KNX智能家居系统培训资料全

KNX智能家居系统培训资料前言欧洲安装总线EIB（European Installation Bus）是在上世纪九十年代初发展起来的一种通信协议，用户对建筑物自控系统在安全性、灵活性和实用性方面的要求以与在节能方面的需求促进了这项技术的迅速推广。与此同时，同样的需求在法国促进了Batibus技术的发展，欧洲家用电器协会（EHSA）也对家用电器（又称白色电器）的网络通信制定了EHS协议。 1997年上述三个协议的管理结构联合成立了KNX协会，在这三个协议的基础上开发出KNX标准。目前在家庭和建筑物自动化领域，KNX标准是唯一符合国际标准ISO/IEC 14543和欧洲标准EN 500990、CE 13321要求的开放式国际标准。KNX智能家居系统培训资料是介绍KNX系统技术的基础资料，向广大的技术人员、项目规划人员、系统集成商和操作人员介绍KNX系统的构成和应用，同时还介绍了有关系统规划、安装、投运和扩展方面的知识。KNX系统可使用多种通信介质，包括：双绞线、电力线和无线通信。本手册主要着重介绍KNX 系统在TP（双绞线）中的基本知识和应用等。有关KNX系统在电力线和无线通信的介绍，可以参考KNX标准资料介绍，资料下载：.knx.org。目录一、KNX系统概论31.智能家居的概念32.KNX标准简介53.KNX协会简介64. KNX 技术简介7传输技术特点7拓扑结构7KNX传输介质85.KNX的发展96.KNX的优势9二、KNX 系统总线设备111概述112总线设备的结构123KNX系统电源144三种配置模式的总线设备14三、KNX系统通信161基本工作原理162物理地址183组地址194组对象204.1标志215TP1位结构236TP1报文冲突237叠加数据和供电电压248TP1 电缆长度24四、KNX 系统拓扑结构261拓扑结构262物理地址29五、KNX传输技术311报文传输的时间需求312TP1报文确认323KNX总线访问33六、KNX报文的结构和寻址方式341控制字段342源地址353目标地址364路由计数和长度375实用数据376校验字节40七、ETS4-KNX项目设计：基本组态401ETS概述402ETS4 软件的使用42八、KNX系统的规划和设计551规划552系统设计57九、KNX应用601根据时间和室外照度控制办公室的照明612. 场景控制64一、KNX系统概论1.智能家居的概念目前关于智能家居的定义又重新成为热门话题，有人把灯光和窗帘的控制看作是智能家居，也有人把背景音乐看作智能家居，有厂家偏重于安防和对讲，有厂家炒作家庭影院为智能家居等等。现在，我们从发展的眼光，站在生活者的平台上去看，以一个新的主题表达出来，算是对智能家居新定义的补充。智能家居是利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。智能家居中，核心在于系统的集成能力，即把灯光、遮阳系统、窗帘系统、HVAC暖通空调系统、中央背景音乐系统、家庭影院系统、安防系统等完美的融合起来的能力。而这个能力，很大程度上取决与该系统的开放性。这就需要一种标准，或者有一个大部分设备厂家都能认可并采用的“语言”，即控制协议。这就牵涉到自动控制领域中的“现场总线技术”，我们称之为Field Bus。这种技术要求控制与智能“本地化”与“模块化”，让控制系统的传感器与控制器都具有独立的运算、处理、发送信号的能力，相互独立又相互联系，构成一个控制网络中的“Internet”。例举：传统的灯光控制方式与智能的灯光控制方式：传统灯光控制方式智能灯光控制方式2.KNX标准简介KNX 是家居和楼宇控制领域唯一的开放式国际标准，是由欧洲三大总线协议 EIB、BatiBus和EHS合并发展而来。KNX标准目前已被批准为欧洲标准 (CENELEC EN 50090 & CEN EN 13321-1)、国际标准 (ISO/IEC 14543-3)、美国标准 (ANSI/ASHRAE 135)和中国指导性标准 (GB/Z 20965)，已经成为“HBES技术规-住宅与楼宇控制”的国家标准化指导性技术文件。 KNX协议以EIB为基础，兼顾了BatiBus和EHS的物理层规，并吸收了BatiBus和EHS中配置模式等优点，提供了家居和楼宇自动化的完全解决方案 。KNX拥有可由厂家独立设计和测试工具 (ETS)；提供多种通信介质 (TP, PL, RF 和 IP)；提供多种系统配置模式（A, E, S模式）。通过KNX总线系统，对家居和楼宇的照明、遮光 / 百叶窗、安防系统、能源管理、供暖、通风、空调系统、信号和监控系统、服务界面与楼宇控制系统、远程控制、计量、视频/音频控制、大型家电等进行控制。KNX标准的优势：不同性能、不同厂家生产的产品可以实现互操作，而且通过了严格的质量控制和第三方的KNX认证，这样就进一步保证了产品质量。KNX标准功能丰富，有广泛的适用性：l 适用于各种类型的建筑物，包括：住宅建筑、功能性建筑和工业建筑。l 可使用多种通信介质，包括：双绞线、电力线和无线通信。l 可采用多种系统配置模式，包括：S型、E型和A型三种系统配置模式。3.KNX协会简介KNX协会成立于1999年，总部位于布鲁赛尔。