آشنایی با پروتکل KNX
پروتکل KNX (خانه هوشمند KNX)، رایج ترین و محبوب ترین استاندارد و پروتکل هوشمندسازی جهان، به عنوان راهکاری برای اتوماسیون و کنترل سیستمهای خانگی و ساختمان، سیستمهای تهویه مطبوع، کنترل نور و انرژی در رقابت با دیگر استانداردهای مشابه می‌باشد. این پروتکل با استفاده از بستر ارتباطی سیم می‌باشد و دارای سرعت و امنیت شبکه ای بالا و منحصر بفرد است. خانه هوشمند KNX بستر‌های ارتباطی متنوعی را ازجمله امواج رادیویی و وایرلس، شبکه برق ساختمان، کابل‌های زوج سیم به هم تابیده، شبکه اترنت، اینفرارد را تحت پوشش قرار می‌دهد .
تجهیزات خانه هوشمند KNX، قادر به پوشش‌دهی تمامی ساختمان‌های نوساز، اعم از مسکونی، اداری، تجاری، هتل‌ها و … است، همچنین می‌توان در ساختمان‌های قدیمی بدون تغییر بستر، نسبت به تجهیز نمودن خانه هوشمند اقدام نمود. در صورت استفاده از پروتکل باز و استاندارد KNX، تجهیزات تولید شده توسط شرکت های مختلف می توانند با هم ترکیب شوند و علامت تجاری KNX درج شده روی این محصولات، ضامن کیفیت و قابلیت تعامل این قطعات با هم است. همه تجهیزات متصل به این پروتکل، به طور مستقل هوشمند هستند. محصولات شامل : عملگرها، سنسورها و پنل های مشاهده و نظارت می‌باشد، همچنین شامل Gateway هایی هستند که ارتباط سایر سیستمهای اتوماسیون و پروتکل‌های ارتباطی ساختمانی، نظیر BACNET ،LON ،DALI را با سیستمهای KNX فراهم می‌سازد.
به منظور انتقال داده های کنترلی به تمام اجزای مدیریتی ساختمان یا عملگرها، نیاز به یک سیستم است تا بتواند با تمامی آنها که ممکن است توسط شرکت های مختلفی تولید شده باشند، ارتباط برقرار کند. برای این منظور از قوانین و استانداردهای تعیین شده استفاده می شود که پروتکل (Protocol) نامیده می شوند که دارای انواع مختلفی هستند. پروتکل KNX یک پروتکل استاندارد بر اساس شبکه پروتکل های ارتباطی برای اتوماسیون ساختمان است. این پروتکل از ترکیب موفق سه پروتکل قدیمی EHS (پروتکل سیستم های خانگی اروپا)، BatiBUS و EIB (ارتباطات BUS اروپا) ساخته شده است. این استاندارد توسط اعضای اتحادیه KNX مدیریت می شود. با استفاده از پروتکل KNX، قوانین ترکیبی پیشرفته بر ساختمان حاکم می شود و همچنین می توان از راه حل هایی ساده برای پاسخگویی به نیازهای درون ساختمان و راضی کردن کاربران بهره مند شد.
از پروتکل KNX برای کنترل محصولات و سیستم های مختلفی چون سیستم های روشنایی، کنترل و مانیتورینگ سیستم های انرژی، عملکردهای امنیتی و … استفاده می شود. از آنجایی که واحدها و ساختمان های مجتمع و هماهنگ همواره تقاضای مجموعه ای هماهنگ از سیستم ها و تکنولوژی های مختلفی دارند، پروتکل KNX به گونه ای طراحی شده تا بتواند به صورت شبکه ای با انواع سیستم ها ارتباط برقرار کند و برای این کار اینترفیس هایی برای ارتباط با Ethernet/IP ،RF، سیستم های روشنایی مبتنی بر DALI و دیگر دستگاه های خانه هوشمند دارد. به طور کلی در این استاندارد راه های مختلف فیزیکی برای ارتباط بیان می شود:
– زوج سیم (این مدل از استاندارد های BatiBUS و EIB گرفته شده است)
– شبکه خطوط برق (این بخش مشابه با پروتکل X10 است و از ترکیب EIB و EHS بوجود آمده است)
– امواج رادیویی (KNX-RF)
– امواج مادون قرمز
– اترنت
پروتکل KNX به گونه ای طراحی شده است تا به هیچ پلتفرم سخت افزاری وابسته نباشد. یک شبکه دستگاهی KNX می تواند بر اساس نیازهای اجرایی خاص، به وسیله هر پردازنده ای از میکروکنترلر 8 بیتی گرفته تا یک کامپیوتر کنترل شود. نوع مشترک بیشتر که برای نصب استفاده می شود واسط زوج سیم است.
