Comunicación KNX. KNX Association

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1 Comunicación KNX

2 Índice 1 Modo básico de funcionamiento Dirección física Dirección de grupo Objeto de comunicación Banderas Datos útiles del telegrama Tipos de puntos de datos estandarizados Encender / apagar (1.001) Bloque funcional Control de movimiento Conmutador Prio. (2.001) Bloque funcional Regular Valor de coma flotante dos bytes (9.00x) Transmisión de los bits en TP Colisión de telegramas Transmisión simétrica Superposición de datos y alimentación Conexión de la fuente de alimentación al Bus KNX TP Longitudes de cable Long. de cable entre fuente de alim. TP1 y componente Bus TP Longitud de cable entre dos aparatos bus TP Longitud total de cable bus por segmento de línea...25 Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 2/25

3 1 Modo básico de funcionamiento Gráfico 1: Modo básico de funcionamiento La instalación KNX TP1 mínima consta de los siguientes elementos: Una fuente de alimentación (29V DC) Una bobina (también puede estar integrada en la fuente de alimentación) Sensores (en el gráfico anterior se representa un pulsador simple) Actuadores (en el gráfico anterior se representa un actuador simple) Cable bus (sólo se necesita un par trenzado) Tras la instalación, y en el caso de los componentes compatibles con el S-Mode, una instalación KNX no está lista para funcionar hasta que los sensores y actuadores han sido programados con el software de aplicación, por medio del programa ETS.El proyectista debe previamente haber llevado a cabo por medio del ETS los siguientes pasos de configuración: asignación de las direcciones físicas a cada componente (para la identificación unívoca de cada sensor o actuador en la instalación KNX); selección y programación (parametrización) del software de aplicación apropiado para los sensores y actuadores; asignación de direcciones de grupo (para unir las funciones de sensores y actuadores). Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 3/25

4 Cuando utilizamos aparatos compatibles con el E-Mode seguimos los mismos pasos, pero con la peculiaridad de que: las direcciones físicas, la parametrización del software de aplicación de los sensores y actuadores correspondientes y La asignación de direcciones de grupo (para unir las funciones de sensores y actuadores) Se llevará a cabo mediante los ajustes locales del producto o desde un controlador central. Tras la configuración, la instalación funciona así: Si se presiona la parte superior de la tecla del interruptor simple (1.1.1), éste envía un telegrama que contiene la dirección de grupo (5/2/66) y el valor ("1") así como otros datos adicionales. Este telegrama se recibe y es procesado por todos los sensores y actuadores conectados. Sólo los dispositivos con la misma dirección de grupo: envían un telegrama de acuse de recibo leen el valor ("1") y se comportan de acuerdo con éste. En nuestro ejemplo, el actuador del interruptor (1.1.2) cerrará su contacto de salida. Cuando se presiona la parte inferior del interruptor ocurre el mismo proceso, sólo que el valor en esta ocasión se pone a "0" y el contacto en la salida del actuador se abre. Los elementos respectivos del sistema KNX se explican con mayor detalle en las páginas siguientes. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 4/25

5 2 Dirección física Gráfico 2: Dirección física Una dirección física debe ser únivoca dentro de la instalación. La dirección física se configura tal y como hemos descrito más arriba. La dirección física tiene el siguiente formato: área [4 bits] - línea [4 bits] componente bus [1 byte]. Normalmente, se prepara un componente de Bus para recibir su dirección física por medio del botón de programación. Durante este proceso se le enciende el LED de programación. Tras la puesta en marcha, la dirección física se sigue utilizando para los siguientes fines: Diagnósticos, detección de errores, modificación de la instalación mediante reprogramación Direccionamiento de objetos interfaces por medio de herramientas de puesta en marcha u otros dispositivos. Importante: en el funcionamiento normal de la instalación, la dirección física no tiene ningún significado. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 5/25