KNX协会是在全球推广KNX 技术和标准的国际组织，1999年由EIBA (欧洲安装总线协会) 、EHSA (欧洲家用电器协会) 和BCI (BatiBUS 国际俱乐部)三大协会联合成立。KNX协会有来自19个国家的125个会员；74个国家11,700 个KNX 合作伙伴；23个国家的120个培训中心；18个国家的57个技术合作伙伴；8个用户俱乐部；3个协作机构；20个国际分会。目前，72个国家颁发15,000个ETS资格认证；7,000个KNX认证产品。KNX协会是家居和楼宇控制系统国际标准的创造者和拥有者。会员是开发家居和楼宇控制系统设备的制造商。后来集成商或服务供应商也可成为KNX会员。 KNX协会的目标如下： 由工作组与专家组制定检测标准和质量标准（KNX技术规）。 为KNX兼容设备制造商提供技术支持服务。 基于KNX认证规授权KNX商标。 组织国家和国际标准化活动 推广认证培训中心的培训课程 促进国家组织成立 推进与技术机构的科研合作 老系统的进一步规化/推广/认证工作 此外，KNX协会还将继续为Batibus，EIB和EHS等老系统提供技术支持，也提供按照以前标准进行的认证服务。EIB向后兼容KNX，因此，大多数设备即可以标贴KNX又可以标贴EIB标志。4. KNX 技术简介传输技术特点 KNX/EIB 是一个基于事件控制的分布式总线系统。 系统采用串行数据通讯进行控制、监测和状态报告。 KNX/EIB 的数据传输和总线装置的电源共用一条电缆。 报文调制在直流信号上。 一个报文中的单个数据是异步传输的，但整个报文作为一个整体是通过增加起始位和停止位同步传输的。 KNX/EIB 采用CSMA/CA（避免碰撞的载波侦听多路访问协议，CSMA/CD 协议保证对总线的访问在不降低传输速率的同时不发生碰撞。拓扑结构 系统最小的结构称为线路，一般情况下（使用一个640mA总线电源）最多可以有64个总线元件在同一线路上运行。如有需要可以在通过计算线路长度和总线通讯负荷后，通过增加系统设备来增加一条线路上总线设备的数量，最多一条线路可以增加到256个总线设备。 一条线路（包括所有分支）的导线长度不能超过1000m，总线装置与最近的电源之间的导线距离不能超过350m。为了确保避免报文碰撞，两个总线装置之间的导线距离不能超过700m。 KNX传输介质 鉴于KNX技术的灵活性，KNX设施可以轻松适应用户环境的变化。目前可以使用四种解决方案，即1类双绞线（TP1）、无线电（KNX射频传输介质）和以太网（KNX IP），均可以部署KNX。借助合适的网关，也可以在其它介质（例如光纤）上传输KNX报文。各种介质的应用领域：介质传输方式首选应用领域1类双绞线分离式控制新设施与开展改造（传输可靠性高）电力线现有网络无需额外铺设控制电缆且可以使用230v电源电缆的场所射频（RF）无线（中间频率为868.30MHz）无法和不想铺设电缆的场所IP以太网需要快速干线网络的大型设施在无线KNX系统中一般采用频率调制法或移频键控（FSK）进行调制。以载波频率（或中间频率）为基础，正反两个方向发生偏移的频率分别代表逻辑“0”和逻辑“1”。无线KNX系统的中间频率为868.30MHz，信息的传输速率为16,384bit/s，并按照曼彻斯特编码方式调制，即从“0”到“1”（或相反）的变化沿位于调制脉冲的过零点。采用这种编码方式可以调整同步信号，使得发放设备和接收设备比较容易同步。无线KNX系统的传输频率处于工业、科学和医学应用频道（ISM频段），在这个频段对不同应用领域的频率围有严格的规定。无线KNX设备最大的发送功率为12mW。每一台设备发送信号的时间（或称负载周期）为1%，即每分钟有0.6秒的发送时间。由于有严格的发送时间限制，不可能有某台设备连续发送信号而造成无线通信网络的阻塞。5.KNX的发展 已安装数百万个产品 已注册KNX和获得认证的产品数达数千个（含老的解决方案） KNX会员数超过200家 认证培训中心的数量超过150个 6个欧洲测试中心 已经设施的项目达数万个6.KNX的优势l 安全性更高l 楼宇更加节能l 电气设施调整简便，轻松适用用户需求的变化l 方便程度更高l 设施具备高投资保护性l 支持众多制造商丰富的成品组件l 强大的服务网络，可以为承建商/规划者/集成商提供专业服务从客户或者设施用户的角度出发，对上述优点的评价会各不一样，例如，功能型楼宇与住宅不同、健全人与残疾人不同，年轻人与老年人不同，等等。示例1：中央功能在人离开楼宇时，可以关闭全部照明灯、关停水阀并切断特定插座（如电烤箱插座）；每天可以按时激活KNX报警系统、控制百叶窗等。示例2：根据活动类型启用会议厅、戏剧院和客厅的不同照明方案，并且，用户可以随时对其进行调整。例如，对于行政楼来说，在其每一侧安装一个亮度传感器对照明进行不间断的控制，就可以节约高达75%的照明能源。示例3：使用高亮度文本显示单元显示并控制房间的各种状态。借助PC机和可视化软件，采用与大型设施中使用的同样方式，就可以实现该功能。示例4：借助网络接入KNX装置，用户通过移动就可以控制或查询楼宇管理功能（例如，取暖）。报警信号可以按需自动地发送给任意一部。使用任何可用介质（例如，互联网），安装商也可以远程维修或者配置KNX设施。据此，可以显著地减少楼宇管理系统的必要维护时间。示例5：必要时，需要将大型会议室分隔为数个独立区。