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Topología KNX TP1

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Domótica e Inmótica KNX Association Topología KNX TP1 02.Topology_SP0608a.doc Página 2/22

Índice

1 Topología - Línea...................................................................................................... 3 2 Topología - Área ....................................................................................................... 4 3 Topología – Varias áreas .......................................................................................... 5 4 Dirección física.......................................................................................................... 6 5 Acoplador: función “compuerta” ................................................................................ 7 6 Diagrama de bloques del acoplador.......................................................................... 8 7 Emplazamiento del acoplador ................................................................................... 9 8 Acoplador: campos de aplicación.............................................................................10 9 Acoplar varias líneas................................................................................................11 10 Ejemplo práctico para explicar la funcionalidad........................................................12 11 Telegrama interno de línea ......................................................................................13 12 Telegrama de cruce de líneas..................................................................................14 13 Telegrama de cruce de áreas...................................................................................15 14 Contador de ruta del acoplador ................................................................................16 15 KNX – Interfaces externos e internos.......................................................................17 16 Topología - Estructura en el edificio .........................................................................18 17 Atención al tráfico intenso de telegramas: red IP .....................................................20 18 Límites en la utilización de routers IP.......................................................................22

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línea TLN SV / Dr FA / Bo

APT 1

APT

APT 64

APT

APT APT

APT

APT

APT

APT: Aparato Bus FA/Bo: Fuente de alimentación con bobina

Gráfico 1: Topología - Línea

1 Topología - Línea

Cada componente Bus (o aparato Bus) puede intercambiar información con cualquier otro componente Bus por medio de telegramas. Una línea consta de un máximo de 4 segmentos de línea, cada uno de ellos con un máximo de 64 componentes Bus. Cada segmento de línea debe ser alimentado mediante una fuente de alimentación adecuada. El número real de componentes Bus conectados depende de la fuente de alimentación seleccionada y del consumo de cada aparato individual.

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Gráfico 2: Topología - Área

2 Topología - Área

Si se va a emplear más de una línea o si se va a elegir una estructura diferente, podrán conectarse hasta 15 líneas a una línea principal por medio de acopladores de líneas (AL). Esto es lo que se denomina área.

También es posible tener hasta 64 componentes Bus en la línea principal. El número máximo de componentes Bus en la línea principal disminuye con el número de acopladores de línea en uso.

Cada línea, incluyendo la principal, debe tener su propia fuente de alimentación. Los repetidores de línea (amplificadores) no deben ser utilizados ni en las líneas de área ni en la línea principal de áreas (backbone)

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Gráfico 3: Topología – Varias áreas

3 Topología – Varias áreas

El KNX TP1 puede ampliarse mediante la línea de áreas. El acoplador de áreas (AA) conecta su área correspondiente a la línea principal de áreas (backbone). También es posible situar componentes Bus en la línea de áreas. El número máximo de componentes Bus en la línea de áreas disminuye con el número de acopladores de áreas en uso. En un máximo de 15 áreas funcionales, pueden conectarse al sistema bus más de 58.000 aparatos. Dividiendo la instalación KNX en líneas y áreas, la funcionalidad del sistema se incrementa considerablemente.

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Gráfico 4: Dirección física

4 Dirección física

La dirección física sirve para identificar de una manera unívoca el componente Bus, describiendo su localización dentro de la topología. A = 1-15 señala las áreas funcionales 1-15 A = 0 señala los componentes Bus en la línea de áreas L = 1-15 señala las líneas 1-15 en las áreas definidas por A L = 0 señala la línea principal C = 1-255 señala los componentes Bus en la línea definida por L C = 0 señala el acoplador de línea o de área (línea principal) La dirección de un acoplador de Bus desprogramado es 15.15.255

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Filter-Tabelle

Línea prim aria

Tabla de filtros

Línea secundaria

?

