El sistema KNX responde adecuadamente a las actuales necesidades, cada vez
más complejas, de electrificación y automatización de edificios y
viviendas que, por otra parte, son difícilmente resueltas por los
sistemas eléctricos tradicionales.
La KNX Association fue fundada en 1999 como fusión de tres asociaciones
europeas dedicadas a las aplicaciones domóticas, EIB, EHS y BatiBUS.
Su misión fue definir un nuevo estándar abierto llamado “KNX” para
aplicaciones de domótica e
inmótica, consolidar la marca, establecer “KNX”
como un estándar europeo, fomentar las actividades formativas mediante la
certificación en centros de formación y la colaboración científica con
centros docentes, técnicos, Universidades, etc.
Misión cumplida, aunque siga en ello, ya que KNX está aprobado como
Norma Europea CENELC EN 50090 y CEN EN 13321-1, Norma
Internacional ISO/IEC 14543-3 y Norma en China
bajo GB/Z 20965.
Hoy en día, KNX es una de las soluciones más comunes para su uso en sistemas
de automatización medianos y grandes para hogares, oficinas y locales
comerciales.
El sistema KNX es un sistema para realizar instalaciones eléctricas
domóticas e
inmóticas mediante la conexión de los dispositivos
eléctricos mediante un bus de comunicación (red).
domótico = automatización de viviendas
Inmótica = Automatización de Edificiios e industrias
Bus = sistema para transmitir datos de un sitio o de un dispositivo a otro
mediante una red
Es el único sistema Standar Abierto Mundial para el Control
de Casas (domótica) y Edificios (Inmótica).
Está diseñado con normas estándar para todos los fabricantes,
de esta forma distintos productos de distintas marcas son
compatibles en la misma instalación, una gran ventaja a la hora de
hacer y reparar las instalaciones, además de reducir los costes de la
instalación.
KNX posee una amplia gama tanto de sensores como de actuadores
permitiéndonos construir una red domótica bastante amplia e inclusiva y
cubriendo todos los aspectos de una red domótica.
En las instalaciones eléctricas convencionales, cada función necesita su
propio cableado y cada sistema de control una fuente de alimentación
diferente.
En cambio, con KNX todas las funciones operativas y todos los procedimientos
pueden ser controlados, monitorizados y alimentados a través de un único
bus.
Permite rápidas y sencillas adaptaciones a nuevas aplicaciones, e incluso
cambiar la forma de trabajar de los dispositivos existentes simplemente
cambiando los parametros de los dispositivos conectados en el sistema.
Una de las grandes ventajas que tiene este sistema es que tiene una
arquitectura distribuida, esto quiere decir que no necesitamos un
controlador central, por ejemplo, un ordenador, un autómata o PLC, para
controlar la instalación, ya que cada dispositivo del sistema dispone de su
propia inteligencia y se comunican entre ellos, lo que permite, además, una
rápida modificación de la instalación.
Otra de las ventajas que vamos a destacar es que podemos configurar
mediante un software único, llamado ETS, todos los elementos
(independientemente del modelo y fabricante) y, con dicho software
realizaremos tanto el diseño y programación del proyecto como la puesta en
marcha, como el mantenimiento y el diagnóstico de la instalación.
Además:
Gran flexibilidad, tanto en tamaño de la vivienda (es apto tanto para
grandes edificaciones como para pequeñas viviendas) como en ampliaciones que
permite el sistema (gran ventaja en edificios funcionales, donde las
necesidades y requerimientos cambian constantemente.
Posibilidad de usar dispositivos de distintos fabricantes.
Proyecto e instalación sencilla.
En el sistema KNX, el bus va paralelo a la red eléctrica. De esta forma se
consigue:
Reducir el riesgo de incendio en la vivienda.
Reducir el coste de la instalación cuando el bus y la línea se lanzan a la
vez.
Facilita una posible ampliación del sistema.
Permite una mayor tasa de transmisión al tener un bus específico para
transmitir los datos.
Será especialmente interesante para edificios de nueva construcción, ya que
el costo que supone el lanzar un cableado específico es sobrepasado con
creces por las ventajas que posibilita el tener un bus dedicado.