插入隔墙时，KNX装置可以自动找出需要分配给每个房间的开关和灯的数量。因此，不必改变现有布线。示例6：可以安装任意数量的应急开关（例如，启用所有灯）。夜间，按下按钮，可以点亮小孩房与浴室之间的灯，并在预约时间后关闭该灯。示例7：KNX可以为每一个房间创建室温配置文件，对单个房间的采暖和空调系统实施独立控制。窗户打开时，可以自动调节房间的热气或冷气供给。这类措施每年可能节省30%以上的能源。也可以根据各个房间采暖要求对采暖系统进行控制（按需采暖）。二、KNX 系统总线设备1 概述在我们工作中使用的KNX系统总线设备（例如，调光器/驱动器、多功能开关、火灾传感器。）主要由三个部分组成：l 总线耦合器（BCU）l 应用模块（AM）l 应用程序（AP）市场供应的总线耦合器和应用模块或者为分离式，或者集成在一个外壳之。然而，必须使用同一个制作商的产品。若为分离式，则应用模块可以通过标准应用接口，即物理外部接口（PEI），连接至总线耦合器（BCU）。这种物理外部接口有10芯或12芯，可以：l 作为两个部件之间的报文交换接口（5芯）l 为应用模块提供电源（2芯） 总线设备组成图 有些应用模块仅能连接特殊类型的总线耦合器。如果总线耦合器为总线设备的分离式部件，则大多数情况可以采用墙装式设计。TP1设备至总线的连接主要采用标准总线接线端子（红/黑）；DIN导轨设备则通过触点块连接至数据条。总线耦合器为总线设备的集成部件时，已经通过总线接口模块（BIM）或者总线设备中的的制造商芯片组，建在总线设备之。总线接口模块基本上就是总线耦合器，但没有总线耦合器的外壳和一些其它部件。芯片组构成了总线接口模块的核心部件，即控制器和收发器。目前，总线耦合器可以连接两种不同的介质：1类双绞线（32V安全特低电压）或者电力线110（电网电源）。无线射频总线耦合器：KNX射频兼容设备均采用集成解决方案。得益于集成式总线耦合器，各个总线设备均具有自己的智能功能：据此，KNX可以部署为分散式系统且无需中央监控单元（例如，计算机等）。然而，必要时，安装在PC上的可视化控制软件业可以承担中央功能（例如监控功能）。总线设备基本上可以分为三个种类：传感器、执行器和控制器。l 如果是传感器，则应用模块可以将信息传送给总线耦合器。总线耦合器对这些信息数据进行编码，并将其发送至总线。此后，总线耦合器会在合适的时隙检查应用模块的状态。l 如果是执行器，则总线耦合器负责接收来自总线的报文，对它们进行解码，并将解码后信息传送给应用模块。l 控制器则负责传感器与执行器之间的交互（例如，逻辑模块）。若为S模式兼容KNX设备，则（通过ETS）为（通用）总线耦合器加载了应用模块合适的应用程序之后，该设备就可以获得自身的具体功能。总线耦合器上安装的S模式兼容KNX按钮，在通过ETS为该设备编制了合适的应用程序之后，仅能产生调光信号。通常，E模式兼容KNX设备在发货之前就已经加载了应用程序。此类KNX设备的和相关参数设置可以通过合适的硬件设置或者中央控制器完成。2总线设备的结构 每一个总线设备（如：开关、调光器、百叶窗驱动器等）主要由以下两部分组成： 总线耦合器（BCU）。 应用模块（AM）。对于不同结构的总线设备，总线耦合器和应用模块的连接方式也不一样：u 嵌入安装式总线设备，总线耦合单元和应用模块通过物理连接口连接在一起。u DIN导轨安装式总线设备或表面安装式总线设备，总线耦合单元和应用模块组合成一个整体。嵌入安装式总线设备的结构DIN导轨安装式总线设备总线耦合单元负责发送、接收和存储数据。总线设备需要处理的信息首选经过总线送到总线耦合单元，这些数据包括：设备的物理地址、一个或几个组地址、应用程序和相关的参数。总线耦合单元中的微处理器是耦合单元的“大脑”，负责协调总线设备的各项功能，当出现故障或电源失效时，总线设备会进入预先设置好的应对状态，数据则保存在总线设备中。当故障排除或电源恢复后，总线设备会进入预定的恢复程序。应用模块与其应用程序决定了总线设备的功能。总线设备包括各种输入装置，如：按钮、二进制编码器等，还有各种输出装置，如：触点输出、负载开关、调光器等，也有输入和输出综合型装置。3KNX系统电源KNX系统需要外部提供安全性特低电压（SELV）作为KNX电源，最高电压为29V。在双绞线作为总线与电力线是绝缘的，这样就保证了使用的安全性。KNX电源应符合DIN EN 50090的规定，带有防过流和防短路措施。电源线上安装的扼流器对高频信号呈现很大的阻抗，能防止对总线上报文信号的衰减。有时我们选用带有备用输出的KNX电源，一旦系统需要增加线路时，只要再接入一个扼流器就可以了。4三种配置模式的总线设备目前KNX标准规定了三种不同的配置模式：l KNX A模式(自动模式)KNX A模式是一种最简单的配置模式，一般适用于功能已经确定的设备。当这类设备与系统的通信介质相连接后就能自动完成配置，因此没有操作经验的用户也可以使用。这种配置模式适用于家用电器和娱乐电子设备。使用者不需要经过任何培训。但是目前在市场上尚没有此类成熟的产品。l KNX E模式(简易模式)采用KNX E 模式一般需要通过中央控制器或操作设备上的编码盘和按钮进行配置。如果这个中央控制器在系统中还有其它用途，如：场景照明控制、逻辑控制等，那当然需要继续连接在系统中，否则配置完设备后就可以把中央控制器与系统断开。这种配置模式与S模式相兼容。