6 3 Dirección de grupo Dirección de grupo: 2 niveles Grupo principal 4 bits: 0-15 Subgrupo 11 bits: P P P P S S S S S S S S S S S P = Grupo principal S = Subgrupo Dirección de grupo: 3 niveles Grupo principal 4 bits: P P P P I I I S S S S S S S S Grupo intermedio 3 bits: 0-7 Subgrupo 8 bits: P = Grupo principal I = Grupo intermedio S = Subgrupo Gráfico 3: Dirección de grupo La comunicación entre los dispositivos en una instalación se lleva a cabo por medio de las direcciones de grupo. 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). La estructura en 2 ó 3 niveles se define en la ventana Extra / Opciones / Presentación del ETS3. La dirección de grupo 0/0/0 se reserva para la transmisión de mensajes de multidifusión (dirigidos a todos los dispositivos del bus disponibles). El encargado de diseñar el proyecto en el ETS puede decidir cómo se usarán los niveles basándose, por ejemplo, en este esquema: Grupo Principal = planta Grupo intermedio = función (Ej.: iluminación, calefacción, ) Subgrupo = función de un componente o grupo de componentes (Ej.: conmutar lámpara cocina, conmutar luz ventana dormitorio, conmutar techo salón, regular techo salón ) El esquema de direcciones de grupo seleccionado debería ser el mismo para todos los proyectos. Cada dirección de grupo puede asignarse a los dispositivos del bus según sea necesario, sin necesidad de tener en cuenta dónde está ubicado el dispositivo en la instalación KNX. Los actuadores puede escuchar a varias direcciones de grupo. Sin embargo, los sensores pueden enviar sólo una dirección de grupo por telegrama. Las direcciones de grupo se asignan a los objetos de comunicación de los sensores y actuadores correspondientes, ya sea con la ayuda del ETS (S-Mode) o de forma automática e imperceptible en el E-Mode. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 6/25

7 Nota: Cuando utilizamos los grupos principales 14 ó 15, debemos prestar atención al hecho de que estas direcciones de grupo no son filtradas por los acopladores TP1 y que ello influye en toda la dinámica de la instalación Bus. El número de direcciones de grupo que pueden ser asignadas a los sensores o actuadores es variable y depende del tamaño de la memoria. 4 Objeto de comunicación Gráfico 4: Objeto de comunicación Los objetos de comunicación KNX son direcciones de memoria en los dispositivos bus. El tamaño de estos objetos puede ser de 1 bit a 14 bytes. Dicho tamaño depende de la función que desempeñe cada uno de ellos. Por ejemplo, para una conmutación cualquiera se requieren sólo dos estados (0 y 1), por lo que se usan objetos de comunicación de 1 bit. Los datos de un telegrama de transmisión de texto son más extensos y, por consiguiente, se utilizarán objetos de comunicación con un tamaño máximo de 14 bytes. Con el ETS sólo los objetos con el mismo tamaño pueden unirse mediante direcciones de grupo. Un objeto de comunicación puede asignarse a varias direcciones de grupo, pero sólo una de ellas es la dirección de grupo emisora. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 7/25

8 4.1 Banderas Cada objeto de comunicación tiene, además, unas banderas que se usan para establecer las propiedades siguientes: Comunicación El objeto de comunicación tiene una conexión normal con el Bus COMMUNICATION Se acusa recibo de los telegramas, pero el objeto de comunicación no cambia. Lectura El valor del objeto puede leerse (consultarse) desde el Bus READ El valor del objeto no puede leerse desde el Bus Escritura El valor del objeto puede modificarse desde el Bus WRITE El valor del objeto no puede modificarse a través del Bus Transmisión Si se cambia el valor del objeto (en un sensor), se transmitirá el telegrama correspondiente TRANSMIT El objeto de comunicación transmite sólo un telegrama de respuesta en caso de petición de lectura Actualización Los telegramas de respuesta con información del valor se interpretan como órdenes de escritura. Se actualiza el valor del objeto de comunicación (siempre habilitado en los componentes System 1) UPDATE Los telegramas de respuesta con información del valor no se interpretan como órdenes de escritura. El valor del objeto de comunicación permanece inalterado. Lectura con inic. READ ON INIT El aparato envía autónomamente órdenes de lectura de valores para la inicialización del objeto de grupo correspondiente tras el retorno de la tensión (disponible sólo con determinadas máscaras) Tras el retorno de la tensión, el componente no inicializa el valor de objeto de grupo asignado mediante órdenes de lectura de valores Atención: las banderas por defecto sólo deberían modificarse en casos especiales. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 8/25

9 El valor de un objeto se envía al bus de la siguiente forma: a) Si, por ejemplo, presionamos la parte superior de la tecla izquierda, el sensor interruptor de dos canales escribe un "1" en su objeto de comunicación nº 0. Como los flags de comunicación y transmisión están habilitadas para este objeto, este dispositivo enviará un telegrama a través del bus con la información: "dirección de grupo 1/1/1, escribe el valor 1". b) Como consecuencia, todos los dispositivos bus a lo largo de la instalación KNX que también tengan la dirección de grupo 1/1/1 escribirán "1" en su propio objeto de comunicación. c) En nuestro ejemplo, se escribe "1" en el objeto de comunicación nº 0 del actuador. d) El software de aplicación del actuador establece que el valor en este objeto de comunicación ha cambiado y ejecuta el proceso de conmutación (encendido en este caso) Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 9/25

