eng
Содержание
Содержание
Предисловие ................................................................................11
От издательства ...........................................................................13
Глава 1 Введение .........................................................................14
Глава 2 Системы шин и передачи данных ......................................18
2.1.
Введение .......................................................................... 18
2.2.
Топология сети ................................................................ 19
2.3.
Способы передачи данных .............................................. 22
2.4.
Европейская инсталляционная шина EIB ..................... 24
2.4.1.
Введение .................................................................... 24
2.4.2.
Основные положения ............................................... 25
2.4.3.
Сенсоры и активаторы .............................................. 28
2.4.4.
Топология шины EIB ................................................ 30
2.4.5.
Работа шины EIB....................................................... 32
2.4.6.
Связь с РС .................................................................. 34
2.4.7.
Проверка и конечные результаты ............................ 35
2.4.8.
Техника, реализованная на базе EIB ........................ 36
2.4.9.
Управление и индикация .......................................... 39
2.5.
Шина LON ....................................................................... 42
2.5.1.
Введение .................................................................... 42
2.5.2.
Технологии LonTalk .................................................. 44
2.5.3.
Сетевые компоненты LON ....................................... 45
2.5.4.
Идентификация компонентов сети ......................... 47
2.5.5.
Логическая связь LON-компонентов ...................... 48
2.5.6.
Конфигурация сетевых компонентов ...................... 48
2.5.7.
Топология сети LON ................................................. 48
2.5.8
Допустимое количество узлов в сегменте ................ 50
2.5.9.
Элементы, необходимые
для проведения сети LON ........................................ 50
2.5.10.
Инструменты программирования .......................... 52
2.5.11.
Сравнение систем EIB и LON ................................ 53
2.6.
Сеть Homeputer ................................................................ 54
2.6.1.
Введение .................................................................... 54
2.6.2.
Принцип действия .................................................... 55
2.6.3.
Техника ...................................................................... 56
2.6.4.
Программирование ................................................... 60
2.6.5.
Режимы работы ......................................................... 62
2.6.6.
Инсталляция системы ............................................... 63
2.6.7.
Обобщение ................................................................ 63
2.7.
Шина LCN ....................................................................... 64
2.7.1.
Введение .................................................................... 64
2.7.2.
Принцип передачи данных ....................................... 65
2.7.3.
Практическая инсталляция ...................................... 66
2.7.4.
Принцип функционирования шины LCN .............. 67
2.7.5.
Связь с другими системами ...................................... 69
2.7.6.
Индикация и визуализация сигнала ........................ 69
2.7.7.
Обобщение ................................................................ 71
2.8.
Z-шина ............................................................................. 72
2.8.1.
Введение .................................................................... 72
2.8.2.
Принцип действия .................................................... 72
2.8.3.
Кабельная сеть и шинные компоненты ................... 73
2.8.4.
Настройки функционирования ............................... 73
2.8.5.
Обобщение ................................................................ 74
2.9.
Система PHC ................................................................... 74
2.9.1.
Введение .................................................................... 74
2.9.2.
Среда передачи данных PHC .................................... 75
2.9.3.
Блок управления ....................................................... 75
2.9.4.
Комфорт в умном доме ............................................. 76
2.9.5.
Обобщение ................................................................ 79
2.10.
Беспроводные шинные системы .................................. 80
2.10.1.
Введение................................................................... 80
2.10.2.
Радиопередача данных ............................................ 80
2.10.3.
Радиошина EIB ........................................................ 81
2.10.4.
Радиошинная система ............................................. 82
2.10.5.
Vaitronic .................................................................... 84
2.10.6.
Обобщение ............................................................... 85
2.11.
EIB-Powerline ................................................................ 86
2.11.1.
Введение................................................................... 86
2.11.2.
Принцип передачи данных Powerline .................... 86
2.11.3.
Современная электроинсталляция ........................ 89
2.11.4.
Решение: используем то, что есть! .......................... 91
2.11.5.
Будущее Powerline ................................................... 93
2.12.
Konnex – новый всемирный стандарт? ........................ 95
2.12.1.
Введение .................................................................. 95
2.12.2.
Системная модель Konnex ...................................... 96
2.12.3.
EIB в качестве основы для Konnex ......................... 97
Глава 3 Безопасность и техника в «умном доме» ............................99
3.1.
Введение .......................................................................... 99
3.2.
«Умные» розетки для контроля
над бытовыми приборами ............................................ 100
3.2.1.
Конструкция и основные функции ....................... 100
3.2.2.
Возможности применения ..................................... 102
3.2.3.
Программное обеспечение ContROS
и модули контроля .................................................. 109
3.2.4.
Обобщение .............................................................. 111
3.3.
Умные стиральные и сушильные машины ................... 111
3.3.1.
Бережный уход в режиме ручной стирки ............... 112
3.3.2.
Бельевые сушильные машины –
больше, чем просто «горячий воздух» ................... 113
3.3.3.
Невозможно остаться хладнокровным
к современным технологиям холодильного
оборудования .......................................................... 115
3.3.4.
В цифровой век вместе с Miele@home? ................. 116
3.4.
Мультимедиа и электроника развлечений ................... 120
3.4.1.
Введение .................................................................. 120
3.4.2.
Телевизор в качестве
терминала управления «умного» дома ................... 121
3.4.3.
Home-Management-System ..................................... 122
3.5.
Санитария, отопление и гигиена .................................. 123
3.5.1.
Передвижная ванна, Welness-зоны ........................ 123
3.5.2.
Энергия, тепло и воздух в помещении ................... 126
3.5.3.
Централизованная пылеуборочная установка ...... 128
3.6.
Безопасность внутри умного дома и вокруг него ......... 131
Глава 4 Система Home-Management-System в умном доме ..........150
4.1.
Введение ........................................................................ 150
4.2.
Связь функциональных зон .......................................... 150
4.3.
Что может система Home-Management-System? .......... 154
4.4.
Новый вид услуг ............................................................ 156
4.5.
Перспективы и тенденции ............................................ 158
Глава 5 Интегральное планирование в качестве предпосылки ......160
5.1.
Введение ........................................................................ 160
5.2.
Коммуникативный менеджмент –
все за одним столом ....................................................... 162
5.3.
Использование сети Интернет при планировке .......... 174
5.4.
Цифровое планирование, строительство
и техническое обслуживание – залог успеха
умного дома .................................................................. 177
5.5.
Виртуальный офис ........................................................ 178
Глава 6 Инсталляция .................................................................179
6.1.
Введение ........................................................................ 179
6.2.
Кто и что может инсталлировать? ................................ 180
6.3.
Сформировалось ли
профессиональное мастерство? .................................... 181
6.4.
Повышая квалификацию,
достигаем нужного уровня компетенции ..................... 182
6.5.
Мультимедийная сеть.................................................... 192
6.5.1.
Введение .................................................................. 192
6.5.2.
Система Homeway ................................................... 194
6.6.
Связь с компьютером .................................................... 196
6.7.
Размещение заказов, установка,
ввод в эксплуатацию и инструктаж .............................. 199
Глава 7 Экономим деньги и прекрасно чувствуем себя
в умном доме ................................................................204
7.1.
Введение ........................................................................ 204
7.2.
Каково влияние электромагнитного излучения? ........ 205
7.2.1.
Введение .................................................................. 205
7.2.2.
Как избежать электромагнитного излучения? ...... 207
7.3.
Какие расходы повлечет установка
«умной» техники? .......................................................... 211
7.4.
Как принять решение о введении
«умной» техники? .......................................................... 213
7.5.
Комфорт и безопасность в умном доме ........................ 214
7.6.
Приблизительные расчеты, основанные
на практике .................................................................... 218
7.7.
Видение будущего и тенденции
в эпоху мультимедиа ...................................................... 219
7.8.
«Плюсы» и «минусы» технологии умного дома ........... 224
Smart home_Book.indb 9 28.08.2006 1:52:40
10
Содержание
Глава 8 Актуальные тенденции ...................................................226
8.1.
Введение ........................................................................ 226
8.2.
Современная осветительная техника
помогает экономить энергию ....................................... 227
8.3.
Цифровое телевидение и MHP ..................................... 229
8.4.
Органические LEDs (OLEDs)
должны вытеснить LCDs .............................................. 231
8.5.
