KNX چیست ؟ بررسی پروتکل و استاندارد هوشمندسازی کی ان ایکس knx

KNX چیست و چه کاربردی در ساختمان های هوشمند دارد؟ KNX یا “کی ان ایکس” یا “کا ان ایکس” یک پروتکل ارتباطی برای ایجاد هماهنگی بین اجزای ساختمان های هوشمند شده به وسیله سیستم مدیریتی ساختمان یا BMS است. این پروتکل ارتباطی به صورت اتصال با سیم بوده و به وسیله کابل های دیتایی که بین اجزای مختلف ساختمان ها قرار می گیرند عمل می نماید. KNX تنها استاندارد اپن سورس هوشمندسازی ساختمان در دنياست و همين نكته باعث شده است تا امروزه KNX به عنوان یکی از بهترین استانداردهای هوشمندسازی ساختمان مطرح گردد. KNX طيف وسيعی از رسانه های انتقال داده و حالات گوناگون پيكربندی سيستم را پشتیبانی میکند. در کنار پیکربندی سخت افزاری، نرم افزار ETS امكان مدیریت و سازی يكپارچه سيستم را به کاربر می تا بتواند دهد، ملزومات، تجهيزات و تاسيسات استاندارد KNX را با بهترین کارایی و بازده در محل مورد نظر پیاده سازی کند. در این پست سعی ما بر این است تا به معرفی این استاندارد هوشمندسازی ساختمان بپردازیم و عملكرد و نحوه پیاده سازی آن را مورد بررسی قرار دهيم. در این پست هم به بررسی سایر استانداردهای هوشمند سازی ساختمان پرداخته ایم یکی از بارزترین مزایای سیستم هوشمند ساختمان، شرایط راحتی و آسایشی محیط است که برای کاربر به ارمغان خواهد آورد. با برنامه ریزی در نرم افزار تنها با زدن یک کلید روی ریموت کنترل و یا هر وسیله کنترل کننده دیگر، از هر جای ساختمان میتوان یا حتی از راه دور یک یا چند سناریو کنترل وسایل و تجهیزات ساختمان را پیاده سازی کرد. به عنوان مثال با زدن یک کلید می توان سیستم کنترل توان روشنایی، پرده، صوت و تصویر، تهویه مطبوع، سیستم های امنیتی و غیره را در یک زمان به اجرا درآورد. در یک ساختمان به طور معمول سیستم های مختلفی از جمله روشنایی، صوت، تهویه، امنیت، پرده غیره و… وجود دارد که استفاده صحیح از آنها احساس آرامش بیشتری را به شخص القا میکند. امروزه کلیدهای هوشمند قابلیت کنترل به صورت یکپارچه را دارا میباشند و از بزرگترین مزیت آنان میتوان به قابلیت اجرا سناریو در آنها اشاره کرد. بدین صورت که میتوان تمام تنظیمات دلخواه را با زدن یک دکمه انجام داد. از جمله سناریوهای کاربردی میتوان به سناریو ورود و خروج اشاره کرد که این سناریو را میتوان به صورت مستقل برای هر فضا و به صورت کلی در ساختمان اجرا کرد. تاریخچه KNX در اوایل سال 1990 با افزایش تقاضا در راستای امنیت و انعطاف پذیری بیشتر، نصب تاسیسات ساختمان های هوشمند توسعه یافت. تا قبل از آن شرکت های متعددی مشغول تولید سیستمهای هوشمند ساختمان با استانداردها و روش های خاص خود بودند و نتیجه آن این بود که پروژه ها وابسته به همان کارخانه سازنده بود و از که مهمتر اینکه کارخانه های آن زمان قادر به تولید طیف کامل محصولاتی که با سلیقه مشتریان خود مطابق باشند، نبود. به همین سبب تمام سازندگان شرکت ها تصمیم به تدوین یک استاندارد مشترک برای محصولات پرداختند و در سال 1990 شرکت مستقل Konnex تأسیس شد و اساس کار استاندارد سازی پروتکل تحت عنوان EIB آغاز شد که بعد از چند سال به EIB/KNX و بعد از آن به KNX تغییر نام داد. امروزه بیش از 215 شرکت معتبر عضو این انجمن هستند و بیش از 8000 نوع محصول مختلف بر پایه KNX در سراسر دنیا تولید می شود که از بزرگترین مزایای آن میتوان به کیفیت بالای این محصولات تحت استاندارد پیشرفته KNX اشاره کرد تا بدانجا که این پروتکل پس از پیشرفت های بزرگی که داشته امروزه توانسته است به یک استاندارد جهانی تبدیل شود. تاریخچه خانه های هوشمند برای شما جذاب است؟ این پست را هم بخوانید سیستم مدیریت ساختمان یا BMS به مجموعه سخت افزارها و نرم افزارهایی اطلاق می شود که به منظور مانیتورینگ و کنترل یکپارچه قسمت های مهم و حیاتی ساختمان نصب میشود.. ویژگی منحصر به فرد ساختمان هوشمند، ایجاد هماهنگی و یکپارچه سازی بین تمام سیستم هایی است که تاکنون به صورت جدا جدا استفاده میشده است. این سیستم شامل مجموعه ای از ابزارها می باشد که با قرار گرفتن در یک مجتمع، اداره یا کارخانه، اطلاعات مورد نیاز را جمع آوری نموده و با در اختیار داشتن آن، امکان مدیریت بهینه و مطلوب را فراهم می آورد. در واقع BMS یک منبع اطلاعاتی قدرتمند میباشد که فعالیت های تمام زیر مجموعه های یک ساختمان را یکدیگر سازگار و یکپارچه میکند. میتوان گفت شبکه BMS ترکیبی است برای تامین نیازهای مدیریتی و نظارتی ساختمان به همراه امنیت در عملکرد و سهولت استفاده از آن. خواندن مقاله BMS چیست را هم از دست ندهید استاندارد KNX قویترین پروتکل قابل استفاده جهت هوشمندسازی باسیم ساختمانها پروتکل KNX می باشد. این پروتکل منبع باز است بدین معنا که توانایی پشتیبانی از قطعات کارخانجات مختلف را دارا میباشد. KNX یک استاندارد بر مبنای مدل OSI بوده و یک پروتکل ارتباطی شبکه است که در خانه های هوشمند به کار میرود. این استاندارد یک جانشین و در ضمن یک یکسو کننده برای سه استاندارد پیش از خود یعنی European Home System Protocol (EHS) Bati BUS European Installation BUS (EIB) نیز میباشد. در حال حاضر این استاندارد توسط انجمن Konnex اداره میشود و دارای تاییدیه استانداردهای زیر میباشد: استاندارد جهانی ISO/IEC14543-3 استاندارد اروپا EN50090 استاندارد آمریکا US ANSI/ASHRAE 135 استاندارد چین GB/Z20965 همانطور که گفته شد استاندارد KNX بر پایه مدل OSI شکل گرفته است. در این مدل هر لایه وظایف خاص خود را دارد و سطح مشخصی از ارتباط با سخت افزار و لایه فیزیکی دارند. همانطور که در مدل OSI سطح زیرین مربوط به لایه فیزیکی میباشد، در مدل KNX هم پایین ترین سطح، لایه رسانه های انتقال داده و فیزیکی است. در تصویر زیر لایه های استاندارد KNX و ارتباط آن ها با رسانه های انتقال داده در پروتکل KNX را مشاهده میکنید. پروتکل KNX این استاندارد بر پایه سیستم ارتباطی EIB بوده که با شیوه های Configure مختلف و تجارب کاربردی BUS Bati و EHS گسترش یافته است. KNX بسترهای ارتباطی زیادی را تعریف می کند: سیم کشی با کمک زوج به هم تابیده شبکه برق ساختمان مانند آن چیزی که X10 عمل میکند امواج رادیویی اترنت Ethernet که با عناوین IP/net EIB و یا KNX IP/net نیز شناخته شود. KNX فارغ از هرگونه محیط کاربری سخت افزاری تهیه شده است. یک وسیله در شبکه KNX می تواند توسط هر چیزی کنترل شود، از یک میکروکنترلر 8 بیتی تا یک کامپیوتر رومیزی، که این امر را نیاز خاص آن مقطع تعیین می نماید. در برخی از نقاط دنیا KNX در حال رقابت با C-BUS طراحی شده توسط شرکت Clipsal می باشد. این استاندارد با