Es menos sensible a las perturbaciones que se puedan producir en la red por
efecto electromagnético.
Intercomunicación con otros sistemas de gestión de edificios.
Conexión a ordenadores para planificación y mantenimiento, así, como con
redes de telecomunicación.
Facilidad para la planificación de las áreas de gestión del edificio,
control, medidas de seguridad y sistemas de alarma.
Como ya vimos es un sistema para la realización de la instalación domótico
de viviendas y edificios, pero veamos algunos ejemplos más concretos:
- Control de la iluminación normal y mediante la regulación del nivel de luz
(dimmer)
- Control de Persianas y Toldos.
- Control de la calefacción y climatización.
- Sistemas de Alarma: de Intrusos (sirena, aviso a central, simulación de
presencia), Técnicas o de EMG (agua, gas, humos, incendios...), de
Socorro (asistencial, médica)
- Comunicación con el sistema desde corta y larga distancia
- Control de la gestión de las energías, el agua y los riegos.
- Es un sistema descentralizado, ya que cada dispositivo es autónomo, no
dependiendo de una unidad de control, como por ejemplo los PLC Logo u otros
sistemas dómóticos.
- A diferencia de los protocolos que solo admite un fabricante, KNX es un
estándar mundial abierto con más de 300 fabricantes diferentes que producen
productos que interactúan y funcionan juntos sin problemas.
- Existen pasarelas (Gateway) pafa la interconexión y comunicación con otros
sistemas domóticos.
- Está avalado por los mas importantes Organismos Internacionales, por
ejemplo por IEC e ISO.
- Una única herramienta de software (Engineering Tool Software, abreviado
como ETS) para planificar, desarrollar e implementar un proyecto.
- Es un sistema personalizable y escalable en cualquier instalación,
vivienda o edificio.
En una instalación KNX necesitamos como mínimo un sensor,
que recoja la información del exterior y de la orden de conectar o
desconectar algo y un actuador al que le llegue esa orden y
conecte y/o desconecte las cargas o receptores que tenga conectados a él,
por ejemplo, una lámpara.
Sensor (por ejemplo un pulsador) ==> Al apretarlo recoge la orden de
encender y la envía al
Actuador ==> enciende la lámpara.
El sensor puede ser un interruptor, un pulsador, un detector de movimiento,
detector de presencia, termostato, etc
El actuador podríamos decir que es un dispositivo
que tiene salidas (contactos)a las que se conectan los
receptores finales, y estas salidas serán las que conecten
o desconecten los receptores para su funcionamiento, pero
siempre en función de las órdenes que le llegue desde los sensores
del sistema.
Las salidas más básicas serían las del tipo relé, es decir un contacto
abierto o cerrado que cambia de posición según la orden que le llegue.
Resumiendo, cada salida o contacto del actuador recibe una información del
sensor (exterior) y en función de esa información actúa sobre los receptores
que tenga conectados en sus bornes (salida).
Por ejemplo, si apretamos un pulsador (sensor) este le envía la información
al actuador para que se cierre un contacto que estaba abierto del actuador y
al que tendremos conectado una lámpara, quelógicamente ahora se encenderá.
La información en KNX se envía a través del bus KNX, que
suele ser cable trenzado y a 29V de corriente contínua, auqnue comoluego
veremos existen otros sistemas.
A los sensores y actuadores se les suele llamar “dispositivos del sistema”
aunque también “componentes bus” o incluso “aparatos KNX”
Pero veamos cómo funcionan estos dispositivos.
Los estados básicos de un sensor y un actuador son dos, el 0 y el 1.
El sensor: 0= orden de apagar 1 = orden de encender
El actuador: 0 = desconectar 1 = conectar
Si estos 2 estados los tuviéramos que guardar en una memoria, necesitamos
una memoria del tamaño de 1 bit (0 y 1).
Pero un dispositivo KNX tiene muchos más estados y mucha más información que
un simple bit.
El mismo dispositivo de entrada (un pulsador) o de salida (actuador) puede
trabajar de diferentes formas cambiando la programación en el software de
programación ETS, como más adelante veremos.