Беспроводные сети WLAN и существующее
электрооборудование также подходят
для умного дома ............................................................. 232
8.6.
Smart Home-Technologie® – умный дом здесь! ........... 235
8.6.1.
Smart Home-Technologie® на практике .................. 238
8.6.2.
Технические услуги ОВК в отношении
автоматизации дома ................................................ 239
8.6.3.
Передвижная ванна,
Welness-зоны – вода – основа жизни .................... 242
8.6.4.
Энергия, тепло и воздух –
повсюду в Smart Home ............................................ 245
Источники иллюстраций .............................................................249
Источники информации (по состоянию на сентябрь 2003 г.) ..........251
Общества и организации .............................................................259
Перечень некоторых стандартов и инструкций .............................261
Литература ................................................................................267
Толковый словарь ......................................................................269
Предисловие
С годами публичная и специализированная пресса все больше
внимания уделяет представлению дома будущего. Уже изданы
многочисленные специализированные книги об устройстве так
называемого «умного дома». Если многие примеры техники умно-
го дома, такие как говорящая стиральная машина и закупающий
продукты холодильник, являются делом очень далекого будущего,
то уже сегодня существует достаточно примеров, как посредством
«умной» техники повысить безопасность в домах и квартирах и
при этом сэкономить энергию. Также все большую роль в обус-
тройстве дома играет комфорт: музыка во всех помещениях, ре-
гулируемая при помощи центрального управляющего устройства,
включение и выключение динамиков, регулировка освещения, в
том числе жалюзи с помощью дистанционного управления или
мобильного телефона, на сегодняшний день уже являются реали-
зуемыми на практике проектами.
По мере того как растет интерес клиентов ко всему данному
комплексу предложений, на рынке труда появляются такие необ-
ходимые вакансии, как вакансия консультанта по продаже обору-
дования или специалиста, занимающегося его инсталлированием.
На данный момент это является конкретной предпосылкой для
развития отрасли сетевых технологий и торговли. Только свобод-
но ориентирующиеся в области сетевых технологий предприятия,
которые освоят необходимые в ней профессиональные навыки,
смогут конкурировать в будущем на многомиллиардном рынке.
Число частных и государственных строительных организаций,
которые принимают решение о введении сетевых систем, ежегодно
с полным основанием возрастает на несколько тысяч, так как эти
системы управляют бытовой техникой на благо жильца, повыша-
ют безопасность и комфорт и вносят большой вклад в экономию
энергии. Например, для оснащения жилых помещений при сана-
ции или ремонте старых зданий используют powerlineYтехнологии1
1powerline-технологии – имеются в виду технологии передачи данных
по силовой электропроводке без необходимости прокладки дополнитель-
ных кабелей. (Прим. ред.)
Smart home_Book.indb 1Smart 11 28.08.2006 1:52:41
12 Предисловие
и беспроводные системы доступа, относящиеся к достоинствам
сетевых технологий.
Затраты на эксплуатацию недвижимости заметно снижают-
ся из-за авторегулирования работы многочисленных приборов и
устройств в зависимости от времени суток и присутствия людей.
Сетевые технологии ориентированы на хорошее самочувствие
человека и повышают производительность труда: они служат для
кондиционирования воздуха в помещениях в соответствии с ат-
мосферными условиями и устанавливают внутри здания благо-
приятную атмосферу. Не в последнюю очередь введение сетевых
систем имеет смысл по причине увеличения безопасности: при
минимальном расходе материалов они заметно снижают пожаро-
опасность сетей по сравнению с обычным оборудованием.
Однако рынок сетевых систем сформировался еще не совсем
отчетливо. Зачастую предлагаются системы, свойственные только
определенному производителю или охватывающие лишь некото-
рые частные отрасли.
Эта книга написана для тех, кто занимается планированием,
проектированием и установкой сетевых систем. Наряду с архи-
текторами и проектировщиками электронных систем к таковым
принадлежат также строительные предприятия, и прежде всего
предприятия по производству и установке электронного и элек-
трического оборудования. Также книга должна помочь составить
общее представление о современном уровне развития техники.
Целью написания этой книги не было предоставление конечных
«рецептов приготовления». Обширный перечень конфигураций
электронного оборудования должен дать читателю возможность
получить детальную информацию о предлагаемых товарах.
Я выражаю благодарность всем, кто оказал мне непосредс-
твенную и косвенную поддержку в написании этой книги.
Ламбрехт, Сентябрь 2003 Вернер Харке
Smart home_Book.indb 1Smart 12 28.08.2006 1:52:41
13
От издательства
Для нашей страны все еще остается новой тема «умного
дома» — дома, в котором технические новинки помогают сделать
быт удобным, безопасным и экономичным. Возможно, некото-
рые примеры из книги покажутся читателю чудо-машинами да-
лекого будущего, но за рубежом технология «умного дома» — ши-
роко используемая практика, тенденции которой уже приходят
и в нашу, российскую, строительную индустрию — например,
дистанционное управление для всевозможных бытовых устройств
или автоматическое включение света при входе жильца.
С момента написания этой работы прошло три года, и с тех
пор наверняка появились и, возможно, воплотились в жизнь, но-
вые решения, технологии, идеи. Но сама тема будет актуальной
еще не одно десятилетие, а примеры, которые приводит автор,
являются основой сетевых технологий. При этом автор не пре-
подносит готовых решений, он даёт специалистам возможность
научиться выбирать из множества конфигураций оптимальный
вариант для оснащения именно этого дома, здесь и сейчас, по-
могает сориентироваться во множестве наименований, предла-
гаемых на рынке электроники товаров. «Техносфера» издаёт эту
книгу, чтобы российские специалисты могли больше узнать о но-
вом, прогрессивном, направлении в строительстве.
Издательство благодарит за финансовую поддержку всех рек-
ламодателей книги.
И выражает особую благодарность лично Николаю
Александровичу Науменко (Лаборатория Домашних Технологий
I-Home.ru) за помощь в работе над книгой.
Надеемся, русский перевод книги «Умный дом» станет хоро-
шим помощником для тех, кто работает на стыке двух сфер: элек-
троники и строительства, создавая дома, жить в которых легко и
просто!
Smart home_Book.indb 1Smart 13 28.08.2006 1:52:42
14 Введение
Глава 1
Введение
В 60Yх годах с подачи многих телепередач возникла идея исполь-
зования роботов в домашнем хозяйстве. Роботы в телепередачах
реагировали на речь хозяина или на переключение кнопок и вы-
полняли все команды при помощи дистанционного или ручного
управления. Они заботились о детях, занимались уборкой дома,
умело вели домашнее хозяйство, предоставляя всем членам семьи
свободное время и гарантируя безопасность дома и собственности
от всех непрошенных гостей. Чудесный новый мир, являющийся,
к сожалению (или, наоборот, к счастью), лишь утопией.
В наши дни у нас нет роботов, а безопасность нам обеспечива-
ют системы, управляемые при помощи клавиатуры, дистанцион-
ного управления или проводного вещания.
В случае незаконного проникновения в дом система момен-
тально сообщает близлежащим службам безопасности о попытке
взлома и даже сама предпринимает все возможные меры по задер-
жанию преступника. Также в зависимости от установленного вре-
мени или по желанию хозяина дома включаются дождевальные
установки на лужайках, открываются ворота гаража и, прежде
всего, микроволновая печь и кофеварочная машина приготовят
ужин еще до того, как вся семья вернется домой.
Частные службы безопасности стали центрами бытового об-
служивания, которые тем временем превратились в прибыльное
дело даже за пределами районов с высокой плотностью насе ления.
Все существующие на сегодняшний день технологии основы-
ваются на разработках, которые были созданы еще на рубеже ХХ
столетия. Эти технологии медленно видоизменялись по мере про-
движения вперед технического прогресса. Начало современным
технологиям было положено еще в XIX столетии при создании
первых систем жизнеобеспечения. В процессе развития к это-
му добавились такие коммунальные услуги, как газ, водопровод,
Smart home_Book.indb 1Smart 14 28.08.2006 1:52:42
Введение 15
электричество, которые постепенно привели к механизации до-
машнего хозяйства. Оснащение дома необходимым техническим
оборудованием привело к современному виду жилого дома: кухня
со встроенным оборудованием, включая газовую или электричес-
кую плиту и холодильник, ванная и туалет с современной сантех-
никой и так далее. Дальнейшее усовершенствование домашнего
оборудования привело к внедрению в обиход телефона, радио и
телевидения. Этот процесс протекал одновременно с созданием
футуристических проектов будущего жилья с принципиальной
переменой представления о нем.