KNX همچنین به صورت یک استاندارد باز با موارد زیر سازگار است:
– استاندارد بین المللی (ISO/IEC 14543-3)
– استاندارد کانادایی (CSA-ISO/IEC 14543-3)
– استاندارد اروپایی (CENELEC EN 50090 and CEN EN 13321-1)
– استاندارد Guo Biao چین (GB/T 20965)
اتحادیه KNX از تاریخ 1 مارس 2014 شروع به کار کرد و تا کنون دارای 339 عضو و توسعه دهنده از 37 کشور جهان است. این اتحادیه دارای یک توافق نامه مشارکتی مابین بیش از 30 هزار سازنده در 100 کشور جهان و بیش از 60 دانشکده فنی و بالغ بر 150 مرکز آموزشی است. در این پروتکل دسترسی به مشخصات استفاده شده در KNX دارای محدودیت است، با این حال از ژانویه سال 2016 در صورت داشتن یک اکانت آزاد در وب سایت اتحادیه KNX این دسترسی برای شما آزاد می شود. تمام دستگاه ها برای نصب KNX با استفاده از یک جفت سیم BUS (به طور معمول از این نوع نصب استفاده می شود) به یکدیگر متصل شوند که به آنها اجازه ی جابه‌جایی اطلاعات را بدهد. این عملکرد در برخی دستگاه های خاص که از BUS استفاده می کنند بوسیله طراحان آنها محدود شده است که می توانند دستگاه های خود را در هر بار آپدیت کنند.
مزایای پروتکل KNX:
– توسعه يافته بوسيله انجمن استاندارد‌سازي اروپا ،20 سال سابقه فعالیت و حضور در بیش از 70 کشور دنیا
– بهینه‌سازی و صرفه‌جويي در مصرف انرژي، كنترل كاملاً انعطاف پذير، استفاده ساده و راحت
– پشتیبانی از چندین رسانه انتقال همچون کابل KNX، امواج رادیویی و وایرلس، شبکه برق ساختمان
– توليد تجهيزات سازگار با آن در بيش از 300 شرکت معتبر، نظير ABB و SIEMENS و …
– جدا بودن مدارهاي قدرت و فرمان
– کیفیت بالای محصولات تحت استاندارد KNX
– توانایی کنترل انواع وسایل خانگی و ساختمان‌ها
– توانایی برقراری ارتباط، تعامل، سازگاري و ترکیب با سیستم‌ها و پروتکل‌های دیگر
– امکان کنترل از طریق ارسال پیامک، ریموت کنترل، پنل لمسی، اینترنت، تبلت و موبایل.
کاربردهای پروتکل KNX:
– کنترل سیستم سرمایش و گرمایش
– محاسبه مصرف انرژی
– مدیریت انرژی
– کنترل پرده و کرکره
– کنترل روشنایی
– سیستم امنیتی و دزدگیر
– کنترل سیستم از راه دور
– کنترل سیستم صوتی و تصویری
– نظارت بر کل سیستم
– کنترل سیستمهای جانبی مانند پارکینگ
– کنترل سیستم اعلام و اطفاء حریق
– کنترل وسایل برقی
محدودیت‌های پروتکل KNX:
– قیمت نسبتا” بالای محصولات
– محدودیت قطعات و انعطاف پذیری پایین پروتکل در سیستم مدیریت ساختمان‌های چند منظوره
اجزای سیستم:
» سنسورها
» عملگر ها
سنسورها (مانند سنسورهای دما، وزش باد، سنسور حرکتی و …)
سنسورها نقطه آغاز هر فعالیتی هستند زیرا آنها اطلاعات را جمع آوری کرده و آنها را به صورت یک دیتا بر روی خطوط BUS ارسال می کنند. این اطلاعات می توانند در مورد دمای یک اتاق، حرکت ها، اندازه گیری وزش باد یا تنها وضعیت یک کلید فشاری باشد. نوع سنسورها بر اساس برنامه مورد نیاز انتخاب می شود.
