СТРОИМ УМНЫЙ ДОМ

Часть 2. Выбираем инструмент

 

Более 10 лет шинная архитектура является основой систем автоматизации различных служб здания. На фоне множества существующих решений в этой области технология EIB - Европейская  Инсталляционная Шина занимает одно из лидирующих мест. С момента своего появления на Европейском рынке в 1990 году на сегодняшний день она работает в более чем 70000 зданиях по всему миру, поддерживается 113 ведущими производителями, которые предлагают более 4500 EIB-совместимых изделий, входящих в состав инженерных и коммуникационных систем в сооружениях. По всему миру 70 сертифицированных учебных центров готовят специалистов по EIB.  Свидетельством значительности Европейской технологии явилось ее признание как стандарта Американской организацией стандартов ANSI в 2000 году.

Два года назад Европейские ассоциации BatiBus (www.batibus.com), EHSA - European Home Systems Association (www.ehsa.com) и Ассоциация EIB (www.eiba.com) начали совместный процесс трансформации своих технологий к единой шинной архитектуре под общим названием KONNEX (www.konnex-knx.com). И технология EIB положена в основу этого проекта. Поэтому у нас есть все основания подробнее познакомиться с Европейской Инсталляционной Шиной.

Общая информация о технологии EIB вам наверняка уже известна по публикации в предыдущем номере этого журнала. И все же не будет лишним повторить некоторые понятия.

Технология EIB - Европейская инсталляционная шина была разработана как децентрализованная управляющая система в области электрических инсталляций для коммутации электрических нагрузок, контроля и управления окружающей средой, комплексной безопасности в различных видах зданий. Она предназначена для мониторинга и управления различными процессами и реализации функциональных задач в здании, например, управление освещением, жалюзями/шторами, отоплением, кондиционированием воздуха, управления нагрузкой, сигнализации и т.п.

EIB система - это децентрализованная система с последовательной передачей телеграмм между EIB устройствами, подключенными к шине (см. рис.1). Условно EIB система состоит из "сенсоров" (датчики, устройство ввода команд, и т.п.) и "актуаторов" (исполнительных механизмов). Сенсоры посылают в шину телеграмму, актуаторы ее принимают и выполняют в зависимости от ее содержимого.

Протокол передачи телеграмм EIB сегодня поддерживается несколькими коммуникационными средами:

Ø      спецификация EIB.TP - витая пара (9600 бод, доступно 65535 адресов устройств, питание устройств - от коммуникационной среды);

Ø      спецификация EIB.PL - силовая линия 230В 50 Гц  (1200 бод, доступно 32767 адресов устройств, питание устройств - от коммуникационной среды);

Ø      спецификация EIB.RF - радиоканал (868-870 МГц, 34800 бод, 5 мВт);

Ø      спецификация EIB.NET - компьютерная вычислительная сеть EIB (например, 10 МБит/с, Ethernet);

со следующими расширениями:

Ø      RS-232;

Ø      телефонная сеть;

Ø      оптоволокно;

Ø      инфракрасное излучение;

Ø      голосовые команды.

Самыми распространенными являются решения на витой паре. Поэтому такой вариант EIB системы полностью займет наше внимание на последующих страницах.

 

Основные преимущества EIB

Ø      единое, независимое от поставщика и приложения, программное обеспечение ETS для проектирования, конфигурирования и диагностики EIB решений;

Ø      стандартное устройство сопряжения с шиной (BCU);

Ø      стандартизированное электрическое и механическое соединение с шиной;

Ø      система сертификации на EIB совместимость;

Ø      единые методические и практические руководства, общая система обучения.

 

Топология шины

Для работы шины необходима одна витая пара, к которой с помощью стандартного разъема подключаются EIB устройства. Такой фрагмент называется электрическим сегментом со следующими свойствами:

Ø      максимум 64 устройства может быть подключено к одному сегменту (реальное же их число зависит от выбранного блока питания и потребления подключенных устройств);

Ø      общая длина витой пары не должна превышать 1000 м;

Ø      максимальная длина кабеля между местами подключения двух устройств не должна превышать 700 м, а между подключениями блока питания и устройства - 350 м.