Однако в обиход вошла техника, основанная вовсе не на пред-
ставлениях футуристов, а стандартизованные бытовые машины,
задуманные и изготовленные по единому шаблону лишь с неболь-
шой разницей. Они были результатом объединения экономики
строительства и государственного управления с его известной
политикой регулирования. В то время как одни создавали основу
для продолжающегося и сегодня спора в отношении актуального
вопроса бытовой техники, другие приводили замыслы в реаль-
ность. Эти замыслы начинались с планировки дома в целом и за-
канчивались мельчайшими деталями, что в том числе точно было
определено, где можно устанавливать розетки рядом с кроватями,
а где нет.
В настоящее время мы снова переживаем технический про-
рыв, который изменит все предвидения в отношении будуще-
го дома таким же образом, как и индустриальная революция.
Цифровая революция в жилищном строительстве начинает про-
являться уже тогда, когда на этапе составления предварительных
смет повсеместно применяются пользующиеся спросом приборы
со встроенной программой или первые прототипы «Roomware»,
которые позволяют полностью изменить образ жизни и систему
коммуникаций.
Цифровая революция ускоряет механизацию домашнего хо-
зяйства, при этом также меняются акценты. Вопросы, касающие-
ся сферы производства и реализации сенсорной техники, а также
информационных и коммуникационных технологий, выступают
на первый план. Если говорить кибернетическим языком, то сен-
соры и цепи автоматического регулирования перемещаются бли-
же к исполнительным устройствам.
Представление бытовой техники объединяет различные раз-
работки, которые время от времени вызывают горячие споры на-
Smart home_Book.indb 1Smart 15 28.08.2006 1:52:42
16 Введение
чиная с 20Yх годов прошлого столетия до сегодняшнего дня. Эти
разработки включают в себя первые попытки рационализации
строительства зданий в 20Yх годах и идею создания «умного» дома
в наши дни. Понятие «умного дома» возникло от английского
термина intelligent building. Вследствие неправильного перевода в
немецком языке это понятие приобрело название «умный дом»,
что зачастую вводит в заблуждение. Речь идет о рациональном ис-
пользовании агрегата «дом», не затрагивая понятие «машина».
При этом основной акцент делается на его интерактивность.
Нас также интересует вопрос каким образом автоматизация до-
машнего хозяйства повлияет на наш дом – окружающую среду?
Возможно, что цифровой прогресс является постепенным про-
цессом, который привел от частного к целому: от производства
электронной бытовой техники к полному управлению домом по
своему усмотрению. В то время как первый шаг – производство
электронной бытовой техники уже освоен, второй шаг охватывает
объединение белой бытовой техники (например, холодильник),
серой – PC и черной (телевизор) в одну сеть и, следовательно, в
одну систему обслуживания. Управление этой сетью может про-
водиться как изнутри, так и снаружи дома самим жильцом или
предприятием сферы бытовых услуг.
Эта интерактивная система состоит на данный момент из не-
скольких различных сетей, таких как электросеть, телефонная и
телевизионная сети. На данный момент происходит процесс объ-
Рис. 1.1. Идеальный умный дом: повсеместная сеть
Smart home_Book.indb 1Smart 16 28.08.2006 1:52:42
Введение 17
единения сетей, создается оптимальный интерфейс между сетью и
оконечным устройством и, главное, интерфейс между человеком
и машиной в виде графического пользовательского интерфейса,
сенсорного экрана или просто идентификации голоса или жеста.
Многие считают, что переход к сервисному дому является лишь
вопросом времени и жилищное строительство в скором времени
начнет приспосабливаться к новым нормам сферы услуг на общих
тенденциях. Новая форма давней мечты о соответствующем духу
времени строительстве еще долго будет принимать конечный об-
лик. Servicehous, или «умный дом», заменил на сегодняшний день
автоматизированное жилище, существовавшее ранее. Как и всег-
да, сначала необходимо удалить ограничивающие эти тенденции
барьеры в виде предписаний, правил и стандартов. К сожалению,
механизм модернизации дома отстает от общего технического
прогресса не менее чем на 10 лет. Однако в этом отношении на-
дежду подают целостные проекты образцовых домов и многочис-
ленные исследования, проведенные по инициативе некоторых
отраслей промышленности и высших школ совместно с отраслью
проектирования жилищного комплекса. Основной акцент при
этом приходился на комфорт и индивидуализацию жилья, как на
основной фактор для продажи и сбыта. В ходе технической кон-
вергенции сливаются воедино электроника развлечений, техника
коммуникаций и бытовая техника. Добиться популярности в ши-
роком кругу концепция умного дома сможет только тогда, когда
цены на нее достигнут того же уровня, что и цены на традицион-
ное автоматизированное жилище с традиционной бытовой техни-
кой. Другой путь – это государственное поощрение или сниже-
ние эксплуатационных расходов. Вероятно, идею «умного дома»
легче всего было бы воплотить в строительстве жилья, сдаваемого
внаем. При этом было бы легче окупить инвестиции. Другой про-
блемой является следующий вопрос: кто является ответственным
в случае, если вдруг система отопления перестала реагировать на
дистанционное управление? Специалист по отопительной техни-
ке, системный администратор или сервис-провайдер сети ком-
муникации? Установка системы в целом требует полного проду-
мывания со стороны всех участвующих в проекте. Только тогда
можно будет достигнуть рационального использования и оправ-
дывающих себя цен на услуги, а также объединения в сеть, осно-
ванную на стандартных коммуникационных протоколах.
Smart home_Book.indb 1Smart 17 28.08.2006 1:52:43
18 Глава 2 Системы шин и передачи данных
Глава 2
Системы шин
и передачи данных
2.1. Введение
Традиционное электроустановочное оборудование на сегодняш-
ний день является устаревшим. Так как в наши дни к системе бе-
зопасности и функциональности здания предъявляются все более
строгие требования, настало время для полного пересмотра кон-
цепции планирования и прокладывания кабельной сети.
Главным образом пересмотру были подвергнуты следующие
стандарты:
• приборы телекоммуникаций;
• бытовая техника и
• управление электроустановочным оборудованием.
При этом были разработаны следующие концепции:
• структурированная кабельная сеть телекоммуникационно-
го оборудования, структура которого представляет собой
иерархическую пирамиду управления;
• европейская инсталляционная шина EIB1 управления элек-
троустановочного оборудования на основе равноправного
управления.
Технология LON (локальная операционная сеть) равноправного
управления
1В настоящее время технология инсталляционной шины EIB
(European Installation Bus) носит название шины KNX и описывается
европейским (EN 50090 - EN 13321-1) и международным (ISO/IEC 14543)
стандартами. (Прим. ред.)
Smart home_Book.indb 1Smart 18 28.08.2006 1:52:43
19
2.2. Топология сети
По принципиальному построению сети делятся на следующие
структуры, также называемые в электротехнике топологиями: звез-
дообразная, кольцевая, шинная и древообразная. Все четыре струк-
туры в сравнении друг с другом имеют принципиальные различия,
хотя все они служат для одной цели. На достоинства и недостатки
отдельной сети нужно обратить внимание уже при планировке сис-
темы. Например, такими критериями являются: надежная передача
данных по сети, централизованная или децентрализованная систе-
ма управления, необходимые для этого виды кабеля.
Звездообразная структура
Для построения сети со звездообразной структурой необходимо
разместить в центре сети концентратор. Все компоненты не свя-
зываются непосредственно друг с другом, а с помощью отдельного
кабеля присоединяются к концентратору. Его основная функция —
обеспечение связи между компонентами, входящими в сеть. Данная
система достаточна проста. Недостатки этой системы заключаются
в том, что при выходе из строя концентратора дальнейшая работа
сети невозможна, издержки на соединение кабелем всех составля-
ющих достаточно высоки, и, кроме того, концентратор постоян-
но подвергается высокой нагрузке за счет того, что с его помощью
осуществляется связь между всеми компонентами сети.