Acoplador de líneaso acoplador de áreas

Gráfico 5: Acoplador: función “compuerta”

5 Acoplador: función “compuerta”

Cuando se asignan los parámetros, se proporciona al acoplador una tabla de filtros. Todos los telegramas de grupo recibidos se reenviarán si están registrados en la tabla de filtros. De esta forma, cada línea funciona de forma independiente. Sólo se dejarán pasar a través del acoplador los telegramas de cruce de líneas y de cruce de áreas. Los LEDs amarillos del acoplador parpadean cuando se recibe un telegrama proveniente de las líneas de cada lado del acoplador. El amplificador (o repetidor) de línea deja pasar todos los telegramas; no tiene tabla de filtros.

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Nuevo acoplador de línea Antiguo acoplador de línea

Gráfico 6: Diagrama de bloques del acoplador

6 Diagrama de bloques del acoplador

El acoplador está diseñado para montaje en carril DIN. La línea principal se conecta por medio de un conector de Bus. La línea secundaria se conecta a través del carril de datos o mediante clema de Bus. Los nuevos tipos de acoplador (desde julio del 2003) pueden programarse tanto desde la línea principal como desde la secundaria. Con el acoplador antiguo (hasta junio 2003) la alimentación tanto para las unidades de acoplamiento al Bus, como para la lógica y la memoria de la tabla de filtros la proporcionaba la línea secundaria. El nuevo acoplador sólo tiene un controlador y toma la alimentación de la línea secundaria. La ventaja que comporta esto es que el acoplador puede avisar en caso de caídas de tensión de dicha línea subordinada. En el acoplador antiguo la memoria filtro se alimentaba de una batería de litio con una vida de > 10 años (incluso sin tensión de Bus). El nuevo acoplador está dotado de una memoria Flash-ROM y, por lo tanto, no necesita el buffer de la batería. El acoplador aísla eléctricamente las líneas.

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Gráfico 7: Emplazamiento del acoplador (1)

7 Emplazamiento del acoplador

Un acoplador puede utilizarse como: Acoplador de áreas AA Conexión: línea de áreas a la línea principal Acoplador de líneas AL Conexión: línea principal a una línea secundaria Amplificador (Repetidor) de línea AML Para ampliar una línea con un segmento más de máx. 64 componentes Bus y una longitud de cable adicional de 1.000 m. Los acopladores de línea y de área sólo dejan pasar telegramas de cruce de líneas, mientras que un amplificador de línea deja pasar todos los telegramas. El acoplador de área, el acoplador de línea y el amplificador de línea son aparatos idénticos. Las tareas que realizan dependen de dónde estén situados y de la correspondiente dirección física asignada.

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Dirección física

LF A

El acoplador se utiliza

als> 0

> 0

> 0

= 0

> 0

> 0

= 0

> 0

Línea de áreas/Línea principal

Línea principal/Línea secundaria

Expansión de una línea

Acoplador de áreas

Amplificador de línea

Acoplador de líneas

paracomo

= 0

Gráfico 8: Emplazamiento del acoplador (2)

8 Acoplador: campos de aplicación

La dirección física asignada es la que define si un acoplador es un acoplador de área, un acoplador de línea o un amplificador de línea. La dirección 1.1.0, por ejemplo, define a un acoplador como el acoplador de línea para la línea 1 en el área 1. El acoplador vigila la comunicación de datos entre la línea principal y la línea secundaria y viceversa. Sólo dejará pasar los telegramas cuyas direcciones de grupo se almacenen en su tabla de filtros.

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Gráfico 9: Acoplar varias líneas

9 Acoplar varias líneas

Cuando utilizamos varias líneas, cada línea debe tener su propia fuente de alimentación y su bobina. El gráfico muestra la fuente de alimentación con bobina separada, así como los acopladores de línea antiguos (más anchos = 4 mód.) La línea secundaria (Ej.: línea 1) se conecta al carril de datos mediante presión o utilizando clemas de Bus, mientras que la principal (Línea 0) lo hace mediante conectores de Bus estándar.

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Gráfico 10: Ejemplo práctico

10 Ejemplo práctico para explicar la funcionalidad

El pulsador T1 debe conmutar las luces L11, L12 y L13. En la configuración se le asigna

la dirección de grupo 1/1/1; también a los actuadores de las luces se les asigna dicha

dirección de grupo.

