Foxtrot a integrace KNX sítí

V příštím roce si bude systém instalační sběrnice KNX připomínat 30. výročí svého vzniku. V témže roce to bude 44 let, kdy kolínská Tesla dodala na trh své první PLC NS910. Pod názvem Tecomat byl uveden na trh první PLC před jednatřiceti lety a nejmenší a nejvýkonnější Tecomat Foxtrot vstoupí do své třinácté sezóny již v inovované generaci Foxtrot 2. Proč jsou tyto dva systémy zmíněny v jednom článku? Firma Teco se stala členem národního spolku KNX jako integrátor, a tak je možné na jednom místě stručně shrnout, čím se oba systémy liší, co mají společné a komu a jaké výhody přináší jejich vzájemná integrace.

Zatímco systém KNX vznikl jako specializovaný dvouvodičový sběrnicový systém primárně pro realizaci složitějších úloh při automatizaci decentralizovaných silnoproudých elektroinstalací v interiérech budov a domů, systém Foxtrot ke své instalační sběrnici CIB-Common Installation Bus^® dospěl rozšířením možností univerzálního centralizovaného řídicího systému.

Obr. 1. Schéma propojení systému Foxtrot s vlastní deterministickou instalační sběrnicí CIB a instalací založené na decentralizovaném systému KNX. Propojením získá instalace možnost doplnění jakékoliv nové funkce a komunikace s dalšími zařízeními i zabezpečený přístup přes internet, naopak instalace Foxtrotu může být korunována špičkovými designovými interiérovými ovladači.

Systém KNX vznikl na myšlence decentralizované sítě, kde každý prvek si s sebou nese již od výrobce vlastní konečnou množinu funkcí. Každý prvek neustále monitoruje provoz telegramů na KNX sběrnici a v případě, že je určen pro něj, obsah telegramu přečte a vykoná podle něj příslušnou funkci. Naopak každý prvek může na sběrnici kdykoliv vyslat svůj telegram, a tak vyvolat reakci jiných prvků. Protože systém KNX je decentralizovaný, je přístup na sběrnici náhodný, nedeterministický. Je definován algoritmus, který řeší kolize a priority na sběrnici. Velký počet kolizí, zejména v rozsáhlých instalacích, kde řada senzorů na sběrnici umisťuje svá data spontánně, aby je podle potřeby využily jiné prvky, aktory, vede někdy ke zpomalení odezvy celého systému. Naopak v malých instalacích je po většinu času na sběrnici klid a žádné změny, a tedy telegramy se nepřenáší a odezva je velmi dobrá.

Instalační sběrnice CIB-Common Installation Bus^® systému Tecomat Foxtrot je podobná systému KNX jen základním vnějším projevem – je také dvouvodičová a nese jak napájení, tak komunikaci. Zásadní rozdíl je ale v modulaci a v komunikačním protokolu. CIB je centrálně řízená sběrnice typu Master-Slave a je tedy deterministická. Samotná přenosová rychlost je proti KNX dvojnásobná a v základním provedení připouští pro jednu větev maximálně 32 sensorů/aktorů. Tím je dána její garantovaná rychlost odezvy i při maximálně osazených větvích a to do 150 ms, což je polovina okamžiku. Mžik oka, jak uvádí Wikipedie, trvá 300 ms. Pokud je na CIB sběrnici jenom jeden prvek, trvá jeho obsluha pouhých 7 ms. Pod jednu centrálu Foxtrotu lze připojit až 10 větví sběrnice CIB. Na samotné centrále jsou jeden až dva mastery, další se přidávají jako rozšiřující moduly, které lze připojit po systémové sběrnici na vzdálenost 300 až 400 m. Samotná sběrnice CIB má dosah své nejdelší větve dalších 500 m. CIB dovoluje libovolnou topologii, tedy libovolné větvení. Linie, strom nebo hvězda nečiní problém a konce sběrnice není nutno ošetřovat žádným impedančním zakončením. Je však nutné dodržovat polaritu a vést oba vodiče stejným, nejlépe krouceným párem vodičů ve stejném kabelu.