استفاده از تکنولوژی تجهیزات مختلف از قبیل سنسورها، عملگرها، کنترل ها و ترمینال ها را مانند تصویر پاییت به یکدیگر متصل می سازد. به این وسیله کنترل و مدیریت سیستمها و تجهیزات نیز آسان شده و بهره وری کل سیستم نیز افزایش میابد. ساب سیستم های کنترلی KNX استاندارد KNX صرفا برای حیطه خاص و محدودی در ساختمان طراحی نشده است و طیف وسیعی از زیر سیستمهای کنترلی را شامل می شود. با وجود این گستردگی در زیر سیستم های کنترل KNX، سیستم پیاده سازی شده از یکپارچگی و ساماندهی مطلوبی برخوردار است. سیستم کنترل روشنایی سیستم کنترل سرمایش و گرمایش سیستم امنیتی سیستم پرده ها سیستم مانیتورینگ سیستم کنترل صوتی و تصویری … اجزای اصلی سیستم KNX استاندارد KNX در کلی ترین حالت از 4 جز تشکیل شده است: ورودیهای سیستم: انواع سنسور، سوئیچ و پنل کنترل لمسی عملگرهای سیستم: عملگرهای سرمایشی و گرمایشی پرده و کرکره، روشنایی و صوتی و تصویری منبع تغذیه کابل KNX حالت برنامه ریزی KNX در حالات و سطوح کاربری گوناگون دسته بندی می شود، و بر حسب نیاز کاربر تنظیم می گردد که در زیر به بررسی آن میپردازیم: وضعیت A-Mode همان Automatic Mode یا حالت خودکار که تجهیزاتی هستند که به صورت خودکار خودشان را برنامه ریزی مینمایند و طراحی شده اند تا کاربران نهایی خرید و نصب آنها را انجام دهند. وضعیت E-Mode همان Mode Easy یا حالت آسان که تجهیزاتی هستند که آموزشهای ابتدایی را برای نصب آن نیاز دارند. رفتار آنها از پیش برنامه ریزی شده است. با این وجود پارامتر های قابل برنامه ریزی نیز دارند که متناسب با نیاز کاربر تعریف میشوند. وضعیت S-Mode همان System Mode یا حالت سیستمی که تجهیزاتی هستند که در ساخت سیستمهای اتوماسیون سفارشی به کار گرفته میشوند. تجهیزات S-Mode هیچ پیش فرض اولیه ای نداشته و بایستی توسط تکنسین های مجرب نصب و برنامه ریزی شوند. بسترهای ارتباطی متفاوتی در استاندارد KNX: Twisted Pair TP0 این بستر از BUS Bati گرفته شده و بیشتر در فرانسه کاربرد دارد. امروزه اکثر سازندگان و شرکتت های فعال در حوزه KNX به TP1 روی آورده اند. Twisted Pair TP0 این بستر از EIB گرفته شده است و در حال حاضر بیش از 84 درصد محصوالت KNX بر این مبنا می باشند. در TP1 انتقال با کیفیت بالا با قیمت پایین تلفیق است شده است. توپولوژی TP1 بسیار انعطاف پذیر میباشد: خطی، ستاره ای، درختی و یا تلفیقی از این دو. برای انتقال فیزیکی اطلاعات، یک سیگنال کد شده در باند پایه متقارن با نرخ انتقال اطلاعات 9600bps گرفته شده است. این تجهیزات که به TP1 متصل میشوند میتوانند از طریق BUS اصلی تغذیه شوند. Power Line PL110 این بستر نیز برگرفته از EIB میباشد ولی امروزه شرکت های کمی PL110 را پشتیبانی میکنند. این بستر کماکان یک بازه کامل از محصولات را برای روشنایی، پرده و کرکره های پارکینگی و سیستمهای سرمایشی گرمایشی و ارائه می نمایند. در اینجا نرخ انتقال سیگنالهای اطلاعات 1200bps میباشد. این بستر جایگزین مناسبی بسیار برای مکان هایی است که امکان استفاده از سیمهای زوجی وجود ندارد. Power Line PL132 این رسانه از EHS برگرفته شده است که امروزه توسط شرکت های سازنده ی کمتری استفاده میشود. در اینجا نرخ انتقال اطلاعات 2400bps میباشد. در حال حاضر محصوالتی برای این استاندارد وجود ندارد