El pulsador T2 debe conmutar las luces L21, L22 y L23. En la configuración se le asigna

la dirección de grupo 1/1/2; también a los actuadores de las luces se les asigna dicha

dirección de grupo.

Además, el sensor de luminosidad S1 también debe conmutar las luces de las ventanas.

Se configura con la dirección de grupo 1/1/11. También a los actuadores de las luces de

las ventanas se les asigna dicha dirección de grupo.

De esta forma, las luces de las ventanas pueden recibir órdenes tanto de sus pulsadores,

como del sensor de luminosidad.

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KNX

Gráfico 11: Telegrama interno de línea

11 Telegrama interno de línea

Al presionar el pulsador P1 se envía un telegrama con la dirección de grupo 1/1/1. Aunque todos los componentes Bus escuchan al Bus cuando se transmite el telegrama, solamente los actuadores de las lámparas L11, L12 y L13, con la dirección de grupo común 1/1/1, ejecutan la orden. Si el sensor de luminosidad envía la dirección de grupo 1/1/11, todos los componentes Bus de esa línea escuchan al Bus pero sólo los actuadores de las lámparas de la ventana L11 y L21 (porque se ha dado la dirección de grupo 1/1/11 al canal correspondiente del actuador), por ejemplo, ejecutan la orden.

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Gráfico 12: Telegrama de cruce de líneas

12 Telegrama de cruce de líneas

Si un sensor de luminosidad, por ejemplo, no está conectado en la misma línea que la lámpara que tiene que controlar, será necesario transmitir sus telegramas a través de la línea principal. El acoplador de línea AL2 tendrá así conocimiento de que hay componentes Bus fuera de su propia "línea 2" que responden a los telegramas transmitidos por el sensor de luminosidad. Por tanto, AL2 pasa el telegrama de grupo 1/1/11 a la línea principal. El acoplador de línea AL1 está informado de que existen componentes Bus en su "línea 1" que responden al telegrama de grupo 1/1/11 y, por lo tanto, transmite el telegrama a su línea. Todos los componentes Bus de esta línea escuchan el telegrama procedente del sensor de luminosidad, pero únicamente los actuadores de las lámparas L11 y L21 ejecutan la orden.

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Gráfico 13: Telegrama de cruce de áreas

13 Telegrama de cruce de áreas

Incluso si el sensor de luminosidad S1 se asigna a un área funcional diferente, podrá seguir dirigiéndose a todos los componentes Bus a través de la línea de áreas. Si se asigna al sensor de luminosidad la dirección de grupo 1/1/11, los acopladores de áreas AA1 y AA2 y el acoplador de líneas AL1 dejarán pasar el telegrama a la línea 1. Los actuadores de las lámparas L11 y L21 en el área funcional 1, línea 1, ejecutarán la orden consiguientemente.

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CR = Contador de Ruta AA = Acoplador de áreas AL = Acoplador de líneas APT = Aparato bus

CR = 0

AML

CR = 1

CR = 2

CR = 3

AA

APT

CR = 5

CR = 6

AA

AL

APT

CR = 4

AML

AL

INCORRECTO

Gráfico 14: Contador de ruta del acoplador

14 Contador de ruta del acoplador

El telegrama transmitido por el aparato emisor contiene un "contador de ruta" cuyo valor inicial es 6 (CR= 6) Cada acoplador disminuye en una unidad el contador de ruta y pasa el telegrama mientras el valor siga siendo positivo (no 0). Se tienen en cuenta las entradas de la tabla de filtros. Si el aparato en servicio transmite, por ejemplo, un telegrama que tiene un valor de contador de ruta: CR= 7, los acopladores no alteran este valor. En este caso se ignora la tabla de filtros y se pasa el telegrama a todos los acopladores de línea en todo el sistema bus. Finalmente, alcanza los componentes Bus para los cuales se había destinado, sin importar en qué línea estén conectados. Si la instalación tiene una disposición de cruce de líneas, el contador de ruta limita el número de telegramas que cruzan las líneas.