Рис. 2.1 Звездообразная структура
Топология сети
Smart home_Book.indb 1Smart 19 28.08.2006 1:52:43
20 Глава 2 Системы шин и передачи данных
Кольцевая структура
При кольцевой топологии сети все компоненты связаны одна с
другой по кругу. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.
Кольцо охватывает все компоненты сети, в том числе передатчик
и приемник. Каждый компонент должен активно участвовать в
пересылке информации. Данные обходят кольцо только один раз
и передаются при этом от компонента к компоненту. Каждый
компонент «проверяет», адресованы ли передаваемые данные
ему. Если это так, то он записывает их в свое собственное запо-
минающее устройство. Примером кольцевой структуры является
Token Ring.
Шинная структура
Структуру шины можно представить в виде разрезанного кольца.
При этом все компоненты подключаются параллельно к едино-
му кабелю. В сети с шинной топологией данные, передаваемые
одним компонентом, поступают на все другие. Все компоненты
равноправны между собой, однако принимаются данные лишь
тем компонентом, который обладает доступом к информации.
По причине этой гибкости шина получила большое распростра-
нение.
Рис. 2.2. Кольцевая структура
Smart home_Book.indb 2Smart 20 28.08.2006 1:52:43
21
Древовидная структура
Другой разновидностью шинной топологии является древовидная
топология. Она служит для того, чтобы оптимизировать структуру
сети под особенности строения здания.
BUS
Рис. 2.3. Шинная структура
Рис. 2.4. Древовидная структура
Топология сети
Smart home_Book.indb 2Smart 21 28.08.2006 1:52:43
22 Глава 2 Системы шин и передачи данных
2.3. Способы передачи данных
Существует два различных способа передачи данных: последова-
тельный и параллельный. Оба способа имеют свои достоинства и
недостатки, и, как следствие, каждый находит применение в разных
ситуациях. Для лучшего понимания кратко рассмотрим оба способа.
Параллельная шина
Параллельная шина состоит из нескольких параллельно подклю-
ченных проводников. При этом каждый проводник выполняет
свою функцию. Каждая группа проводников – это линии адре-
са, данных и управления. По шине из восьми параллельно под-
ключенных проводником можно передать 8 бит информации.
Достоинство параллельной шины заключается в том, что данные
по ней можно передавать с достаточно высокой скоростью, если
использовать при этом большое количество проводников. Из это-
го напрямую следует, в каких областях применяется параллельная
шина. Быстрая передача данных на небольшие расстояния требу-
ется в области электронной обработки данных, где параллельные
шины используются чаще всего. Типичный пример параллельной
шины – внутренняя шина компьютера. В ней задействовано 62
проводника, 8 из которых отведено на линию данных, 20 – на ли-
нию адреса, остальные выполняют функции управления, а также
Рис. 2.5. Принцип действия параллельной шины
Smart home_Book.indb 2Smart 22 28.08.2006 1:52:43
23
обеспечивают подачу напряжения и заземление.
Одну из причин того, что параллельная шина применяется для
передачи данных только на небольшие расстояния, даже не учитывая
высокую стоимость большого количества проводников, можно по-
яснить на простом примере. Представим себе четыре параллельных
желоба (проводники данных). По каждому из этих желобов одновре-
менно пустим четыре одинаковых шарика равной массы с одина-
ковой начальной скоростью (передаваемые данные). По истечении
некоторого времени мы заметим, что на шарики, изначально нахо-
дившиеся в равных условиях, будут оказывать влияние различная
сила трения качения, неровности на поверхности желобов или дру-
гие факторы. Ясно, что вскоре одни шарики будут обгонять другие
или, наоборот, отставать. Таким образом, группы будут распадаться.
Чем больше длина желоба, тем сильнее будет расхождение. Через
некоторое время шарики одной их групп догонят запаздывающие
шарики предыдущей группы. Это значит, что данные перемешаются
друг с другом. Поэтому такой способ передачи данных может гаран-
тировать точность передачи только на короткие расстояния.
Последовательная шина
Представим себе только один желоб, по которому катятся одна за дру-
гой группы шариков. Тогда становится ясно, что ни один шарик не
сможет обогнать другой. Последовательность шариков сохраняется,
даже если цель находится на удаленном расстоянии. Поэтому после-
довательная шина подходит для передачи данных на большие рассто-
яния не только в силу меньшей стоимости (количество проводников
Рис. 2.6 Принцип действия последовательной шины
Способы передачи данных
Smart home_Book.indb 2Smart 23 28.08.2006 1:52:43
24 Глава 2 Системы шин и передачи данных
меньше, чем в параллельной шине), но и по причине технологии
передачи. Вся информация – данные, сигналы адресации и управле-
ния – символ за символом последовательно передается по проводни-
ку данных. Формат или последовательность символов (телеграмма)
должны быть определены заранее для того, чтобы на выходе инфор-
мацию можно было правильно распознать. Следует отметить, что в
основном последовательная шина использует два проводника данных
для передачи разностного сигнала. Разностный сигнал по сравнению
с обычным сигналом обеспечивает высокую помехозащищенность.
По причине вышеизложенных свойств последовательная шина на-
ходит применение при передаче данных на большие расстояния, на-
пример для связи устройств электронной обработки данных между
собой. Недостатком последовательной шины, как правило, является
низкая скорость передачи данных. Однако благодаря современным
интегральным микрочипам этот недостаток легко устраним.
2.4. Европейская инсталляционная шина EIB
2.4.1. Введение
Европейская инсталляционная шина изначально была разработана
для инсталляции в зданиях целевого назначения. На сего дняшний
день многие фирмы предлагают различную продукцию и приложе-
ния EIB, такие как выключатели, световые регуляторы мощности
(диммеры), оборудование управления жалюзи и так далее. Это обо-
рудование подходит как для строительных организаций, так и для
домашнего применения. Наряду с традиционным кабелем «витая
пара» система EIB поддерживает связь по линиям передачи данных
технологии powerline (силовая линия) и радиолиниям. В феврале
2006 г. ассоциации EIBA и Konnex после своего слияния реоргани-
зованы в ассоциацию KNX (www.konnex.org) со штаб-квартирой в
Брюсселе. Кроме разработки стандартов и норм, EIBA осуществля-
ет сертификацию и контроль качества и совместимости продукции
различных производителей, координацию сбытовой и рекламной
политики фирм, имеющих право на использование торгового зна-
ка EIB. Чтобы установить точную стоимость системы EIB, нужно
учесть не столько устройство самой шины, сколько общий принцип
ее работы. Имеется в виду выбор из большого разнообразия соот-
ветствующего шине оборудования и инструментов программного
Smart home_Book.indb 2Smart 24 28.08.2006 1:52:44
25
обеспечения. Также необходимо удостовериться, что выбранное
оборудование соответствует стандартам качества. К этому также
относится повышение квалификации персонала, который занима-
ется установкой системы, например планировщика, конструктора,
специалиста по установке оборудования и так далее. Информацию
о спецификациях систем можно найти в справочнике EIB.
2.4.2. Основные положения
Европейская инсталляционная шина на сегодняшний день пред-
ставляет собой практический инструмент для освоения современ-
ного электроустановочного оборудования. Современные жилые
и офисные здания должны соответствовать требованиям макси-
мального комфорта, быстроте изменения режимов, возможности
интеллектуальной связи оборудования при минимальных матери-
альных и энергетических затратах.
EIB – это доступная и стандартизированная система шин.
Она включает в себя управляющие (сенсоры) и исполнительные
элементы (актуаторы). Поэтому система EIB также называется
системой распределенного интеллекта. Она не нуждается в цен-
тральном управляющем устройстве, так как каждый элемент сис-
темы наделен собственным интеллектом (микропроцессором).
Скорость передачи данных по шине EIB составляет 9600 бит/с.
EIB отличается от традиционных установок по следующим
параметрам:
• управление и передача информации производится по сла-
боточной сети изолированно от силовых цепей;
• программируемость системы ;
• изменение функций достигается простым перепрограмми-
рованием компонентов системы;
• благодаря децентрализованному интеллекту системы не нуж-
но вводить центральное управляющее устройство;
• для проектирования и программирования системы исполь-
зуется унифицированное инструментальное программное
обеспечение1;
• легко расширить систему установкой дополнительного шин-
ного оборудования (сенсоров и исполнительных устройств).