采用E模式配置设备在功能围方面有一定的限制性，比较适合于中小规模的系统。但是操作时不需要PC机和ETS 工具软件，操作者只要阅读有关技术资料或经过简单的培训就可以完成设备的配置和调试。l KNX S模式(系统模式)采用KNX S模式需要使用PC机和ETS 工具软件进行配置。这样可以同时完成工程设计、设备配置和系统调试。采用这种模式既可以进行中小系统的配置，也可以完成大型建筑物中复杂系统的配置。这种类型的配置方法专门供获得KNX认证的设计者和承包商使用，适用于大型设施。每一种模式在以下方面各具不同的特点： 功能围 配置能力 调试方法 用户群生产商可以为自己生产的设备选用不同的模式连接到KNX系统中。ETS 3软件可以从已有的系统中读取设备数据再进行处理。这样就可以不用标准的KNX设备，而是直接对E模式设备再编程。但是 ETS 3.0 c 版本不能进一步处理无线通信的设备。三、KNX系统通信1基本工作原理 KNX基本工作原理图KNX TP1(1类双绞线)最小安装由以下部件组成：l 电源单元（29V DC）l 扼流器（也可以集成在电源单元）l 传感器（可以是开关面板，触摸屏，手机，温度传感器）l 执行器（可以是开关执行器，调光执行器）l 总线电缆（标准是四芯线，一般只用两芯电缆）如果是S模式兼容的产品，安装完毕后，必须通过ETS工具软件，将其产品的应用程序加载至传感器和执行器之后才可以使用KNX系统。因此，项目工程师必须首先使用ETS 工具软件完成以下配置步骤：l 给每个设备分配物理地址（用于唯一识别KNX安装中的各个传感器和执行器）；l 为传感器和执行器选择合适的应用软件并完成其设置（参数化）工作；l 分配组地址（用于传感器和执行器的功能）；如果是E模式兼容产品，上述配置步骤同样适用，其中：l 分配物理地址；l 用于传感器和执行器参数化的应用软件；l 组地址分配（用于传感器和执行器的功能）；可以通过本地配置，也可以由中央控制器自动完成。上述配置完成之后，该施工的工程可描述如下：l 单开关传感器（1.1.1）在上拨杆被按下后，将会发送一个报文。报文中含有组地址（5/2/66）、值（“1”）以与其他相关的综合数据。l 所有已连接的传感器和执行器都会收到该报文，并对其进行评估分析。l 仅具有一样组地址的设备才： 发送确认报文 读取报文中的值并执行相应的动作。本例中，开关执行器（1.1.2）将会关闭其输出继电器。按下下拨杆后，将会发生同样的过程，但值被置为“0”.因而，这种情况下将会接通执行器的输出继电器。本文后续部分将会详细解释本KNX系统中的各个部分。2物理地址A=区L= 线路B=总线设备A A A AL L L LB B B B B B B B图：物理地址整个KNX设施中，物理地址均必须唯一。物理地址的配置如上所述。其格式如下：区4bit-线4bit-总线设备1byte。通常，按下总线设备上的编程按钮，总线设备即进入准备好接收物理地址的状态。该过程期间，编程LED发光二极管会处于点亮状态。调试阶段结束之后，物理地址还可用于以下目的：l 诊断、排错，以与通过重新编程实现设施更改。l 使用调试工具寻址接口对象或者其它设备。重要提示：总线设备正常工作期间，物理地址没有任何作用。3组地址1bit4bit3bit8bit0MMMMmmmSSSSSSSS 图：组地址上图中表示为常用的3级组地址（主组/中间组/子组）：M=主组，m=中间组，S=子组。如果是2级组地址（主组/子组）则表示为M=主组，m+S=子组。设施设备之间的通信通过组地址实现。使用ETS进行设置时，可以将组地址选择为2级组地址结构、3级组地址结构或者自由定义结构。在各个单项目的项目属性中，可以更改级结构。组地址0/0/0保留，用于所谓的广播报文（即发送至所有可达总线设备的报文）。ETS项目工程师可以决定如何使用各个级，下图给出一个示例模式：l 主组 = 楼层。l 中间组 = 功能域（例如，开关、调光）。l 子组 = 加载功能或者加载组（例如，厨房照明灯开/关、卧室窗户开/闭、客厅吊灯开/关,等等）。 图：主组/中间组/子组示例在所有项目中，都必须严格遵守已经选定的组地址模式。各个组地址都可以按需分配各个总线设备，分配过程与系统总线设备的安装位置完全无关。执行器可以监听多个组地址。然而，在每个报文中传感器仅能发送一个组地址。组地址是分配给相应传感器或执行器的组对象（以前所述的“通信对象”）。组对象的创建与分配可以使用ETS完成（S模式），也可以由系统自动完成（E模式）。并且，用户在E模式中可以查看各个组对象。注：l 在ETS中使用主组地址14、15或者更高的主组地址时，应该注意TP1耦合器不对这些组地址进行过滤，因而可能对整个总线系统的动态性能带来负面影响。l 分属传感器或执行器的组地址数量可以变化，并取决于存储器的容量。4组对象图：组对象在总线设备中，KNX组对象表现为存储区域。组对象的大小介于1位和14字节之间。组对象的具体大小视功能而定。由于开关操作需要两个状态（0和1），因此，可以使用1位组对象。文本传输所涉与的数据非常丰富，因此，应该使用最大为14字节的组对象。使用组地址，ETS仅允许具有一样大小的对象。多个组地址可以分配给一个组对象，但是，这些组地址中，仅能有一个是发送用的组地址。例如下图所示： 图：组对象4.1标志 每个组对象都有标志，用于设置以下属性：通信组对象有一个正常的总线连接。