13.3.5 Přenos informací
Ing. Josef Kunc
Z principu decentralizace všech vzájemně komunikujících prvků, tedy z provozu na sběrnici bez centrální řídicí jednotky vychází veškerý přenos informací formou telegramů. Aby bylo možné zabezpečit takovýto decentralizovaný provoz, každý účastník na sběrnici je vybaven vlastní elektronickou jednotkou. Tyto elektronické jednotky jsou určeny k tomu, aby na jedné straně zajišťovaly neustálý odposlech provozu na sběrnici a současně i odesílání potřebných telegramů a na druhé straně zajišťují předávání a přijímání potřebných informací od aplikačnímu modulu přístroje. Tato elektronická část KNX přístroje je nazývána sběrnicovou spojkou.
Každý funkční KNX přístroj připojený ke sběrnici sestává ze dvou hardwarových částí (obr. 1) – ze sběrnicové spojky a aplikačního modulu a pro zajištění správné funkce ze softwarové části, tedy z aplikačního programu.
Obr. 1: Blokové schéma přístroje KNX
Aplikační modul obsahuje dílčí elektronické obvody, jejichž činnost ale souvisí přímo s jeho účelem. Aplikační modul, podle svého určení, může zajišťovat funkci snímače nebo akčního členu, případně kontroléru.
Snímače odpovídají za detekování změn a potřebných činností sledovaných parametrů budovy. Předávají tedy informace o snímání pohybu osob, o sledování změn teploty, intenzity osvětlení, zodpovídají za přenos příkazů tlačítkových snímačů atd. Snímač předává svoje údaje sběrnicové spojce, která je zpracuje a odešle telegram na sběrnici. Tento telegram přijme sběrnicová spojka akčního členu, zpracuje jej a předá aplikačnímu modulu k vykonání příkazu.
Nejmenší možná KNX instalace sestává ze dvou aktivních prvků – na jedné straně ze snímače, který odesílá telegram s příkazem k vykonání akce a na druhé straně z akčního členu, jehož úkolem je po přijetí telegramu vykonat tento příkaz. Aby však byla zajištěna činnost přístrojů, ke sběrnici musí být připojen ještě jeden pomocný prvek – napájecí zdroj, z něhož jsou napájeny elektronické obvody obou přístrojů připojených ke sběrnici. Tím je zabezpečena také možnost komunikace po sběrnici. Naopak, největší možná instalace KNX může obsahovat i více než 56000 aktivních přístrojů.
Napájecím zdrojem musí být vybavena každá linie. Pokud napájecí zdroj není vybaven diagnostickými obvody určenými pro předávání hlášení nebo naměřených hodnot výstupního napětí, protékajícího proudu apod., nezapočítává se, stejně jako některé další pomocné prvky, do počtu přístrojů na sběrnici, proto také nemá konkrétní fyzickou adresu. Napájecí zdroj je vybaven filtrační tlumivkou (obr. 2). Jelikož dvouvodičová sběrnice je určena jak pro napájení sběrnicových spojek, tak i pro přenos telegramů vytvářených 5 V pulsy o kmitočtu 9,6 kHz superponovanými na napájecím napětí, je potřebné zabránit zkratování střídavého signálu elektrolytickými kondenzátory na výstupu napájecího zdroje. Tento úkol plní tlumivka v napájecím zdroji, zapojená podle obr. 2 a tvořící pro střídavý signál vysokou impedanci, zatímco pro stejnosměrný proud je impedancí zanedbatelnou.
Obr. 2: Napájecí zdroj pro napájení sběrnice KNX
Přenášené telegramy jsou kódovanými digitálními – binárními - informacemi, přenášenými rychlostí 9600 bit.s-1. To znamená, že doba potřebná pro přenos jednoho bitu je 104 μs. Pro řízení technologických procesů v průmyslu apod. by tato komunikační rychlost nemusela vyhovět z hlediska potřebné rychlosti reakce, avšak pro řízení funkcí budov je plně postačující.
Při této relativně nízké komunikační rychlosti, díky topologickému uspořádání s rozčleněním systému do jednotlivých linií a oblastí, oddělených vazebními prvky, jimiž jsou např. liniové spojky propouštějící jen telegramy adresované do jiných linií, komunikace může probíhat současně i v několika liniích.
Sběrnicová spojka
Již jsme naznačili hlavní úkoly sběrnicové spojky, která je nedílnou součástí každého KNX programovatelného přístroje. Sběrnicová spojka musí neustále odposlouchávat provoz na sběrnici (číst všechny telegramy) a být připravena odesílat svoje telegramy. Sběrnicová spojka obsahuje mj. paměť, v níž je uložen aplikační program přístroje, jehož je součástí. Znamená to tedy, že jsou v ní uloženy i skupinové adresy (kódy funkcí) související s vymezenými činnostmi tohoto přístroje. Jakmile sběrnicová spojka zjistí, že příchozí telegram se týká činnosti přístroje (že obsahuje skupinovou adresu uloženou v její paměti), tento telegram zpracuje a předá jej k vykonání odpovídající akce aplikačnímu modulu.