Todos los posibles estados o “todo lo que puede hacer un dispositivo
KNX” se encuentran almacenado en su propia memoria llamada
"Registro de Memoria", ya que como vimos anteriormente son
dispositivos independientes.
El registro de memoria de un aparato KNX tiene las instrucciones
para que funcione el aparato, el problema es que puede
funcionar de diferentes formas, por lo que habrá que
configurarlo (programarlo) para decirle la forma en la que quiero
que trabaje.
Para programar un dispositivo tendremos que ir a sus parámetros,
en función de los parámetros seleccionados, tendremos que podemos hacer con
el dispositivo una cosa u otra.
Estas “cosas” o acciones concretas que podemos hacer con el
dispositivo, en función de los parámetros seleccionados, son lo que llamamos
“Objetos de Comunicación”
Pero los dispositivos KNX suelen disponer de varios elementos que pueden
trabajar (mandar o recibir órdenes al sistema) de forma independiente, a los
que se les llama “Canales de Comunicación” (CH).
Si un sensor, por ejemplo un interruptor, puede mandar información al
sistema por sí solo, será un canal, por ejemplo el canal 1, si el
dispositivo KNX tiene 2 interruptores tendrá 2 canales.
Cuando hablamos de un actuador, cada elemento que puede conectar/desconectar
el receptor de salida, es decir un contacto, sería un canal.
Si tiene 2 contactos de salida sería un actuador de 2 canales, y así
sucesivamente.
Se llaman canales (CH) porque realmente es a través de ellos por donde
mandamos o recibimos la información al sistema de bus.
En definitiva, los objetos de comunicación son las
diferentes acciones que podemos realizar con un canal de un dispositivo,
para una configuración determinada de sus parámetros.
Resumen: Para determinar cómo va a funcionar un dispositivo KNX, debemos de
seleccionar el canal con el que trabajaremos, después deberemos elegir los
parámetros de ese canal, con lo que nos quedarán definidos los objetos de
comunicación disponibles para esa configuración de parámetros.
Pero veamos todo esto con un ejemplo, que es como mejor se entiende.
Queremos encender y apagar una lámpara, para ello disponemos de una botonera
KNX con 2 canales de comunicación.
En este caso, un pulsador solo no sería un canal de comunicación, porque
cualquiera de las acciones (objetos de comunicación) que puede realizar la
botonera necesita mínimo 2 pulsadores para ejecutarse.
Por ejemplo, para encender una lámpara se pulsa el A y para apagarla el B.
Solo con el A no podríamos hacer nada, la lámpara se encendería pero ya
nunca podríamos apagarla, por lo que con un solo pulsador no podemos enviar
órdenes completas al sistema.
Pero recuerda que los canales (pares de pulsadores) pueden enviar
información para hacer varias cosas o acciones diferentes, según el
fabricante.
Imaginemos que el canal 1 de nuestra botonera (par de pulsadores) puede
realizar 3 funciones: conmutación, atenuación y persianas.
Recordar: conmutación es encender/apagar y atenuación es la función dimmer o
regulador del nivel de luz.
Las persianas se pueden subir o bajar.
Si ahora seleccionamos los parámetros del canal 1 veríamos
en el programa ETS que podríamos seleccionar 1 parámetro de 3 parámetros
disponibles:
1) parámetro de función = conmutación
2) parámetro de función = atenuación o
3) parámetro de función = persianas
Pero como dijimos, en función del parámetro seleccionado del CH1 tendremos
que podemos hacer unas acciones u otras con ese canal (par de pulsadores).
En nuestro ejemplo, si seleccionamos el parámetro de conmutación tendríamos:
1) parámetro de función = conmutación
Objeto disponible:
Nº de objeto 0 - On/Off - 1 bit
Si elegimos este parámetro solo podemos encender y apagar, es decir
conmutación, ya que solo tenemos ese objeto disponible para elegir.
Esta forma de trabajar del dispositivo es el Objeto de Comunicación número
0, y ocupa 1 bit.
Recuerda que un objeto de comunicación es simplemente información que
enviamos al sistema para que trabaje de una forma u otra, por eso su tamaño
se mide en bits.
