System KNX, jako jeden z najbardziej rozbudowanych systemów automatyki budynkowej, staje się coraz bardziej widoczny na polskim rynku. Swoją popularność zyskuje głównie dzięki ogromnym możliwości automatyzacji, praktycznie dowolnych funkcji sterowania w domu czy budynku. Począwszy od najprostszych kontroli oświetlenia, ogrzewania czy też rolet, poprzez zaawansowane sterowanie klimatyzacją, wentylacją, integrację systemami alarmowymi i kontrolą dostępu, aż do zdalnej wizualizacji całego systemu za pomocą dedykowanych serwerów czy też modułów wykorzystujących komunikację internetową lub GSM. Z tego też powodu warto przybliżyć czytelnikom sposób programowania systemu KNX i rozwiać mity o bardzo wielkim skomplikowaniu całego systemu.

Programowanie systemu KNX może odbywać się w dwóch trybach. Pierwszy, nazywa się trybem E-Mod. Urządzenia programowane w ten sposób, kongurowane są automatycznie za pomocą dedykowanego programatora. Umożliwia to zaprogramowanie systemu bez dogłębnej znajomości możliwości urządzeń. Dzięki tego typu urządzeniom (rys.1), inteligentna instalacja w systemie KNX staje się dostępna niemal dla każdego instalatora. Problemem jest tu jednak ograniczenie wprowadzone przez producentów programatorów.

W ten sposób możemy zaprogramować urządzenia, pochodzące z tej samej firmy, co sam programator. I tu niestety największa zaleta systemu KNX, jaką jest połączenie w jeden spójny system urządzeń wielu producentów, zostaje znacznie ograniczona. Rozwiązaniem tego problemu jest możliwość programowania systemu KNX za pomocą komputera i dedykowanego do tego oprogramowania. Ten sposób konfiguracji systemu nazywa się trybem S-Mod. Producentem oprogramowania jest organizacja KONNEX, która nadzoruje produkcję wszystkich urządzeń działających w systemie KNX i wydaje, poprzez certyfikację, zgodę na używanie znaku zgodności z systemem KNX. Gwarantuje to, że każde urządzenie, które przeszło badania w specjalizowanych laboratoriach testowych, będzie zawsze kompatybilne z systemem oraz oprogramowaniem dedykowanym do konfiguracji całego systemu. Wykorzystanie takiego programu daje możliwość synchronizacji systemu, składającego się z urządzeń wielu producentów za pomocą jednego narzędzia: programu ETS. Programowanie w tym trybie jest nieco trudniejsze, niż konfiguracja za pomocą dedykowanego programatora, jednak możliwości, jakie zyskujemy otwierają drogę, dzięki której dostosujemy system do najbardziej wymagających użytkowników.

Nie taki diabeł straszny…

Aby wprowadzić czytelników do świata automatyki budynkowej i udowodnić, że programowania systemu KNX może nauczyć się każdy, kto potrafi zbudować instalację elektryczną i posiada umiejętność obsługi komputera, przedstawiony zostanie cykl artykułów, w których kolejno wyjaśniona zostanie struktura systemu, przygotowany zostanie program do konfiguracji systemu, a następnie utworzony projekt, za pomocą którego porównamy i dobierzemy urządzenia niezbędne do automatyzacji budynku.

Wprowadzenie do systemu KNX

System KNX jest rozproszonym (zdecentarlizowanym) systemem automatyzacji funkcji budynkowych. Za realizację każdej funkcji w systemie, odpowiedzialne są niezależne urządzenia, połączone za pomocą wspólnej magistrali komunikacyjnej. Np. jeżeli za elementarną funkcję uznamy załączanie/ wyłączanie oświetlenia, niezbędne będą: przełącznik systemowy, jako element sterujący oraz przekaźnik jako element wykonawczy. Oba urządzenia muszą być połączone za pomocą medium komunikacyjnego, które umożliwia komunikację pomiędzy nimi. W systemie KNX, jako medium komunikacyjne najczęściej stosowany jest dodatkowy przewód systemowy (KNX TP) w postaci dwuparowej skrętki (fot. 2). Dodatkowo w tej wersji systemu niezbędny jest zasilacz systemowy, którego głównym zadaniem jest dostarczenie zasilania do modułów komunikacyjnych, urządzeń dołączonych do systemu.