Европейская инсталляционная шина EIB
1Имеется в виду программа ETS (EIB Tool Software), централизован-
но распространяемая ассоциацией KNX. (Прим. ред.)
Smart home_Book.indb 2Smart 25 28.08.2006 1:52:44
26 Глава 2 Системы шин и передачи данных
С помощью этих достоинств удается реализовать современ-
ную инсталляцию оборудования, которая была бы практически
невозможна или потребовала бы очень высоких затрат в случае
использования традиционной технологии. С помощью шинной
технологии также можно добиться большей гибкости и функцио-
нальности оборудования.
Еще раз отметим все достоинства системы EIB:
• высокая гибкость;
• высокая функциональность;
• экономия проводов;
• низкий уровень излучения;
• легкий контроль;
• возможность коммуникации компонентов шинной систе-
мы друг с другом;
• общая база данных;
• отсутствие центрального управляющего устройства;
• выход из строя отдельного устройства, либо участка цепи не
ведет к потере работоспособности системы в целом;
• каждый механизм использует одну сеть коммуникаций –
шину EIB;
• система стандартна и не зависит от производителя.
Разработанная для автоматизации здания система EIB может
работать в трех режимах:
1) режим работы управляющих и исполнительных устройств
без центрального управления;
2) режим автоматизации осуществляет контроль и регулиро-
вание управляющих и исполнительных устройств с ком-
плексными функциями, в случае если система содержит
большое количество устройств. В качестве примера можно
привести систему управления отоплением или микрокли-
матом;
3) режим иерархического управления выполняет функции
контроля и анализа системы: подача команд и координа-
ция. Этот режим управления с помощью диспетчера в дан-
ный момент становится неактуальным. Связь с другими ре-
жимами осуществляется посредством сети PC.
Система EIB подходит для строительства как офисных, так и
жилых зданий. Главными ее функциями являются:
• управление освещением;
• управление жалюзи и рольставнями;
Smart home_Book.indb 2Smart 26 28.08.2006 1:52:44
27
• управление микроклиматом (отопление, кондиционирова-
ние и вентиляция);
• регулирование температуры;
• управление энергопотреблением;
• индикация, охрана, система оповещения и обслуживания
• взаимодействие с другими системами.
Шина EIB объединяет различные устройства в единую систе-
му. Эта система позволяет добиться большей функциональности
оборудования, так что вместе с ней развивается техника, спосо-
бы проектирования и реализации. К системе EIB также относится
домашняя электронная система (HES), система Powernet (силовая
сеть), радиошина EIB.
HES является частью системы шин, разработанной для ос-
нащения жилья. Она осуществляет полную его автоматизацию.
HES – интеллектуальная система управления отоплением, осве-
щением, жалюзи, бытовыми приборами, функцией оповещения,
контроля доступа и т. д. Система HES имеет помощника, так на-
зываемый Home assistant, специальное программное обеспечение,
представляющее собой удобную оболочку для контроля и управ-
ления домашними системами.
Powernet передает сигнал управления по цепи, рассчитан-
ной на 230—400 В. Отдельный шинный проводник отсутствует.
Powernet используется в основном в жилых зданиях для добавле-
ния нового оборудования, но иногда и при строительстве нового
здания.
При использовании EIBYрадиошины сенсоры и исполнитель-
ные устройства связаны друг с другом посредством линии радио-
связи. Участники шины могут работать от батареи и при этом не
нуждаются в соединении проводами. EIB радиошина подходит
как для обновления или расширения уже существующей сети, так
и для новой инсталляции. Также она подходит для связи оборудо-
вания посредством радиоволн, если при его установке возникают
трудности, такие как невозможность вмонтирования в стеклян-
ную стену или большая удаленность.
EIBYсистема тем дешевле, чем больше способов применения
реализуется в одном проекте. Экономить энергию и деньги позво-
ляет проект авторегулирования энергопотребления, в зависимости
от времени суток и потребности работы прибора в данный момент.
При строительстве нового здания на первый план выступают
затраты на реализацию проекта. Расходы по содержанию и экс-
Европейская инсталляционная шина EIB
Smart home_Book.indb 2Smart 27 28.08.2006 1:52:44
28 Глава 2 Системы шин и передачи данных
плуатации здания должны учитываться как расходы, входящие в
стоимость здания. Издержки на возведение здания – это только
20% реальных затрат. Остальная сумма уходит на его уборку, сер-
вис, ремонт, электроэнергию, персонал и так далее. Система EIB
в состоянии решительным образом снизить расходы по содержа-
нию и эксплуатации здания.
С годами публичная и специализированная пресса все больше
внимания уделяет представлению дома будущего. Уже изданы
многочисленные специализированные книги об устройстве так
называемого «умного дома». Если многие примеры техники умно-
го дома, такие как говорящая стиральная машина и закупающий
продукты холодильник, являются делом очень далекого будущего,
то уже сегодня существует достаточно примеров, как посредством
«умной» техники повысить безопасность в домах и квартирах и
при этом сэкономить энергию. Также все большую роль в обус-
тройстве дома играет комфорт: музыка во всех помещениях, ре-
гулируемая при помощи центрального управляющего устройства,
включение и выключение динамиков, регулировка освещения, в
том числе жалюзи с помощью дистанционного управления или
мобильного телефона, на сегодняшний день уже являются реали-
зуемыми на практике проектами.
По мере того как растет интерес клиентов ко всему данному
комплексу предложений, на рынке труда появляются такие необ-
ходимые вакансии, как вакансия консультанта по продаже обору-
дования или специалиста, занимающегося его инсталлированием.
На данный момент это является конкретной предпосылкой для
развития отрасли сетевых технологий и торговли. Только свобод-
но ориентирующиеся в области сетевых технологий предприятия,
которые освоят необходимые в ней профессиональные навыки,
смогут конкурировать в будущем на многомиллиардном рынке.
Число частных и государственных строительных организаций,
которые принимают решение о введении сетевых систем, ежегодно
с полным основанием возрастает на несколько тысяч, так как эти
системы управляют бытовой техникой на благо жильца, повыша-
ют безопасность и комфорт и вносят большой вклад в экономию
энергии. Например, для оснащения жилых помещений при сана-
ции или ремонте старых зданий используют powerlineYтехнологии1
1powerline-технологии – имеются в виду технологии передачи данных
по силовой электропроводке без необходимости прокладки дополнитель-
ных кабелей. (Прим. ред.)
Smart home_Book.indb 1Smart 11 28.08.2006 1:52:41
12 Предисловие
и беспроводные системы доступа, относящиеся к достоинствам
сетевых технологий.
Затраты на эксплуатацию недвижимости заметно снижают-
ся из-за авторегулирования работы многочисленных приборов и
устройств в зависимости от времени суток и присутствия людей.
Сетевые технологии ориентированы на хорошее самочувствие
человека и повышают производительность труда: они служат для
кондиционирования воздуха в помещениях в соответствии с ат-
мосферными условиями и устанавливают внутри здания благо-
приятную атмосферу. Не в последнюю очередь введение сетевых
систем имеет смысл по причине увеличения безопасности: при
минимальном расходе материалов они заметно снижают пожаро-
опасность сетей по сравнению с обычным оборудованием.
Однако рынок сетевых систем сформировался еще не совсем
отчетливо. Зачастую предлагаются системы, свойственные только
определенному производителю или охватывающие лишь некото-
рые частные отрасли.
Эта книга написана для тех, кто занимается планированием,
проектированием и установкой сетевых систем. Наряду с архи-
текторами и проектировщиками электронных систем к таковым
принадлежат также строительные предприятия, и прежде всего
предприятия по производству и установке электронного и элек-
трического оборудования. Также книга должна помочь составить
общее представление о современном уровне развития техники.
Целью написания этой книги не было предоставление конечных
«рецептов приготовления». Обширный перечень конфигураций
электронного оборудования должен дать читателю возможность
получить детальную информацию о предлагаемых товарах.
Я выражаю благодарность всем, кто оказал мне непосредс-
твенную и косвенную поддержку в написании этой книги.