10 Gráfico 5: Datos útiles del telegrama 5 Datos útiles del telegrama La distinción en los datos se hace, en principio, mediante las órdenes (comandos) En este caso, se muestra el ejemplo de un telegrama de 1 bit. En el caso del comando de escribir (write) el último bit de la derecha contiene un 1 ó un 0 para encender o apagar respectivamente. El comando leer (read) pide al aparato bus direccionado que informe de su estado. La respuesta puede ser un mensaje de 1 bit como en el ejemplo del comando escribir, o puede utilizar hasta 13 bytes (bytes 2 a15). La longitud de los datos depende del tipo de punto de dato utilizado (DTP). Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 10/25

11 Gráfico 6: Tipos de puntos de datos estandarizados 6 Tipos de puntos de datos estandarizados Los tipos de puntos de datos han sido estandarizados para garantizar la compatibilidad de aparatos similares de distintos fabricantes (Ej.: dimmers, relojes) El código de datos contiene el formato y la estructura de los objetos de comunicación, así como funciones para sensores y actuadores. La combinación de distintos tipos de puntos de datos estandarizados recibe el nombre de bloque funcional. La designación de un tipo de punto de dato se refiere a la aplicación para la que fue concebido. Esto no quiere decir que el uso de un tipo DPT esté limitado a este área de aplicación. Por ejemplo, un porcentaje (Tipo 5.001) nos sirve no sólo para determinar una luminosidad de regulación, sino también la posición de una válvula. A continuación veremos una selección de los tipos de puntos de datos existentes hasta el momento. La lista completa de los tipos de puntos de datos estandarizados puede descargarse del sitio web de Konnex (www.knx.org) Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 11/25

12 Gráfico 7: DPT Encender / apagar (1.001) 6.1 Encender / apagar (1.001)1 El tipo de punto de dato encender / apagar se utiliza para conmutar el estado de un actuador. Otros tipos de puntos de datos han sido definidos para uniones lógicas (booleana [1.002], activar [1-003]), etc Otras funciones o extensiones de la función pura de conmutación (inversión, retardos, alternancias, etc.) no son parte del tipo de punto de dato, sino parámetros del bloque funcional en el que se ha aplicado el tipo de punto de dato (Ej.: bloque funcional del pulsador de luces). 1 Anteriormente denominado EIS1 Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 12/25

13 8 bits x 8 8 bits L L L L 0 0 X X X X C C C C X X X X X A Objeto de comunicación: Valores (Move): Valores (Step): 1 bit 1 = Bajando / Extendiendo 0 = Subiendo / Recogiendo 1 = Stop / Paso abajo 0 = Stop / Paso arriba Leyenda: Telegrama ejemplo: Se baja la persiana A = Objeto de movimiento L = Longitud de los datos útiles (byte 0 a 1) C = Comando X = No evaluado Gráfico 8: Bloque funcional Control de movimiento 6.2 Bloque funcional Control de movimiento 2 El bloque funcional Control de movimiento (Drive Control) se emplea principalmente para el control de mecanismos de persianas y toldos y consta, como mínimo, de los objetos de comunicación con los siguientes tipos de datos: Subir / bajar (1.008) y Paso (1.007) Cuando escribimos el DPT Subir / bajar se pone en marcha un motor en reposo o se cambia la dirección durante el movimiento. Cuando escribimos el DPT Paso se detiene un motor que ya está en marcha o bien un motor detenido se pone en marcha durante breves instantes (paso a paso). Importante : Los objetos de comunicación que usan esta función no deberían responder a peticiones de lectura (read) por medio del bus para evitar parar motores o poner en marcha motores detenidos inintencionadamente. La bandera de lectura (read) debería, por lo tanto, ser desactivada en los objetos de comunicación relevantes en sensores y actuadores. Esto afecta particularmente a las funciones centrales. 2 Anteriormente denominado EIS7 Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 13/25

14 Gráfico 9: DPT Conmutador Prio. (2.001) 6.3 Conmutador Prio. (2.001)3 Utilizando el DPT Conmutador Prio. es posible emplear actuadores con un control forzado ( positively driven ) prioritario, además de su funcionamiento normal mediante el objeto de comunicación DPT Encender / Apagar. La función de conmutación de un aparato conectado depende del estado de los dos objetos de comunicación DPT Encender / Apagar y DPT Conmutador Prio. El objeto de comunicación DPT Conmutador Prio. tiene una longitud de 2 bits. Si el valor del objeto de 2 bits es 0 ó 1, el actuador conectado se controla por medio del objeto de conmutación. Si el valor del objeto de prioridad es 2, la salida está apagada y cuando es 3 la salida está encendida. En estos casos, el valor del objeto de conmutación es irrelevante. 3 Anteriormente denominado EIS8 Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 14/25