报文能够被确认，但组对象的值不能被更改。读通过总线，可以读对象值。通过总线，不可以读对象值。写通过总线，可以改写对象值。通过总线，不可以改写对象值。发送对象值（传感器）改写后向总线发送报文。仅收到请求时，组对象才会生成应答信息。更新值应答报文被解析为写指令。更新组对象的值。值应答报文不是被解析为写指令，组对象的值保持不变。初始化读电流返回之后，设备会独立地发送读值指令，以初始化组对象（仅使用于某些掩码）。电流返回之后，设备不通过读指令初始化已分配组对象的值注意：应该仅在特殊的情况下才更改默认标准值。 图：组对象标志对象值可以通过如下方式发送至总线：a) 例如，按下上左拨杆之后，双刀开关传感器会将“1”写入自己的0号组对象。由于该对象的通信和发送标志已经设置，因此，该设备将会向总线发送具有信息“组地址1/1/1、写值、1”的报文。b) 此后，整个KNX设施中组地址为1/1/1的全部总线设备均会将“1”写入它们自己的对象。c) 我们给出的示例中，“1”将会写入执行器的0号组对象。d) 执行器的应用软件将会确认该组对象中的值已经改变，并执行开关过程。5TP1位结构“0”和“1”两个逻辑状态采用一个比特即可以表示。KNX TP1中的技术逻辑：逻辑1期间无电流输出，逻辑0期间有电流输出。这就意味着：多个设备同时发送“0”信号的设备可以继续发送。6TP1报文冲突需要传送数据的总线设备，如果它发现总线处于空闲状态，可以立即启动发送过程。对于多个总线设备的同时发送请求，使用载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）技术进行控制。发送期间，总线设备监听总线。逻辑状态为“1”的总线设备，一旦检测到逻辑状态“0”（总线上存在电流），将会立即停止发送过程，让位于其它发送设备。该总线设备在中断发送过程之后，持续监听网络，等到网络上的报文发送过程中止之后，再次尝试自己的发送过程。采用这种方式，如果存在多个设备试图同时发送信息，CSMA/CA技术可以确保这些总线设备中，仅有一个设备可以不间断地完成发送过程。因此，总线上的数据吞吐量不会受损。TP1 通过两芯线，对称地传输数据。总线设备评估两根芯线之间的电压差值。辐射噪声可以一样极性作用于这两根芯线，对信号电压差值不产生影响。7叠加数据和供电电压数据以交流电压的形式传输。电容器对交流电压呈现低阻抗，即相当于一个导体并短接初级侧回路。作为发送器时，变压器将数据发送至初级侧（以交流电压的形式），并叠加在直流电压之上。作为接收器时，变压器将数据发送至次级侧，在此处，可以从直流电压中分离并使用该数据。供电电压为直流电压时，扼流器呈现较低的电阻（因为这时频率为零）。数据以交流电压的形式进行发送（频率不等于零）。扼流器对交流电压呈现出高阻抗。因此，电源单元对数据的影响可以忽略不计。8TP1 电缆长度总线线路中可以使用以下电缆长度：l 电源单元 总线设备。350m图：KNX总线波形总线设备仅发送半波信号（即上图中正半周中心处的负半波）。扼流器是电源单元的组成部分之一，配合总线设备的变压器，可以产生正均衡脉冲。由于扼流器含用于生成均衡脉冲的主要部件，因此，总线设备可以安装在电缆长度距离扼流器（电源单元）最远350之处。l 总线设备 总线设备。700m电缆上传送报文需要一定的传送时间。如果多个总线设备试图同时发送，则可以解决远达700m处出现的冲突现象（信号延时tv =10us）。l 总线线路长度。1000m连续不断地加载或者卸载电缆电容对发送总线设备的信号可能产生阻尼效果。与此同时，电缆电线电容还会圆化信号边沿；信号阻性负载（总线电缆和设备）还会导致信号电平有所下降。为了克服这两种影响因素实现可靠的数据传输，单个线段的总电缆长度不应该超过1000m，且各个线段上的设备总数量不应该超过64个（无论使用哪种型号的电源单元）。l 同一线路上两个电源单元之间的最小距离。200m四、KNX 系统拓扑结构1拓扑结构当使用总线电缆TP1（1类双绞线）作为通信介质时，KNX系统采用分层结构，分域（area）和线路（line）。l 线路这是KNX系统的最小结构单元。每个线路最多包括4个线段（line segment），每个路段最多可连接64台设备，每一个线段实际所能连接的设备数量取决所选KNX电源的容量和该线路段设备的总耗电量。 下表列出了在一个线路中设备之间距离的限制：每个线段的最大长度1000m电源与总线设备之间最大距离350m两个电源之间的最小距离（包括扼流器）200m两个总线设备之间的最大距离700m如果一个线段通过线路中继器（LR）扩展连接另外一个线段，那么这个线段也可以达到1000m。每个线段应配备合适的KNX电源。一个线路最多可以并联3个线路中继器。l 域一般情况下，可以有15个线路分别经过线路耦合器（LC）与主线路相连接，组成一个域。主线路最多可以直接连接64台设备，主线路如果接了线路耦合器，与之直接相连的最多设备台数就要减少。主线路不能接线路中继器，而且必须有自己的KNX电源并配有扼流器。l 多个域如果有多个域存在时，每个域需要通过主干耦合器（BC）与干线路相连接。干线路可以直接连接设备，但是如果还连接主干耦合器，那么与干线相连的最多设备台数就要减少。干线路也不能连接线路中继器，而且必须有自己的KNX电源。