Si en lugar del parámetro conmutación elegimos el parámetro atenuación
tendremos que nos permitiría elegir 2 objetos de comunicación:
2) parámetro de función = atenuación
Objetos a elegir:
Nº de objeto 1 - On/Off- 1 bit
Nº de objeto 2 - Dimmer - 4 bit
Aquí ya ves que deberemos elegir entre On/ff o que funcione como Dimmer
regulador del nivel de luz.
El objeto de comunicación On/Off será 0 encender 1 apagar, y tendrá un
tamaño de 1 bit.
Pero el objeto de comunicación para la regulación o dimmer tiene un tamaño
de 4 bits, es decir los objetos de comunicación pueden tener tamaños
diferentes, y eso es importante, como más adelante veremos.
Si elegimos el parámetro de persianas los objetos de comunicación que
podemos seleccionar serían:
3) parámetro de función = persianas
Objetos a elegir:
Nº de objeto 3 - subir/bajar- 1 bit
Nº de objeto 4 - paso/detener- 1 bit
Como puedes observar objetos diferentes a los anteriores.
Nota: El Pulsador de la imagen podría ser de 4 canales si cada pulsador
fuera independiente.
Fíjate en la imagen siguiente y lo versátil que es el sistema KNX,
podemos encender y apagar 3 lámparas con el mismo canal pero de formas
diferentes.
Para conocer los canales, objetos de comunicación y los parámetros de un
dispositivo KNX es necesario consultar la documentación del dispositivo en
la web del fabricante.
La selección, configuración y programación de todos los dispositivos
de un sistema KNX se hace mediante un software llamado ETS.
Programa ETS = Engineering Tool Software = ETS = Programa universalmente
usado para la programación, gestión y actualización de sistemas Knx.
En la imagen siguiente puedes ver una botonera de 8 canales en el programa
ETS.
Para el canal 1 del dispositivo hemos configurado que enviaremos información
para que trabaje como On/Off, pero por el canal 5 (CH5) podremos elegir
entre trabajar como On/Off o como dimmer, 2 objetos de comunicación
diferentes.
Ya tenemos los objetos de comunicación de la botonera que queremos utilizar
preparados, es decir, cómo queremos que trabaje.
Siguiendo con nuestro ejemplo, en KNX solo con la botonera de 2 canales
anterior no podemos hacer nuestra instalación, necesitamos un actuador al
que le llegue la información de nuestro canal 1 del dispositivo de
pulsadores, y que el actuador encienda o apague la lámpara que estará
conectada a su salida.
Imaginemos que nuestro actuador es un actuador con una sola salida, y con 2
posibles estados (abierto y cerrado).
Según esto, el actuador para nuestro ejemplo también tendrá un solo canal
por donde recibir la información, el CH1, pero en este caso del actuador.
Pero el canal puede tener almacenada la información para que la salida pueda
utilizarse como un simple contacto abierto/cerrado, en este caso con 1 bit
de tamaño, o para que la salida pueda utilizarse para sacar la información
recibida de un regulador (dimmer), en este caso tendrá un tamaño de 4 bits.
Tendremos que configurar nuestro canal en parámetros para determinar nuestro
objeto de comunicación del actuador como On/Off y se hace igual que con la
botonera.
Ya tenemos el objeto de comunicación On/off de la botonera de pulsadores y
el On/Off (parámetro = conmutación) del actuador.
Ahora tenemos que Enlazarlos o Vincularlos para que se comuniquen y sepan
que el CH1 del sensor manda las órdenes al CH1 del actuador.
Por el CH1 del pulsador viajará la información (On/off) hasta el CH1 del
actuador y se encenderá la lámpara.
En definitiva le estamos diciendo al sistema KNX:
Oye mira, cuando yo pulse el pulsador A, manda la orden de cerrar el
contacto del actuador al que está conectado la lámpara y se encienda, y
cuando pulse el B que se abra y apague la lámpara.
La información saldrá por el canal 1 del pulsador y le llegará al canal 1
del actuador.
El bus de comunicación será el par trenzado y los dispositivos se conectarán
a 29V.
A la salida del actuador conectamos una lámpara a 230V y ya tengo el
encendido y apagado de la lámpara.
