Domotica con sistemas de control KNX y radiofrecuencia. Docente: Fernando Alfaro Mery TOPOLOGIA. Docente: Fernando Alfaro Mery Topología - Línea Línea 1 APT 1 TLN 64 1.1.0 FA / Bob. SV / Dr APT 2 TLN 64 APT 3 TLN 64 1.1.1 1.1.64 AL 164 TLN FA / Bob. SV / Dr APT 2 TLN 64 1.1.65 1.1.192 TLN 64 AL 4 FA / Bob. SV / Dr Cada componente Bus (o aparato Bus) puede intercambiar información con cualquier otro componente Bus por medio de telegramas. El número real de componentes Bus conectados depende de la fuente de alimentación seleccionada y del consumo de cada aparato individual APT TLN256 64 1.1.255 Docente: Fernando Alfaro Mery 3 Topología - Línea Docente: Fernando Alfaro Mery 4 Topología - Línea Docente: Fernando Alfaro Mery 5 Topología - Línea Una línea consta de un máximo de 4 segmentos de línea, cada uno de ellos con un máximo de 64 componentes Bus. Cada segmento de línea debe ser alimentado mediante una fuente de alimentación adecuada. Si existe mas de una línea se necesita una línea para comunicarlas: línea principal. Las líneas se conectan a la línea principal por medio de acopladores de líneas (AL). Se podrán conectar hasta 15 líneas a la línea principal. Nota: Cada línea, incluyendo la principal, debe tener su propia fuente de alimentación. Docente: Fernando Alfaro Mery 6 Topología - Área • • • • • Si se va a emplear más de una línea o si se va a elegir una estructura diferente, podrán conectarse hasta 15 líneas a una línea principal por medio de acopladores de líneas (AL). Esto es lo que se denomina área. También es posible tener hasta 64 componentes Bus en la línea principal. El número máximo de componentes Bus en la línea principal disminuye con el número de acopladores de línea en uso. Cada línea, incluyendo la principal, debe tener su propia fuente de alimentación. Docente: Fernando Alfaro Mery 7 Topología - Área APT 1.0.>0 Línea principal FA SV // Bob. Dr AL 1 = Acoplador de líneas APT = Aparato bus AL AL 15 1.1.0 1.15.0 FASV / Bob. / Dr FA / Bob. SV / Dr APT 1 TLN 64 APT 1 TLN 64 1.1.1 Línea 1 0-15 0-15 FFFF LLLL APT 63 TLN 64 1.1.63 F = L = A = Area funcional Línea Aparato bus 1.15.1 Línea 15 APT 63 TLN 64 1.15.63 0-255 AAAAAAAA 15 Areas ·15 líneas/Area· 256 Ap./línea @ 58.000 Aparatos Docente: Fernando Alfaro Mery 8 Topología - Área Docente: Fernando Alfaro Mery 9 Topología – Varias áreas El acoplador de áreas (AA) conecta su área correspondiente a la línea principal de áreas (backbone). También es posible situar componentes Bus en la línea de áreas. El número máximo de componentes Bus en la línea de áreas disminuye con el número de acopladores de áreas en uso. En un máximo de 15 áreas funcionales, pueden conectarse al sistema bus más de 58.000 aparatos. Docente: Fernando Alfaro Mery 10 Topología – Varias áreas Docente: Fernando Alfaro Mery 11 Dirección individual La dirección individual sirve para identificar de una manera unívoca el componente Bus, describiendo su localización dentro de la topología. A = 1-15 señala las áreas funcionales 1-15 A = 0 señala los componentes Bus en la línea de áreas L = 1-15 AL = 0 señala las líneas 1-15 en las áreas definidas por señala la línea principal C = 1-255 señala los componentes Bus en la línea definida por L T = 0 señala el acoplador La dirección de un acoplador de Bus desprogramado es 15.15.255 Docente: Fernando Alfaro Mery 12 Dirección individual Docente: Fernando Alfaro Mery 13 Acoplador: función “compuerta” Cuando se asignan los parámetros, se proporciona al acoplador una tabla de filtros. Todos los telegramas de grupo recibidos se reenviarán si están registrados en la tabla de filtros. De esta forma, cada línea funciona de forma independiente. Sólo se dejarán pasar a través del acoplador los telegramas de cruce de líneas y de cruce de áreas Docente: Fernando Alfaro Mery 14 Acoplador Docente: Fernando Alfaro Mery 15 Emplazamiento del acoplador Un acoplador puede utilizarse como: Acoplador de áreas AA Conexión: línea de áreas a la línea principal Acoplador