrazně snižuje montážní pracnost. Jednotlivé přístroje systémové instalace se k tomuto sdruženému vedení připojují připojovacími spojkami opatřenými izolací procházejícími zařezávacími kontakty. Na druhé straně ale takovéto sběrnicové vedení není stíněné, a tudíž není dostatečně zaručena ochrana před indukováním rušivých signálů.
Průměry měděných jader vodičů sběrnicového kabelu byly stanoveny na 0,8 mm. Vyhovujícími kabely jsou např. YCYM 2x2x0,8 nebo JYSTY 2x2x0,8.
Struktura otevřeného komunikačního systému dle ČSN EN 50090-1:2011
ČSN EN 50090-1 se zaměřuje na řídicí aplikace pro otevřený komunikační systém pro byty a budovy a pokrývá jakoukoli kombinaci elektronických zařízení spojených prostřednictvím digitální komunikační sítě. Jedná se o specializovanou formu automatizovaného, decentralizovaného a distribuovaného řízení procesu, zaměřeného na potřeby aplikací v bytech a budovách.
Architektura
Specifikace otevřeného komunikačního systému HBES obsahuje řadu mechanismů pro uvedení sítě do provozu, ale nechává na realizátorovi možnost volby nejvíce přizpůsobené konfigurace.
Je tvořen následujícími základními prvky:
- Modely vzájemné spolupráce a (distribuované) aplikace pro různé úlohy automatizace pro byty a budovy. Tyto jsou popsány v EN 50090-3-2 a v EN 50090-3-3 (Aplikační hlediska - Model komunikace HBES a společné typy dat HBES).
- Schémata pro konfiguraci a management k správnému řízení všech prostředků v síti a k umožnění logického spojování nebo vazby částí distribuované aplikace, které pracují v nižných zařízeních.
- Tato jsou strukturována v souboru postupů managementu popsaných v EN 50090-7-1.
- Komunikační systém se souborem fyzických komunikačních médií, protokolem zprávy a odpovídajícími modely pro komunikační zásobník v každém uzlu; tento komunikační systém musí podporovat všechny síťové komunikační požadavky na konfiguraci a management instalace a rovněž poskytovat hostitelské prostředí pro jeho distribuované aplikace. Toto je reprezentováno společným jádrem otevřeného komunikačního systému HBES. Tyto jsou popsány v souboru EN 50090-5 (pro různá podporovaná média) a v souboru EN 50090-4 (pro vrstvy nezávislé na médiích).
- Konkrétní modely zařízení shrnuté v profilech pro efektivní realizaci a kombinaci výše uvedených prvků při vývoji konkrétních výrobků nebo zařízení, která budou montována a spojována při instalaci. Tyto jsou popsány v EN 50090-9-1, CLC/TR 50090-9-2 a CLC/TR 50552.
Aplikace, vzájemná spolupráce a vazba
Pro koncepce aplikací otevřeného komunikačního systému HBES je nejdůležitější myšlenka datových bodů: tyto představují procesní a řídicí proměnné v systému, vysvětlené v souboru EN 50090-3. Těmito datovými body mohou být vstupy, výstupy, parametry, diagnostická data atd. Normalizovanými zásobníky pro tyto datové body jsou skupinové objekty a vlastnosti objektů rozhraní.
Předpokládá se, že komunikační systém a protokol poskytnou omezený soubor instrukcí pro čtení a zápis (určení a získání) hodnot datových bodů: jakákoli další aplikační sémantika je mapována do formátu dat a vazeb, což vede k tomu, že otevřený komunikační systém HBES je především datově řízený.
Pro dosažení vzájemné spolupráce musí datové body implementovat normalizované typy datových bodů seskupené do funkčních bloků. Tyto funkční bloky a typy datových bodů jsou vztaženy k aplikačním oblastem, ale některé z nich mají všeobecné použití a pojmenované funkce společného zájmu (jako je například datum a doba).
Přístup k datovým bodům lze získat pomoci mechanismů individuálního nebo skupinového vysílání.
Konfigurace
Existují dvě úrovně, při nichž se musí instalace konfigurovat. Především existuje úroveň topologie sítě a jednotlivých uzlů nebo zařízení.
