KNX

KNX es un estándar abierto (véase EN 50090 , ISO/IEC 14543 ) para la automatización de edificios comerciales y residenciales . Los dispositivos KNX pueden gestionar la iluminación, persianas y contraventanas, climatización , sistemas de seguridad, gestión energética, audio y vídeo, electrodomésticos, pantallas, control remoto, etc. KNX evolucionó a partir de tres estándares anteriores: el Protocolo Europeo de Sistemas Domésticos (EHS), BatiBUS y el Bus Europeo de Instalación (EIB o Instabus ).

Puede utilizar cable de par trenzado (en topología de árbol , línea o estrella ), línea eléctrica , radiofrecuencia o enlaces IP . En esta red, los dispositivos forman aplicaciones distribuidas y es posible una interacción estrecha. Esto se implementa mediante modelos de interoperabilidad con tipos de puntos de datos y objetos estandarizados , que modelan los canales lógicos de los dispositivos.

El estándar KNX se ha construido sobre la pila de comunicación EIB basada en OSI , ampliada con las capas físicas , los modos de configuración y la experiencia de aplicación de BatiBUS y EHS .

Las instalaciones KNX pueden utilizar varios medios de comunicación físicos:

• Cableado de par trenzado (cable TP1) (heredado del estándar EIB). (El medio de comunicación BatiBUS (TP0), heredado anteriormente, ya no forma parte de las especificaciones KNX).
• Comunicación por línea eléctrica (heredada del estándar EIB). (El medio de comunicación EHS (PL132), heredado anteriormente, ya no forma parte de las especificaciones KNX).
• Radio (KNX-RF)
• IP (también conocida como EIBnet/IP o KNXnet/IP)

KNX no se basa en una plataforma de hardware específica y una red puede controlarse mediante cualquier dispositivo, desde un microcontrolador de 8 bits hasta un PC, según las necesidades de cada edificio. La forma de instalación más común es mediante cable de par trenzado.

KNX es un estándar aprobado por las siguientes organizaciones (entre otras): ^{[ 1 ]}

• Norma internacional (ISO/IEC 14543-3)
• Norma europea ( CENELEC EN 50090 y CEN EN 13321–1)
• Norma estadounidense ( ANSI / ASHRAE 135)
• China Guobiao (GB/T 20965)

Está administrada por la Asociación KNX cvba , una organización sin ánimo de lucro regida por la legislación belga, fundada en 1999. A fecha de 1 de julio de 2021, la Asociación KNX contaba con 500 miembros registrados, proveedores de hardware y software de 45 países. Tenía acuerdos de colaboración con 100 000 empresas instaladoras en 172 países y más de 500 centros de formación registrados. ^{[ 2 ]} Se trata de un estándar abierto y gratuito , por lo que el acceso a las especificaciones KNX es irrestricto. ^{[ 3 ]}

Los dispositivos KNX suelen conectarse mediante un bus de par trenzado y pueden modificarse desde un controlador. El bus se enruta en paralelo a la fuente de alimentación eléctrica de todos los dispositivos y sistemas de la red que enlazan: ^{[ 4 ]}

• Los sensores (por ejemplo, pulsadores, termostatos, anemómetros, sensores de movimiento) recopilan información y la envían por el bus como un telegrama de datos;
• Los actuadores (unidades de atenuación, válvulas de calefacción, pantallas) reciben telegramas de datos que luego se convierten en acciones; y
• Controladores y otras funciones lógicas (controladores de temperatura ambiente, controladores de persianas, etc.)
• Dispositivos y componentes del sistema (por ejemplo, acopladores de línea, acopladores de red troncal).

La clasificación de los dispositivos como "sensores" o "actuadores" es obsoleta y simplista. Muchos actuadores incluyen funciones de controlador, pero también de sensor (por ejemplo, medición de horas de funcionamiento, número de ciclos de conmutación, corriente, consumo de energía eléctrica, etc.).