de líneas AL Conexión: línea principal a una línea secundaria Amplificador (Repetidor) de línea AML Para ampliar una línea con un segmento más de máx. 64 componentes Bus y una longitud de cable adicional de 1.000 m. Docente: Fernando Alfaro Mery 16 Emplazamiento del acoplador Docente: Fernando Alfaro Mery 17 Acoplador: campos de aplicación Docente: Fernando Alfaro Mery 18 Acoplar varias líneas Docente: Fernando Alfaro Mery 19 Ejemplo práctico para explicar la funcionalidad Docente: Fernando Alfaro Mery 20 Ejemplo Practico El pulsador T1 debe conmutar las luces L11, L12 y L13. En la configuración se le asigna la dirección de grupo 1/1/1; también a los actuadores de las luces se les asigna dicha dirección de grupo. El pulsador T2 debe conmutar las luces L21, L22 y L23. En la configuración se le asigna la dirección de grupo 1/1/2; también a los actuadores de las luces se les asigna dicha dirección de grupo. Además, el sensor de luminosidad S1 también debe conmutar las luces de las ventanas. Se configura con la dirección de grupo 1/1/11. También a los actuadores de las luces de las ventanas se les asigna dicha dirección de grupo. De esta forma, las luces de las ventanas pueden recibir órdenes tanto de sus pulsadores, como del sensor de luminosidad Docente: Fernando Alfaro Mery 21 Telegrama interno de línea Docente: Fernando Alfaro Mery 22 Telegrama de cruce de líneas Si un sensor de luminosidad, por ejemplo, no está conectado en la misma línea que la lámpara que tiene que controlar, será necesario transmitir sus telegramas a través de la línea principal. El acoplador de línea AL2 tendrá así conocimiento de que hay componentes Bus fuera de su propia "línea 2" que responden a los telegramas transmitidos por el sensor de luminosidad. Por tanto, AL2 pasa el telegrama de grupo 1/1/11 a la línea principal. El acoplador de línea AL1 está informado de que existen componentes Bus en su "línea 1" que responden al telegrama de grupo 1/1/11 y, por lo tanto, transmite el telegrama a su línea. Todos los componentes Bus de esta línea escuchan el telegrama procedente del sensor de luminosidad, pero únicamente los actuadores de las lámparas L11 y L21 ejecutan la orden. Docente: Fernando Alfaro Mery 23 Docente: Fernando Alfaro Mery 24 Telegrama de cruce de áreas Si el sensor de luminosidad S1 se asigna a un área funcional diferente, podrá seguir dirigiéndose a todos los componentes Bus a través de la línea de áreas. Si se asigna al sensor de luminosidad la dirección de grupo 1/1/11, los acopladores de áreas AA1 y AA2 y el acoplador de líneas AL1 dejarán pasar el telegrama a la línea 1. Los actuadores de las lámparas L11 y L21 en el área funcional 1, línea 1, ejecutarán la orden consiguientemente. Docente: Fernando Alfaro Mery 25 Docente: Fernando Alfaro Mery 26 Contador de ruta del acoplador El telegrama transmitido por el aparato emisor contiene un "contador de ruta" cuyo valor inicial es 6 (CR= 6). Cada acoplador disminuye en una unidad el contador de ruta y pasa el telegrama mientras el valor siga siendo positivo (no 0). Se tienen en cuenta las entradas de la tabla de filtros. Si el aparato en servicio transmite, por ejemplo, un telegrama que tiene un valor de contador de ruta: CR= 7, los acopladores no alteran este valor. En este caso se ignora la tabla de filtros y se pasa el telegrama a todos los acopladores de línea en todo el sistema bus. Finalmente, alcanza los componentes Bus para los cuales se había destinado, sin importar en qué línea estén conectados. Si la instalación tiene una disposición de cruce de líneas, el contador de ruta limita el número de telegramas que cruzan las líneas. Docente: Fernando Alfaro Mery 27 Contador de ruta del acoplador Docente: Fernando Alfaro Mery 28 KNX – Interfaces externos e internos El KNX está abierto a cualquier otro sistema. La línea de áreas (o cualquier otra línea) puede conectarse a través de una pasarela adecuada a sistemas como RDSI, PLCs, Internet, y otras tecnologías de gestión de