KNX智能家居系统培训资料.docx
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KNX智能家居系统培训资料
KNX智能家居系统培训资料
前言
欧洲安装总线EIB（EuropeanInstallationBus）是在上世纪九十年代初发展起来的一种通信协议，用户对建筑物自控系统在安全性、灵活性和实用性方面的要求以及在节能方面的需求促进了这项技术的迅速推广。
与此同时，同样的需求在法国促进了Batibus技术的发展，欧洲家用电器协会（EHSA）也对家用电器（又称白色电器）的网络通信制定了EHS协议。
1997年上述三个协议的管理结构联合成立了KNX协会，在这三个协议的基础上开发出KNX标准。
目前在家庭和建筑物自动化领域，KNX标准是唯一符合国际标准ISO/IEC14543和欧洲标准EN500990、CE13321要求的开放式国际标准。
《KNX智能家居系统培训资料》是介绍KNX系统技术的基础资料，向广大的技术人员、项目规划人员、系统集成商和操作人员介绍KNX系统的构成和应用，同时还介绍了有关系统规划、安装、投运和扩展方面的知识。
KNX系统可使用多种通信介质，包括：
双绞线、电力线和无线通信。
本手册主要着重介绍KNX系统在TP（双绞线）中的基本知识和应用等。
有关KNX系统在电力线和无线通信的介绍，可以参考KNX标准资料介绍，资料下载网站：
HYPERLINK"http:
//www.knx.org"www.knx.org。
TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc302114289"一、KNX系统概论PAGEREF_Toc302114289\h3
HYPERLINK\l"_Toc302114290"1.智能家居的概念PAGEREF_Toc302114290\h3
HYPERLINK\l"_Toc302114291"2.KNX标准简介PAGEREF_Toc302114291\h5
HYPERLINK\l"_Toc302114292"3.KNX协会简介PAGEREF_Toc302114292\h6
HYPERLINK\l"_Toc302114293"4.KNX技术简介PAGEREF_Toc302114293\h7
HYPERLINK\l"_Toc302114294"⑴．传输技术特点PAGEREF_Toc302114294\h7
HYPERLINK\l"_Toc302114295"⑵．拓扑结构PAGEREF_Toc302114295\h7
HYPERLINK\l"_Toc302114296"⑶．KNX传输介质PAGEREF_Toc302114296\h8
HYPERLINK\l"_Toc302114297"5.KNX的发展PAGEREF_Toc302114297\h9
HYPERLINK\l"_Toc302114298"6.KNX的优势PAGEREF_Toc302114298\h9
HYPERLINK\l"_Toc302114299"二、KNX系统总线设备PAGEREF_Toc302114299\h11
HYPERLINK\l"_Toc302114300"1．概述PAGEREF_Toc302114300\h11
HYPERLINK\l"_Toc302114301"2．总线设备的结构PAGEREF_Toc302114301\h12
HYPERLINK\l"_Toc302114302"3．KNX系统电源PAGEREF_Toc302114302\h14
HYPERLINK\l"_Toc302114303"4．三种配置模式的总线设备PAGEREF_Toc302114303\h14
HYPERLINK\l"_Toc302114304"三、KNX系统通信PAGEREF_Toc302114304\h16
HYPERLINK\l"_Toc302114305"1．基本工作原理PAGEREF_Toc302114305\h16
HYPERLINK\l"_Toc302114306"2．物理地址PAGEREF_Toc302114306\h18
HYPERLINK\l"_Toc302114307"3．组地址PAGEREF_Toc302114307\h19
HYPERLINK\l"_Toc302114308"4．组对象PAGEREF_Toc302114308\h20
HYPERLINK\l"_Toc302114309"4.1．标志PAGEREF_Toc302114309\h21