Porovnáním architektury obou systémů a projektováním reálné instalace, lze i zde nalézt další významné rozdíly. Tím, že konkrétní funkce nesou v systému KNX samotné prvky, tedy senzory a aktory, je nutné, aby projektant již předem znal konkrétní funkci celé instalace a měl ji odsouhlasenou investorem. Musí totiž již ve fázi projektu vybírat konkrétní funkce, daných modulů od konkrétního výrobce. Musí udělat přesný soupis těchto modulů, aby bylo možné projekt ocenit a následně prvky objednat. Výslednou instalaci je pak nutné naparametrizovat programem ETS, tedy přiřadit prvkům adresy a nastavit, které aktory budou reagovat na různá data vysílaná sensory. V systému KNX s běžnými základními funkcemi, který má každý vypínač, stmívač, žaluziový aktor aj. asi nebude problém u žádného z výrobců. Avšak některé složitější úlohy, především v oblasti měření a regulace, řízení kotlů, tepelných čerpadel a v poslední době i lokální fotovoltaické energetiky s bateriovými uložišti již můžou způsobovat problém díky variabilitě využití a zapojení.

Obr. 2. Praktické propojení stávající instalace KNX s Tecomatem Foxtrot zrealizovala firma B&R Design v hotelu Van der Valk na letišti v Bruselu. Při rekonstrukci zde Foxtrot doplnil instalaci KNX o kompletní ovládání přes mobilní tablet a o řízení a synchronizaci osvětlení, žaluzií a klimatizace s audio video vybavením v sálech a salóncích kongresového patra.

V systému Tecomat Foxtrot veškeré algoritmy probíhají v centrální jednotce. Prvky na sběrnici v sobě nenesou žádnou předdefinovanou funkci. Chovají se jako univerzální digitální a analogové vstupy a výstupy. Projektant se tak zaměřuje především na jejich správný počet a na jejich připojovací parametry. Vlastní funkci, která může být i unikátní a de facto jakkoliv složitá, může popsat slovně a realizaci nechat na programátorovi. Ten si může program připravit předem a odsimulovat ve vývojovém prostředí Mosaic a to podle normy IEC 61131. V Mosaicu je možné volit sestavení programu v textovém editoru nebo graficky skládáním funkčních bloků. V základní instalaci jsou desítky knihoven s několika stovkami předpřipravených nejrůznějších funkcí a funkčních bloků. Nástrojem WEB Maker lze přímo vytvořit komfortní a interaktivní grafické rozhraní pro libovolný mobilní telefon nebo tablet či PC podle vkusu programátora či požadavků uživatele. Do lokální paměti Foxtrotu organizované jako disk lze logovat a archivovat veškerá užitečná data a přímo na grafických webových stránkách Foxtrotu je interpretovat ve formě tabulek nebo grafů.

Tecomat Foxtrot je v základní jednotce vybaven řadou komunikačních kanálů, které jsou volně programovatelné a využitelné pro připojování složitějších zařízení s vlastní komunikací. To Foxtrotu umožňuje mimo jiné také plnou integraci aktorů a senzorů sestavených a parametrizovaných v síti KNX. K tomu je zapotřebí gateway nazývaná BAOS 773 nebo BAOS 774, která se s Foxtrotem propojí přes Ethernet port (obr. 1). Dále je třeba nainstalovat do programu tzv. aplikační profil, což je knihovní funkce, která zajišťuje online zrcadlení stavu všech sensorů a aktorů ze sítě KNX do pole proměnných v paměti Foxtrotu a tak je zpřístupňuje uživatelskému programu, který s nimi pak může zacházet jako s ostatními vstupy a výstupy a realizovat opět v podstatě libovolně složitou úlohu. Naopak z pohledu sítě KNX se Foxtrot může stát v takové instalaci volně programovatelnou bránou, pomocí které lze integrovat jakékoliv jiné zařízení, které není pro KNX síť určeno. A to nejen jedno, ale hned několik takových zařízení zároveň. Ze vzájemného propojení mohou výhody těžit oba systémy, resp. jejich uživatelé.

V praxi tak lze doplnit již realizované instalace KNX o nové funkce a především celou instalaci efektivně a bezpečně připojit do internetu k dohledu a ovládání přes mobilní zařízení. Naopak instalace primárně navržené pro Foxtrot lze takto doplnit o designové interiérové ovladače od zavedených výrobců, kteří své nejluxusnější řady vybavují sběrnicovým připojením právě do sítě KNX. Nejnovější generace Foxtrot 2 nyní umožňuje další stupeň přímé integrace všech jemu podřízených senzorů i aktorů tedy i těch ze sítě KNX a to do prostředí Homekit od Apple, do Google Home od Google či EchoDot (Alexa) od Amazonu. Všechna zmíněná řešení zahrnují např. hlasové ovládání a Foxtrot ho zprostředkuje až na aktory v síti KNX.

---

Vyšlo v časopise Elektro č. 12/2019 na straně 20. 
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.