و احتمالاً در آینده به طور کامل محو خواهد شد. Radio Frequency یا RF این رسانه انتقال هنوز در خانواده KNX یک تازه وارد حساب میشود. اگرچه در حال حاضر تولیدکنندگان کمی از این استاندارد استفاده می نمایند. پیشبینی می شود در آینده نزدیک بسیاری از تولیدکنندگان به این استاندارد روی آورند. RF KNX از امواج رادیویی با فرکانس 868MHz با یک نوسان 50KHz برای مدوله کردن اطلاعات استفاده می نمایند. با نرخ اطلاعاتی 16384 تقریباً میزان فریم های انتقالی با TP1 برابر خواهد بود. Internet Protocol KNX net /IP اخیراً به عنوان یکی از بسترهای KNX معرفی شده و انتظار می رود در آینده KNX، به یکی از بستر انتقال اطلاعات تبدیل شود. این امر افق ها را به سوی سیستم ارتباطی های سطح بالا در ساختمانها باز کرده و همزمان یک Gateway استاندارد را برای KNX ایجاد مینماید. بنابراین KNX یک بازه گسترده ای از بسترهای ارتباطی را در اختیار کاربرانش قرار میدهد. با این وجود TP1 به عنوان مهمترین بستر ارتباطی خانواده KNX مطرح می باشد. KNX RF یک انتخاب مناسب برای پاسخ به تقاضاهای ارتباطی بدون سیم در سیستم های اتوماسیون ساختمانی میباشد. و PL110 همچنان می تواند به عنوان یک راه حل به خصوص برای ساختمانهای بازسازی شده باشد. بستر ارتباطی برای ارتباطات نیازمند به پهنای باند بالا مانند صدا، تصویر و سایر ارتباطات این چنین از طریق KNX Net/IP امکان پذیر میباشد. نرم افزارهای سیستم KNX سه مدل نرم افزار وجود دارد که میتوان توسط KNX استفاده کرد: نرم افزار سیستمی System Software این نرم افزار وظیفه پردازش اطالعات را بر عهده دارد و به صورت دائمی بر روی ROM ماژول ها توسط سازندگان قرار گرفته است. نرم افزار کاربردی تجهیزات توسط سازنده قطعات و همراه با مرکز داده سازگار با ETS3 تولید می شود. کاربر بر اساس نیاز خود، نرم افزار را انتخاب، پارامترها را تنظیم و پس از آن اطلاعات را توسط ETS3 در تجهیزات کار میکند. نرم افزار ETS یک برنامه مجتمع شده است که برای طراحی و پیاده سازی می باشد و تمامی سیستمها را ساماندهی می نماید. KNX دارای سیستم عامل اختصاصی نیز میباشد. این سیستم عامل دارای کارایی خاص و محدود می باشد و تنها سخت افزارهای KNX را پشتیبانی می کند. پروتکلها و اجزای سیستم عامل KNX در تصویر زیر مشاهده میکنید. IP with ARP, DHCP UDP for KNX net/IP TCP for Object Server or Web Server KNX net/IP Core Services KNX net/IP Tunneling KNX net/IP Routing KNX Object Server HTTP (Web Server) KNX Stack (Common Kernel) افزایش بهره وری انرژی با استفاده از KNX میتوان با استفاده از استاندارد منبع باز KNX و کنترل مرکزی سیستم، میزان مصرف بر حسب Kw/h توان اکتیو، جریان، ولتاژ و سایر پارامترهای الکتریکی و مکانیکی مانند توان اکتیو، ضریب توان و فرکانس، محاسبه دبی و دمای ورودی و خروجی آب های سیستم سرمایشی و گرمایشی HVAC را بر حسب زمان اندازه گیری کرد و از آن، در جهت کاهش مصرف انرژی و بهینه سازی مصرف سوخت در ساختمان بهره برد. بسته به مصرف یا ارزش های الکتریکی ساختمان بارهای مازاد بر پیک مصرف را می توان کنترل، قطع یا مانیتور کرد تا مانع پرداخت هزینه های اضافی گردد. با استفاده از این سیستم میتوان به صورت ماهیانه برای واحدهای ساختمانی به طور مستقل با توجه به