Ламбрехт, Сентябрь 2003 Вернер Харке
Smart home_Book.indb 1Smart 12 28.08.2006 1:52:41
13
От издательства
Для нашей страны все еще остается новой тема «умного
дома» — дома, в котором технические новинки помогают сделать
быт удобным, безопасным и экономичным. Возможно, некото-
рые примеры из книги покажутся читателю чудо-машинами да-
лекого будущего, но за рубежом технология «умного дома» — ши-
роко используемая практика, тенденции которой уже приходят
и в нашу, российскую, строительную индустрию — например,
дистанционное управление для всевозможных бытовых устройств
или автоматическое включение света при входе жильца.
С момента написания этой работы прошло три года, и с тех
пор наверняка появились и, возможно, воплотились в жизнь, но-
вые решения, технологии, идеи. Но сама тема будет актуальной
еще не одно десятилетие, а примеры, которые приводит автор,
являются основой сетевых технологий. При этом автор не пре-
подносит готовых решений, он даёт специалистам возможность
научиться выбирать из множества конфигураций оптимальный
вариант для оснащения именно этого дома, здесь и сейчас, по-
могает сориентироваться во множестве наименований, предла-
гаемых на рынке электроники товаров. «Техносфера» издаёт эту
книгу, чтобы российские специалисты могли больше узнать о но-
вом, прогрессивном, направлении в строительстве.
Издательство благодарит за финансовую поддержку всех рек-
ламодателей книги.
И выражает особую благодарность лично Николаю
Александровичу Науменко (Лаборатория Домашних Технологий
I-Home.ru) за помощь в работе над книгой.
Надеемся, русский перевод книги «Умный дом» станет хоро-
шим помощником для тех, кто работает на стыке двух сфер: элек-
троники и строительства, создавая дома, жить в которых легко и
просто!
Smart home_Book.indb 1Smart 13 28.08.2006 1:52:42
14 Введение
Глава 1
Введение
В 60Yх годах с подачи многих телепередач возникла идея исполь-
зования роботов в домашнем хозяйстве. Роботы в телепередачах
реагировали на речь хозяина или на переключение кнопок и вы-
полняли все команды при помощи дистанционного или ручного
управления. Они заботились о детях, занимались уборкой дома,
умело вели домашнее хозяйство, предоставляя всем членам семьи
свободное время и гарантируя безопасность дома и собственности
от всех непрошенных гостей. Чудесный новый мир, являющийся,
к сожалению (или, наоборот, к счастью), лишь утопией.
В наши дни у нас нет роботов, а безопасность нам обеспечива-
ют системы, управляемые при помощи клавиатуры, дистанцион-
ного управления или проводного вещания.
В случае незаконного проникновения в дом система момен-
тально сообщает близлежащим службам безопасности о попытке
взлома и даже сама предпринимает все возможные меры по задер-
жанию преступника. Также в зависимости от установленного вре-
мени или по желанию хозяина дома включаются дождевальные
установки на лужайках, открываются ворота гаража и, прежде
всего, микроволновая печь и кофеварочная машина приготовят
ужин еще до того, как вся семья вернется домой.
Частные службы безопасности стали центрами бытового об-
служивания, которые тем временем превратились в прибыльное
дело даже за пределами районов с высокой плотностью насе ления.
Все существующие на сегодняшний день технологии основы-
ваются на разработках, которые были созданы еще на рубеже ХХ
столетия. Эти технологии медленно видоизменялись по мере про-
движения вперед технического прогресса. Начало современным
технологиям было положено еще в XIX столетии при создании
первых систем жизнеобеспечения. В процессе развития к это-
му добавились такие коммунальные услуги, как газ, водопровод,
Smart home_Book.indb 1Smart 14 28.08.2006 1:52:42
Введение 15
электричество, которые постепенно привели к механизации до-
машнего хозяйства. Оснащение дома необходимым техническим
оборудованием привело к современному виду жилого дома: кухня
со встроенным оборудованием, включая газовую или электричес-
кую плиту и холодильник, ванная и туалет с современной сантех-
никой и так далее. Дальнейшее усовершенствование домашнего
оборудования привело к внедрению в обиход телефона, радио и
телевидения. Этот процесс протекал одновременно с созданием
футуристических проектов будущего жилья с принципиальной
переменой представления о нем.
Однако в обиход вошла техника, основанная вовсе не на пред-
ставлениях футуристов, а стандартизованные бытовые машины,
задуманные и изготовленные по единому шаблону лишь с неболь-
шой разницей. Они были результатом объединения экономики
строительства и государственного управления с его известной
политикой регулирования. В то время как одни создавали основу
для продолжающегося и сегодня спора в отношении актуального
вопроса бытовой техники, другие приводили замыслы в реаль-
ность. Эти замыслы начинались с планировки дома в целом и за-
канчивались мельчайшими деталями, что в том числе точно было
определено, где можно устанавливать розетки рядом с кроватями,
а где нет.
В настоящее время мы снова переживаем технический про-
рыв, который изменит все предвидения в отношении будуще-
го дома таким же образом, как и индустриальная революция.
Цифровая революция в жилищном строительстве начинает про-
являться уже тогда, когда на этапе составления предварительных
смет повсеместно применяются пользующиеся спросом приборы
со встроенной программой или первые прототипы «Roomware»,
которые позволяют полностью изменить образ жизни и систему
коммуникаций.
Цифровая революция ускоряет механизацию домашнего хо-
зяйства, при этом также меняются акценты. Вопросы, касающие-
ся сферы производства и реализации сенсорной техники, а также
информационных и коммуникационных технологий, выступают
на первый план. Если говорить кибернетическим языком, то сен-
соры и цепи автоматического регулирования перемещаются бли-
же к исполнительным устройствам.
Представление бытовой техники объединяет различные раз-
работки, которые время от времени вызывают горячие споры на-
Smart home_Book.indb 1Smart 15 28.08.2006 1:52:42
16 Введение
чиная с 20Yх годов прошлого столетия до сегодняшнего дня. Эти
разработки включают в себя первые попытки рационализации
строительства зданий в 20Yх годах и идею создания «умного» дома
в наши дни. Понятие «умного дома» возникло от английского
термина intelligent building. Вследствие неправильного перевода в
немецком языке это понятие приобрело название «умный дом»,
что зачастую вводит в заблуждение. Речь идет о рациональном ис-
пользовании агрегата «дом», не затрагивая понятие «машина».
При этом основной акцент делается на его интерактивность.
Нас также интересует вопрос каким образом автоматизация до-
машнего хозяйства повлияет на наш дом – окружающую среду?
Возможно, что цифровой прогресс является постепенным про-
цессом, который привел от частного к целому: от производства
электронной бытовой техники к полному управлению домом по
своему усмотрению. В то время как первый шаг – производство
электронной бытовой техники уже освоен, второй шаг охватывает
объединение белой бытовой техники (например, холодильник),
серой – PC и черной (телевизор) в одну сеть и, следовательно, в
одну систему обслуживания. Управление этой сетью может про-
водиться как изнутри, так и снаружи дома самим жильцом или
предприятием сферы бытовых услуг.
Эта интерактивная система состоит на данный момент из не-
скольких различных сетей, таких как электросеть, телефонная и
телевизионная сети. На данный момент происходит процесс объ-
Рис. 1.1. Идеальный умный дом: повсеместная сеть
Smart home_Book.indb 1Smart 16 28.08.2006 1:52:42
Введение 17
единения сетей, создается оптимальный интерфейс между сетью и
оконечным устройством и, главное, интерфейс между человеком
и машиной в виде графического пользовательского интерфейса,
сенсорного экрана или просто идентификации голоса или жеста.
