13.3.9 Komunikace vysokofrekvenčním přenosem
Ing. Josef Kunc
V praxi se můžeme poměrně často setkávat se situacemi, kdy na místo určené pro uložení přístroje KNX nelze skrytě přivést sběrnicové vedení. Jen namátkou:
- v průběhu rekonstrukce elektrické instalace v historickém objektu narazíme na části, v nichž nelze zasáhnout do omítky, ale přesto potřebujeme na stěny umístit ovládací přístroje,
- v novém objektu, v němž již jsou zhotoveny drahé omítky či obklady je potřebné na dodatečnou žádost investora umístit ovládací prvky,
- v objektu s celoskleněným pláštěm potřebujeme umístit ovládací KNX přístroje (tlačítkové snímače) právě na takovéto skleněné povrchy, atd.
Často však podstatnou část systémové instalace lze uskutečnit s využitím komunikačního média TP, tedy s metalickou sběrnicí.
V naznačených případech se bude jevit jako nevýhodnější možnost uložení potřebných KNX ovladačů na požadovaná místa, k nimž ale nebude zapotřebí přivést potřebnou sběrnici zajišťující jak přenos informací, tak i napájení elektronických obvodů, jimiž je snímač vybaven. Použijeme totiž KNX RF přístroje – prvky s bezdrátovou (vysokofrekvenční) komunikací.
Obr. 1: Princip jednosměrné komunikace v KNX RF systému
Na obr. 1 je znázorněna jednosměrná RF komunikace. Takto se již celou řadu let využívaly RF přístroje i v KNX instalacích a to v návaznosti na programovací softwary ETS3 a ETS4. Tyto softwary nepřipouštěly možnost přímého programování KNX RF přístrojů. Po připojení PC ke sběrnici TP (buďto přes USB nebo přes KNX/IP rozhraní) bylo v těchto případech možné naprogramovat pouze přístroj s funkcí přijímače RF telegramů a k jejich následnému odesílání na sběrnici. Jednalo se tedy o RF/KNX rozhraní. Toto rozhraní mohlo spolupracovat s omezeným počtem jednosměrných vysílacích jednotek (např. nejvýše se 64 RF tlačítkovými snímači).
V takovémto uspořádání je RF/KNX rozhraní pouze jedním účastníkem na KNX TP sběrnici a je tedy vybaveno pouze jedinou fyzickou adresou, odpovídající topologickému umístění na sběrnici. Bude-li do projektu vloženo toto rozhraní např. do linie 1.5 jako 36. přístroj, bude vybaveno fyzickou adresou 1.5.36. Ovšem na sběrnici bude předávat telegramy ode všech RF snímačů, s nimiž spolupracuje.
Tento typ RF snímačů byl zpravidla vytvořen za použití techniky EnOcean. Byly to přístroje nevybavené jakoukoli baterií. Pro svoji činnost (pro odeslání informace o stisku tlačítka) byla ovšem potřebná určitá energie. Pro tento účel bylo každé tlačítko vybaveno vestavěným elektromagnetickým, případně piezoelektrickým miniaturním generátorem. Po stisku tlačítka byl vygenerován napěťový puls s energií postačující k vybuzení elektronických obvodů včetně vysílače a tedy k odeslání telegramu s příkazem k vykonání požadované akce.
V době mimo stisk tlačítka jsou tyto přístroje bez napájení. Jsou tedy ve stavu „spánku” a nejsou schopny přijímat telegramy. Kromě toho nemohou ani zobrazovat aktuální provozní stavy ovládaných předmětů (např. sepnutý stav příslušného kanálu spínacího akčního členu). Tlačítkové snímače na TP sběrnici jsou trvale napájeny a proto jsou vybaveny dvou nebo vícebarevnými LED. Aktuální provozní stav ovládaného zařízení je potom zobrazován svitem předem určené barvy této indikační LED. Přitom tento stav lze změnit nejen tímto jediným ovladačem, ale obvykle i příkazem od jiného přístroje. To znamená, že u jednosměrných RF KNX ovladačů je jakákoli optická signalizace stavu zcela bezpředmětnou – nemohou obdržet informaci o změně odjinud.
Požadujeme-li zpětná hlášení (potvrzení o přijetí telegramu) a také telegramy se stavovými hlášeními, neobejdeme se již bez obousměrných KNX RF přístrojů. To znamená, že obousměrný přístroj, má-li skutečně správně obousměrně fungovat, se již neobejde bez vhodného zdroje energie. Pro trvalé napájení jsou proto KNX RF snímače vybavovány bateriemi, zatímco KNX RF akční členy, které pro silové ovládání k nim připojených zařízení vyžadují zpravidla síťové napájení, budou napájeny ze sítě nízkého napětí.