عملگر ها (مانند واحد های دیمری، ولو های الکتریکی، نمایشگر ها و …)
عملگرها اطلاعات ارسال شده را دریافت کرده و آن را به فعالیت تبدیل می کنند. این اطلاعات می تواند شامل کنترل وضعیت پرده، دیم کردن روشنایی یا کنترل سیستم سرمایشی و گرمایشی باشد. انتخاب عملگرها بر اساس نوع برنامه مورد نیاز انجام می شود و شامل یک متصل کننده به سیستم BUS و یک ماژول کاربردی همراه با برنامه کاربردی متناظر است. برنامه کاربردی به همراه طراحی پروژه و نرم افزار مخصوص، به وسیله یک جزء سیستم که اینترفیس (Interface) نامیده می شود و به کامپیوتر یا خطوط BUS متصل است، بر روی دستگاه ها بارگذاری می شود (از طریق هر دو اینترفیس سریال یا USB) مسیر زوج سیم BUS نصبی، در موازات خطوط تغذیه برق 230 ولت قرار می گیرد و همه دستگاه ها و سیستم های خانه را به یکدیگر متصل می کند و تمام سیگنال های کنترلی را منتقل می کند. این قسمت مشابه با پروتکل DALI عمل می کند.
خطوط انتقال
زوج سیم از سیگنال های مختلفی با یک سرعت ارسال دیتای 9600 بیت بر ثانیه استفاده می کند. مقاومت موج ایده آل برای فرکانس 100 کیلوهرتز، مقدار 120 اهم است و مقاومت خطوط از 20 اهم بر کیلومتر تا نهایتا” 75 اهم بر کیلومتر است. ماکزیمم اثر خازنی در خطوط Bus-to-Bus نیز مقدار 800 پیکوفاراد بر متر در فرکانس 800 هرتز است. اثر خازنی بیشتر نیازمند مقدار متناسب کوتاه تری از طول کابل می باشد.دستگاه های KNX در سه گروه طبقه بندی می شوند:
* A-mode یا حالت اتوماتیک دستگاه هایی هستند که به صورت خودکار خودشان را پیکربندی می کنند و هدف این دستگاه ها فروخته شدن و نصب توسط کاربر نهایی است.
* E-mode یا حالت ساده دستگاه هایی هستند که برای نصب نیاز به آموزش های اساسی دارند. این دستگاه ها عموماً از قبل برنامه ریزی شده اند اما احتیاج به تنظیم پارمترهایی دارند که باید بر اساس نیاز کاربر تعیین شود.
*S-mode یا حالت سیستمی دستگاه هایی هستند که برای ساخت در سیستم های اتوماسیون ساختمانی سفارشی به کار می روند. این دستگاه ها هیچ برنامه ریزی پیش فرضی ندارند و به طور کامل باید توسط متخصصان برنامه ریزی شده و نصب شوند.
یکی از نقاط قوت پروتکل KNX این است که علامت KNX که بر روی محصولات قرارگرفته صرفا” یک نشان تجاری نیست، بلکه نشان دهنده انطباق محصول با تست های انجام شده معتبر آزمایشگاه ها است. در طول این آزمایش ها بررسی می شود که دستگاه از پروتکل KNX پشتیبانی می کند و داده ها نیز طبق این استاندارد کدگذاری شده اند که این ویژگی امکان ترکیب و یکپارچه ساختن را میان محصولات مختلف از تولیدکنندگان مختلف فراهم می سازد. در کاتالوگ محصولات تولیدکنندگان عضو اتحادیه KNX اکنون بیش از 7000 نوع محصول مختلف بر پایه این پروتکل قرار دارد که در زمینه های مختلفی چون کنترل روشنایی، کنترل سیستم سرمایشی و گرمایشی و تهویه مطبوع، نظارت بر زنگ هشدار، مانیتورینگ و مدیریت مصرف انرژی، سیستم های صوتی و تصویری، سیستم های امنیتی و … هستند که می توان دسترسی به هر کدام از آنها را توسط LAN یا گوشی هوشمند فراهم کرد و از هر نقطه از جهان برای کنترل آن فرمان ارسال کرد.