El software de aplicación, junto con el software de topología del sistema y de puesta en marcha, se carga en los dispositivos mediante un componente de interfaz del sistema. Se puede acceder a los sistemas instalados a través de LAN, enlaces punto a punto o redes telefónicas para el control centralizado o distribuido del sistema mediante ordenadores, tabletas, pantallas táctiles y teléfonos inteligentes.

Las características clave de la arquitectura KNX son:

• Modelos de interoperabilidad y aplicaciones distribuidas para las diversas tareas de automatización de edificios;
• Esquemas para la configuración y gestión de recursos en la red, y para permitir la vinculación de partes de una aplicación distribuida en diferentes nodos;
• Un sistema de comunicación con un protocolo de mensajes y modelos para la pila de comunicación en cada nodo (capaz de alojar aplicaciones distribuidas (KNX Common Kernel); y
• Modelos para la realización de estos elementos al desarrollar dispositivos reales que se montarán y conectarán en una instalación.

Los puntos de datos (entradas, salidas, parámetros y datos de diagnóstico) son fundamentales en la arquitectura KNX y representan las variables de proceso y control del sistema. Los contenedores estandarizados para estos puntos de datos son los objetos de grupo y las propiedades de los objetos de interfaz . El sistema de comunicación ofrece un conjunto reducido de instrucciones para leer y escribir los valores de los puntos de datos. Estos deben ajustarse a tipos estandarizados , agrupados en bloques funcionales . Dichos bloques funcionales y tipos de puntos de datos están relacionados con campos de aplicación, aunque algunos son de uso general (como la fecha y la hora). Se puede acceder a los puntos de datos mediante mecanismos de unidifusión o multidifusión.

Para vincular lógicamente los puntos de datos de las aplicaciones a través de la red, KNX tiene tres esquemas de enlace subyacentes: uno para enlace libre, uno para enlace estructurado y uno para enlace etiquetado:

• En el enlace libre, no se prescriben vínculos entre puntos de datos; en combinación con el direccionamiento libre, esto admite la agrupación multicast personalizada a nivel de puntos de datos individuales y es fundamental para la configuración del modo S (véase más abajo);
• En el enlace estructurado, la especificación KNX estipula un patrón preciso para vincular un conjunto completo de puntos de datos, que generalmente corresponden a un bloque funcional o canal (los modos de pulsador siguen este concepto);
• El enlace etiquetado también está preestructurado por los modelos de aplicación, pero el valor numérico de la dirección forma parte de su valor.

El núcleo común se sitúa sobre las capas físicas y la capa de enlace de datos específica del medio, y es compartido por todos los dispositivos de la red KNX. Cumple con el modelo OSI de 7 capas:

• Una capa de enlace de datos general, que se sitúa por encima de las capas de enlace de datos específicas para cada medio, proporciona control de acceso y control de enlace lógico;
• Una capa de red (para nodos con funcionalidad de enrutamiento) proporciona un telegrama ( trama ) con acuse de recibo segmentado y controla el número de saltos de una trama;
• Una capa de transporte permite cuatro tipos de comunicación: de uno a muchos sin conexión (multidifusión), de uno a todos sin conexión (difusión), de uno a uno sin conexión, de uno a uno con conexión;
• (Las capas de sesión y presentación del modelo OSI están vacías); y
• Una capa de aplicación ofrece un conjunto de herramientas y servicios para el proceso de aplicación.

La instalación debe configurarse tanto a nivel de topología de red como en nodos o dispositivos individuales. El primer nivel es una fase de preacondicionamiento o "arranque", previa a la configuración de las aplicaciones distribuidas, es decir, la vinculación y la configuración de parámetros. La configuración puede lograrse mediante una combinación de actividad local en los dispositivos (como pulsar un botón) y comunicación activa de gestión de red a través del bus (de igual a igual o, de forma más centralizada, maestro-esclavo).

Modo de configuración KNX:

• selecciona un esquema determinado para la configuración y la vinculación;
• lo asigna a una elección particular de esquema de direcciones; y
• Todo esto se complementa con una selección de procedimientos de gestión y la correspondiente asignación de recursos.