HYPERLINK\l"_Toc302114310"5．TP1位结构PAGEREF_Toc302114310\h23
HYPERLINK\l"_Toc302114311"6．TP1报文冲突PAGEREF_Toc302114311\h23
HYPERLINK\l"_Toc302114312"7．叠加数据和供电电压PAGEREF_Toc302114312\h24
HYPERLINK\l"_Toc302114313"8．TP1电缆长度PAGEREF_Toc302114313\h24
HYPERLINK\l"_Toc302114314"四、KNX系统拓扑结构PAGEREF_Toc302114314\h26
HYPERLINK\l"_Toc302114315"1．拓扑结构PAGEREF_Toc302114315\h26
HYPERLINK\l"_Toc302114316"2．物理地址PAGEREF_Toc302114316\h29
HYPERLINK\l"_Toc302114317"五、KNX传输技术PAGEREF_Toc302114317\h31
HYPERLINK\l"_Toc302114318"1．报文传输的时间需求PAGEREF_Toc302114318\h31
HYPERLINK\l"_Toc302114319"2．TP1报文确认PAGEREF_Toc302114319\h32
HYPERLINK\l"_Toc302114320"3．KNX总线访问PAGEREF_Toc302114320\h33
HYPERLINK\l"_Toc302114321"六、KNX报文的结构和寻址方式PAGEREF_Toc302114321\h34
HYPERLINK\l"_Toc302114322"1．控制字段PAGEREF_Toc302114322\h34
HYPERLINK\l"_Toc302114323"2．源地址PAGEREF_Toc302114323\h35
HYPERLINK\l"_Toc302114324"3．目标地址PAGEREF_Toc302114324\h36
HYPERLINK\l"_Toc302114325"4．路由计数和长度PAGEREF_Toc302114325\h37
HYPERLINK\l"_Toc302114326"5．实用数据PAGEREF_Toc302114326\h37
HYPERLINK\l"_Toc302114327"6．校验字节PAGEREF_Toc302114327\h40
HYPERLINK\l"_Toc302114328"七、ETS4-KNX项目设计：
基本组态PAGEREF_Toc302114328\h40
HYPERLINK\l"_Toc302114329"1．ETS概述PAGEREF_Toc302114329\h40
HYPERLINK\l"_Toc302114330"2．ETS4软件的使用PAGEREF_Toc302114330\h42
HYPERLINK\l"_Toc302114331"八、KNX系统的规划和设计PAGEREF_Toc302114331\h55
HYPERLINK\l"_Toc302114332"1．规划PAGEREF_Toc302114332\h55
HYPERLINK\l"_Toc302114333"2．系统设计PAGEREF_Toc302114333\h57
HYPERLINK\l"_Toc302114334"九、KNX应用PAGEREF_Toc302114334\h60
HYPERLINK\l"_Toc302114335"1．根据时间和室外照度控制办公室的照明PAGEREF_Toc302114335\h61
HYPERLINK\l"_Toc302114336"2.场景控制PAGEREF_Toc302114336\h64
一、KNX系统概论
1.智能家居的概念
目前关于智能家居的定义又重新成为热门话题，有人把灯光和窗帘的控制看作是智能家居，也有人把背景音乐看作智能家居，有厂家偏重于安防和对讲，有厂家炒作家庭影院为智能家居等等。
现在，我们从发展的眼光，站在生活者的平台上去看，以一个新的主题表达出来，算是对智能家居新定义的补充。
智能家居是利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。
智能家居中，核心在于系统的集成能力，即把灯光、遮阳系统、窗帘系统、HVAC暖通空调系统、中央背景音乐系统、家庭影院系统、安防系统等完美的融合起来的能力。