edificios. La pasarela realiza una conversión bidireccional del protocolo. El acoplamiento de los diferentes medios KNX se realiza mediante los respectivos acopladores de medios (Ej.: Twisted Pair 1 y Power Line 110) Igualmente, algunas partes de las instalaciones KNX pueden ser conectadas por medio de fibra óptica, con la ventaja de no tener limitación de longitudes de cable ni interferencias de tipo galvánico. Docente: Fernando Alfaro Mery 29 Docente: Fernando Alfaro Mery 30 Estructura en el edificio Docente: Fernando Alfaro Mery 31 Docente: Fernando Alfaro Mery 32 Atención al tráfico intenso de telegramas: red IP Sustitución de los acopladores de línea por los llamados “Router IP” Docente: Fernando Alfaro Mery 33 En principio, funciona exactamente igual que el routing mediante una línea principal TP: un router IP, que desea enviar un telegrama más allá de una línea, lo envía con lo que llamamos dirección IP “multicast” (multidifusión) a la red Ethernet. El resto de routers IP están unidos mediante dicha dirección multicast y, gracias a ello, pueden recibir y procesar el telegrama. Ahora se aplica de nuevo la función normal de acoplador de línea: la comparación con la tabla de filtros (telegramas de grupo), también obligatoria aquí, o con la dirección de línea propia (telegramas físicos) y el eventual bloqueo o reenvío de los telegramas. En relación con la dirección multicast, téngase en cuenta lo siguiente: Docente: Fernando Alfaro Mery 34 a) Existe una dirección multicast KNX determinada y registrada a nivel mundial, que viene pre-configurada en las aplicaciones del router IP. La misma puede ser modificada en el marco de las áreas de direccionamiento permitidas para comunicación IP. b) ¡El switch y router de áreas en la red LAN deben ser adecuados para gestionar los paquetes de datos multidifusión! En caso de duda, deberá aclararse este punto con el administrador de la red LAN antes de comenzar. c) La dirección multicast no puede ser utilizada mediante Internet, excepto si se usa una conexión VPN. Docente: Fernando Alfaro Mery 35 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 36 Límites en la utilizaciones de routers IP Aunque pudiera pensarse que la velocidad en el tráfico de datos en una red Ethernet sería el fin del problema de los estados y las pérdidas de telegramas, debe advertirse por adelantado lo siguiente: deben programarse los componentes Bus que envían sin criterio gran cantidad de telegramas. Si efectivamente se diera el caso de que desde todas las líneas se envía simultáneamente a una sola línea, la velocidad de Ethernet no ayuda nada, por desgracia. Por ilustrarlo gráficamente, es como si todos los coches accedieran por 100 vías de incorporación a una autovía de 1000 carriles, pero luego quisieran salir todos al mismo tiempo por una única salida. (Por cierto, no es éste un problema específico del estándar KNX, sino que se da en todas las redes de datos distribuidas con estructura reticular). Docente: Fernando Alfaro Mery 37 Límites en la utilizaciones de routers IP Sólo una estructura lógica de los caminos de comunicación entre los componentes Bus y las líneas puede evitar aquí una pérdida de datos que, aunque improbable, es posible. Sin embargo, esto debería ser tarea sencilla para los profesionales con conocimientos de los componentes Bus y de sus parámetros. Docente: Fernando Alfaro Mery 38 PREGUNTAS KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 39 TELEGRAMA. Docente: Fernando Alfaro Mery t1 Telegrama t2 Ack. KNX socios científicos Duración del telegrama de 20 a 40 ms • Un telegrama se genera cuando se produce un evento en el bus. En este caso el componente envía un telegrama al bus. • La transmisión se inicia después de que el bus haya permanecido desocupado por lo menos durante el periodo de tiempo t1. • Después de que haya terminado la transmisión del telegrama, los componentes bus utilizan el tiempo t2 para comprobar si el telegrama ha sido recibido correctamente. • Todos