Многие считают, что переход к сервисному дому является лишь
вопросом времени и жилищное строительство в скором времени
начнет приспосабливаться к новым нормам сферы услуг на общих
тенденциях. Новая форма давней мечты о соответствующем духу
времени строительстве еще долго будет принимать конечный об-
лик. Servicehous, или «умный дом», заменил на сегодняшний день
автоматизированное жилище, существовавшее ранее. Как и всег-
да, сначала необходимо удалить ограничивающие эти тенденции
барьеры в виде предписаний, правил и стандартов. К сожалению,
механизм модернизации дома отстает от общего технического
прогресса не менее чем на 10 лет. Однако в этом отношении на-
дежду подают целостные проекты образцовых домов и многочис-
ленные исследования, проведенные по инициативе некоторых
отраслей промышленности и высших школ совместно с отраслью
проектирования жилищного комплекса. Основной акцент при
этом приходился на комфорт и индивидуализацию жилья, как на
основной фактор для продажи и сбыта. В ходе технической кон-
вергенции сливаются воедино электроника развлечений, техника
коммуникаций и бытовая техника. Добиться популярности в ши-
роком кругу концепция умного дома сможет только тогда, когда
цены на нее достигнут того же уровня, что и цены на традицион-
ное автоматизированное жилище с традиционной бытовой техни-
кой. Другой путь – это государственное поощрение или сниже-
ние эксплуатационных расходов. Вероятно, идею «умного дома»
легче всего было бы воплотить в строительстве жилья, сдаваемого
внаем. При этом было бы легче окупить инвестиции. Другой про-
блемой является следующий вопрос: кто является ответственным
в случае, если вдруг система отопления перестала реагировать на
дистанционное управление? Специалист по отопительной техни-
ке, системный администратор или сервис-провайдер сети ком-
муникации? Установка системы в целом требует полного проду-
мывания со стороны всех участвующих в проекте. Только тогда
можно будет достигнуть рационального использования и оправ-
дывающих себя цен на услуги, а также объединения в сеть, осно-
ванную на стандартных коммуникационных протоколах.
Smart home_Book.indb 1Smart 17 28.08.2006 1:52:43
18 Глава 2 Системы шин и передачи данных
Глава 2
Системы шин
и передачи данных
2.1. Введение
Традиционное электроустановочное оборудование на сегодняш-
ний день является устаревшим. Так как в наши дни к системе бе-
зопасности и функциональности здания предъявляются все более
строгие требования, настало время для полного пересмотра кон-
цепции планирования и прокладывания кабельной сети.
Главным образом пересмотру были подвергнуты следующие
стандарты:
• приборы телекоммуникаций;
• бытовая техника и
• управление электроустановочным оборудованием.
При этом были разработаны следующие концепции:
• структурированная кабельная сеть телекоммуникационно-
го оборудования, структура которого представляет собой
иерархическую пирамиду управления;
• европейская инсталляционная шина EIB1 управления элек-
троустановочного оборудования на основе равноправного
управления.
Технология LON (локальная операционная сеть) равноправного
управления
1В настоящее время технология инсталляционной шины EIB
(European Installation Bus) носит название шины KNX и описывается
европейским (EN 50090 - EN 13321-1) и международным (ISO/IEC 14543)
стандартами. (Прим. ред.)
Smart home_Book.indb 1Smart 18 28.08.2006 1:52:43
19
2.2. Топология сети
По принципиальному построению сети делятся на следующие
структуры, также называемые в электротехнике топологиями: звез-
дообразная, кольцевая, шинная и древообразная. Все четыре струк-
туры в сравнении друг с другом имеют принципиальные различия,
хотя все они служат для одной цели. На достоинства и недостатки
отдельной сети нужно обратить внимание уже при планировке сис-
темы. Например, такими критериями являются: надежная передача
данных по сети, централизованная или децентрализованная систе-
ма управления, необходимые для этого виды кабеля.
Звездообразная структура
Для построения сети со звездообразной структурой необходимо
разместить в центре сети концентратор. Все компоненты не свя-
зываются непосредственно друг с другом, а с помощью отдельного
кабеля присоединяются к концентратору. Его основная функция —
обеспечение связи между компонентами, входящими в сеть. Данная
система достаточна проста. Недостатки этой системы заключаются
в том, что при выходе из строя концентратора дальнейшая работа
сети невозможна, издержки на соединение кабелем всех составля-
ющих достаточно высоки, и, кроме того, концентратор постоян-
но подвергается высокой нагрузке за счет того, что с его помощью
осуществляется связь между всеми компонентами сети.
Рис. 2.1 Звездообразная структура
Топология сети
Smart home_Book.indb 1Smart 19 28.08.2006 1:52:43
20 Глава 2 Системы шин и передачи данных
Кольцевая структура
При кольцевой топологии сети все компоненты связаны одна с
другой по кругу. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.
Кольцо охватывает все компоненты сети, в том числе передатчик
и приемник. Каждый компонент должен активно участвовать в
пересылке информации. Данные обходят кольцо только один раз
и передаются при этом от компонента к компоненту. Каждый
компонент «проверяет», адресованы ли передаваемые данные
ему. Если это так, то он записывает их в свое собственное запо-
минающее устройство. Примером кольцевой структуры является
Token Ring.
Шинная структура
Структуру шины можно представить в виде разрезанного кольца.
При этом все компоненты подключаются параллельно к едино-
му кабелю. В сети с шинной топологией данные, передаваемые
одним компонентом, поступают на все другие. Все компоненты
равноправны между собой, однако принимаются данные лишь
тем компонентом, который обладает доступом к информации.
По причине этой гибкости шина получила большое распростра-
нение.
Рис. 2.2. Кольцевая структура
Smart home_Book.indb 2Smart 20 28.08.2006 1:52:43
21
Древовидная структура
Другой разновидностью шинной топологии является древовидная
топология. Она служит для того, чтобы оптимизировать структуру
сети под особенности строения здания.
BUS
Рис. 2.3. Шинная структура
Рис. 2.4. Древовидная структура
Топология сети
Smart home_Book.indb 2Smart 21 28.08.2006 1:52:43
22 Глава 2 Системы шин и передачи данных
2.3. Способы передачи данных
Существует два различных способа передачи данных: последова-
тельный и параллельный. Оба способа имеют свои достоинства и
недостатки, и, как следствие, каждый находит применение в разных
ситуациях. Для лучшего понимания кратко рассмотрим оба способа.
Параллельная шина
Параллельная шина состоит из нескольких параллельно подклю-
ченных проводников. При этом каждый проводник выполняет
свою функцию. Каждая группа проводников – это линии адре-
са, данных и управления. По шине из восьми параллельно под-
ключенных проводником можно передать 8 бит информации.
Достоинство параллельной шины заключается в том, что данные
по ней можно передавать с достаточно высокой скоростью, если
использовать при этом большое количество проводников. Из это-
го напрямую следует, в каких областях применяется параллельная
шина. Быстрая передача данных на небольшие расстояния требу-
ется в области электронной обработки данных, где параллельные
шины используются чаще всего. Типичный пример параллельной
шины – внутренняя шина компьютера. В ней задействовано 62
проводника, 8 из которых отведено на линию данных, 20 – на ли-
нию адреса, остальные выполняют функции управления, а также
Рис. 2.5. Принцип действия параллельной шины
Smart home_Book.indb 2Smart 22 28.08.2006 1:52:43
23
обеспечивают подачу напряжения и заземление.
Одну из причин того, что параллельная шина применяется для
передачи данных только на небольшие расстояния, даже не учитывая
высокую стоимость большого количества проводников, можно по-
яснить на простом примере. Представим себе четыре параллельных
желоба (проводники данных). По каждому из этих желобов одновре-
менно пустим четыре одинаковых шарика равной массы с одина-
ковой начальной скоростью (передаваемые данные). По истечении
некоторого времени мы заметим, что на шарики, изначально нахо-
дившиеся в равных условиях, будут оказывать влияние различная
сила трения качения, неровности на поверхности желобов или дру-
гие факторы. Ясно, что вскоре одни шарики будут обгонять другие
или, наоборот, отставать. Таким образом, группы будут распадаться.
Чем больше длина желоба, тем сильнее будет расхождение. Через
некоторое время шарики одной их групп догонят запаздывающие
шарики предыдущей группы. Это значит, что данные перемешаются
друг с другом. Поэтому такой способ передачи данных может гаран-
тировать точность передачи только на короткие расстояния.
Последовательная шина
Представим себе только один желоб, по которому катятся одна за дру-
гой группы шариков. Тогда становится ясно, что ни один шарик не
сможет обогнать другой. Последовательность шариков сохраняется,
даже если цель находится на удаленном расстоянии. Поэтому после-
довательная шина подходит для передачи данных на большие рассто-
яния не только в силу меньшей стоимости (количество проводников
Рис. 2.6 Принцип действия последовательной шины
Способы передачи данных
Smart home_Book.indb 2Smart 23 28.08.2006 1:52:43
24 Глава 2 Системы шин и передачи данных
меньше, чем в параллельной шине), но и по причине технологии
передачи. Вся информация – данные, сигналы адресации и управле-
ния – символ за символом последовательно передается по проводни-
ку данных. Формат или последовательность символов (телеграмма)
должны быть определены заранее для того, чтобы на выходе инфор-
мацию можно было правильно распознать. Следует отметить, что в
основном последовательная шина использует два проводника данных
для передачи разностного сигнала. Разностный сигнал по сравнению
с обычным сигналом обеспечивает высокую помехозащищенность.