Komunikační část sběrnicové spojky zabezpečuje připojení ke sběrnici, přepíná mezi příjmem a vysíláním telegramů a obousměrně komunikuje s jádrem sběrnicové spojky. Zajišťuje také napájení sběrnicové spojky.
Principiální řešení vstupní části sběrnicové spojky, pro zajištění zmíněných funkcí, je na obr. 3.
Obr. 3: Principiální řešení vstupních obvodů sběrnicové spojky
Střídavé signály jsou přenášeny rozdílovým transformátorem na vstupní obvody řídicí elektroniky sběrnicové spojky. Obě části primárního vinutí v obou pólech napájecího obvodu, společně s filtračním kondenzátorem, tvoří pro střídavý signál uzavřenou vodivou smyčku. Kdežto stejnosměrné napětí je odebíráno pouze přes dílčí části primárního vinutí.
Obr. 4: Blokové schéma elektronických obvodů komunikačního modulu sběrnicové spojky
Komunikační modul sestává z napájecí a komunikační části (obr. 4). V napájecí části nechybí ochrana proti přepólování – zabraňuje poškození elektronických obvodů při náhodném přepólování napájecího napětí. Bude-li napájecí napětí přepólováno, sběrnicová spojka nepracuje. Obvod měření pracovního napětí předává informaci o aktuální hodnotě napájecího napětí při diagnostice týkající se informací o přístroji. Při poklesu napájecího napětí pod 18 V DC odesílá příkaz k uložení proměnných dat, která mohou být zapotřebí při obnově dodávky energie na sběrnici. Kromě zdroje jmenovitého napětí 24 V DC (smí se pohybovat od 31 V DC do 21 V DC), použitého pro napájení většiny obvodů v komunikačním modulu, případně i v dále připojeném aplikačním modulu, je v modulu i stabilizovaný zdroj napětí 5 V DC, z něhož jsou napájeny logické obvody. Pokud toto napětí poklesne pod 4,5 V, tedy při výpadku napájení na sběrnici nebo na závěr programování sběrnicové spojky, je odesílán příkaz k jejímu resetování.
Jádro sběrnicové spojky (obr. 5) řídí provoz celého přístroje na základě aplikačního programu v něm uloženém. Jádro obsahuje mikrokontrolér, tedy mikroprocesor obsahující i vestavěné paměti. Data ukládaná do paměti RAM jsou údaje o aktuálních nastaveních funkcí (např. osvětlení je stmívacím akčním členem nastaveno na 60 %). Při výpadku napájení jsou tato data ztracena – obsah paměti je vymazán. Pokud však v parametrech tohoto akčního členu máme nastavenu funkci paměťového stmívače, tento údaj (60 %) budeme potřebovat po obnovení dodávky energie. Protože pokles sběrnicového napětí při výpadku není skokový, ale pozvolný (zásluhou postupně se vybíjejících elektrolytických kondenzátorů v napájecích zdrojích), při poklesu napětí pod 18 V DC se potřebná data přepíší z paměti RAM do paměti EEPROM, v níž je uložen aplikační program. Tato paměť dovoluje přepisovat uložená data. V paměti ROM jsou uloženy údaje již z výroby – je tam nahrán potřebný firmware, který obvykle nelze přepisovat.
Obr. 5: Mikrokontrolér je podstatnou částí jádra sběrnicové spojky
Od počátku dodávek KNX přístrojů počátkem 90. let 20. století došlo již k mnoha inovacím ve výrobě sběrnicových spojek. Používají se stále novější a výkonnější typy mikrokontrolérů. Vzhledem k tomu, že výrobci vytvářejí stále rozsáhlejší aplikační programy pro svoje výrobky, kapacita paměti EEPROM je často již nepostačující. Proto sběrnicové spojky jsou doplňovány o přídavné paměti Flash, jejichž kapacita je výrazně vyšší a postačující i pro rozsáhlé aplikační programy.
Různé typy sběrnicových spojek se liší tzv. systémovým softwarem, různými standardizovanými KNX systémovými softwarovými profily. Tyto profily se vymezují jako „verze masky“. Verze masky v binárním vyjádření zaujímá prostor 2 bytů. Ve verzi masky jsou následující údaje:
- - „y” značí typ přenosového média, pro které je spojka určena. 0 značí kroucený pár TP1, 1 značí přenos po silovém vedení PL 110, 2 značí přenos bezdrátový RF a 5 značí KNXnet/IP.
- - „x” udává aktuální verzi systémového profilu.
Software ETS je schopen pracovat se systémovými profily s následujícími verzemi masek:
- - y01xh: Systém 1, se sběrnicovými spojkami typu BCU 1
- - y02xh: Systém 2, se…