los componentes bus “direccionados” envían un acuse de recibo (“acknowledge” ó “ACK.”) del telegrama simultáneamente. Docente: Fernando Alfaro Mery 41 t1 Telegrama t2 Ack. KNX socios científicos Duración del telegrama de 20 a 40 ms • El telegrama se transmite a una velocidad de 9600 bps. • Un telegrama de conmutación (que incluye el acuse de recibo) ocupa el bus unos 20 ms. Los telegramas para transmisión de texto ocupan el bus hasta 40 ms. • El receptor se basa en el byte de seguridad del telegrama para verificar la recepción correcta de la información y, de acuerdo con ello, devuelve un acuse de recibo. • NAK - No recibido • BUSY – Bus ocupado • Sin acuse de recibo – repite 3 veces Docente: Fernando Alfaro Mery 42 Acuse de recibo del Telegrama El componente bus receptor acude al byte de seguridad del telegrama para verificar la recepción correcta de la información y, de acuerdo con ello, devuelve un acuse de recibo. KNX socios científicos Si se recibe un acuse de recibo NAK (recepción incorrecta), se repite la transmisión del telegrama hasta tres veces. Si se recibe un acuse de recibo BUSY (bus todavía ocupado), el componente bus emisor espera un corto intervalo antes de intentar transmitir el telegrama de nuevo. Si el componente bus emisor no recibe un acuse de recibo, se repite la transmisión del 43 telegrama hasta tres veces antes de interrumpir la transmisión • Si uno de los componentes de bus direccionados ha devuelto un acuse de recibo negativo y se repite la transmisión del telegrama, se fija un 0 en el bit de repetición. De esta forma, se asegura que los aparatos de bus que ya hayan llevado a cabo la orden adecuada no ejecutarán la orden de nuevo. KNX socios científicos • Sólo se tendrá en cuenta la prioridad de transmisión si varios aparatos bus intentan transmitir simultáneamente. El valor estándar es prioridad baja de funcionamiento. Campo de control 8 bits Dirección origen Dirección destino Longitud Datos útiles Byte de seguridad Contador de ruta 16 16 + 1 3 4 Docente: Fernando Alfaro Mery hasta 16 x 8 8 bits 44 • La dirección de destino normalmente es una dirección de grupo. • La dirección de destino también puede ser una dirección física (telegramas del sistema). Esta información se transmite en 17 bits de forma que el receptor pueda reconocer de qué tipo de dirección se trata: Si el bit 17 es igual a 0, la dirección de destino es una dirección física; sólo se direcciona un aparato. Si el bit 17 es igual a 1, la dirección de destino es una dirección de grupo; se direccionan todos los aparatos con esa dirección de grupo . KNX socios científicos Campo de control 8 bits Dirección origen 16 Dirección destino 16 + 1 Longitud Datos útiles Byte de seguridad Contador de ruta 3 4 Docente: Fernando Alfaro Mery hasta 16 x 8 8 bits 45 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 46 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 47 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 48 • Para poder detectar errores en la transmisión de los telegramas, se envían datos de comprobación en forma de bits de paridad (comprobación de carácter) y un byte de comprobación (comprobación de telegrama). KNX socios científicos • La combinación de la comprobación de carácter con la comprobación de telegrama se denomina comprobación cruzada. Campo de control 8 bits Dirección origen Dirección destino Longitud Datos útiles Contador de ruta 16 16 + 1 3 4 Docente: Fernando Alfaro Mery hasta 16 x 8 Byte de seguridad 8 bits 49 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 50 PREGUNTAS KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 51 DISPOSITIVOS DE BUS. Docente: Fernando Alfaro Mery • Sensores: la unidad de aplicación proporciona información a la BCU, que la codifica y envía inmediatamente a través del bus . KNX socios científicos • Actuadores: el acoplador al bus recibe telegramas del bus de instalación, los descodifica y da esta información al módulo de aplicación. • Controladores: los controladores