Lập trình hệ thống KNX bằng ETS: Hiện tại và tương lai

KNX là tiêu chuẩn toàn cầu về điều khiển tòa nhà thông minh và được tuân thủ bởi nhiều nhà sản xuất trên thế giới. Điều này có nghĩa là bạn có thể lắp đặt và kết hợp các các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau, tất cả các thiết bị sẽ tương tác và hoạt động cùng nhau theo một chuẩn chung được quy định bởi KNX. Nhưng công nghệ đằng sau KNX là gì và tương lai của phần mềm điều khiển hệ thống, gọi là ETS, là gì? Tổng quan ngắn sau đây sẽ tóm tắt một số điểm chính về kiến trúc của hệ thống KNX và vai trò của công cụ ETS.

Kiến trúc hệ thống KNX

KNX được xây dựng trên nền tảng công nghệ truyền dẫn bus. Mọi thiết bị vật lý trong hệ thống KNX sử dụng cùng một phương thức truyền dẫn và có thể trao đổi dữ liệu thông qua bus chung. Việc truy cập bus được quy định rõ ràng bằng phương thức truy cập “bus access”.

Tất cả các thiết bị KNX được kết nối với một phương thức truyền tải bus chung, vì vậy tất cả chúng đều nhìn thấy cùng một thông tin. Hầu hết dữ liệu là các thông tin địa chỉ (nghĩa là dữ liệu đến từ đâu và sẽ đến đâu)

Một đặc điểm quan trọng của hệ thống KNX là cấu trúc điều khiển phân tán. Mỗi thiết bị KNX đều có bộ vi xử lý riêng và thực hiện các chức năng cụ thể, chuyên biệt trong hệ thống như: điều khiển rèm, điều khiển cường độ ánh sáng … Điều đó có nghĩa là hệ thống KNX không nhất thiết cần có thiết bị điều khiển trung tâm, bởi vì ‘trí thông minh’ của hệ thống được đặt trên tất cả các thiết bị. Thực tế thì cũng có thể có các thiết bị điều khiển trung tâm, nhưng chúng có xu hướng được sử dụng cho các ứng dụng rất chuyên biệt.

Lợi thế lớn của cấu trúc điều khiển phân tán, là, nếu một thiết bị bị lỗi, các thiết bị khác vẫn tiếp tục hoạt động, do cấu hình được thực hiện riêng lẻ, ở cấp độ thiết bị. Chỉ những ứng dụng phụ thuộc vào thiết bị bị lỗi sẽ bị gián đoạn.

Trong hệ thống KNX, có 3 loại thiết bị:

Thiết bị đầu vào (sensors)

Thiết bị đầu ra (actuators)
Thiết bị hệ thống (system devices)

Thiết bị đầu vào (sensors) là thiết bị phát hiện các sự kiện hoặc hành động trong tòa nhà. Thiết bị đầu vào có thể là cảm biến hồng ngoại, nút bấm, màn hình cảm ứng, các thiết bị di động thông minh … Các sự kiện hoặc hành động có thể bao gồm những thứ như ai đó nhấn nút, ai đó di chuyển, nhiệt độ giảm trên hoặc dưới giá trị đã đặt … Các sensors sẽ chuyển đổi các sự kiện này thành các telegrams và gửi chúng theo đường truyền dẫn bus.

Các thiết bị đầu vào KNX (sensors) điển hình. Từ trái qua phải: Màn hình cảm ứng (hãng GreenControls), nút bấm (hãng Schneider, JUNG, Basalte)

Thiết bị đầu ra (actuators) là các thiết bị tiếp nhận các telegram và chuyển đổi các lệnh được thiết lập sẵn trong đó thành hành động. Về cơ bản, các thiết bị đầu ra thường là các bộ điều khiển switches, dimmers, shading, heating …

Các thiết bị đầu ra KNX (actuators) điển hình. Từ trái qua phải: shutter actuator (GreenControls), switch actuator (GreenControls), dimmer actuator (THEBEN).

Các thiết bị hệ thống là các thiết bị cung cấp nguồn (KNX Power Supply), giao diện lập trình (interface), điều khiển logic (logic machine), …

Các thiết bị hệ thống đóng vai trò trung gian như cung cấp nguồn VDC, xử lý các thuật toán logic.

Các loại đường truyền KNX (KNX Bus)

Tiêu chuẩn đường truyền KNX được thiết kế rất linh hoạt. Về cơ bản bạn có thể lắp đặt các đường truyền với mọi loại công trình xây dựng và trong các điều kiện môi trường khác nhau: trong nhà, ngoài trời, ẩm, ướt … Đối với các công trình xây mới, thông thường các kỹ sư hệ thống sẽ thiết lập đường truyền bus KNX bằng cáp TP (Twisted Pair), nhưng đối với các công trình đã có sẵn, việc đi lại hệ thống dây truyền dẫn không phải lúc nào cũng khả thi.