Algunos modos requieren una gestión más activa a través del bus, mientras que otros están principalmente orientados a la configuración local. Existen tres categorías de dispositivos KNX:

• Dispositivos en modo A o "modo automático" que se pueden configurar solos y que pueden ser instalados por el usuario final;
• Dispositivos en modo E o "modo fácil" que requieren una formación básica para su instalación: su comportamiento está preprogramado, pero los parámetros de configuración deben adaptarse a las necesidades del usuario; o
• Los dispositivos en modo S o "modo sistema" se pueden utilizar para crear sistemas sofisticados de automatización de edificios : no tienen un comportamiento predeterminado y deben ser programados e instalados por especialistas.

KNX engloba herramientas para tareas de ingeniería de proyectos, como la interconexión de una serie de dispositivos individuales para formar una instalación funcional y la integración de diferentes medios y modos de configuración. Todo ello se materializa en un paquete de software de herramientas de ingeniería (ETS).

Una instalación KNX siempre consta de un conjunto de dispositivos conectados al bus o a la red. Los modelos de dispositivos varían según las funciones de los nodos, las capacidades, las características de gestión y los modos de configuración, y todos ellos se especifican en los perfiles . También existen modelos de dispositivos de uso general, como las unidades de acoplamiento de bus (BCU) o los módulos de interfaz de bus (BIM).

Los dispositivos pueden identificarse y, posteriormente, accederse a ellos a través de la red mediante su dirección individual o su número de serie único, según el modo de configuración. (Los números de serie únicos son asignados por el Departamento de Certificación de la Asociación KNX). Al ser consultados, los dispositivos también pueden revelar información de referencia específica del fabricante e información funcional (independiente del fabricante).

Una red cableada KNX puede configurarse con topologías de árbol , línea y estrella , que pueden combinarse según sea necesario; no se admiten topologías de anillo . Se recomienda una topología de árbol para instalaciones de gran tamaño.

KNX puede conectar hasta 57.375 dispositivos utilizando direcciones de 16 bits .

• Los ocho bits menos significativos proporcionan hasta 256 direcciones dentro de una línea , que puede constar de hasta cuatro segmentos , cada uno con un máximo de 64 (TP1-64) dispositivos o hasta 256 (TP1-256) dispositivos. Cada segmento requiere una fuente de alimentación local y su longitud máxima es de 1000 m. (El número real de dispositivos admitidos depende de la fuente de alimentación y de la carga de potencia de cada dispositivo). Los segmentos conectados mediante repetidores de línea pueden alcanzar una longitud de 4000 m y enlazar hasta 256 dispositivos.
• Las líneas pueden agruparse en un área , con hasta 15 líneas conectadas a una línea principal mediante acopladores. Los siguientes cuatro bits de la dirección se utilizan para identificar las líneas individuales.
• Se puede formar un dominio completo con 15 áreas conectadas por una línea troncal mediante acopladores de línea troncal, y los cuatro bits superiores del espacio de direcciones identifican un área. (No se pueden usar repetidores de línea en la línea troncal ni en la línea principal).

Las unidades de acoplamiento permiten el filtrado de direcciones, lo que ayuda a mejorar el rendimiento dada la limitada velocidad de la señal del bus. Una instalación basada en KNXnet/IP permite la integración de subredes KNX a través de IP, ya que la estructura de direcciones KNX es similar a una dirección IP.

Ignorando cualquier preámbulo para el acceso específico del medio y el control de colisiones, el formato de una trama es generalmente:

Los telegramas KNX pueden firmarse o cifrarse gracias a la extensión del protocolo desarrollada a partir de 2013: KNX Data Secure, para proteger los telegramas en los medios KNX tradicionales TP y RF, y KNX IP Secure, para proteger los telegramas KNX transmitidos a través de IP. KNX Data Secure se convirtió en norma EN (EN 50090-3-4) en 2018, y KNX IP Secure en norma ISO (ISO 22510) en 2019.

Todo producto con la marca registrada KNX debe estar certificado por laboratorios de pruebas acreditados que garanticen su conformidad con los estándares (y, por lo tanto, su interoperabilidad con otros dispositivos). Todos los productos con el logotipo KNX se programan mediante una interfaz común utilizando el software ETS, independiente del fabricante.