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Gráfico 15: KNX - Interfaces externos e internos

15 KNX – Interfaces externos e internos

El KNX está abierto a cualquier otro sistema. La línea de áreas (o cualquier otra línea) puede conectarse a través de una pasarela adecuada a sistemas como RDSI, PLCs, Internet, y otras tecnologías de gestión de edificios. La pasarela realiza una conversión bidireccional del protocolo. El acoplamiento de los diferentes medios KNX se realiza mediante los respectivos acopladores de medios (Ej.: Twisted Pair 1 y Power Line 110) Igualmente, algunas partes de las instalaciones KNX pueden ser conectadas por medio de fibra óptica, con la ventaja de no tener limitación de longitudes de cable ni interferencias de tipo galvánico.

AA = Acoplador de áreasAL = Acoplador de líneasAPT = Aparato bus FA/Bob.=Fuente de aliment. con bobina

Línea principal = Línea 0

Línea 15Línea 1

AL 1

APT 1 APT 1

AL 15

APT 63 APT 63

AA 1 Gateway

OtrosSistemas

Línea de áreasSV / DrFA / Bob.

SV / DrFA / Bob.SV / DrFA / Bob.

SV / DrFA / Bob.

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Gráfico 16: Estructura de líneas en un proyecto de tamaño mediano (ejemplo)

16 Topología - Estructura en el edificio

Tras la introducción teórica, veamos ahora algo de práctica (Por cierto, el ejemplo anterior también se ve con detalle en el capítulo de “Diseño de Proyecto con el ETS3”, Parte 2) Tomamos como ejemplo un edificio con una estructura óptima en la que no se instalan más de 50 componentes Bus por planta. O se puede - tal y como vemos en el gráfico - realizar una simple separación entre las distintas alas. Vemos ya por tanto que, para trabajar de forma más clara y organizada, la dirección de la línea debe corresponder al número de planta y la dirección del área al número del edificio o de la parte del mismo.

Área Línea

Nº Comen-tario

Nº Comentario

0 Área 0 0 Línea de área

1 Ala Oeste 0 Línea principal oeste

1 1º Piso

2 2º Piso

3 3º Piso

4 4º Piso

5 5º Piso

2 Ala Este 0 Línea principal este

1 1º Piso

2 2º Piso

3 3º Piso

4 4º Piso

5 5º Piso

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Gráfico 17: detalle de los acopladores necesarios siguiendo con el ejemplo de arriba

Por supuesto, no siempre es posible hacerlo así. Pero, dado que existe también la opción de instalar amplificadores de línea (como se explica más arriba), cada una de las plantas puede contener hasta 253 componentes sin dañar la estructura vista más arriba (son 3 menos que 256, ya que los amplificadores de línea cuentan, por consenso, como 2) Con tantos componentes puede realizarse (gracias a los avances en el desarrollo de productos KNX) casi cualquier aplicación, puesto que existen ya componentes con entradas / salidas de 16 y más canales.

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Gráfico 18: Sustitución de los acopladores de línea por los llamados “Router IP”

17 Atención al tráfico intenso de telegramas: red I P

Como decíamos en el apartado anterior, podemos instalar interfaces a otros sistemas en todos los niveles, algo cada vez más importante en proyectos grandes debido a la gran cantidad de funciones a realizar. Una razón importante es la carga intensificada de telegramas que podemos encontrar cuando el usuario solicita una visualización, cuando se utilizan componentes de múltiples canales y cuando se envían muchos avisos de estado de forma automática. Así, en determinadas circunstancias, podemos tener sobrecarga en una topología puramente TP, ya que en las líneas principal y de áreas la velocidad máxima de transmisión es de 9,6 kBit / seg. En este caso, es muy sencillo utilizar una red IP como sustituta de las líneas principal o de área instalando el acoplador adecuado. Como podemos ver volviendo al gráfico anterior, la línea principal se sustituye por una red IP. Esto tiene la ventaja de que todos los procesos corriendo verticalmente, como por ejemplo la comunicación (bidireccional) entre un punto central de control del edificio y el Bus KNX, sólo se determina por el tráfico de datos de la línea secundaria de Bus (Ethernet es como mínimo 1.000 veces más rápido; con los llamados “Gigabit” Switches los datos pueden transmitirse en Ethernet 100.000 veces más rápido) La conmutación paralela de muchas líneas ya no supone, por tanto, ningún problema. El proceso de comunicación estandarizado aquí utilizado se denomina “Tunneling”. Para explicarlo de otra forma, se trata de la conocida función de interfaz, que el ETS también utiliza para la programación en remoto mediante IP. Un punto de control central del edificio puede conectarse simultáneamente con muchos interfaces; de esta forma, se multiplica el tráfico de datos total.