По причине вышеизложенных свойств последовательная шина на-
ходит применение при передаче данных на большие расстояния, на-
пример для связи устройств электронной обработки данных между
собой. Недостатком последовательной шины, как правило, является
низкая скорость передачи данных. Однако благодаря современным
интегральным микрочипам этот недостаток легко устраним.
2.4. Европейская инсталляционная шина EIB
2.4.1. Введение
Европейская инсталляционная шина изначально была разработана
для инсталляции в зданиях целевого назначения. На сего дняшний
день многие фирмы предлагают различную продукцию и приложе-
ния EIB, такие как выключатели, световые регуляторы мощности
(диммеры), оборудование управления жалюзи и так далее. Это обо-
рудование подходит как для строительных организаций, так и для
домашнего применения. Наряду с традиционным кабелем «витая
пара» система EIB поддерживает связь по линиям передачи данных
технологии powerline (силовая линия) и радиолиниям. В феврале
2006 г. ассоциации EIBA и Konnex после своего слияния реоргани-
зованы в ассоциацию KNX (www.konnex.org) со штаб-квартирой в
Брюсселе. Кроме разработки стандартов и норм, EIBA осуществля-
ет сертификацию и контроль качества и совместимости продукции
различных производителей, координацию сбытовой и рекламной
политики фирм, имеющих право на использование торгового зна-
ка EIB. Чтобы установить точную стоимость системы EIB, нужно
учесть не столько устройство самой шины, сколько общий принцип
ее работы. Имеется в виду выбор из большого разнообразия соот-
ветствующего шине оборудования и инструментов программного
Smart home_Book.indb 2Smart 24 28.08.2006 1:52:44
25
обеспечения. Также необходимо удостовериться, что выбранное
оборудование соответствует стандартам качества. К этому также
относится повышение квалификации персонала, который занима-
ется установкой системы, например планировщика, конструктора,
специалиста по установке оборудования и так далее. Информацию
о спецификациях систем можно найти в справочнике EIB.
2.4.2. Основные положения
Европейская инсталляционная шина на сегодняшний день пред-
ставляет собой практический инструмент для освоения современ-
ного электроустановочного оборудования. Современные жилые
и офисные здания должны соответствовать требованиям макси-
мального комфорта, быстроте изменения режимов, возможности
интеллектуальной связи оборудования при минимальных матери-
альных и энергетических затратах.
EIB – это доступная и стандартизированная система шин.
Она включает в себя управляющие (сенсоры) и исполнительные
элементы (актуаторы). Поэтому система EIB также называется
системой распределенного интеллекта. Она не нуждается в цен-
тральном управляющем устройстве, так как каждый элемент сис-
темы наделен собственным интеллектом (микропроцессором).
Скорость передачи данных по шине EIB составляет 9600 бит/с.
EIB отличается от традиционных установок по следующим
параметрам:
• управление и передача информации производится по сла-
боточной сети изолированно от силовых цепей;
• программируемость системы ;
• изменение функций достигается простым перепрограмми-
рованием компонентов системы;
• благодаря децентрализованному интеллекту системы не нуж-
но вводить центральное управляющее устройство;
• для проектирования и программирования системы исполь-
зуется унифицированное инструментальное программное
обеспечение1;
• легко расширить систему установкой дополнительного шин-
ного оборудования (сенсоров и исполнительных устройств).
Европейская инсталляционная шина EIB
1Имеется в виду программа ETS (EIB Tool Software), централизован-
но распространяемая ассоциацией KNX. (Прим. ред.)
Smart home_Book.indb 2Smart 25 28.08.2006 1:52:44
26 Глава 2 Системы шин и передачи данных
С помощью этих достоинств удается реализовать современ-
ную инсталляцию оборудования, которая была бы практически
невозможна или потребовала бы очень высоких затрат в случае
использования традиционной технологии. С помощью шинной
технологии также можно добиться большей гибкости и функцио-
нальности оборудования.
Еще раз отметим все достоинства системы EIB:
• высокая гибкость;
• высокая функциональность;
• экономия проводов;
• низкий уровень излучения;
• легкий контроль;
• возможность коммуникации компонентов шинной систе-
мы друг с другом;
• общая база данных;
• отсутствие центрального управляющего устройства;
• выход из строя отдельного устройства, либо участка цепи не
ведет к потере работоспособности системы в целом;
• каждый механизм использует одну сеть коммуникаций –
шину EIB;
• система стандартна и не зависит от производителя.
Разработанная для автоматизации здания система EIB может
работать в трех режимах:
1) режим работы управляющих и исполнительных устройств
без центрального управления;
2) режим автоматизации осуществляет контроль и регулиро-
вание управляющих и исполнительных устройств с ком-
плексными функциями, в случае если система содержит
большое количество устройств. В качестве примера можно
привести систему управления отоплением или микрокли-
матом;
3) режим иерархического управления выполняет функции
контроля и анализа системы: подача команд и координа-
ция. Этот режим управления с помощью диспетчера в дан-
ный момент становится неактуальным. Связь с другими ре-
жимами осуществляется посредством сети PC.
Система EIB подходит для строительства как офисных, так и
жилых зданий. Главными ее функциями являются:
• управление освещением;
• управление жалюзи и рольставнями;
Smart home_Book.indb 2Smart 26 28.08.2006 1:52:44
27
• управление микроклиматом (отопление, кондиционирова-
ние и вентиляция);
• регулирование температуры;
• управление энергопотреблением;
• индикация, охрана, система оповещения и обслуживания
• взаимодействие с другими системами.
Шина EIB объединяет различные устройства в единую систе-
му. Эта система позволяет добиться большей функциональности
оборудования, так что вместе с ней развивается техника, спосо-
бы проектирования и реализации. К системе EIB также относится
домашняя электронная система (HES), система Powernet (силовая
сеть), радиошина EIB.
HES является частью системы шин, разработанной для ос-
нащения жилья. Она осуществляет полную его автоматизацию.
HES – интеллектуальная система управления отоплением, осве-
щением, жалюзи, бытовыми приборами, функцией оповещения,
контроля доступа и т. д. Система HES имеет помощника, так на-
зываемый Home assistant, специальное программное обеспечение,
представляющее собой удобную оболочку для контроля и управ-
ления домашними системами.
Powernet передает сигнал управления по цепи, рассчитан-
ной на 230—400 В. Отдельный шинный проводник отсутствует.
Powernet используется в основном в жилых зданиях для добавле-
ния нового оборудования, но иногда и при строительстве нового
здания.
При использовании EIBYрадиошины сенсоры и исполнитель-
ные устройства связаны друг с другом посредством линии радио-
связи. Участники шины могут работать от батареи и при этом не
нуждаются в соединении проводами. EIB радиошина подходит
как для обновления или расширения уже существующей сети, так
и для новой инсталляции. Также она подходит для связи оборудо-
вания посредством радиоволн, если при его установке возникают
трудности, такие как невозможность вмонтирования в стеклян-
ную стену или большая удаленность.
EIBYсистема тем дешевле, чем больше способов применения
реализуется в одном проекте. Экономить энергию и деньги позво-
ляет проект авторегулирования энергопотребления, в зависимости
от времени суток и потребности работы прибора в данный момент.
При строительстве нового здания на первый план выступают
затраты на реализацию проекта. Расходы по содержанию и экс-
Европейская инсталляционная шина EIB
Smart home_Book.indb 2Smart 27 28.08.2006 1:52:44
28 Глава 2 Системы шин и передачи данных
плуатации здания должны учитываться как расходы, входящие в
стоимость здания. Издержки на возведение здания – это только
20% реальных затрат. Остальная сумма уходит на его уборку, сер-
вис, ремонт, электроэнергию, персонал и так далее. Система EIB
в состоянии решительным образом снизить расходы по содержа-
нию и эксплуатации здания.