نرخ تعرفه ها، صورتحساب جداگانه صادر کرد. به طور کلی می توان گفت این سیستم مبنای مناسبی جهت مدیریت انرژی مصرف است. با این سیستم هر واحد متناسب با میزان مصرف خود هزینه پرداخت میکند. با پیاده سازی سیستم مدیریت انرژی در ساختمان می توان به طور صحیح و بهینه از سیستم های روشنایی، تهویه مطبوع و …، در جهت کاهش هزینه انرژی های و مصرف بهینه با توجه به برنامه زمانبندی از قبل تعیین شده و یا استفاده از سیستم های مختلف در زمان حضور افراد در محل، به نحو مطلوبی بهره برد و صرفه جویی میزان انرژی را نیز مشخص کرد. در تحقیقی که در نشریه تخصصی KNX صورت گرفته است، بیان شده است که بهره گیری و پیاده سازی استاندارد KNX به میزان قابل توجهی مصرف انرژی را در ساختمان کاهش میدهد. راه حل کنترل ساختمان های مسکونی در تعریف کلی هوشمند سازی ساختمان می توان این چنین شرح نمود که ساختمانی که تمامی تجهیزات و المانهای وابسته، دارای قابلیت کنترل و برنامه ریزی بوده و بتوان در تعامل با یکدیگر به طور یکپارچه از آن بهره برداری نمود را می توان ساختمان هوشمند نامید. برای هوشمند سازی تاسیسات ساختمان دو بخش پایه، به کارگیری از پروتکل های باز در طراحی و سپس استفاده از تجهیزات مناسب در تشکیل ساختار اصلی آن دارای اهمیت است. در هنگام طراحی می بایست با توجه به کاربری هر فضا در خصوص جانمایی و به کارگیری تجهیزات ، منطق کنترل را بر اساس المان هایی که می بایست در زیر مجموعه سیستم کنترل هوشمند قرار گیرند تعریف نمود. برای مثال در فضاهایی همچون راه پله ها و یا لابی و آسانسور در طبقات که منطق کنترل بر اساس حضور اشخاص تعریف میگردد، (نیاز به عملکرد در هنگام تردد و یا حضور شخص). خصوصاً در مجموعه های کم واحد با مجموع متراژ مساحت کمتر از 7000 متر مربع که عموماً دارای لابی آسانسور در طبقات با مساحت کم و نور پردازی ساده تر (تنها یک مسیر روشنایی) می باشند، نیازی به استفاده از سیستم روشنایی در شبکه هوشمند یکپارچه نیست، بلکه می تتتوان به سادگی با استفاده از سنسورهای حرکتی و یا حرکت با در نظر گرفتن نوع عملکرد تجهیزات که دارای سه مشخصه اصلی : میدان دید مناسب، قابلیت تنظیم مدت زمان (فعال شدن از زمان حضور و غیر فعال شدن پس ترک محل) تشخیص شدت روشنایی نور محیط (عدم فعال شدن در زمان استفاده از نور طبیعی موجود در روز ) بهره مند گردند، این روش هم از نظر اقتصادی در هنگام تجهیز کردن به صرفه خواهد بود هم در هنگام استفاده از انرژی که به وضوح می توان آن را کنترل هوشمند نامید. سيستم کنترل روشنایی کنترل توسط دیمر برای انواع المانهای روشنایی با توان مصرفی گوناگون کنترل توسط انواع سنسورهای حرکت و حضور قابلیت تعریف منطق زمان بندی(به کارگیری در منطق کنترل فضاهای مشاعات) سيستم کنترل گرمایش و سرمایش قابلیت اعمال فرمان کلیه ترموستات ها از یک نقطه در هنگام ورود و خروج. قابلیت اتصال به یک ترموستات خارج از فضای آپارتمان و تطبیق دمای داخل با محیط خارجی در طول شبانه روز. سیستم کنترل پرده های مجهز به موتورهای الکتریکی با ولتاژ 24 ولت و 220 ولت با تنوع نوع باز شوندگی به طرفین و یا بالا و پایین. به کارگیری سنسور تشخیص شدت روشنایی و ایجاد هماهنگی در باز و بسته شدن پرده های همزمان با طلوع و غروب خورشید. کنترل توزیع سيستم صوت توزیع صوت از یک منبع و یا چند منبع