Nota: Hay una configuración llamada Easy Mode que es la
alternativa a la configuración System Mode con el ETS que hemos visto.
Con este método de configuración, no se requiere ETS, por lo que los
dispositivos KNX E-Mode se pueden configurar sin necesidad de un ordenador y
de forma individual, pero con funciones muy limitadas.
Es un sistema para técnicos poco cualificados y mucho peor que el sistema
system mode con el ETS.
Si ahora cambiamos los parámetros del canal 1 de la botonera de pulsadores
para que funcione como dimmer, y lo conectamos con el objeto de comunicación
del canal 1 del actuador, y este está configurado como abrir y cerrar
tendremos un problema.
Resulta que la información de salida por CH1 del sensor tiene un tamaño de 4
bits, pero por el CH 1 del actuador solo se puede recibir información del
tamaño de 1 bit, por lo que no podemos enlazarlos.
¡¡¡Sólo pueden enlazarse o vincularse objetos de comunicación que tengan el
mismo tamaño!!!
Hay aparatos que tienen un objeto de comunicación que ocupa un 1 bit
(conmutación apagar/encender), o de 4 bit (dimmers) pudiendo tener objetos
de comunicación de hasta un máximo de 14.
Los parámetros configurables de los canales de un dispositivo dependen de
cada aparato y del fabricante y pueden ser muchos y de diferentes formas de
configurarlos.
Esa es la mayor dificultad de KNX, que cada aparato tiene distintos
parámetros configurables y es imposible conocerlos todos, eso sí, suelen
venir explicados en la web del fabricante.
Nota: Apagar y/o encender una lámpara, conexión On/Off se llama
“Conmutación”, no confundir con la conmutada.
Ya sabemos lo que podemos y lo que no podemos enlazar.
Pero……¿Cómo Enlazamos los Objetos de Comunicación?
Donde hacemos la unión o vínculo entre los 2 objetos de comunicación en ETS
se llama Dirección de Grupo.
Por medio de las direcciones de grupo se lleva a cabo la comunicación entre
aparatos en KNX.
Dos objetos de comunicación que tengan la misma dirección de grupo significa
que están vinculados y que se comunican, por ejemplo los objetos de nuestro
sensor y actuador que encienden la lámpara.
Puede haber más sensores o más actuadores en la instalación, pero hay dos
objetos de comunicación, uno de la botonera del CH1 y otro del CH1 del
actuador que encienden y apagan la lámpara y por lo tanto están vinculados.
Y… ¿Por qué el sistema lo sabe?
“Porque tienen la misma dirección de grupo”
“Una dirección de grupo es una carpeta donde están metidas los
vínculos entre objetos de comunicación de los diferentes
dispositivos KNX de una instalación”
“Dentro de una dirección de grupo debe haber al menos un objeto de
comunicación de un sensor (entrada) y un objeto de comunicación de un
actuador (salida)”
Cuando un emisor o sensor manda una orden por el bus, en KNX se llaman
telegramas, y será dentro de estos telegramas donde vayan escritos los
vínculos, mejor dicho las direcciones de grupo.
Todos los dispositivos de bus "escuchan" todos los mensajes, leen su
dirección de grupo y así comprueban si el telegrama va dirigido a ellos o
no.
Por supuesto, cada dispositivo puede pertenecer a uno o varios grupos, pero
todos los dispositivos de un grupo deben tener objetos de comunicación del
mismo tamaño, como ya vimos anteriormente.
¿Cómo se crean y Asignan las Direcciones de Grupo?
Se crearán mediante el programa ETS.
Cuando la dirección de grupo se crea en el ETS, puede seleccionarse una
estructura de “2-niveles” (grupo principal/subgrupo) o de “3-niveles” (grupo
principal/grupo intermedio/subgrupo), siendo esta última la más utilizada.
El encargado de diseñar el proyecto en el ETS es el encargado de crear las
direcciones de grupo (carpetas) como mejor le parezca.