Ważne informacje: nazwy i skróty specyficzne dla systemu KNX

Baza danych – struktura danych wykorzystywana do przechowywania informacji o urządzeniach i projektach w programie ETS.

ETS – Engineering Tool Software, program dedykowany do konfiguracji systemu KNX oraz programowania urządzeń działających w tym systemie.

KNX TP – system KNX, w którym medium komunikacyjnym jest dodatkowy przewód w postaci skrętki dwuparowej.

KNX Powerline – system KNX wykorzystujący przewody zasilania 230V AC jako medium transmisji danych między urządzeniami.

KNX RF – system KNX wykorzystujący do transmisji informacji fale radiowe.

Sensory – urządzenia systemu KNX wysyłające do systemu rozkazy sterujące.

Urządzenia wykonawcze – urządzenia systemu KNX odbierające i wykonujące rozkazy sterujące.

Tryb E-Mod – Easy Mod, tryb konfigurowania urządzeń systemu KNX za pomocą programatora sprzętowego.

Tryb S-Mod – Easy Mod, tryb programowania urządzeń systemu KNX za pomocą dedykowanego do tego celu oprogramowania.

Możliwe są również inne rozwiązania. Do komunikacji może służyć istniejąca sieć zasilająca (system KNX Powerline) lub fale radiowe (KNX RF). Rozwiązania takie umożliwiają zastosowanie systemu magistralnego w budynkach, które już istnieją lub w których nie ma możliwości przeprowadzenia modernizacji okablowania. Są one nieco droższe od standardowego systemu KNX TP, dlatego też nie są tak często stosowane. W przypadku systemu KNX Powerline niebagatelny wpływ na poprawność (oraz prędkość transmisji) mają zakłócenia, jakie występują w sieci zasilającej.

Najważniejsze z poziomu niezawodności systemu, niezależne od medium komunikacyjnego, jest to, że nie ma tutaj jednostki centralnej, nadzorującej pracę całego systemu. Każde z urządzeń odpowiedzialne jest za kontrolowaną przez siebie funkcję oraz wymianę informacji z pozostałymi urządzeniami. Np. zadaniem przycisku sterującego, czyli sensora systemowego, jest detekcja naciśnięcia jego klawiszy oraz wysłanie rozkazu do urządzeń, którymi steruje. W przypadku urządzenia, które ma odebrać informację od przycisku i wykonać zawarty w niej rozkaz (tzw. urządzenia wykonawczego), ważne jest to, aby urządzenie to zdekodowało informację, wykonało polecenie i wysłało potwierdzenie. To, jakimi urządzeniami steruje przycisk oraz od jakich sensorów odbiera informację moduł wykonawczy, jest uzależnione od konfiguracji systemu, czyli projektu utworzonego za pomocą programu ETS.

Przygotowanie programu ETS do pracy

Program ETS jest uniwersalnym narzędziem do konfiguracji i programowania urządzeń systemu KNX, niezależnie od typu medium komunikacyjnego. Można za jego pomocą łączyć ze sobą i programować urządzenia w dowolnie złożonym systemie, w którym bezproblemowo będą komunikowały się urządzenia pochodzące od różnych producentów. Gwarantuje to logo KNX, potwierdzające kompatybilność urządzeń.

