O Protocolo KNX

Em artigos anteriores, apresentamos a tecnologia IoT ou Internet das Coisas, bem como a capacidade de controle de dispositivos utilizando a mobilidade com as redes sem fio e o protocolo IP. Pode-se, neste contexto, atentar para os diversos elementos de rede existentes em um prédio inteligente considerando um protocolo que vem ganhando cada vez mais adeptos no Brasil que é o protocolo KNX.

O protocolo KNX é um padrão aberto para todas as aplicações de domótica, abarcando desde a iluminação e controle de elementos de automação predial padronizando a interconexão de diversos sistemas como segurança, aquecimento, ventilação, ar condicionado, monitoração, alarme, controle de água, eficiência energética, eletrodomésticos, som, entre outros. A tecnologia pode ser utilizada em edifícios residenciais e não residenciais novos e já existentes.

A figura 1 apresenta a versatilidade do protocolo, uma vez que se trata de um sistema aberto com possibilidade para “conversar” com demais protocolos do mundo IP ou do mundo de automação industrial, como o Modbus, BACnet, CAN etc.

 

Figura 1 – Controles do sistema do protocolo aberto KNX para ambiente predial (fonte: http://eurodomotica-knx.com.br/br/knx/)

 

É uma tecnologia flexível que pode ser implementada em qualquer plataforma de processadores com o uso de dispositivos de uma série de fabricantes na área de domótica, que tem crescido rapidamente no Brasil.

O KNX é um protocolo global para domótica que considera:

O KNX está aprovado nas comissões europeias e americanas como:

  • norma europeia (CENELEC EN 50090 e CEN EN 13321-1);
  • norma internacional (ISO/IEC 14543-3);
  • norma chinesa (GB/T 20965); e
  • norma dos EUA (ANSI/ASHRAE 135).

Ferramenta KNX – o ETS

ETS significa Software Engineering Tool: é uma ferramenta independente para projetar e configurar instalações como casas e edifícios para permitir o controle inteligente com o sistema KNX.

ETS é um software que funciona em computadores baseados em plataforma Windows © para apoio na realização de projetos de automação predial nas seguintes fases e tarefas:

  • projeto de planejamento e design;
  • comissionamento;
  • documentação de projeto;
  • diagnóstico e solução de problemas.

As áreas de aplicação incluem:

  • controle de iluminação (comutação, dimerização, “iluminação ambiente”);
  • controle de sombreamento (persianas, cortinas);
  • aquecimento, ventilação, ar condicionado (sala de controle individual de temperatura, controle de radiadores, unidades térmicas, caldeiras, coolers, ventiladores, …);
  • acesso e segurança (detecção de presença, detecção e alarme de roubo e de incêndio, simulação de presença, interruptor de pânico);
  • gestão de energia (consumo de medição, corte de carga, …);
  • funções de conforto e controle inteligente em todas as aplicações (controle de usuário central, controle de processo inteligente, combinação de cenário …);
  • controle remoto e manutenção remota (por exemplo via telefone ou Internet).
  • interface com sistemas complementares ou periféricos (produtos da linha branca, consoles de supervisão, gestão de instalações, sistemas de segurança dedicados, áudio, multimídia, serviços, …).

O KNX funciona basicamente em barramento, conforme figura 2, o que diminui a grande quantidade de cabos para distribuição dos diversos elementos da rede, onde cada elemento passa ser endereçado enviando e recebendo informações de um processador central.

 

Figura 2 – Barramento da rede KNX                               (fonte: http://www.knx.org/)

 

Na figura 3 tem-se o esquema de ligação de dispositivos KNX.

 

Figura 3 – Esquema de ligação de dispositivos KNX         (fonte: http://www.knx.org/)

 

O protocolo permite em uma visão funcional:

  1. distribuição;
  2. aplicação de modelos para as várias tarefas;
  3. automação (este é, afinal, o objetivo principal do sistema);
  4. configuração e gerenciamento, para gerir adequadamente todos os recursos na rede permitindo a ligação lógica ou ligação de partes de um aplicativo distribuído, que são executados em diferentes nós;
  5. um sistema de comunicação, com um conjunto de meios de comunicação física, um protocolo de mensagem e modelos para a pilha de comunicação em cada nó correspondente;
  6. este sistema de comunicação tem de suportar todos os requisitos de comunicação de rede para a configuração e o gerenciamento de uma instalação, bem como para hospedar aplicativos distribuídos nela (este é tipificado pelo KNX Kernel);
  7. modelos de dispositivos, resumidos em perfis, para a realização eficaz e combinação dos elementos para desenvolver produtos ou dispositivos reais, que serão montados e ligados em uma instalação.

Formato do quadro

Agora é hora de termos um pequeno olhar para o formato real da mensagem KNX, como uma série codificada no quadro enviado no barramento.

A figura 4 apresenta o formato do protocolo.

 

Figura 4 – Quadro de informação do protocolo KNX

 

 

O Campo de Controle determina a prioridade de quadro e distingue entre o padrão e uma versão estendida.

O campo Endereço pode ser de um para um (unicast) ou grupo (multicast).

A Contagem de saltos do quadro é decrementada pelos roteadores para evitar looping das mensagens. Quando se torna zero, o quadro é descartado a partir da rede, assim como acontece com o campo TTL do protocolo IP.

A TPCI controla as relações de comunicação, camada de transporte, por exemplo, para construir e manter um conexão ponto-a-ponto.

Por sua vez, a APCI completa as ferramentas de serviços de camada de aplicação (ler, escrever, responder, …) que estão disponíveis para o esquema de endereçamento e comunicação de relacionamento. Dependendo do esquema de endereçamento e APCI, o quadro padrão pode transportar até 14 octetos de dados. O protocolo permite a segmentação para transferência em massa, como o download de um programa de aplicação inteira, e é de responsabilidade da gestão do cliente, por exemplo, com o uso de ferramenta ETS.

O quadro padrão assegura a compatibilidade com outros sistemas e o quadro alargado pode abrigar até 248 octetos de dados. Seu uso é definido principalmente para LTE-Mode.

Finalmente, a Checagem do Quadro ajuda a garantir a consistência dos dados e transmissão.

Conclusão:

O KNX é uma mistura coerente de protocolos, interfaces de programação, modelos e ferramentas que estão disponíveis, permitindo explorar e construir soluções que integram a instalação da rede de dispositivos em um ambiente de LAN ou WAN.

As especificações KNX permitem integração com as redes de pacotes IP de forma flexível, uma vez que é possível encapsular o quadro KNX sobre um trecho IP. Existem também implementações deste protocolo, sob a forma de comunicadores iETS (ETS Internet), que permitem a manutenção remota de KNX nas instalações.

Permite a integração com outros sistemas, como:

  • SCADA (Supervisão, Controle e Aquisição de Dados Automatizado), por exemplo, via OPC (OLE for Process Control);
  • gateways de serviço remoto, por exemplo, via OSGi;
  • ambientes de rede locais ou remotos, intranet, extranet e aplicações de internet, sistematicamente por meio de protocolos baseados em IP (Internet Protocol);
  • específicos para estabelecimento de padrões em automação predial, como BACnet.

O KNX tem surgido como um protocolo importante para integração de elementos de automação aproveitando a capilaridade da rede IP para acessos e controles de forma remota.

 

Bibliografia

http://eurodomotica-knx.com.br/br/knx/

http://www.knx.org

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