afectan al intercambio de datos entre sensores y actuadores (Ej.: módulo lógico) Docente: Fernando Alfaro Mery 53 • • • • • Una unidad de fuente de alimentación (29V DC) Una bobina (generalmente esta integrada en la fuente de alimentación) Sensores (Ej.: pulsador simple) Actuadores Cable bus (un par trenzado) Docente: Fernando Alfaro Mery 54 Bus de instalación Componente bus IFE El Acoplador al bus y el Módulo de Aplicación se pueden adquirir juntos (formando un solo producto) o por separado, dependiendo del producto concreto. En cualquier caso, ambos deben ser del mismo fabricante. Si se adquieren por separado, el acoplador al bus y el módulo de aplicación se unen mediante un conector estandarizado denominado IFE (Interfaz Físico Externo). Estos IFE, con 10 ó 12 pines. KNX socios científicos AB IFE = Interfaz físico externo (PEI) AB = Acoplador al bus (BCU) UA = Unidad de aplicación (AU) UA Docente: Fernando Alfaro Mery 55 Estructura interna del acoplador de Bus KNX socios científicos Una BCU KNX consta fundamentalmente de dos partes: un controlador y un módulo de transmisión correspondiente al medio de conexión. En los diferentes tipos de memoria del microprocesador se guardan los siguientes datos: • Software del Sistema • Valores Temporales • Programa de Aplicación Docente: Fernando Alfaro Mery 56 Valores temporales del sistema y de la aplicación: en la mayoría de los casos, se almacenan en la memoria RAM y luego se pierden cuando se desconecta el componente del bus (si no se han guardado previamente en la EEPROM o memoria Flash) Programa de aplicaciones, direcciones físicas y direcciones de grupos o parámetros: en la mayoría de los casos se guardan en la EEPROM o memoria Flash y pueden sobrescribirse. KNX socios científicos En el caso de los componentes compatibles con el S-Mode, el fabricante se encargará de que los programas de aplicación estén disponibles en forma de base de datos de productos para el ETS de forma que puedan cargarse en los productos correspondientes. La identificación (cód. interno) del fabricante del programa de aplicaciones y la del acoplador de Bus deben coincidir para poder cargar el programa de aplicación. En el caso de los componentes E-Mode, el aparato mostrará la funcionalidad que soporta (en relación con los canales Easy soportados) mediante el Device Descriptor Tipo 2. Docente: Fernando Alfaro Mery 57 Separar o superponer la tensión continua y los datos Protección contra inversión de la polaridad (RPP) Generar una tensión estabilizada de 5 a 24 V Iniciar la copia de seguridad (backup) de los datos si la tensión desciende por debajo de los 18 V (“USave”) • Provocar una reinicialización (Reset) del procesador si la tensión desciende por debajo de 4,5 V • Controlador (Driver) para transmisión y recepción • Lógica de transmisión y recepción FUNCIONES: • • • • Docente: Fernando Alfaro Mery 58 Resumen de los perfiles de sistema KNX estandarizados más importantes System 1 (TP1/PL110) – TP1 System 2 – TP1 System 7 Docente: Fernando Alfaro Mery 59 System 2 y System 7: características Control de acceso Herramienta de configuración para acceder a la memoria de dispositivos System 7 o System 2 (para escribir y/o leer), este debe autorizarlo mediante una contraseña de 4 bytes. Un fabricante puede establecer hasta 16 contraseñas distintas para System 7, o 4 para System 2. En cualquier caso, algunas de ellas están reservadas para el acceso a memoria relevante del sistema (como el acceso al nivel superior: contraseña #0) y por este motivo no se dan a conocer al usuario. A partir de la versión 1.1, el ETS2 puede asignar direcciones para los mecanismos de acceso utilizados por estos dispositivos. El control de acceso no se utiliza nunca si la comunicación es a través de direcciones de grupo. En este caso, el acceso es siempre posible. Docente: Fernando Alfaro Mery 60 Número de serie KNX socios científicos System 2 y System 7 soportan un número de serie: este número, asignado a cada componente