Domótica con Estándar KNX: Control Inteligente para Edificios y Hogares

¿Qué es el Estándar KNX?

KNX es un sistema de bus de campo basado en un par de conductores trenzados que permite la comunicación y alimentación de los componentes del sistema. Se ha convertido en el primer estándar abierto libre de royalties del mundo, además de las plataformas de hardware y software diseñados para crear sistemas de control en viviendas y edificios.

Modo de Control Descentralizado

Los sistemas KNX no necesitan un control central, ya que cada componente tiene su propio microprocesador.

Herramienta de Software ETS

KNX utiliza la herramienta de software ETS para planificar, configurar, programar y poner en marcha proyectos basados en el estándar KNX.

Modos de Configuración KNX

S-Mode (Modo Sistema)

• Realiza funciones de control sofisticadas en edificios.
• Ofrece un mayor grado de flexibilidad y funcionalidad.
• Los componentes son programados por ETS Profesional de acuerdo con una base de datos de productos suministrados por los fabricantes.

E-Mode (Modo Fácil)

• Para instalaciones de control con formación básica.
• Funciones limitadas.
• Componentes preprogramados y cargados con parámetros que pueden ser reconfigurados.
• La configuración se realiza con ETS Starter.

Medios de Comunicación en el Sistema KNX

• PL-110 (Power Line 110 kHz): Utiliza la línea de fuerza como medio de comunicación, con una velocidad de transmisión de 1200 bits/s.
• RF (Radiofrecuencia a 868 MHz): Emplea la radiofrecuencia como medio de comunicación, con una velocidad de transmisión de 38,4 kbit/s.
• TP (Par Trenzado): Utiliza el par trenzado como medio de comunicación, con una velocidad de transmisión de 9600 bits/s.
• Ethernet: Puede ser usado conjuntamente con especificaciones KNX sobre IP, lo que permite el envío de telegramas KNX encapsulados en telegramas IP.

Funciones de KNX

• Seguridad técnica: Alarma de incendio, de inundación y gas.
• Seguridad personal: Simulación de presencia, detección de anti-intrusión.
• Confort: Control de iluminación, alimentación, persianas y toldos, control de riego.
• Ahorro energético: Zonificación y programación de alimentación, racionalización de cargas eléctricas.
• Funciones de comunicación: Conexión con diversas redes de comunicación, permite el control a distancia de la instalación, por internet o por teléfonos móviles.

Con KNX se puede controlar, comunicar y supervisar por una sola línea, la línea de BUS.

Tecnología KNX/TP

Transmisión de Datos

1. No está aislado eléctricamente, ya que los dos hilos se usan para alimentar los componentes del sistema a 24 VCC.
2. Un 0 lógico se transmite como pulso de tensión; la no recepción es un 1 lógico.
3. Se transmite a una velocidad de 9600 bps.

Alimentación del Sistema KNX/TP

• Cada línea tiene su propia fuente de alimentación para los componentes de la línea. Las fuentes de alimentación son regulables en tensión y voltaje.
• Cada componente se conecta al BUS por medio de un acoplador que alimenta con CC la parte electrónica del componente.

Topología

Se puede conectar en estrella, árbol o línea, excepto en anillo.

Niveles de Conexión

1. Zona:
   • 15 líneas como máximo.
   • Hasta 768 componentes en 15 líneas, con un máximo de 64 componentes cada una.
   • Las líneas se unen por medio de acopladores.
   • La unión es una línea principal.
2. Componente: Cualquier componente KNX, ya sea una salida binaria o una entrada.
3. Línea: Estructura más pequeña de la instalación:
   • Número máximo de componentes: 64.
   • Número máximo de fuentes de alimentación: 2.
   • Distancia máxima de la fuente de alimentación al componente: 700 metros.
   • Longitud máxima total del conductor: 1000 metros.
   • La línea se puede ampliar hasta 256 componentes por amplificadores de línea. Cada zona puede ser ampliada a 15 líneas, con una capacidad máxima de 57600 componentes.

Direccionamiento en KNX

Dirección Física

Sirve para identificar de forma clara el componente en el bus.

• Zona: 15 zonas (4 bits).
• Línea: 15 líneas (4 bits).
• Componentes: 64 componentes en una línea (8 bits).

Dirección de Grupo

Para que un sensor y un actuador realicen una función, se les asigna la misma dirección de grupo.

Procedimientos

1. La dirección de grupo es enviada por los sensores en el telegrama de datos.
2. Todos los componentes con la misma dirección actuarán con la función indicada.
3. La dirección de grupo está relacionada con la aplicación. Se crean 15 grupos principales y 2048 subgrupos.