一个系统最多包括15个域，这样理论上一个KNX系统可以连接58000多台总线设备。主干耦合器、线路耦合器和线路中继器实际上都是同样的设备，只是由于安装在网络中不同的位置，因此被赋予不同的物理地址，加载不同的应用程序，起到不同的作用。主干耦合器和线路耦合器只传输需要跨越域或线路的报文，而线路中继器则要传输线路中所有的报文。把一个系统划分成域和线路有很多优点： 提高了系统的可靠性。由于每个域和每个线路分别配KNX电源，这种电气的隔离使得系统的某个部分出现故障时，其他部分仍能继续工作。 一个线路或一个域德数据通信不会影响到其它围的通信。 在进行调试、排除故障和维护时，系统的结构非常清晰。2物理地址 物理地址用于识别总线设备，并可以反应总线设备的拓扑位置。物理地址由16位bit组成。如下图所示：在前一章节中，已知物理地址格式如下：A=区L= 线路B=总线设备A A A AL L L LB B B B B B B B在系统拓扑设计中要注意，对于线路耦合器B表示的总线设备置为“0”，如上图中的；对于干线耦合器L表示的的线路和B表示的总线设备均置为“0”，如上图的；已经卸载的总线耦合器的地址为15.15.255。其实，线路耦合器、干线耦合器和线路中继器都是同一种设备，只是在拓扑的位置不同，导致命名不同和其过滤的功能也不同。无论是线路耦合器还是干线耦合器我们都称之为耦合单元。耦合单元主要充当门功能，对过往的数据进行过滤。在系统拓扑设计指定该参数之后，耦合单元将会被分配设一个过滤表。同时也可以在耦合单元中设置其过滤功能，如下图： 西门子N140配置图当耦合单元接收到的组报文只要包含在该过滤表，就一定可以被路由。据此，各个线路都可以独立地工作。仅跨线路型报文才需要路由。在实际过程中，我们可以看到接收到来自相应线路上的报文时，耦合器上的黄色LED发光二极管会闪烁。同时我们还要注意线段上的中继器转发所有的报文，没有任何过滤表。五、KNX传输技术 开关命令、控制信号等信息是以报文的形式在各个总线设备之间进行传输的。传输的速率、报文脉冲的发生和接收方式保证了总线可以采用多种拓扑形式，而且不需要安装终端阻抗。报文信号在总线电缆中以对称的方式传输，总线设备通过差分方法检测两根线缆中的电压信号。由于外界电磁干扰对两根线缆的影响是同极的，因此不会影响报文信号的电压差。1报文传输的时间需求总线传输速率为9600bit/s，一份报文发送和确认的周期大约为25ms。由于报文传输速率为9600位/秒，即，每传输一个位占用的总线时间为1/9600秒或104us。每一个字符有11位组成，即8位数据位、1位起始位、1位偶校验位和1位停止位。字符与字符间还插入了2个暂停位，因此，单个字符（13位）的总传输时间为1.35ms。如下图所示：单字符传输时间图根据净负荷长度的不同，报文可能包含8至23个字符。确认信息仅需要一个字符。考虑到总线空闲时间t1（50位）和确认等待时间t2，单个报文占用的总线时间为20至40ms。 报文传输时间图一般开关报文（含确认）的总线占用时间为20ms。文本传输报文则占用总线长达40ms。2TP1报文确认一旦有事件发生（按下按钮时），总线设备就会向总线发送报文。经过长度不短于t1的总线空闲时间之后，开始进行传输。报文传输完成之后，总线设备将使用时间t2检查报文是否已被成功接收。所有“被寻址”总线设备会根据报文中的校验字节可以检查接收是否正确无误，并据此同时发回相应的确认信息（如下图）。图：报文确认 发送总线设备若收到NAK（接收错误）确认时，通常会重复发送报文三次；若收到BUSY（总线仍被占用）确认，发送总线设备将会等待一个短时隙，此后重新尝试发送报文；若发送总线设备未收到确认，则最多重复发送该报文三次，此后，终止发送请求。3KNX总线访问KNX总线设备之间传输信息是按事件控制，每段信息在总线上以串行方式传输，而且在任何一个时刻，只可能有一个总线设备的信息在总线上传输。为了提高通信的可靠性，KNX系统的总线访问和报文传输采用了具有避免冲突的载波侦听多路访问和冲突避免技术，就可以避免信息冲突，保证信息不丢失，使总线工作在最安全的状态。由于报文结构中有附加优先权的机制，因此可以使某些信息（如：故障信息）附加优先权，优先处理。KNX系统采用事件控制的方式传输信息，使得只有在事件发生时和需要传输信息时才传输报文。六、KNX报文的结构和寻址方式KNX报文的结构包括：总线专用信息、事件（比如：按下按钮）所表示的有效信息和用于检验传输错误的检验信息，是保证报文安全传输必不可少的，由被寻址的设备处理。地址段是确定报文传输路径的总线专用信息，包括源地址和目标地址。源地址是一种物理地址，表示报文发送设备所在的域和线路。物理地址是在系统进行配置时唯一分配给某一设备的，在系统试运行和维护时使用。目标地址则定义了通信的接收对象，可以是一台设备，也可以是一组设备。这组设备可以是在一条线路中，也可以分布在两个或多个线路中。一台设备可以同时属于不同的组。系统中设备的这种通信关系用组地址描述。 校验字节用于检验报文传输是否发生错误。有效信息包含在数据段中，如：指令、信号、设定参数和测量数据等。1控制字段在KNX 总线系统中其控制字段有8bit表示，如下图：图：控制字段 在上图中，A表示该报文是否重复，如果有一个被寻址总线设备返回一个否定确认，则总线发送设备需要重复发送报文。