Por ejemplo, en el siguiente esquema:
Grupo Principal= Habitación 1
Grupo Intermedio= Alumbrado, calefacción, aire acondicionado, clima, etc
Subgrupo= lo que van a realizar los aparatos que estén dentro de este grupo
de comunicación, por ejemplo Lámpara 1 On/off, Lámpara 2 Dimmer, etc
En el ejemplo de más abajo On/off para el Alumbrado, la Fuerza y el Clima,
pero podría ser conmutar lámpara cocina, conmutar luz ventana dormitorio,
conmutar techo salón, regular techo salón….
Recuerda: conmutar = encender/apagar (On/off)
Se recomienda que el esquema de direcciones de grupo seleccionado sea el
mismo para todos los proyectos que se realicen con ETS.
Una vez hecho el esquema de las direcciones de grupo, será el propio
programa ETS el que asigne los números de las direcciones de grupo.
Veamos un ejemplo de cómo trabaja KNX con las direcciones
de grupo:
El pulsador T1 debe accionar las luminarias L11, L12 y L13 y el T2 las
luminarias L21, L22 y L23.
T1, L11, L12 y L13 deben de estar en la misma dirección de grupo.
En el ejemplo hemos puesto una dirección de grupo de solo 2 números, la 1/1.
T2, L21, L22 y L23 también tienen que tener la misma dirección de grupo, en
este caso 1/2.
La topología de la instalación y las direcciones de grupo y subgrupo serán
las mostradas en la figura:
Ahora imagina que un sensor de luminosidad S1 debe accionar, adicionalmente,
las luminarias cercanas a las ventanas, que son la L11 y la L21.
Asignaremos al pulsador T1 y a sus correspondientes luminarias la dirección
1/1; al pulsador T2 y a las suyas, la dirección 1 /2 y al sensor S1 y las
suyas la dirección 1/11.
De esta forma, la tabla de distribución de direcciones de grupo queda como
sigue:
Al accionar el pulsador T1 se genera un telegrama con la dirección del grupo
1/1
En realidad todos los componentes lo escuchan, pero sólo aquellos que tienen
esa misma dirección de grupo (las luminarias L11, L12 y L13) cumplen la
orden.
- Los sensores pueden enviar (tener) sólo a una
dirección de grupo (la que ellos tienen asignada)
- Los actuadores pueden tener varias direcciones de grupo diferentes,
ya que pueden recibir órdenes de varios sensores diferentes.
Para ejecutar la instalación, algo muy importante a tener en cuenta es que
los receptores se alimentarán mediante una línea de fuerza
a 230V en corriente alterna alojada
independientemente de las de la línea de bus a 29V (baja tensión).
Con elementos de protección eléctrica, con una botonera de 4 canales y con 4
lámparas sería:
Aunque las instalaciones KNX suelen representarse en la mayoría de libros de
la siguiente forma:
Lógicamente la raya verde representa los cables del bus KNX y la roja la
zona de fuerza, es decir los cables de fase, neutro y la toma de tierra.
Llamamos topología de una instalación KNX a la estructura de la red, es
decir cómo se divide la red en partes más pequeñas.
En KNX tenemos, de menor a mayor Líneas, Áreas y Línea de áreas.
La línea es la unidad mínima de instalación.
Una línea NO puede tener más de 1.000 metros de cable bus
(par trenzado) y podemos conectar hasta 64 dispositivos
siempre y cuando se cumplan los requerimientos energéticos de su fuente de
alimentación.
Si se desean conectar más componentes al bus, se habrá de instalar una nueva
línea, que se acoplará, junto con la primera, a una línea principal mediante
acopladores de línea.
Sin embargo, es necesario indicar que cada línea deberá poseer su propia
fuente de alimentación.
¡¡¡OJO!!! si solo hay una línea no hace falta acoplador de línea.
AL 01, AL 14 y AL 15 son los acopladores de línea, que
luego veremos con más detalle.
Se pueden acoplar hasta 15 líneas en la línea principal, constituyendo
un
área.
De este modo, en un área se pueden conectar hasta 960 dispositivos.
Si se va a utilizar más de un área todas ellas pueden conectarse en una
línea de áreas o “backbone” por medio de “acopladores de área”.
A esta
estructura se le denomina línea de áreas, con un máximo de 15 áreas en una
línea de área.
Podriamos conectar en una red hasta 58.000 dispositivos.