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Lo que se plantea de forma algo distinta es la también posible comunicación directa entre las líneas KNX individuales. Los routers IP utilizan para ello otro procedimiento, llamado “Routing”, la función de acoplador de línea propiamente dicha. En principio, funciona exactamente igual que el routing mediante una línea principal TP: un router IP, que desea enviar un telegrama más allá de una línea, lo envía con lo que llamamos dirección IP “multicast” (multidifusión) a la red Ethernet. El resto de routers IP están unidos mediante dicha dirección multicast y, gracias a ello, pueden recibir y procesar el telegrama. Ahora se aplica de nuevo la función normal de acoplador de línea: la comparación con la tabla de filtros (telegramas de grupo), también obligatoria aquí, o con la dirección de línea propia (telegramas físicos) y el eventual bloqueo o reenvío de los telegramas. En relación con la dirección multicast, téngase en cuenta lo siguiente:

a) Existe una dirección multicast KNX determinada y registrada a nivel mundial, que viene pre-configurada en las aplicaciones del router IP. La misma puede ser modificada en el marco de las áreas de direccionamiento permitidas para comunicación IP.

b) ¡El switch y router de áreas en la red LAN deben ser adecuados para gestionar los paquetes de datos multicast! En caso de duda, deberá aclararse este punto con el administrador de la red LAN antes de comenzar.

c) La dirección multicast no puede ser utilizada mediante Internet, excepto si se usa una conexión VPN.

De nuevo en nuestro ejemplo: esta vez se han sustit uido los acopladores de línea por IP routers. El gráfico nos muestra el caso 1.

Tal y como ocurre con el TP / acoplador TP, el router IP puede utilizarse para hacer las funciones tanto de acoplador de línea, como de acoplador de áreas. En el caso de que sustituya los acopladores de línea, todas las líneas principales y, en principio, también las líneas de áreas se sustituyen por la red Ethernet (Caso 1). Si los acopladores de áreas se sustituyen por el router IP, se conservan los acopladores de línea normales; la red LAN sólo sustituye la línea de áreas (Caso 2) La elección entre ambas posibilidades dependerá en mayor o menor medida de los requerimientos del tráfico ficticio de

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telegramas en las líneas principal y de áreas. En teoría, habría un tercer caso, el funcionamiento mixto, en el que encontraríamos áreas TP normales con un router IP en la cima, además de líneas con routers IP en lugar de acopladores de línea. Esta opción debería seleccionarse sólo en casos excepcionales y se explica en detalle en el Curso Avanzado.

18 Límites en la utilización de routers IP

Aunque pudiera pensarse que la velocidad en el tráfico de datos en una red Ethernet sería el fin del problema de los estados y las pérdidas de telegramas, debe advertirse por adelantado lo siguiente: deben programarse los componentes Bus de forma que no envíen sin criterio gran cantidad de telegramas. Si efectivamente se diera el caso de que desde todas las líneas se envía simultáneamente a una sola línea, la velocidad de Ethernet no ayuda nada, por desgracia. Por ilustrarlo gráficamente, es como si todos los coches accedieran por 100 vías de incorporación a una autovía de 1000 carriles, pero luego quisieran salir todos al mismo tiempo por una única salida. (Por cierto, no es éste un problema específico del estándar KNX, sino que se da en todas las redes de datos distribuidas con estructura reticular). Sólo una estructura lógica de los caminos de comunicación entre los componentes Bus y las líneas puede evitar aquí una pérdida de datos que, aunque improbable, es posible. Sin embargo, esto debería ser tarea sencilla para los profesionales con conocimientos de los componentes Bus y de sus parámetros.

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