Software ETS5 (a jeho případné vyšší verze) již umožňuje i programování KNX RF přístrojů. K tomu je potřebný KNX/RF převodník připojený k PC. Ke sběrnici KNX mohou tedy být připojena jednotlivá KNX/RF rozhraní (s funkcí liniových spojek), takže je snadné vytváření smíšené topologie KNX systémové instalace obsahující TP linie i linie RF. Každá RF linie vytváří tzv. doménu s nejvýše 256 KNX/RF přístroji. Do kteréhokoli projektu vytvářeného v softwaru ETS5 (nebo v jeho vyšší verzi) lze vkládat linie s různými komunikačními médii, jak je znázorněno na obr. 2, kde přístroje na liniích 1.1 a 1.5 využívají přenos po metalické sběrnici TP. Linie 1.2 obsahuje přístroje pro komunikaci po silovém vedení – KNX PL110, k níž software ETS samočinně přiřadil systémové ID=154. Třetí linie – linie 1.3 – je tvořena KNX RF doménou – ETS přiřadil adresu domény 00FA:232329F9. Zatímco ke čtvrté linii – linii 1.4 byla přiřazena adresa domény 00FA:386A7318.
Obr. 2: Oblast se smíšenou KNX topologií (zobrazení v softwaru ETS5)
Každá linie musí být připojena k nadřazené linii (v tomto případě k hlavní linii oblasti 1) prostřednictvím vhodných spojek. Pokud by hlavní linie byla linií TP, potom bude linie 1.1 připojena prostřednictvím TP liniové spojky, linie 1.2 a 1.5 prostřednictvím TP/PL systémových spojek a linie 1.3 a 1.4 prostřednictvím TP/RF rozhraní.
Nyní je ale nadřazená linie velmi často vytvářena IP sítí, jak je schematicky znázorněno na obr. 3.
Obr. 3: Blokové schéma propojení linií v KNX instalaci podle obr. 2
V současnosti jsou KNX/RF přístroje dodávány nejen pro jednosměrnou, ale také pro obousměrnou komunikaci, vždy s vestavěnou baterií. To umožňuje umístění snímačů, popř. akčních členů do míst problematických z hlediska připojení k pevným rozvodům. Takže např. tlačítkový snímač nebo snímač pohybu může být umístěn na skleněné stěně, ale také na stěně památkově chráněného objektu, kde nelze zasáhnout do historických omítek apod. Přístroje mohou pracovat také ve výtazích, na přepravních vozících a v jiných mobilních zařízeních pohybujících se uvnitř budov, v dosahu jiných přístrojů, pevně připojených do KNX systémové instalace. Drobnou nevýhodou těchto prvků je nezbytnost jejich vybavení vestavěnými napájecími bateriemi, které je po určité době nutné vyměnit za nové. Ovšem na tuto skutečnost pamatuje již i skladba KNX RF telegramu, v němž jedna část je určena předávání informace o stavu baterie. Uživatel tedy bude upozorňován na potřebu výměny baterií v dostatečném předstihu před jejich úplným vybitím. Výhodou obousměrných přístrojů je možnost jejich provozu i jako retranslační stanice dovolující zvýšení dosahu RF přístrojů.
Všechny přístroje předávající telegramy musí být vybaveny vysílacími i přijímacími částmi, na rozdíl od řešení na obr. 1, kde je naznačena pouze jednosměrná komunikace. Potom bude také možné, aby např. po odeslání RF příkazu tlačítkovým snímačem k zapnutí konkrétního spotřebiče, se určená barva indikační LED snímače rozsvítila nejen po odeslání telegramu, ale také po změně stavu způsobenou příkazem od jiného přístroje.
Přístroje připojené ke sběrnici a současně určené k RF komunikaci (KNX/RF rozhraní) jsou nejčastěji umístěny v rozvaděčích. Pro jednu doménu s nejvýše 256 RF přístroji může vystačit jeden takovýto přístroj. Dosah vysílačů na volném prostranství bývá až kolem 300 m. Ovšem v železobetonových budovách a v objektech, v nichž je použito větší množství kovových konstrukčních prvků, mohou při RF přenosu nastávat určité komplikace.
Aby nemohlo docházet k případným nežádoucím přenosům vf telegramů do jiných…