Se puede asignar en 2 niveles (grupo principal y subgrupo) o en 3 niveles (grupo principal, intermedio y subgrupo).

• Grupo principal: Área general de la instalación.
• Grupo intermedio: Función dentro de esa área.
• Subgrupo: Punto final sobre el que actúa.

Objetos de Comunicación

Son direcciones de memoria de los componentes a los que se adjudica la dirección de grupo. El tamaño varía de 1 a 14 bits. La unión de objetos de comunicación debe realizarse con otros de la misma capacidad de memoria o número de bits.

Protocolo de Comunicaciones

Para que sea posible la transmisión de datos entre cualquier componente, es necesario regular el acceso al BUS por medio del procedimiento CSMA/CA.

Composición del Telegrama

• Información específica del BUS.
• Información de comunicación de los acontecimientos.
• Bits inicial (ST): Comienza una nueva palabra.
• Bits de paridad (P): Completa la suma de los bits de datos hasta la paridad par.
• Bits de parada (SP): Indica que ha terminado la palabra.

Componentes del Sistema KNX

• Sensores: Reciben los cambios de estado del medio físico y transmiten la información en forma de telegrama a los actuadores.
• Actuadores: Reciben los telegramas de los sensores y los convierten en acciones determinadas.
• Acopladores de zonas, líneas y amplificadores:
  • Acoplador: Diseñado para montaje en carril DIN. La línea primaria se conecta por medio de un conector BUS. La línea secundaria lo hace a través del carril de datos.
  • Alimentación: Proporcionada por la línea secundaria.
  • Amplificador: Deja pasar los telegramas, no tiene tabla de filtros.
• Módulos de funciones KNX: Componentes combinados que realizan tareas complejas o centralizadas. Suelen ser llamados desde los sensores y generan telegramas a los actuadores según la función a llevar a cabo.

Componentes Auxiliares del Sistema KNX

• Fuente de alimentación: Genera y supervisa la tensión del sistema que necesita el KNX. Tensión de entrada: 230 VCA. Salida: 29 VCC, 640 mA.
• Conector BUS: Permite conectar el perfil de datos con el cable bus.
• Cable BUS: Soporte físico que alimenta los componentes del sistema y a través del que se realiza la transmisión de datos entre componentes.
• Terminales de conexión: Usados por el sistema KNX para la conexión del cableado BUS a lo largo de la instalación, lo que obliga a usar cable rígido con el fin de usar conexiones rápidas en cada terminal.

Instalación: Básica, de carril DIN, IR, falso techo. Se compone de 1 fuente y un máximo de 64 componentes.

Fuente de alimentación:

• LED rojo: Sobrecarga.
• LED verde: Funcionamiento.
• LED amarillo: Sobretensión.

Ventajas del Sistema KNX

• Gran flexibilidad: Los dispositivos del sistema KNX se pueden adaptar de forma muy flexible para dar solución a cualquier aplicación e instalación.
• Gran conectividad: Los dispositivos KNX tienen la capacidad de conectarse a redes de gran ancho de banda sobre IP, lo que aumenta la capacidad de comunicación del lugar instalado.
• Muy ampliable: El sistema de instalación KNX cubre las demandas de funcionalidad de instalaciones eléctricas actuales y futuras, locales de oficinas, edificios residenciales y del sector terciario.
• Más económico: Presenta un menor número de componentes, lo que facilita la instalación del cableado y reduce costes y tiempo de instalación.
• Transmisión fácil y segura: Permite distintos medios de transmisión. El más usado es el par trenzado; la transmisión se realiza por 2 hilos llamados BUS.

Diseño de la Instalación KNX/TP

Lista de Especificaciones

• Fuente de alimentación: De las líneas KNX, se halla montada sobre carril DIN. Usa una bobina para la conexión al BUS para que no haya interferencias.
• Según REBT: El cableado puede instalarse mediante rozas en las paredes, por debajo del suelo, etc. (Canalizaciones diferentes de la línea de fuerza 230 VCA).
• Control de cargas: El sistema KNX se adapta fácilmente a los cambios en el funcionamiento. El cable más usado es el YCYM.
• Instalación de cable de BUS y redes de potencia: Se lleva a cabo en cajas de distribución.
• Regulación de temperatura: Control de calefacción y aire acondicionado.
• Control de iluminación, persianas y toldos: La conmutación y regulación de estos elementos se puede variar por luminosidad, tiempo, temperatura.
• Monitorizaciones, visualizaciones y registro: Los registros y las informaciones pueden ser recogidos, modificados y supervisados.