Aktualnie dostępną wersją programu jest ETS4. Możliwe jest zainstalowanie go i uruchomienie również w wersji polskiej. Dzięki czemu, wiele funkcji stało się bardziej przejrzystymi dla osoby konfigurującej system. Producentem i dystrybutorem programu jest organizacja KONNEX. Pod względem licencji, program występuje w trzech wersjach:

• ETS4 Demo, wersja bezpłatna, którą można pobrać ze strony internetowej organizacji KONNEX www.knx.org, po wcześniejszej rejestracji. Wersja ta jest (jak również rejestracja) darmowa. Ograniczeniem jest możliwość wstawienie do projektu i zaprogramowania maksymalnie trzech urządzeń. Dzięki tej wersji mamy możliwość zapoznania się z urządzeniami i dokonania próby programowania, aby zweryfikować sprawdzaną przez nas funkcję.
• ETS4 Lite, wersja przeznaczona do nauki konfiguracji i programowania systemu oraz tworzenia niewielkich instalacji. Ograniczeniem jest wykorzystywanie maksymalnie dwudziestu urządzeń w projekcie. Jest to wersja najtańsza (koszt ok. 100 EUR).
• ETS4 Professional, pełna wersja, bez żadnych ograniczeń, przeznaczona do konfiguracji dowolnie złożonych systemów. Cena tej wersji programu wynosi ok. 900 EUR.

Program ETS4 Lite i Professional występuje w wersji z kluczem w postaci pliku licencyjnego (dedykowany dla jednego komputera) oraz z kluczem sprzętowym w postaci urządzenia podłączanego do portu USB dowolnego komputera.

Po ukończeniu odpowiedniego szkolenia w Certyfikowanym Ośrodku Szkoleniowym, kursanci otrzymują specjalne rabaty na zakup programu ETS4.

Aby zapoznać się z programem ETS4 wystarczy jednak wersja demonstracyjna. I dla takiej wersji przedstawione zostanie poniższe wprowadzenie.

Po poprawnym zainstalowaniu i uruchomieniu programu, na ekranie ukaże się okno główne (fot. 3). Okno to składa się z trzech części. Pierwsza część (fot. 3a) „Szybkie działania i ostatnie projekty”, służy do szybkiego dostępu do najczęściej wykorzystywanych funkcji programu oraz ostatnio wykonywanych projektów. W drugiej części okna (fot. 3b), mamy dostęp do menu głównego programu. Są tu zawarte najważniejsze moduły programu odpowiedzialne kolejno za:

• Widok ogólny – przedstawia informacje o projektach aktualnie realizowanych, wersji licencji, nowościach dotyczących systemu i urządzeń KNX,
• Projekty – umożliwia tworzenie projektów oraz programowanie urządzeń,
• Katalogi – edytuje spis aktualnie zainstalowanych aplikacji do urządzeń wykorzystywanych w projektach
• Bazy danych – umożliwia tworzenie oraz organizację tzw. baz danych, w których tworzy się projekty systemów,
• Ustawienia – daje możliwość dostosowania funkcji programu ETS4 według własnych preferencji (np. język menu, aktualizacja programu, skróty klawiszowe itp.).

Trzecią częścią okna głównego (fot. 3c), jest tak zwany obszar roboczy, w którym wyświetlane są odpowiednie widoki, uzależnione od modułu, w którym aktualnie się znajdujemy.

Aby rozpocząć pracę z programem, należy w pierwszej kolejności utworzyć nową bazę danych (fot. 4). Baza danych jest strukturą, w której przechowywane są informację o projektach i przypisanych do nich urządzeniach. Nowością w aktualnej wersji ETS, w stosunku do wersji poprzednich jest możliwość tworzenia odrębnej bazy dla każdego projektu i administracji już utworzonymi bazami.

Kolejnym krokiem, niezbędnym do przygotowania programu jest import urządzeń, jakie będziemy wykorzystywać w naszym projekcie wykorzystując moduł Katalogi (fot. 5)

Program ETS4 jest uniwersalnym narzędziem, pozwalającym na programowanie dowolnych urządzeń systemu KNX, niezależnie od ich producenta. Dlatego, przed przystąpieniem do realizacji projektu, należy pobrać aplikacje potrzebne do konfiguracji urządzeń, z jakich składać się będzie nasz projekt. Aplikacje takie otrzymujemy od producentów tychże urządzeń. Są one bezpłatne i możemy je znaleźć na stronach internetowych lub otrzymać bezpośrednio od dystrybutorów na nośniku w wersji elektronicznej. Aplikacje potrzebne w naszym przykładowym projekcie dotyczą:

• Przycisku 5-cio klawiszowego Triton (fot. 6) firmy ABB (sensor systemowy). Przycisk ten posiada pięć klawiszy sterujący z możliwością dowolnej konfiguracji każdego klawisza.
• Modułu 4-ro przekaźnikowego RMG 4S (fot. 7) firmy Theben (urządzenie wykonawcze). Moduł ten posiada cztery niezależne przekaźniki bezpotencjałowe z możliwością sterowania czterema niezależnymi obwodami.
• Zasilacza systemowego o wydajności prądowej 160 mA, firmy ABB.

Aplikacje do powyższych urządzeń można pobrać również ze strony internetowej www.knxpolska.org w zakładce „Fachowy Elektryk”

Po uruchomieniu funkcji importu urządzeń, na ekranie pojawi się okno kreatora importu. Jest to bardzo użyteczne narzędzie, które w czterech krokach pomoże odnaleźć i zaimportować interesującą nas aplikację.

• Krok 1 „Plik”: Wskazujemy tu ścieżkę dostępu do pliku, w którym znajduje się interesująca nas aplikacja. Pliki z aplikacjami do programu ETS4 mają rozszerzenie *.knxprod. Możliwe jest również importowanie aplikacji utworzonych dla starszej wersji programu ETS: rozszerzenia *.VD1- *.VD5 oraz *.VDX.
• Krok 2 „Konwersja”: W tym miejscu możemy dokonać konwersji i zapisać plik importowany ze starszej wersji programu ETS do formatu stosowanego w ETS4. Opcja ta ma zastosowanie, jeżeli będziemy w przyszłości ponownie importować tą samą aplikację po raz kolejny do nowej bazy danych. Import z formatu przystosowanego do ETS4 przebiega znacznie szybciej niż z formatów używanych w starszych wersjach ETS.
• Krok 3 „Produkty”: Dokonujemy wyboru interesującej nas aplikacji, zapisanej we wcześniej wybranym pliku. Jest to bardzo ważny element importu, ponieważ producenci urządzeń, bardzo często zapisują aplikacje do wszystkich (lub wielu) produkowanych przez siebie produktów w jednym pliku. Podczas jednorazowego importu powinniśmy wybrać jeden lub co najwyżej kilka aplikacji, ponieważ import całego pliku z dużą ilością aplikacji trwa bardzo długo i niepotrzebnie obciąża bazę danych. Co z kolei negatywnie wpływa na prędkość pracy programu ETS w fazie tworzenia projektu.
• Krok 4 „Języki”: Aby zminimalizować objętość importowanej aplikacji, możemy również ograniczyć jej wersję językową. Odpowiedni wybór w tym kroku również zaowocuje minimalizacją objętości bazy danych.

Po odpowiednim wyborze aplikacji, kreator importu wyświetli podsumowanie naszego wyboru (fot. 8).

Przydatne tricki i skróty programowe:

Przytrzymanie klawisza Shift podczas włączania opcji Importowania produktów, spowoduje pominięcie uruchomienia kreatora importu i przejście bezpośrednio do importowania wszystkich aplikacji w wybranym pliku.

Po potwierdzeniu rozpocznie się proces importu wybranej aplikacji dla przycisku ABB. Analogicznie należy zaimportować aplikację dla urządzenia wykonawczego firmy Theben oraz zasilacza systemowego ABB. W ten sposób przygotowana została baza danych zawierająca aplikacje do trzech urządzeń (fot. 9), które wykorzystamy podczas tworzenia pierwszego projektu. Tak przygotowany program jest gotowy do realizacji pierwszego projektu. Opis sposobu realizacji i uruchomienia projektu, przedstawiony zostanie w kolejnej części cyklu artykułów na temat systemu KNX.

Andrzej Stachno
Certyfikowane Centrum Szkoleniowe KNX
Politechnika Wrocławska