knx智能家居培训资料

KNX智能家居培训资料

第一部分：KNX 概述与基础

1 什么是KNX？

• 定义：KNX是全球唯一的开放式、标准化（ISO/IEC 14543, EN 50090, CEN EN 13321, GB/Z 20965）、独立于制造商的智能家居和楼宇自动化系统的通信协议。
• 核心特点：
  • 开放性：任何制造商只要遵守KNX标准，就可以开发兼容产品，不同品牌的产品可以在同一个系统中无缝协同工作。
  • 可靠性：基于成熟的 twisted pair (TP1)、Power Line (PL110)、Radio Frequency (RF) 和 IP 等多种通信介质，确保了数据传输的稳定性和抗干扰能力。
  • 灵活性：适用于住宅、商业、酒店、医院等各种规模的建筑，从单个房间到整栋大厦均可实现。
  • 互操作性：所有KNX设备都使用统一的通信语言，无需网关或驱动即可直接交换信息。
  • 未来性：自1990年代推出以来，KNX技术不断演进，持续吸收新技术（如IP、RF），保证了系统的长期可用性。

2 KNX 系统架构

一个典型的KNX系统由三个核心层次构成：

1. 层结构模型

   • 物理层：定义了设备如何连接到传输介质，如TP1的总线电缆、PL110的电力线、RF的无线信号等。
   • 数据链路层：负责数据的封装、寻址和传输，KNX数据报文是整个通信的核心。
   • 网络层/传输层：在KNXnet/IP中，这部分负责IP网络上的KNX数据隧道化，实现远程访问和路由。
   • 会话层/表示层/应用层：定义了设备的功能、对象描述（如对象、群组地址）以及标准化的通信机制（如读写、场景、响应等）。

2. 拓扑结构

   • 线段：一条由电源、最多64个设备、一个总线耦合器组成的独立总线线路。
   • 区域：由多达15个线段通过线路耦合器连接而成。
   • KNXnet/IP网络：通过IP路由器将一个或多个区域连接到以太网，实现基于IP的通信，可以连接远程设备、服务器和客户端。

3 核心组件

• 传感器：系统的“感官”，用于感知环境信息。
  • 示例：按钮、移动探测器、温湿度传感器、光照传感器、窗帘传感器。
• 执行器：系统的“肌肉”，用于执行控制动作。
  • 示例：继电器驱动器、调光驱动器、窗帘电机、空调控制器、AV设备控制器。
• 控制/操作设备：系统的“大脑”和“交互界面”，用于发出指令和显示状态。
  • 示例：触摸屏、智能面板、温控器、手持遥控器、KNX软件（如ETS）。
• 系统组件：系统的“骨架和神经”，用于连接和管理整个网络。
  • 电源：为KNX总线提供稳定的24V DC电源。
  • 线缆：TP1总线电缆（通常为2x2x0.8mm²）。
  • 耦合器：
    • 线路耦合器：连接不同线段，实现区域内通信。
    • IP路由器：连接KNX总线网络和IP网络，实现跨区域通信和远程访问。
  • 接口/网关：使非KNX设备（如电脑、手机、第三方系统）能够与KNX网络通信。

第二部分：KNX 通信核心

1 群组地址

这是KNX实现设备间逻辑关联的灵魂,它不是物理地址，而是一个逻辑地址，用于将多个设备“订阅”到同一个信息频道上。

• 作用：当数据被发送到一个群组地址时，所有订阅了该地址的设备都会收到该数据，从而实现一对多的广播通信。
• 结构：通常采用三级结构（自由编码），如 1/2/3。
  • 主组：通常用于定义功能区域（如 1 代表客厅）。
  • 中组：通常用于定义设备类型（如 1/2 代表客厅的灯光）。
  • 子组：通常用于定义具体功能（如 1/2/3 代表客厅主灯的开/关）。
• 地址规划：在项目设计初期，必须制定一份清晰、可扩展的群组地址规划表，这是项目成功的关键。

2 KNX 数据报文

KNX设备之间通过标准化的数据报文进行通信。

• 标准报文类型：
  • Group Value Write (GVD)：群组值写入，最常用的报文，用于发送控制命令（如开灯、调光）或数据（如温度值）。
  • Group Value Response (GVR)：群组值响应，用于发送状态反馈（如“灯已打开”、“当前温度为25°C”）。
  • Group Value Read (GVRD)：群组值读取，用于请求状态信息（如“请告诉我当前温度”）。
  • Individual Address Write/Read：用于设置和读取设备的物理地址。
  • Address Table Response：用于响应地址表请求，是设备自动寻址的基础。
  • User Manufacturer Message：用于设备特定的功能，如参数配置、固件升级。

3 物理地址 vs. 群组地址

第三部分：KNX 工具与软件

1 ETS (Engineering Tool Software)

KNX生态系统的核心工程软件,用于项目的整个生命周期。

• 功能：
  1. 设备数据库：包含所有KNX制造商的设备信息（.xml文件）。
  2. 项目创建与管理：创建、配置和管理KNX项目。
  3. 硬件配置：添加设备、分配物理地址、绘制拓扑图。
  4. 群组地址分配：根据规划表为设备功能分配群组地址。
  5. 逻辑编程：使用功能图 或 文本算法 编写控制逻辑，实现复杂的自动化场景。
  6. 参数设置：配置设备的具体参数（如传感器的阈值、执行器的响应时间）。
  7. 项目生成与下载：将编译好的项目数据下载到KNX设备中。
  8. 维护与诊断：监控网络状态、读取设备日志、进行故障排查。