15 Gráfico 10: Bloque funcional Regular 6.4 Bloque funcional Regular 4 El bloque funcional Regular completo consta, además del objeto de 4 bits (Regulación relativa DPT Paso Regulación [3.007]), al menos, de un objeto de conmutación (correspondiente al DPT Encender / apagar) y de un objeto de valor (correspondiente PDT Porcentaje [5.001]). Mediante el objeto Regulación relativa DPT Paso Regulación se envía al correspondiente actuador dimmer un comando de regulación relativo al valor de luminosidad actual. El Bit 3 de los datos útiles determina si un valor de regulación debe aumentar o dismunuir la luminosidad con respecto a la luminosidad actual. Los Bits 0 a 2 determinan el rango de regulación. El área de luminosidad (0-100%) está dividida en un máx. de 64 niveles de regulación. El actuador dimmer regula siempre hasta el siguiente límite de nivel de regulación. Ejemplo: un actuador dimmer tiene una luminosidad de 30%. Cuando un sensor envía la información útil 1011 b, regulará hacia arriba, a saber, hasta el siguiente límite de regulación (o 100% : 4 = 25%, es decir, el siguiente nivel es 50%) El código de regulación 0 (datos útiles 00 HEX ó 80 HEX ) significa Parar regulación. Se interrumpe el proceso de regulación y se mantiene el valor de la luminosidad actual. 4 Anteriormente denominado EIS2 Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 15/25

16 Gráfico 11: Objeto de valor Con la función Regulación absoluta (DPT Porcentaje) se fija directamente un valor de luminosidad entre 1 (mínimo) y 255 (máximo). Dependiendo de la aplicación del fabricante existe, utilizando esta función, la posibilidad de encender (1 valor 255) o apagar (valor=0) un aparato conectado. El objeto de comunicación tiene un tamaño de 1 byte. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 16/25

17 8 bits x 8 8 bits L L L L 0 0 X X X X C C C C X X X X X X S E E E E M M M M M M M M M M M Signo 1 = "-" 0 = " + " Exponente en base ( 0000 B B ) Leyenda Telegrama ejemplo: Temperatura = 21 C C L X = Comando = Longitud de los datos útiles (bytes 0 a 3) = No evaluado E S Mantisa (resolución = 0.01; Valores negativos en complemento a 2) M = Mantisa con una resolución de 0.01 B B B = Exponente entero en base 2 = Signo para la mantisa B Gráfico 12: Valor de coma flotante dos bytes (9.00x) 6.5 Valor de coma flotante dos bytes (9.00x)5 Con este formato de datos (que comprende varios tipos de puntos de datos diferentes, dependiendo del tipo de valor enviado - Ej.: temperatura ambiente DPT Temperatura (ºC)) pueden transmitirse números que representan magnitudes físicas. S es el signo de la mantisa. El exponente de cuatro dígitos E es un exponente entero en base 2. Se define una resolución de 0.01 para la mantisa M. Los valores positivos ( S = 0) toman la forma de números binarios normales. Los valores negativos ( S = 1) codifican su mantisa en complemento a 2. El objeto de comunicación tiene un tamaño de 2 byte. 5 Anteriormente denominado EIS 5 Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 17/25

18 Gráfico 13: Transmisión de los bits en TP1 7 Transmisión de los bits en TP1 "0" y "1" son los dos estados lógicos que puede tener un bit. Lógica técnica en el KNX TP1: Durante el estado lógico "1" no circula corriente Durante el estado lógico "0" circula corriente Esto significa que, si varios componentes transmiten a la vez, los "0" lógicos sobreescriben a los "1" ( el estado lógico 0 prevalece!). Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 18/25

19 Aparato Bus 1 Aparato Bus Transmisión de aparato 2 abortada (repetida tras un retardo) Bus Gráfico 14: Colisión de telegramas 8 Colisión de telegramas Un componente bus con datos para transmitir puede iniciar la transmisión inmediatamente si encuentra el bus desocupado. Si varios componentes bus quieren transmitir simultáneamente, esto se regula con el procedimiento CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Los componentes bus escuchan al bus mientras transmiten. Tan pronto como un componente bus con el estado lógico "1" detecta el estado lógico "0" (= circulación de corriente en la línea), detiene la transmisión para dar paso al componente con mayor prioridad. El componente bus con la prioridad más baja se mantiene a la escucha de la red para esperar el final de la transmisión del telegrama y después transmite sus datos. De esta forma, si hay varios componentes bus intentando transmitir a la vez, el procedimiento CSMA CA asegura que sólo uno de esos componentes pueda ocupar el bus. Por tanto, no se reduce la capacidad de transmisión de datos. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 19/25