KNX cung cấp một số loại đường truyền bus cơ bản:

KNX Twisted Pair (KNX TP) – sử dụng cáp đôi vặn xoắn.
KNX Powerline (KNX PL) – sử dụng mạng lưới điện sẵn có.
KNX Tần số radio (KNX RF) – sử dụng giao tiếp không dây qua tín hiệu radio.
KNX IP – sử dụng giao tiếp qua Ethernet.

Hệ thống KNX sử dụng dây cáp tiêu chuẩn KNX Twisted Pair để truyền dẫn dữ liệu.

Lập trình hệ thống KNX

Có hai chế độ lập trình trong hệ thống KNX:

Chế độ S (System-Mode): đây là chế độ hệ thống. Sử dụng để cấu hình, lập trình và vận hành hầu hết các thiết bị KNX. Chế độ này sử dụng phần mềm ETS chạy trên PC và hệ điều hành Windows.
Chế độ E (Easy-Mode): đây là chế độ đơn giản. Chế độ này không sử dụng phần mềm hay máy tính để cấu hình và lập trình cho các thiết bị KNX mà sử dụng các nút bấm hoặc các thiết bị cầm tay. Chế độ này áp dụng với các hệ thống KNX có mô hình nhỏ và phù hợp với các kỹ sư có kiến thức cơ bản về bus technology nhưng không có kỹ năng sử dụng phần mềm.

Phần mềm ETS – yếu tố thành công then chốt của hệ thống KNX

KNX thì phải sử dụng phần mềm ETS, đó là điều bắt buộc khi thiết kế, cấu hình và lập trình hệ thống.

Phần mềm ETS là phần mềm độc lập với nhà sản xuất được sử dụng để thiết kế, cấu hình và vận hành các thiết bị KNX tại chế độ S-Mode. Phần mềm ETS Professional đã được KNX Association (Hiệp hội quản lý tiêu chuẩn KNX), trụ sở tại Brussels, Bỉ phát triển và phân phối trên 28 năm (từ năm 1990). Ngày nay, ETS còn được tích hợp các phần mở rộng hệ thống KNX Secure (truyền thông và dữ liệu KNX được mã hóa) vào chức năng phần mềm tiêu chuẩn.

ETS Professional là trái tim của công nghệ KNX. Các nhà tích hợp hệ thống có thể sử dụng ETS để kết nối các thiết bị KNX từ hơn 450 nhà sản xuất khác. ETS cung cấp tất cả những gì cần thiết để thiết lập mọi thứ thông qua môi trường hiện đại và thân thiện với người dùng. Nó có chức năng kéo và thả cũng như khả năng thêm ứng dụng từ KNX Store.

ETS Professional hiện đang ở thế hệ thứ năm, gọi là ETS5 Professional. Một trong những tính năng chính của phiên bản mới, giúp KNX khác biệt với bất kỳ công nghệ cạnh tranh nào khác, là hỗ trợ KNX Secure (sử dụng mã hóa), cũng như các thiết bị KNX RF S-Mode và Liên kết thông minh. Liên kết thông minh là một sáng kiến mới trong ETS, cho phép các thiết bị được liên kết ở cấp độ ‘channel’ (một tính năng đã có trong ETS Professional thông qua ‘Building View’, nhưng dĩ nhiên, sẽ được phát triển và cải thiện hơn nữa).

Phiên bản hiện tại của ETS là 5.6.6, bổ sung nhiều cải tiến cho giao diện người dùng cũng như tích hợp các khía cạnh hệ thống mới.

Thách thức đối với ETS

Thách thức chính của ETS đang, và sẽ luôn luôn là khả năng tương thích và hỗ trợ các thiết bị KNX được sản xuất từ nhiều năm trước. Các thiết bị KNX có vòng đời ít nhất 15 năm, điều này cực kỳ dài trong thế giới phần mềm. Hiện tại ETS vẫn sẽ hỗ trợ các thiết bị KNX yêu cầu plug-ins và DCAs (DCA là một phương thức bổ sung để cấu hình thiết bị KNX trong ETS) trong 15-20 năm nữa.

Một thách thức khác là hỗ trợ các thiết bị KNX khi chúng trở nên phức tạp hơn bao giờ hết. Chúng bao gồm các thiết bị hỗ trợ mã hóa (KNX Secure); các thiết bị có số lượng kênh lớn như actuators 24 kênh có yêu cầu các trình ứng dụng độc lập (MAP: Modular Application Programs); tất cả các loại tính năng nâng cao dựa trên các dịch vụ truyền tải bus (như Group Object dialogstics); và tất cả các kết hợp có thể có của chúng.

Biểu đồ dưới đây cho thấy nguyên tắc về cách xử lý các ứng dụng KNX lớn trong tương lai.

Nguồn: knxtoday.com