2 ETS 使用流程简介

1. 新建项目 -> 选择设备数据库。
2. 添加硬件 -> 从数据库中选择设备，拖入拓扑图，分配物理地址。
3. 创建群组地址 -> 导入或手动创建群组地址列表。
4. 关联地址 -> 将设备的输入/输出对象与群组地址关联起来。
5. 编程 -> 使用功能图搭建逻辑，“当按钮被按下（GA 1/1/1）时，打开灯（GA 1/2/1）”。
6. 编译项目 -> 检查错误并生成设备数据。
7. 下载项目 -> 将数据下载到所有设备中。
8. 调试 -> 使用ETS的监控功能测试系统运行情况。

第四部分：KNX 设备详解

1 传感器

• 输入类型：数字输入（按钮）、模拟输入（温度、亮度）、场景输入。
• 功能：将物理信号（按下、移动、温度变化）转换为KNX标准报文。
• 关键参数：输入类型、延迟时间、脉冲/电平模式。

2 执行器

• 继电器驱动器：控制开关型负载（如灯、插座）。
• 调光驱动器：控制0-10V或DALI调光灯具。
• 窗帘/遮阳百叶执行器：控制电机正反转、停止和位置。
• 空调控制器：与VRF/VRV等空调系统通信，控制模式、温度、风速等。
• AV控制器：通过红外或串口控制电视、投影仪等影音设备。

3 控制设备

• 智能面板：物理面板，带按键、LCD屏、触摸功能。
• 触摸屏：图形化界面，可定制显示各种信息和控制界面。
• 温控器：集成温度传感和房间控制功能。
• 手持遥控器：便携式控制设备。

第五部分：项目设计与实施

1 设计流程

1. 需求分析：与业主沟通，明确功能需求（灯光、窗帘、空调、安防、AV等）。
2. 系统规划：
   • 确定系统架构（TP, PL, RF, IP）。
   • 规划拓扑结构（线段、区域划分）。
   • 进行负载计算，确定所需电源和驱动器数量。
   • 制定群组地址规划表。
3. 施工图设计：绘制系统图、点位图、管线图。
4. 设备选型：根据需求和预算选择合适的KNX设备。
5. 工程实施：
   • 布线（TP总线需使用双绞线，避免与强电并行）。
   • 安装设备（传感器、执行器、控制面板等）。
   • 安装电源、耦合器等系统组件。
6. 编程与调试：
   • 使用ETS进行硬件配置和逻辑编程。
   • 分区域、分功能进行调试。
   • 对业主进行使用培训。
7. 文档交付：交付竣工图、系统手册、ETS项目文件。

2 最佳实践

• 总线电源：一个线段的总线长度和设备数量不能超过其额定功率，通常建议总线电源的容量不超过总线容量的80%。
• 屏蔽与接地：TP1总线电缆最好使用屏蔽双绞线，并在适当位置单端接地，以减少电磁干扰。
• IP网络：在大型项目中，使用KNXnet/IP可以极大地简化布线，并实现远程管理和监控。
• 备份：ETS项目文件是系统的核心资产，必须妥善备份。

第六部分：进阶主题

1 KNX 与 IP 的融合

• KNXnet/IP：是KNX over IP的标准化协议套件。
  • KNX IP 路由器：连接KNX网络和以太网，是网关和隧道的基础。
  • KNX IP 设备：直接内置IP接口，可通过IP网络进行通信。
  • KNX IP Client/Server：允许第三方软件（如家庭服务器、手机App）通过Socket接口直接访问KNX设备。

2 KNX 与其他系统集成

• KNX Modem Gateway：将KNX网络与Modbus TCP/RTU设备连接。
• KNx Web Server：将KNX设备直接接入互联网，进行Web访问。
• KNx Cloud：通过云平台实现远程访问、数据分析和AI场景联动。

3 KNX RF 无线

• 适用于改造项目或难以布线的区域。
• 使用868MHz频段,具有自组网和路由功能。
• 无线中继器可以扩展信号覆盖范围。

第七部分：学习资源与认证

1 推荐学习资源

• 官方网站：
  • KNX Association: 官方网站，有标准文档、制造商列表、培训信息。
  • KNX-US: 美国分部，资源丰富。
• 在线课程：
  • KNX官方在线培训平台。
  • Udemy, Coursera等平台上的相关课程（需甄别质量）。
  • 各大KNX培训合作伙伴（如Siemens, Schneider Electric, Hager, ABB）提供的培训。
• 书籍：
  • 《KNX Technology - The Standard for Home and Building Control》：官方推荐的入门书籍。
  • 《Building Automation with KNX》：更深入的技术书籍。
• 社区与论坛：
  • KNX官方论坛。
  • DIY社区（如Home Assistant论坛）中关于KNX的讨论区。

2 KNX 认证

• KNX Certified Partner (KCP)：面向系统集成商和安装公司，证明其具备设计和实施KNX项目的能力。
• KNX Certified Trainer (KCT)：面向培训师，允许其教授官方认证课程。
• KNX User (User)：面向个人，通过培训和考试证明其具备KNX基础知识和使用ETS的能力，这是进入KNX行业的起点。