20 Conductor + Conductor - Señal Ruido radiado CMP CMP CMP = Componente bus Gráfico 15: Transmisión simétrica 9 Transmisión simétrica Los datos se transmiten de forma simétrica a través del par de conductores. El aparato bus es controlado por medio de la diferencia de tensión entre los dos conductores. Como el ruido radiado afecta a ambos conductores con la misma polaridad, éste no tiene influencia apreciable en la señal. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 20/25

21 Bus de Instalación Acoplador al bus FA INFO Electrónica Interface de aplicación MT CAB MT= Modulo de Transmisión CAB = Controlador de Acoplamiento al Bus FA = Fuente de Alimentación Gráfico 16: Superposición de datos y alimentación 10 Superposición de datos y alimentación Los datos se transmiten en forma de corriente alterna. El condensador reacciona con una baja reactancia a la tensión alterna, es decir, actúa como un conductor y cierra el circuito en el primario del transformador. Al actuar como un transmisor, el transformador envía los datos a su lado primario (en forma de c.a.) donde se superponen al nivel de continua de la alimentación. Al actuar como un receptor, el transformador envía los datos a su lado secundario, donde están disponibles separadamente del nivel de continua de la alimentación. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 21/25

22 Fuente de alimentación 28 V Bobina Gráfico 17: Conexión de la fuente de alimentación 11 Conexión de la fuente de alimentación al Bus KNX TP1 El bus de instalación se alimenta a través de una bobina. Cuando se alimenta con tensión continua, la bobina reacciona con baja reactancia (frecuencia = 0 Hz). Los datos son transmitidos en forma de tensión alterna (frecuencia <> 0 Hz). La bobina reacciona con alta reactancia a la tensión alterna. De ahí que la influencia de la fuente de alimentación sobre los datos sea mínima. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 22/25

23 Gráfico 18: Longitudes de cable 12 Longitudes de cable Dentro de una línea bus se deben respetar las siguientes longitudes de cable: Fuente de alimentación - Componente bus m Componente bus Componente bus m Longitud total de una línea bus m Mínima distancia entre dos fuentes de alimentación en una línea m Nos remitimos al capítulo Instalación para más información sobre la instalación descentralizada de fuentes de alimentación. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 23/25

24 + 5 V En teoría pasivo t activo - 5 V µ s = b i t / s e c En la práctica U / V Tensión alterna entre los dos conductores Gráfico 19: Long. de cable entre fuente de alim. TP1 y componente Bus TP Long. de cable entre fuente de alim. TP1 y componente Bus TP1 Un aparato bus sólo transmite media onda (mostrada en el gráfico como una media onda negativa en el conductor +) La bobina, como parte de la fuente de alimentación, produce junto con los transformadores de los aparatos bus la onda de ecualización positiva. Como la bobina tiene el papel más importante en la formación de la media onda de ecualización, los aparatos bus pueden instalarse a una distancia máxima de cable de 350 m desde la bobina (fuente de alimentación). Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 24/25

25 2V/ part. V E V V E = Señal enviada desde un aparato bus V R 0,5 V Entrada µ s 500 t V R = Señal recibida después de 700 m con 64 aparatos bus conectados tv = Retardo Gráfico 20: Longitud de cable entre dos aparatos bus TP Longitud de cable entre dos aparatos bus TP1 Una transmisión de telegrama a través del cable requiere un cierto tiempo de transito. Si varios aparatos bus intentan transmitir a la vez, la colisión resultante podrá ser resuelta dentro de una distancia de hasta 700 m (retardo de señal tv = 10 µs) Longitud total de cable bus por segmento de línea El dispositivo bus emisor se carga debido a la continua transferencia de capacidad del cable. Igualmente, los picos de señal son redondeados por esta impedancia. El nivel de señal cae debido a la carga resistiva (tanto del cable bus como del componente) de la señal. Para poder transmitir los datos con seguridad a pesar de estos dos efectos, la longitud del cable total por segmento de la línea no puede exceder los m y el máximo numero de dispositivos por segmento de la línea es 64. Comunicación KNX 04.Communication_SP0608b.doc Página 25/25

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