KNX : Un standard et une valeur sûre

Dans cet article, nous allons voir une autre technologie dans le monde de la domotique : KNX.

KNX_logo

Un peu d’histoire :

En 1987, quelques constructeurs du domaine de l’énergie et du bâtiment se regroupent afin de former un standard, le bus EIB. Né de la volonté de créer un système de communication et d’automatisme pour le bâtiment qui soit ouvert et interopérable. Un système, ni attaché à un constructeur, ni à la période de vie d’un produit ou d’une gamme. L’association EIBA voit le jour afin de développer cette technologie.

Toujours soucieux de perpétuer cette volonté, en 1999, l’association EIBA, EHS et Bâtibus club se regroupent et créent l’association KNX (aussi appelé Konnex). En 2002, les spécificités de KNX sont publiées, reposant majoritairement sur celles de EIB. Depuis, le bus et protocole KNX ne cesse de glaner du terrain dans le monde des bâtiments intelligents, porté par sa robustesse, sa fiabilité et ses possibilités.

Généralités :

Utilisé dans les bâtiments industriels/tertiaires comme dans le résidentiel, KNX regroupe un grand nombre de constructeurs (comme Hager, Schneider electric, Siemens,…), proposant aujourd’hui plusieurs millier de modules. Ouvert et interopérable, l’association KNX veille scrupuleusement à ce que chaque nouveau produit soit compatible avec l’ensemble du système.

KNX est maintenant reconnu comme :

  • Standard Européen (CENELEC EN 50090 et CEN EN 13321-1)
  • Standard International (ISO/IEC 14543-3)
  • Chinese Standard (GB/T 20965)
  • US Standard (ANSI/ASHRAE 135)

Chaque module, appelé participant, peut communiquer avec l’ensemble de l’installation. Ne nécessitant pas de cerveau principal, KNX est dit à intelligence (ou logique) répartie. Chaque participant à sa propre mémoire, les paramètres et configuration y sont stockés, si une panne arrive sur ce module, toute l’installation ne tombe pas en panne.

Communication :

Dans un montage électrique, nous pouvons distinguer deux circuits :

  • Le circuit de puissance, qui alimente les charges électriques de la maison, comme par exemple la lumière.
  • Le circuit de commande, qui englobe les commandes et les informations, comme par exemple l’interrupteur mural.

Je l’avais déjà signalé dans un précédent article, sur une installation « non-intelligente », l’utilisation est limitée car la commande se trouve sur le circuit de puissance. Il n’y a aucune modularité possible. La domotique, quelque soit la technologie utilisée, à pour principe de régler ce problème, c’est évidemment aussi le cas ici avec KNX.

Toutes les commandes se feront par le circuit de commande et sera entièrement séparée de celui de puissance. Chaque participant pourra « parler » indépendamment, l’ensemble des modules recevra le message, mais seul le destinataire concerné traitera l’action. Le circuit de puissance contiendra ce que l’on appel des actionneurs ; participants de sortie, ils généreront les actions souhaitées. Le circuit de commande supportera les capteurs ; participants d’entrée qui attendront des données extérieures.

Pour que tout ce petit monde communique ensemble, KNX intègre plusieurs moyens de transmissions : paire torsadée, IP, radio, courant porteur.

L’utilisation la plus courante sera le filaire sur paire torsadée deux fils ; Twisted Pair (TP). Tous les participants seront connectés à ce BUS, tout devient donc modulaire puisque la place de la commande dans l’installation n’a plus d’importance.

KNX_représentation

Afin que chaque produit puisse communiquer avec l’ensemble du système et garder cette interopérabilité, tout en laissant chaque constructeur apporter ses propres fonctionnalités, il est accompagné d’une couche BCU (Bus Coupler Unit), Coupleur de Bus. Cette partie électronique, propre aux constructeurs, traduit les « messages » envoyés par le produit afin qu’elles soient compatibles et compréhensibles avec l’ensemble de l’installation. Afin de porter le logo KNX et renter dans la grande famille, les nouveaux produits sont vérifiés et certifiés par l’association KNX qui s’assure que ceux-ci sont conforment. Le produit peut alors porter le logo qui assure son authenticité.

Topologie :

Une installation KNX peut s’opérer aussi bien sur un petit chantier résidentiel, que sur un immeuble entier. Voyons comment cela est structurée.

La structure la plus petite sera la ligne ; elle peut supporter jusqu’à 64 participants. Si cette limite doit être dépassée, un répéteur peut apporter une sous structures à cette ligne, appelée segment. Un maximum de 3 répéteurs par ligne pourront être rajoutés, chacun pouvant accueillir 64 participants (attention : le répéteur compte également comme un participant).

15 lignes peuvent être utilisées, formant ainsi une zone. Pour former cette zone, chaque ligne sera reliée à une ligne principale, par intermédiaire d’un coupleur de ligne.

Enfin, 15 zones peuvent être connectées à une dorsale, par l’intermédiaire d’un coupleur de zone.

C’est au total environ 60000 participants qui pourront être utilisés dans un même projet.

Topologie_KNX

Le branchement pourra se faire en arborescence, en étoile, en ligne, ou une combinaison de ces topologies, il n’y a quasiment aucune contrainte et limite avec KNX. Si l’on souhaite rajouter un interrupteur par exemple, il suffit juste de repiquer sur le câble le plus proche. Seule la topologie en anneau (boucle) sera interdite, il ne faut pas terminer la fin d’une ligne sur une autre ligne.

Informations techniques :

Le BUS KNX est alimenté par une tension continue de 29V. L’ensemble des participants sera connecté et alimenté par ce BUS qui restera, dans pratiquement tous les cas, la seule alimentation nécessaire. On veillera particulièrement à ce que la tension ne chute jamais en dessous de 21V.