而这个能力，很大程度上取决与该系统的开放性。
这就需要一种标准，或者有一个大部分设备厂家都能认可并采用的“语言”，即控制协议。
这就牵涉到自动控制领域中的“现场总线技术”，我们称之为FieldBus。
这种技术要求控制与智能“本地化”与“模块化”，让控制系统的传感器与控制器都具有独立的运算、处理、发送信号的能力，相互独立又相互联系，构成一个控制网络中的“Internet”。
例举：
传统的灯光控制方式与智能的灯光控制方式：
传统灯光控制方式
智能灯光控制方式
2.KNX标准简介
KNX是家居和楼宇控制领域唯一的开放式国际标准，是由欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHS合并发展而来。
KNX标准目前已被批准为欧洲标准（CENELECEN50090&CENEN13321-1）、国际标准（ISO/IEC14543-3）、美国标准（ANSI/ASHRAE135）和中国指导性标准（GB/Z20965），已经成为“HBES技术规范-住宅与楼宇控制”的国家标准化指导性技术文件。
KNX协议以EIB为基础，兼顾了BatiBus和EHS的物理层规范，并吸收了BatiBus和EHS中配置模式等优点，提供了家居和楼宇自动化的完全解决方案。
KNX拥有可由厂家独立设计和测试工具（ETS）；提供多种通信介质（TP,PL,RF和IP）；提供多种系统配置模式（A,E,S模式）。
通过KNX总线系统，对家居和楼宇的照明、遮光/百叶窗、安防系统、能源管理、供暖、通风、空调系统、信号和监控系统、服务界面及楼宇控制系统、远程控制、计量、视频/音频控制、大型家电等进行控制。
KNX标准的优势：
不同性能、不同厂家生产的产品可以实现互操作，而且通过了严格的质量控制和第三方的KNX认证，这样就进一步保证了产品质量。
KNX标准功能丰富，有广泛的适用性：
适用于各种类型的建筑物，包括：
住宅建筑、功能性建筑和工业建筑。
可使用多种通信介质，包括：
双绞线、电力线和无线通信。
可采用多种系统配置模式，包括：
S型、E型和A型三种系统配置模式。
3.KNX协会简介
KNX协会成立于1999年，总部位于布鲁赛尔。
KNX协会是在全球推广KNX技术和标准的国际组织，1999年由EIBA（欧洲安装总线协会）、EHSA（欧洲家用电器协会）和BCI（BatiBUS国际俱乐部）三大协会联合成立。
KNX协会有来自19个国家的125个会员；74个国家11,700个KNX合作伙伴；23个国家的120个培训中心；18个国家的57个技术合作伙伴；8个用户俱乐部；3个协作机构；20个国际分会。
目前，72个国家颁发15,000个ETS资格认证；7,000个KNX认证产品。
KNX协会是家居和楼宇控制系统国际标准的创造者和拥有者。
会员是开发家居和楼宇控制系统设备的制造商。
后来集成商或服务供应商也可成为KNX会员。
KNX协会的目标如下：
由工作组及专家组制定检测标准和质量标准（KNX技术规范）。
为KNX兼容设备制造商提供技术支持服务。
基于KNX认证规范授权KNX商标。
组织国家和国际标准化活动
推广认证培训中心的培训课程
促进国家组织成立
推进与技术机构的科研合作
老系统的进一步规范化/推广/认证工作
此外，KNX协会还将继续为Batibus，EIB和EHS等老系统提供技术支持，也提供按照以前标准进行的认证服务。
EIB向后兼容KNX，因此，大多数设备即可以标贴KNX又可以标贴EIB标志。
4.KNX技术简介
⑴．传输技术特点
KNX/EIB是一个基于事件控制的分布式总线系统。
系统采用串行数据通讯进行控制、监测和状态报告。
KNX/EIB的数据传输和总线装置的电源共用一条电缆。
报文调制在直流信号上。
一个报文中的单个数据是异步传输的，但整个报文作为一个整体是通过增加起始位和停止位同步传输的。
KNX/EIB采用CSMA/CA（避免碰撞的载波侦听多路访问协议〕，CSMA/CD协议保证对总线的访问在不降低传输速率的同时不发生碰撞。
⑵．拓扑结构
系统最小的结构称为线路，一般情况下（使用一个640mA总线电源）最多可以有64个总线元件在同一线路上运行。
如有需要可以在通过计算线路长度和总线通讯负荷后，通过增加系统设备来增加一条线路上总线设备的数量，最多一条线路可以增加到256个总线设备。
一条线路（包括所有分支）的导线长度不能超过1000m，总线装置与最近的电源之间的导线距离不能超过350m。
为了确保避免报文碰撞，两个总线装置之间的导线距离不能超过700m。
⑶．KNX传输介质