此时，报文中的“重复位”0将会被置位为“1”。据此，已经完成相应指令的总线设备将不会再次执行此指令。A = 0 重复A = 1 不重复控制字段除了控制报文是否重复，还负责报文的优先级。当多个设备试图同时发送时，优先级高的设备具有获得优先发送。其优先级可以分为如下4级：BB = 00 系统优先级BB = 10 报警级BB = 01 高级BB = 11 低级2源地址4bit4bit8bitAAAALLLLBBBBBBBB源地址就是物理地址，整个KNX设施中，物理地址必须唯一。物理地址在主要用于程序下载、诊断、排错等，总线设备正常工作期间，物理地址没有任何作用。A = 区L = 线路B = 总线设备3目标地址TP1报文目标地址通常为某个组地址。但是，也可以为某个物理地址（系统报文）。基于位17（16位+1位，该位位于路由计数字段，故称17），接收方可以判定目标地址为组地址还是物理地址：若第17位为“0”则目标地址是物理地址；仅对一个总线设备寻址；若第17位为“1”，则目标地址是组地址；拥有此组地址的所有总线设备全部被寻址。组地址在KNX/EIB通信机制中扮演非常重要的角色，它使得一控多、多控一河场景控制变得非常容易。组是按照一定标准设立的单元、设备或所选功能的集合，整个组可以通过一个标记该组地址的报文来寻址。组地址有2字节组成，其首位永远为“0”，有效的组地址是15bit。一般来说，组地址有两种十进制表述方式。不同的分段方式只是功能概念上的划分，其比特数据本身没有任何区别。例如两段式的组地址1/258和三段式的1/1/2是完全一样的，用二进制表示都是00010.与物理地址不同，组地址的分段表述的不是网络拓扑的结构，而是网络设备在功能上的逻辑划分。例如在三段表述中，用中间组区分“开关”和“调光”两种功能，用子组区分处于不同功能下得各组灯。如下图所示：4路由计数和长度该字节除了包含LSDU(链层服务数据单元)数据的长度还包含一个bit的标志表明地址的属性，以与3个bit的路由计数信息。数据长度是指报文中实用数据字节的长度。同时在每一个数据报中包含一个3bits的路由计数器。一般总线设备计数器的初始值为6，每经过个总线耦合器、线路耦合器和中继器等减一，当这个计数值减为0时，这个报文就被丢弃，因而避免了死循环的问题。当计数值为7时，该报文的计数值在网络中传输时不会减一处理。一般为PC中控软件所为。5实用数据实用数据的长度根据应用的不同而改变，最少为2字节，最多为16字节。我们分别用常说的几bit命令来解释：1) 1bit00XXXXCCCCXXXXXA0000000010000001A = 0 关、逻辑假、上移、上调一级A = 1 开、逻辑真、下移、下调一级X = 未使用CCCC = 0000 读对象值 无数据CCCC = 0001 反馈对象值 （1bit-14byte）CCCC = 0010 写对象值 （1bit-14byte）CCCC = 0011 写物理地址CCCC = 0100 读物理地址CCCC = 0101 反馈物理地址CCCC = 1010 写存储器CCCC = 1100 读BAU版本号CCCC = 1101 反馈BAU版本号上述C表述该报文指令的执行方式，如开关传感器发送一个“开”的指令，则表述指令的执行方式为“CCCC = 0000 读对象值”，执行的结果就是将对象值置为“1”（A = 1）。2) 2bit00XXXXCCCCXXXXPP0000000010000011该“开关控制”用于由组对象使用更高优先级操作执行器。3) 4bit00XXXXCCCCXXDAAA0000000010001001D = 1 调亮D = 0 调暗AAA = 000 停止调光AAA = 001 调光级 1AAA = 010 调光级 2AAA = 011 调光级 4AAA = 100 调光级 8AAA = 101 调光级 16AAA = 110 调光级 32AAA = 111 调光级 644) 1byte00XXXXCCCCXXXXXXVVVVVVVV000000001000000010011001采用“定值调节”，可以将亮度值直接设置为1（最小值）至255（最大值）之间的某个值。5) 2byteSEEEEMMMMMMMMMMM0000110000011010“S” 为尾数的符号，4位指数“E”为整数指数，基为2。尾数“M”的精度定义为0.01.正值（S=0）采用正常的二进制数字格式。负值（S=1）尾数编码为2的补码。例如：21 = 1050 * 2 注：由于报文偏长省去了下图2个字节。6校验字节 校验字节有1字节组成，是对报文中的全部字符的每一个位位置均执行奇校验。如下图报文：七、ETS4-KNX项目设计：基本组态1ETS概述KNX是一种完整的全集成式家用和楼宇自动化系统，适用于实现移动性、灵活性和成本高效性等方面要求日益严格的解决方案。该系统功能极为丰富，不仅可以用于简单型或者限制型设施，也可以用于实现整个楼宇群的解决方案。因此，在项目设计与安装、调试、总线系统的工作与维护等方面,KNX的要求完全与电力行业的要求一致。 KNX设施的规划、项目设计与调试过程中，离不开软件规划工具和电气安装工具。这类工具结构清晰，非常易于使用。 对于需要部署KNX的楼宇，其项目设计工作与普通的电气设计工作并不存在根本性差别。