durante el proceso de fabricación, permite, por ejemplo, programar o leer la dirección física de un aparato sin necesidad de pulsar el botón de programación del mismo. No obstante, en el ETS no soporta esta característica Docente: Fernando Alfaro Mery 61 Objetos de interfaz KNX socios científicos Los objetos de interfaz contienen propiedades de sistema y aplicación concretas (Ej.: tablas de direcciones, parámetros, ...), que pueden leerse o escribirse mediante una herramienta, sin conocimientos explícitos sobre la memoria del aparato. El usuario del ETS no puede modificar estos objetos. Docente: Fernando Alfaro Mery 62 PREGUNTAS KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 63 INSTALACIÓN. Docente: Fernando Alfaro Mery La tensión SELV ("Safety Extra Low Voltage"), para el KNX TP1 se genera mediante un transformador de seguridad. Tensión empleada: 29 VCC KNX socios científicos Aislamiento • Doble aislamiento respecto a otras redes. • Aislamiento básico a tierra. • En el lado del usuario no hay aislamiento. La red SELV NO debe ser puesta a tierra por el usuario. Los conductores diseñados para ser usados en líneas de fuerza no deben ser usados en instalaciones bus. Docente: Fernando Alfaro Mery 65 2 Pares de alambre de 0,8mm2 cada uno • Rojo y Negro – BUS de KNX • Amarillo y Blanco – Alimentación de 30V para distintos dispositivos KNX socios científicos Trazador Material sintético - (blanco) + (amarillo) Bus de Instalación EIB/KNX Cubierta sintética - BUS (negro) + BUS (rojo) Cubierta sintética metalizada Docente: Fernando Alfaro Mery 66 Para la instalación de cables bus los requisitos de instalación son generalmente los mismos que en la instalación de redes de 230/400 V. Requisitos especiales: KNX socios científicos • Instalación conjunta con cables de red/potencia • Debe respetarse una distancia mínima de separación de 4 mm. O contar con un aislamiento equivalente, como un separador o una camisa aislante • Se deben marcar de forma duradera todos los cables bus como cables KNX TP1 o cables BUS • Asegurar suficiente aislación con respecto al sistema contra rayos. • No son necesarias resistencias de fin de línea • Se debe evitar cerrar el lazo de BUS. Docente: Fernando Alfaro Mery 67 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 68 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 69 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 70 • • • • • • El número real de componentes Bus que se deben conectar como máximo depende de la fuente de alimentación seleccionada y del consumo de cada aparato individual. Producen y controlan la tensión de 29 V Control integrado de tensión y corriente, resistente a cortocircuitos. Capaz de salvar microcortes: buffer con una energía almacenada para un tiempo de 100 ms. Diferentes salidas: BUS (filtradas) y 30V Dc (sin filtrar) Aparatos de bus necesitan un mínimo de 21 V para asegurar su funcionamiento. KNX socios científicos Fuente Cant. De Dispositivos Fuente de 320 mAh 32 Fuente de 640 mAh 64 Docente: Fernando Alfaro Mery 71 KNX socios científicos gerald esparza/jaime hurtado pinto 72 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 73 1 Comprobar si se han respetado las longitudes de cable permitidas 2 Comprobar visualmente el marcado de los extremos del cable bus 3 Comprobar la instalación buscando conexiones inadmisibles de cable 4 Medir la resistencia de aislamiento de los cables bus 5 Comprobar la polaridad de todos los aparatos bus 6 Medir la tensión en cada extremo del cable bus (mínimo 21V) 7 Guardar un registro de los resultados de la comprobación KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 74 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 75 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 76 KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 77 PREGUNTAS KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 78 POWERLINE. Docente: Fernando Alfaro Mery PREGUNTAS KNX socios científicos Docente: Fernando Alfaro Mery 80