Часто электрический сегмент отождествляют с линией. Если же линия должна содержать более 64 устройств, тогда несколько электрических сегментов соединяются между собой с помощью EIB устройства "повторитель линии" (LR - Line Repeator). В принципе, одна линия может содержать до четырех электрических сегментов, тем самых объединять до 256 устройств. Каждая линия должна иметь свой блок питания.

Далее, до 15 линий (линии 1…15) может быть подключено к главной линии (линия 0) с помощью EIB устройства "соединитель линии"(LC - Line Coupler). К главной линии могут быть подключены другие EIB устройства с одним условием - общее число подключенных устройств, включая LC других линий, не должно превышать 64. Главная линия также должна иметь свой блок питания.

Структура, содержащая главную линию и подключенные к ней другие линии и устройства, называется "зона".

Несколько областей (до 15) могут быть объединены через EIB устройство "магистральный соединитель" (BC - Backbone Coupler) с помощью "магистральной линии" (или просто, "магистрали"). К магистрали также могут быть подключены другие EIB устройства с тем же условием - общее число подключенных устройств, включая BC других зон, не должно превышать 64. Магистраль должна иметь свой блок питания.

Адреса и передача телеграмм

Физический адрес. Каждое шинное устройство имеет свой уникальный физический адрес (см. рис. 1), который четко описывает его место в топологии:

<зона>.<линия>.<устройство>

где  <зона>= 1…15 (адрес зоны) или 0 (адрес устройство на магистрали);

       <линия>= 1…15 (адрес линии в указанной зоне) или 0 (адрес главной линии);

       <устройство>= 1-15 (адрес устройства на указанной линии) или 0 (адрес соединителя).

Групповой адрес задает определенную функцию во всей шинной системе, которая позволяет устройствам взаимодействовать друг с другом. Каждый групповой адрес может быть присвоен любому шинному устройству на любой линии в системе. Если (на фазе проектирования) один групповой адрес присвоен нескольким актуаторам, то они могут быть активизированы в одно и тоже время одной телеграммой, посланной сенсором. Сенсор может послать телеграмму только по одному групповому адресу, иными словами, сенсор может активизировать выполнение только одной функции.

Групповой адрес может иметь двух (<главная группа>/<подгруппа>) или трехуровневую (<главная группа>/<средняя группа>/<подгруппа>) структуру. Это дает возможность классифицировать функции по различным критериям и делать проект более наглядным.

Представьте себе комнату с двумя светильниками - у двери (С1) и у окна (С2), с выключателем у двери и датчиком наружной освещенности у окна.  Выключатель используется для коммутации светильников С1 и С2. В то же время светильник у окна С2 коммутируется по показаниям датчика освещенности. Группы в этой ситуации образуются, например, следующим образом:

Ø      группа 1/1 - это выключать (сенсор) и светильники С1 и С2 (актуаторы)

Ø      группа 1/2 - это датчик освещенности (сенсор) и светильник С2 (актуатор)

Нажатие на выключатель вызывает отправку телеграммы по групповому адресу 1/1. Все актуаторы ее слушают, принимают и отрабатывают. Датчик освещенности посылает телеграмму по групповому адресу 1/2. Все актуаторы ее слушают, но только С2 ее принимает и отрабатывает.

Устройства LC выполняют роль фильтра групповых адресов, замыкая в своей линии локальный трафик телеграмм, и тем самым, разгружая другие линии от холостого потока телеграмм. Если сенсор и актуатор находятся на разных линиях, то LC с помощью построенной на этапе проектирования своей таблицы групповых адресов, обеспечивает доставку телеграммы по целевому адресу. Если сенсор и актуатор находятся в разных зонах, то за доставку телеграмм отвечает устройство BC аналогичным образом, как это делает LC. Групповые адреса с номерами главных групп 14 и 15 не фильтруются устройствами BC и LC. Телеграммы  с такими групповыми адресами прослушиваются всей системой.

Устройство LR - это тот же LC только без функции фильтрации адресов.

Важным ограничением при проектировании топологии системы является то, что на пути телеграммы от сенсора к каждому актуатору с определенным групповым адресом должно быть не более 6 соединителей (BC, LC и LR).