صوتی و قابلیت کنترل توسط کلیدهای هوشمند به کار گرفته شده جهت کنترل کلیه زیر سیستم ها شامل روشنایی، گرمایش ، سرمایش، پرده و غیره. قابلیت کنترل شدت صدا و انتخاب منبع صوتی به طور جداگانه در هر فضا. سيستم حفاظت و امنیتی به کارگیری از سنسورهای مغناطیسی رایج مخصوص باز شدن درب یا پنجره، شکسته شدن شیشه و یا ضربه زدن به شیشه در هنگام فعال بودن سیستم امنیتی و سنسورهای مادون قرمز در فضاهای امکان ورود به داخل . تمامی سیستمهای مورد نیاز در کنار یکدیگر پیاده سازی می شوند و نقشه های متفاوتی از سیستمها و نحوه قرارگیری آنها در کنار یکدیگر تهیه می شود. برخی از پروژه های شاخص بین المللی با KNX تاسیسات KNX در دانشگاه نورا عربستان سعودی در رده خیلی بالا و با امکانات کنترلی پیشرفته برپا گردیده است. این پروژه در قسمتی از دانشگاه که ظرفیت چهل هزار دانشجو را دارد اجرا شده و کلیه سیستمهای روشنایی در بخش سالن های کنفرانس، کلاس های درس، دفاتر اداری، کریدورها و سرویس های بهداشتی را کنترل میکند، و در برخی موارد این کنترل شامل سیستم های تشخیص حضور نیز می باشد. ضمناً سیستم کنترل اتوماتیک ایجاد سایه جهت پنجره ها (محافظت از تابش نور خورشید) و همچنین سیستم کنترل آب و هوا نیز ایجاد شده است. هیئت ژوری پیاده سازی تاسیسات KNX را در فرودگاه بین المللی Hongqiao شانگهای چین به عنوان بهترین پروژه انتخاب کرد. این فرودگاه در شانگهای چین با مساحتی بالغ بر 300000 متر مربع نشان دهنده بزرگی این پروژه KNX میباشد. تعداد مدارات روشنایی در این پروژه دستگاه 6000 بوده و مساله اصلی پروژه تمرکز روی حصول اطمینان از بهترین شرایط مطلوب روشنائی در طول روز بوده است، تا آنجا که کلیه اجزا KNX روشنایی را بتوانند با توجه به میزان در دسترس بودن آن در طول روز، برنامه های پروازی و سایر معیارهای اصلی نور و روشنایی را کنترل نمایند. در این پست، به معرفی یکی از بهترین و جامعترین استانداردهای هوشمندسازی ساختمان با نام KNX پرداختیم. استاندارد KNX در دو بعد سخت افزاری و نرم افزاری پیاده سازی میشود و انواع رسانه های انتقال شامل TP1 ،PL110 ،RF و IP/net را پشتیبانی میکند. با پیاده سازی استاندارد KNX در ساختمان می توان تمامی زیر سیستمهای کنترلی از قبیل: سیستم کنترل نور و روشنایی، سیستم کنترل سرمایش و گرمایش، سیستم امنیتی، سیستم پرده هوشمند، سیستم مانیتورینگ و سیستم کنترل صوت و تصویر و … را مدیریت و ساماندهی کرد. این استاندارد نقش موثری در کاهش انرژی مصرفی ساختمان ایفا میکند و احساس آرامش و آسودگی خاطر را به کاربران خود هدیه می نماید. مزایای KNX چیست ؟ استفاده از آخرين تكنولوژی در هوشمند سازي ساختمان به شیوه BMS افزايش عمر تجهيزات با بهره گیری از جریان محدود انرژی بهينه سازي مصرف انرژي و کاهش قیمت نهایی تطبيق با محيط از نظر دکوراسيون داخلي (سیم کشی ها به صورت زیر کار انجام می گردد) امكان تعريف سناريو ( سناریوهای سیستم BMS از طریق اتصالات KNX انجام می پذیرد) امکان کنترل سیستم به صورت يكپارچه با هماهنگی و اتصال بین اجزای مختلف ساختمان هوشمند بالا رفتن سرعت انتقال اطلاعات ایجاد قابلیت کنترل از راه دور ایمنی و امنیت بالاتر نسبت به شیوه های مشابه اتصالات با سیم

تلفن ۰۲۱۹۱۳۰۷۵۲۵

خدمات ما در یک نگاه

درباره خانه های هوشمند

درباره ما