鉴于KNX技术的灵活性，KNX设施可以轻松适应用户环境的变化。
目前可以使用四种解决方案，即1类双绞线（TP1）、无线电（KNX射频传输介质）和以太网（KNXIP），均可以部署KNX。
借助合适的网关，也可以在其它介质（例如光纤）上传输KNX报文。
各种介质的应用领域：
在无线KNX系统中一般采用频率调制法或移频键控（FSK）进行调制。
以载波频率（或中间频率）为基础，正反两个方向发生偏移的频率分别代表逻辑“0”和逻辑“1”。
无线KNX系统的中间频率为868.30MHz，信息的传输速率为16,384bit/s，并按照曼彻斯特编码方式调制，即从“0”到“1”（或相反）的变化沿位于调制脉冲的过零点。
采用这种编码方式可以调整同步信号，使得发放设备和接收设备比较容易同步。
无线KNX系统的传输频率处于工业、科学和医学应用频道（ISM频段），在这个频段对不同应用领域的频率范围有严格的规定。
无线KNX设备最大的发送功率为12mW。
每一台设备发送信号的时间（或称负载周期）为1%，即每分钟有0.6秒的发送时间。
由于有严格的发送时间限制，不可能有某台设备连续发送信号而造成无线通信网络的阻塞。
5.KNX的发展
已安装数百万个产品
已注册KNX和获得认证的产品数达数千个（含老的解决方案）
KNX会员数超过200家
认证培训中心的数量超过150个
6个欧洲测试中心
已经设施的项目达数万个
6.KNX的优势
安全性更高
楼宇更加节能
电气设施调整简便，轻松适用用户需求的变化
方便程度更高
设施具备高投资保护性
支持众多制造商丰富的成品组件
强大的服务网络，可以为承建商/规划者/集成商提供专业服务
从客户或者设施用户的角度出发，对上述优点的评价会各不相同，例如，功能型楼宇与住宅不同、健全人与残疾人不同，年轻人与老年人不同，等等。
示例1：
中央功能——在人离开楼宇时，可以关闭全部照明灯、关停水阀并切断特定插座（如电烤箱插座）；每天可以按时激活KNX报警系统、控制百叶窗等。
示例2：
根据活动类型启用会议厅、戏剧院和客厅的不同照明方案，并且，用户可以随时对其进行调整。
例如，对于行政楼来说，在其每一侧安装一个亮度传感器对照明进行不间断的控制，就可以节约高达75%的照明能源。
示例3：
使用高亮度文本显示单元显示并控制房间的各种状态。
借助PC机和可视化软件，采用与大型设施中使用的同样方式，就可以实现该功能。
示例4：
借助电话网络接入KNX装置，用户通过移动电话就可以控制或查询楼宇管理功能（例如，取暖）。
报警信号可以按需自动地发送给任意一部电话。
使用任何可用介质（例如，互联网），安装商也可以远程维修或者配置KNX设施。
据此，可以显著地减少楼宇管理系统的必要维护时间。
示例5：
必要时，需要将大型会议室分隔为数个独立区。
插入隔墙时，KNX装置可以自动找出需要分配给每个房间的开关和灯的数量。
因此，不必改变现有布线。
示例6：
可以安装任意数量的应急开关（例如，启用所有灯）。
夜间，按下按钮，可以点亮小孩房与浴室之间的灯，并在预约时间后关闭该灯。
示例7：
KNX可以为每一个房间创建室温配置文件，对单个房间的采暖和空调系统实施独立控制。
窗户打开时，可以自动调节房间的热气或冷气供给。
这类措施每年可能节省30%以上的能源。
也可以根据各个房间采暖要求对采暖系统进行控制（按需采暖）。
二、KNX系统总线设备
1．概述
在我们工作中使用的KNX系统总线设备（例如，调光器/驱动器、多功能开关、火灾传感器。
。
。
）主要由三个部分组成：
总线耦合器（BCU）
应用模块（AM）
应用程序（AP）
市场供应的总线耦合器和应用模块或者为分离式，或者集成在一个外壳之内。
然而，必须使用同一个制作商的产品。
若为分离式，则应用模块可以通过标准应用接口，即物理外部接口（PEI），连接至总线耦合器（BCU）。
这种物理外部接口有10芯或12芯，可以：
作为两个部件之间的报文交换接口（5芯）
为应用模块提供电源（2芯）
总线设备组成图
有些应用模块仅能连接特殊类型的总线耦合器。
如果总线耦合器为总线设备的分离式部件，则大多数情况可以采用墙装式设计。
TP1设备至总线的连接主要采用标准总线接线端子（红/黑）；DIN导轨设备则通过触点块连接至数据条。
总线耦合器为总线设备的集成部件时，已经通过总线接口模块（BIM）或者总线设备中的的制造商芯片组，内建在总线设备之内。
总线接口模块基本上就是总线耦合器，但没有总线耦合器的外壳和一些其它部件。
芯片组构成了总线接口模块的核心部件，即控制器和收发器。