在项目初期阶段，规划者必须明确以下方面：l 楼宇类型与其使用情况l 需要安装的楼宇系统组件与其功能l 使用变更的类型与其频率l 客户的特殊需求l 预算至于普通设施的电气设施规划，遵照公认的技术规则、电力公司的连接条件，以与常见的规划准则、实施规章和标注规定条款等执行。关于KNX系统的规划、项目设计和调试等工作，有规划者和安装商负责决定KNX系统统一的项目设计与调试方案。ETS即工程设计工具软件。ETS4是ETS的当前版本。ETS项目设计按照时间先后顺序可以表示为以下步骤：l 完成ETS设置l 读入或者转换产品数据库l 使用必要的数据，创建项目l 构建项目结构（楼宇结构/总线拓扑）l 将KNX产品（含有相应应用程序的设备）插入至楼宇结构l 根据需求，设置KNX产品的参数l 创建组地址l 采用组地址，KNX产品通信对象l 将完成配置的KNX产品分配给总线拓扑（最后定义物理地址）l 将完成配置的KNX产品分配给已安装功能（可选）l 检查项目设计l 打印输出相关文档l 保存项目 具体项目案例也可能与该顺序有所不同。对于小型项目，某些步骤可以忽略。对于大型项目（团队项目），还可能需要追加其它步骤。2ETS4 软件的使用1) 启用ETSETS仅能通过互联网上的KNX网上商城从KNX协会获得（网上商城地址： s:/onlineshop.knx.org）。从互联网下载并完成已下载文件的解压、获得安装程序ETS4Setup.exe之后就可以开始安装过程。安装结束之后，使用桌面上的图标或者在新建KNX程序组中可以启动ETS。启动界面如下：2) 创建产品数据库安装结束时，ETS数据库为空。为了使用ETS，必须将制造商的产品数据导入该数据库。制造商的产品数据库可以通过CD光盘或者互联网免费提供。l 点击database：l 选择数据库：如果工作中使用多个数据库，则可以在此处选择当前将要使用的数据库。l 使用“New”按钮，创建新的数据库。新数据库为空数据库，必须导入制造商产品数据。l 输入新数据库名字，点“OK”。3) 导入产品数据l 点击“Import Products”，进行一般设置，打开产品数据。l 选择需要导入的产品数据和设置语言l 点击“Import”，“close wizard”结束产品数据导入4) 创建一个新项目点击此时，屏幕上会显示“新项目”对话框。在该对话框中，必须输入新项目的名称。此外，还可以在该指定已经使用的介质（TP表示双绞线；PL表示电力线；IP表示以太网）。如果已经选择了功能“创建线路1.1”，则会直接生成区1、主线1.0和线路1.1。否则，该项目没有拓扑结构。最后定义组地址类型。常用为3级组地址。点击“OK”完成。5) 项目设计项目设计图楼宇窗口 楼宇视图是ETS的主要视图。采用楼宇视图，可以根据实际的楼宇结构，完成KNX项目的构建和KNX设备的插入工作。构建楼宇时，可以使用以下元素：l 楼宇l 楼宇部件l 地板l 走廊l 房间l 储物间楼宇、楼宇部件和地板仅用于结构，不得直接包含任何设备。设备可以插入至房间、走廊、楼梯或者储物间之。对于大型项目，维护总图时，层级视图非常有价值。组地址窗口组地址窗口用于生成并定义组地址。实现通信对象彼此间的，该视图要与楼宇视图配合使用。在“组地址”窗口中，组地址的表示可以使用2级、3级或者自由定义结构，具体取决于其预设选项。组地址表示在不同的级别上，对功能没有影响。该视图仅用于提供总览信息。本文档中组地址使用3级结构。如果选择了某个子组，则分配给该组地址的通信对象将显示在右侧列表视图之。树视图（左侧）显示可用组地址（组地址采用3级结构）。拓扑视图拓扑窗口用于定义实际的总线结构，并可以为设备分配物理地址。该视图可以与其他视图同时使用，也可以显示与总线结构有关的KNX项目。分配给不同线路的设备，必须检测。双绞线、电力线盒IP网络线路，采用不同的符号表示。树视图（左侧）显示KNX项目的当前总线拓扑；右侧则采用列表视图显示左侧窗口中的已标记元素。设备视图项目的全部设备（含尚未分配给房间、功能或者线路的那些设备）都显示在“设备”窗口。因此，可以通过该窗口更加方便的全面掌握项目信息和设备信息。6) 项目设计示例a) 开始项目设计打开ETS4软件，新建项目（本例中项目名称为：中学）。组地址视图设置为3级。输入名称之后，点击“OK”按钮，将打开新项目（假设在左侧栏已经设置了“默认工作区”，则带有两个面板“拓扑”和“组地址”）。出于实际考虑，应该点击窗口标题栏中的“拓扑”并选择“楼宇”，将“拓扑”面板更改为“楼宇”面板。此时，拥有两个相对较大的楼宇和组地址面板，可以在这两个面上进行工作。 图：创建楼宇结构b) 创建楼宇结构在“楼宇”窗口中，设备仅能插入房间、走廊、楼梯或者储物间。首先，必须创建一个最小的楼宇结构。具体的必要步骤如下：i. 选择位于左侧的“楼宇”窗口的“楼宇”（树型结构）。ii. 右键点击图标“中学”，弹出对话框。如图：iii. 插入相应的楼层和房间等。c) 产品查找器为了插入设备，需要使用“产品查找器”窗口。使用产品查找器，可以将设备插入当前已标记的对象之中。因此，较好的方法是，在调出产品查找器之前就在设备窗口选择例如某个房间等。使用楼宇窗口工具条的图标，也可以调出产品查找器。它可以再打开一个产品查找器窗口。如下图： 图：产品查找器窗