V jistém smyslu je tato první úroveň nutnou podmínkou před konfigurací distribuovaných aplikací, tj. vazbou s nastavením parametrů.
Konfigurace lze dosáhnout kombinací místních manipulací na zařízeních (například stisknutím tlačítka, nastavením kódového kolečka, nebo použitím místně připojeného konfiguračního nástroje) a aktivní komunikací managementu sítě přes sběrnici (ve stejné vrstvě a rovněž pomocí centralizovanějších schémat s hlavní a podřízenou jednotkou).
K realizaci všech potřeb aktivní konfigurace systému je otevřený komunikační systém HBES vybaven souborem nástrojů pro management sítě. Tyto nástroje lze použít po celou dobu životnosti instalace: pro výchozí nastavení, pro začlenění instalací s více režimy, pro následnou diagnostiku a údržbu, a rovněž pro pozdější rozšíření a rekonfiguraci.
Management sítě specifikuje soubor mechanismů pro aktivní zjišťování, nastavování nebo opětné vyhledávání konfiguračních dat prostřednictvím sítě. Navrhuje postupy (tj. posloupnosti zpráv) pro přístup k hodnotám různých prostředků sítě v zařízeních, a rovněž identifikátorů a formátů pro tyto prostředky - toto vše pro umožnění správné vzájemné spolupráce všech síťových zařízení. Těmito prostředky mohou být adresy, komunikační parametry, aplikační parametry, nebo úplné soubory dat, jako jsou vazební tabulky, nebo dokonce i celý realizovatelný aplikační program.
Management sítě v zásadě používá služby nabízené aplikační vrstvou specifikovanou v EN 50090-4-1. Pro účely konfigurace musí každé zařízení zavést služby a prostředky specifikované v příslušném profilu.
Pro řízení zařízení se tyto služby používají v postupech. Konfiguraci lze zajistit s využitím určeného souboru postupů, které jsou popsány v EN 50090-7-1. Jsou možná různá řešení, sahající od uvedení zařízení do provozu pomocí:
- připojeného PC s instalovaným softwarovým programem, někdy uváděným jako „systémový režim“. Data výrobku jsou buď součástí nástroje, nebo jsou importována do databáze nástroje. Prostřednictvím těchto popisů výrobků se realizuje vazba a parametrizace výrobků;
- připojené řídicí jednotky působící jako hlavní zařízení, které prohledává zařízení v síti a získává informace o jejich vlastnostech pomocí deskriptoru zařízení vyslaného připojenými zařízeními. Na základě databáze v řídicí jednotce a vhodných nastavení pomocí displeje na řídicí jednotce jsou výrobky spojovány a parametrizovány. Tento typ konfigurace se někdy uvádí jako „snadný režim řídicí jednotky“;
- aktivace ovládacích prvků pro získání čidel jako partnerských zařízení: pouze pokud zařízení vyšlou deskriptory, které mohou být spojeny, budou zařízení schopná spojení. Parametry se v tomto případě často nastavují místně na zařízení. Tento typ konfigurace se uvádí jako „tlačítkový režim“;
- přiřazení označení partnerským zařízením na sémantickém základě nebo podle geografického rozdělení do pásem: pouze pokud označení souhlasí, budou zařízení schopna navzájem komunikovat. Tento typ konfigurace se uvádí jako „reflexní režim logického označení“.
Dále jsou popsána řešení zpracování zpráv komunikačního systému pro aplikace, a rovněž management, počínaje fyzickými přenosovými médii.
Komunikace
Otevřený komunikační systém HBES nabízí volbu pro výrobce, v závislosti na jeho tržních požadavcích a zvyklostech, aby si vybral mezi několika fyzickými vrstvami, nebo aby je zkombinoval. S dostupností směrovačů a v kombinaci se vzájemnou spoluprací lze realizovat multimediální konfigurace a rovněž i konfigurace s více dodavateli.