目前，总线耦合器可以连接两种不同的介质：
1类双绞线（32V安全特低电压）或者电力线110（电网电源）。
无线射频总线耦合器：
KNX射频兼容设备均采用集成解决方案。
得益于集成式总线耦合器，各个总线设备均具有自己的智能功能：
据此，KNX可以部署为分散式系统且无需中央监控单元（例如，计算机等）。
然而，必要时，安装在PC上的可视化控制软件业可以承担中央功能（例如监控功能）。
总线设备基本上可以分为三个种类：
传感器、执行器和控制器。
如果是传感器，则应用模块可以将信息传送给总线耦合器。
总线耦合器对这些信息数据进行编码，并将其发送至总线。
此后，总线耦合器会在合适的时隙检查应用模块的状态。
如果是执行器，则总线耦合器负责接收来自总线的报文，对它们进行解码，并将解码后信息传送给应用模块。
控制器则负责传感器与执行器之间的交互（例如，逻辑模块）。
若为S模式兼容KNX设备，则（通过ETS™）为（通用）总线耦合器加载了应用模块合适的应用程序之后，该设备就可以获得自身的具体功能。
总线耦合器上安装的S模式兼容KNX按钮，在通过ETS为该设备编制了合适的应用程序之后，仅能产生调光信号。
通常，E模式兼容KNX设备在发货之前就已经加载了应用程序。
此类KNX设备的链接和相关参数设置可以通过合适的硬件设置或者中央控制器完成。
2．总线设备的结构
每一个总线设备（如：
开关、调光器、百叶窗驱动器等）主要由以下两部分组成：
总线耦合器（BCU）。
应用模块（AM）。
对于不同结构的总线设备，总线耦合器和应用模块的连接方式也不一样：
嵌入安装式总线设备，总线耦合单元和应用模块通过物理连接口连接在一起。
DIN导轨安装式总线设备或表面安装式总线设备，总线耦合单元和应用模块组合成一个整体。
嵌入安装式总线设备的结构
DIN导轨安装式总线设备
总线耦合单元负责发送、接收和存储数据。
总线设备需要处理的信息首选经过总线送到总线耦合单元，这些数据包括：
设备的物理地址、一个或几个组地址、应用程序和相关的参数。
总线耦合单元中的微处理器是耦合单元的“大脑”，负责协调总线设备的各项功能，当出现故障或电源失效时，总线设备会进入预先设置好的应对状态，数据则保存在总线设备中。
当故障排除或电源恢复后，总线设备会进入预定的恢复程序。
应用模块及其应用程序决定了总线设备的功能。
总线设备包括各种输入装置，如：
按钮、二进制编码器等，还有各种输出装置，如：
触点输出、负载开关、调光器等，也有输入和输出综合型装置。
3．KNX系统电源
KNX系统需要外部提供安全性特低电压（SELV）作为KNX电源，最高电压为29V。
在双绞线作为总线与电力线是绝缘的，这样就保证了使用的安全性。
KNX电源应符合DINEN50090的规定，带有防过流和防短路措施。
电源线上安装的扼流器对高频信号呈现很大的阻抗，能防止对总线上报文信号的衰减。
有时我们选用带有备用输出的KNX电源，一旦系统需要增加线路时，只要再接入一个扼流器就可以了。
4．三种配置模式的总线设备
目前KNX标准规定了三种不同的配置模式：
KNXA模式（自动模式）
KNXA模式是一种最简单的配置模式，一般适用于功能已经确定的设备。
当这类设备与系统的通信介质相连接后就能自动完成配置，因此没有操作经验的用户也可以使用。
这种配置模式适用于家用电器和娱乐电子设备。
使用者不需要经过任何培训。
但是目前在市场上尚没有此类成熟的产品。
KNXE模式（简易模式）
采用KNXE模式一般需要通过中央控制器或操作设备上的编码盘和按钮进行配置。
如果这个中央控制器在系统中还有其它用途，如：
场景照明控制、逻辑控制等，那当然需要继续连接在系统中，否则配置完设备后就可以把中央控制器与系统断开。
这种配置模式与S模式相兼容。
采用E模式配置设备在功能范围方面有一定的限制性，比较适合于中小规模的系统。
但是操作时不需要PC机和ETS工具软件，操作者只要阅读有关技术资料或经过简单的培训就可以完成设备的配置和调试。
KNXS模式（系统模式）
采用KNXS模式需要使用PC机和ETS工具软件进行配置。
这样可以同时完成工程设计、设备配置和系统调试。
采用这种模式既可以进行中小系统的配置，也可以完成大型建筑物中复杂系统的配置。
这种类型的配置方法专门供获得KNX认证的设计者和承包商使用，适用于大型设施。
每一种模式在以下方面各具不同的特点：
功能范围
配置能力
调试方法
用户群
生产商可以为自己生产的设备选用
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