 

Основные компоненты системы

Блок питания - обеспечивает питание (28 В постоянного тока 640 мА) для работы шинных устройств. Имеет защиту от короткого замыкания на шине. Устройство БП позволяет покрывать перебои в питании продолжительностью до 100 мс. Для нормальной работы шинного устройства требуется как минимум 21 В постоянного тока, при этом оно потребляет 150 мВт. Каждая линия должна иметь свой блок питания. На линию может быть установлен только один дополнительный блок питания, при этом минимальное расстояние между точками их подключения составляет 200 м. Блок питание нельзя заземлять.

Функциональное шинное устройство состоит из трех частей (см. рис. 2):

Ø      устройство шинного сопряжения (BCU - Bus Coupling Unit)

Ø      прикладного модуля (AM - Application Module)

Ø      прикладной программы (AP - Application Program)

BCU и AM представлены на рынке одним устройством или по отдельности. В последнем случаем прикладной модуль подключается к устройству шинного сопряжения через стандартизированный интерфейс PEI - Physical External Interface, который служит для обмена данными и питания прикладного модуля.

 

Отдельное BCU существует в нескольких модификациях: для скрытого монтажа в коробки под выключатели, в подвесном потолке, для установки на DIN рейку. В последнем случае на рейку крепится печатная плата с нанесенными четырьмя токопроводящими дорожками, которых касаются подпружиненные выступающие контакты EIB DIN модуля. В остальных случаях подключение к шине осуществляется через стандартный шинный разъем (см. рис. 3).

BCU состоит из контроллера (микропроцессор и несколько видов памяти: ROM - постоянной для хранения системных программ, RAM - переменной для хранения временных значений и EEPROM - электрически стираемой для хранения прикладной программы).

На рынке доступна OEM-версия устройство шинного сопряжения - модуль шинного интерфейса BIM (Bus Interface Module). От BCU он отличается отсутствием корпуса, кнопок, разъемов. 

Прикладной модуль AM с помощью своего резистора R через контакт 6 интерфейса PEI заявляет BCU о своем типе и как интерпретировать линии данных. Если тип AM не соответствует записанной в BCU прикладной программе, то его работа останавливается до последующего перезапуска. Примерами прикладных модулей являются двоичный ввод/вывод, дисплеи и операторские панели, устройства плавного регулирования освещения, комнатные температурные контроллеры, датчики температуры, освещенности, скорости ветра и т.п.

Прикладная программа и ее параметры записываются на этапе конфигурирования системы с помощью программы ETS - EIB Tools Software.

Соединители линий BC, LC, LR представляют собой шинные устройства с двумя BCU (см. рис.4). Как уже отмечалось выше, они выполняют фильтрацию потока телеграмм по групповым адресам (кроме LR) и гальванически изолируют соединяемые линии и сегменты, питая свои внутренние схемы от вторичной линии (см. рис. 4).

 

Для соединения фрагментов, работающих на разных коммуникационных средах (например, на витой паре и силовой проводке), используются так называемые соединители сред (MC - Media Coupler). Это разновидность LC, содержащая сопряжения с разными коммуникационными средами.

Кабель может объединять EIB устройства в любые структуры, не содержащие замкнутые циклы. Основными типами кабеля являются:

Ø      YCYM 2x2x0.8 - для сухих, влажных и сырых помещений, наружного монтажа с защитой от прямого попадания солнечных лучей; тестовой напряжение 4 кВ (см. рис. 5);

Ø     

	width=200

IY(St)Y 2x2x0.8 VDE 0815 - только для внутренней проводки; тестовое  напряжение 2,5 кВ.

Минимальное расстояние между EIB кабелем и основным электрическим кабелем сети 230/400 В должно быть равным 4 мм.

Как и другие компоненты, кабель также сертифицируется Ассоциацией EIB. Однако на рынке присутствует значительное количество кабелей, чьи производители сами гарантируют совместимость с EIB. 

 

А что дальше?

А дальше мы просто начнем проектировать умный дом и шаг за шагом будем осваивать технологию EIB. 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

1.      EIBA Handbook Series. Vol.1, Part 2: Introduction to the System.

2.      Материалы научной конференции в Технического университета Мюнхена. EIB-Proceedings 2000.

3.      EIB Journal. May 2000. ISSN 1430-2306. (доступен на www.eiba.com).

4.      Материалы учебного курса «Siemens instabus EIB Compact Course».