Cable_KNX

On voit ici les deux câbles (noir et rouge) qui alimenteront les participants et supporteront le signal de communication. Notez également la présence de deux autres fils (jaune et blanc) de « réserves », dans l’éventualité où un module nécessiterait un apport supplémentaire. Dans la pratique, cela n’arrive pratiquement jamais. Le blindage du câble permettra de le faire passer sans soucis à côté de l’alimentation 230V, dans la même gaine par exemple.

Afin d’intégrer la famille KNX, les nouveaux produits doivent répondre à différents critères spécifiques. L’un d’entre eux est une limite de consommation, ne devant pas excéder 10mA. Cette spécificité est intéressante, autant sur le plan économique, que sur l’explication de la topologie de l’installation que nous verrons plus bas.

Des limites de distance sont à connaître dans une installation KNX :

  • Limite maximale entre deux participants : 700m
  • Limite maximale entre une alimentation et un participant : 350m
  • Limite minimale entre deux alimentations : 200m
  • Longueur maximale sur une ligne ou un segment du BUS : 1000m (1km)

Pour aller un peu plus loin sur le côté données techniques, voici quelques informations sur la transmission en elle-même.

Les « messages » envoyés sur le BUS, appelés télégrammes, sont en mode série différentiel, la transmission ne sera donc pas perturbée par des parasites puisqu’elle se fait sur deux fils. Si parasites il y a, les deux fils seront tous les deux parasités de manière équivalente, la perturbation ne serra pas transmise au signal utile.

Le débit de transmission est de 9600 bits/s, soit une durée de 104µs par bit. En mode asynchrone, un 0 logique sera le bit de START et un 1 logique le bit de STOP. Le 0 logique correspondra à un signal 5V superposé à la tension d’alimentation 29V, inversement, l’absence de 5V représentera un 1 logique.

Composition d’une ligne (ou segment) :

Chaque ligne ou segment doit obligatoirement posséder une alimentation. Il existe plusieurs types d’alim fournissant 160mA, 320mA ou 640mA. Je parlais tout à l’heure de 64 participants par ligne maximum et également de la consommation maximale acceptée pour chaque module : 10mA. On en voit ici la raison, une alimentation peut fournir au maximum 640mA, donc accepter 64 participants. Plusieurs alimentations peuvent être nécessaires suivant la longueur de la ligne et les informations techniques données plus haut.

Une self sera également nécessaire afin de permettre la bonne transition des messages sur le BUS KNX. Celle-ci sera logiquement intégrée dans l’alimentation KNX.

installation_KNX

Ces lignes ou segments seront isolées galvaniquement des autres ; ce sont les répéteurs et les coupleurs de zone/ligne qui joueront ce rôle. Cette isolation protégera chaque partie de l’installation. Si un problème arrive sur une ligne, les autres ne seront pas mises en défaut. Ils filtreront également les messages afin de ne faire suivre que les messages destinés à leur ligne/segment.

Reprenons le schéma de la topologie en lui ajoutant les alimentations nécessaires :

Topologie_alim_KNX

Programmation :

ETS4_logo

La programmation est un axe important d’un chantier KNX. Puisque la connexion entre une commande et un actionneur ne se fait pas physiquement, il est nécessaire de la faire informatiquement. C’est là qu’entre en scène ETS, le logiciel officiel de l’association KNX (ETS4, en dernière version). Il sera indispensable pour créer des adresses de groupes. Ces adresses créerons des liens entre les actionneurs et les capteurs, ils pourront être modifiés à tout moment, l’installation est complètement flexible.

La programmation permettra également de configurer chaque participant avec la base de données fournit par le constructeur. Il sera possible de régler toutes sortes de paramètres, comme choisir le nombre de sorties utilisées sur un module TOR (tout ou rien), la vitesse de variation sur une sortie variable, la hauteur des stores lors du mode suivi ensoleillement, etc.

Cette programmation sur le logiciel ETS est appelée « S-Mode » (System Installation). Il existe cependant une autre méthode ne nécessitant pas de PC, la programmation « E-Mode » (Easy Installation). Elle apportera, par contre, beaucoup moins de possibilités et sera utilisée pour des petites installations. Les modules sont en faites préprogrammés et un configurateur externe permettra de réaliser les paramétrages basiques.

Il y a souvent confusion entre la programmation sous ETS et la scénarisation. Il est important d’avoir à l’esprit que ETS ne sert pas de superviseur, il existe des logiciels spécifiques pour ces besoins là.

Nous verrons évidemment dans un prochain billet l’utilisation en pratique de cette technologie.

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3 Commentaires

  1. Je découvre vos articles… Merci.
    S’il n’y a pas de « cerveau » en KNX, est-il possible de monter des scénarios basés sur des variables (température de consigne, présence dans la maison…)? Est-il possible d’appliquer des actions du type « lumière allumée pendant 30s »? Est-il possible de créer des conditions pour certaines exécutions, du type: (variable = mode nuit) ET (détecteur de présence détecte présence) ET (heure >6h) ALORS (Ouvrir volet) et (allumer radiateur salle de bain)?

  2. Bonjour,

    Pour lancer des scénarios qui englobent un certain nombres de participants couplé à des variables, comme celles citées, il faudra passer par un superviseur, une autre couche intelligente qui s’occupera de ces taches. Il existe par exemple Lifedomus, Sairbere, ou même nouvellement la Zipabox avec son module KNX.

    Les superviseurs sont très intéressants et importants pour gérer ces scénarios et il n’y a pratiquement aucune limite de réalisation. On pourra ainsi appliquer toutes les variables que l’on souhaite.

    En passant, désolé du temps de réponse, j’étais en déplacement.

  3. Merci pour la réponse.

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