Tato různá média jsou:
- TP 0 a TP 1, obě poskytují zlepšená řešení pro kabeláž s kroucenými páry, obě používají síť SELV nebo PELV a napájecí systém. Hlavni vlastnosti jsou tyto: přenos dat a energie jedním párem (zařízení s omezenou spotřebou energie lze napájet sběrnicí), asynchronní znakově orientovaný přenos dat a poloduplexní obousměrná komunikace. Přenosová rychlost TP 0 je 2 400 bit/s, zatímco TP 1 je 9 600 bit/s. Obě média zavádějí zabránění kolizi CSMA/CA. Lze používat a kombinovat všechny topologie (liniovou, hvězdicovou, stromovou). Tato média jsou popsána v EN 50090-5-2.
- PL 110 a PL 132 umožňují komunikaci po napájecí síti. Hlavní vlastnosti jsou: signalizace s klíčováním rozprostřeným kmitočtovým posuvem, asynchronní přenos datových paketů a poloduplexní obousměrná komunikace. Obě se liší zejména jejich středním kmitočtem (110 kHz a 132 kHz), jejich procesem dekódování a rychlostí přenosu dat (PL 110 = 1 200 bit/s; PL 132 = 2 400 bit/s). Obě média zavádějí CSMA a jsou v souladu s EN 50065-1 (v kmitočtovém pásmu bez standardního přístupového protokolu média a s ním, v uvedeném pořadí). Tato média jsou popsána v EN 50090-5-1.
- RF umožňuje bezdrátovou komunikaci ve vysokofrekvenčním pásmu 868 MHz. Hlavními vlastnostmi jsou signalizace s kličováním kmitočtovým posuvem, asynchronní přenos a poloduplexní obousměrná nebo jednosměrná komunikace. Střední kmitočet je 868,30 MHz pro zařízení krátkého dosahu s pracovním cyklem omezeným na < 1 % a s rychlostí přenosu dat 32 kHz. Přístup k médiu je založen na mechanismech CSMA. Médium a spodní část vrstvy datového spoje byly specifikovány společně s CEN/TC 294 pro měřidla kvůli schopnosti sdílet hardwarové platformy.
- RF otevřený komunikační systém HBES je v souladu s doporučením ERC/REC 70-03 a se souborem ETSI EN 300 220. Toto médium je popsáno v EN 50090-5-3. Kromě těchto médií pro sítě zařízení sjednotil otevřený komunikační systém HBES služební a integrační řešení pro média IP, jako je:
1) Ethernet (IEEE 802.2);
2) Bluetooth, Wi-Fi/Wireless LAN (IEEE 802.11);
3) „FireWire* (IEEE 1394) atd.,
Schopnosti systému
Otevřený komunikační systém HBES je distribuovaná sít‘, která soustřeďuje až 65 536 zařízení v 16bitovém individuálním adresním prostoru. Logická topologie nebo struktura podsítě umožňuje 256 zařízení na jednom vedení. Jak je znázorněno na obr. 3, vedení lze seskupit spolu s hlavním vedením do oblasti. Celá doména je tvořena 15 oblastmi spolu s páteřním vedením.
Jak je znázorněno na obr. 3, odráží se tato topologie v numerické struktuře individuálních adres, které (s několika málo výjimkami) jednoznačně identifikují každý uzel v síti.
Na silovém vedení jsou sousední domény logicky odděleny 16bitovou adresou domény. Bez adres vyhrazených pro propojovací jednotky, (255 x 16) x 15 + 255 = 61 455 koncových zařízení lze spojit sítí otevřeného komunikačního systému HBES. Instalační omezení mohou záviset na činitelích implementace (médium, typy sestav vysílač/přijímač, kapacita napájení) a prostředí (elektromagnetický šum atd.). Musí se vzít v úvahu pokyny pro instalaci a výrobky.
Na rádiových kmitočtech se rušení mezi dvěma sousedními instalacemi zabrání použitím rozšířeného adresního schématu, které sdružuje individuální adresu a skupinovou adresu do jednoznačného identifikátoru zařízení. Toto rovněž umožňuje vzít v úvahu pouze jednosměrná zařízení, které lze navrhnout s nižšími náklady pro funkce čidel.
Propojovací jednotky spojují vedení nebo segmenty, například v médiu krouceného páru (TP), nebo různá média; mohou být funkční jako (určitá kombinace) zařízení: opakovač, můstek, směrovač, filtr sad (pro optimalizaci provozu), ochrana „firewal“ atd.
Literatura: Soubor norem ČSN EN 50090
