EIB – стандарт для домашних сетей и управления зданиями

О. Е. Павлов, член комитета НП «АВОК» «Интеллектуальные здания и информационно-управляющие системы»

В концепции и технической реализации интеллектуального здания важное значение имеет вопрос о том, каким образом устройства, управляющие различными инженерными системами здания, передают информацию о состоянии этих систем и получают управляющие команды. Для этих целей используется среда передачи информации – полевая шина (fieldbus). Все полевые шины характеризуются распределенной архитектурой. Топология, протоколы передачи данных, физическая среда передачи информации отличаются в реализациях разных производителей. Как правило, эти технические принципы закладываются на этапе разработки интерфейса в зависимости от задач, для которых создается система. В ходе создания международных стандартов для интеллектуального здания (ISO 16484) в качестве полевой шины были рекомендованы два стандарта – EIB и LON. В рамках этой статьи мы рассмотрим стандарт EIB и его место в общей идеологии построения современного здания.

European Installation Bus (Европейская инсталляционная шина)

Как уже следует из самого названия, EIB была создана усилиями европейских компаний. Произошло это сравнительно недавно – в 1990 году. Тогда ведущие электротехнические фирмы решили объединиться для создания протокола, который должен был обеспечить энергосберегающие, безопасные и надежные алгоритмы управления инженерным оборудованием здания. Сеть EIB отличается простой, наглядной иерархической структурой, созданной специально для схемотехники зданий. Узлы сети объединяются в линии, зоны и области. Линии отделяются друг от друга с помощью коммутационного устройства. Каждая из 15 возможных областей, в свою очередь, разветвляется на выходе на 15 линий. Каждая линия может содержать 256 устройств. То есть максимально возможное количество устройств, подключенных в одном проекте, составляет 57 600. Классическое соединение устройств происходит посредством двухпроводной линии. Скорость обмена информацией – 9 600 бит/с, максимальная длина кабеля (без регенерации сигнала) не должна превышать 1 000 м, причем максимальное расстояние между двумя узлами должно быть не больше 700 м. Основной тип кабеля имеет марку J-Y(ST) 2 x 2 x 0,8 и соответствует DIN VDE 0815. Доступ к среде передачи обеспечивается по протоколу CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий). Другие физические среды для объединения устройств будут рассмотрены ниже.

Обмен информацией происходит с помощью информационных кадров (телеграмм). Один информационный кадр содержит контрольное поле, поле адреса, 1–16 байтов данных, а также 1 байт защиты информации. В сети EIB адресатами могут быть отдельные устройства, группы устройств или все устройства одновременно. Следует различать физическую и групповую адресацию. Физическая адресация однозначно идентифицирует устройство EIB в системе. Чтобы обеспечить работу устройства EIB в системе, необходимо запрограммировать его физический адрес. Как только адрес прописан (это может делаться предварительно до монтажа на объекте), устройство можно однозначно идентифицировать, обратиться к нему и получить конфигурационные данные (параметры, групповой адрес).

Дальше начинается взаимодействие устройств на шине. Например, считывая положение выключателя, можно управлять освещением или температурой в помещении. Таким образом, например, уходя из дома можно выключить источники света во всех комнатах и перевести отопление в дежурный энергосберегающий режим, т. е. создавать и обеспечивать различные сценарии проживания в доме.

Идея создания EIB исходила от электротехнических компаний. Поэтому в первую очередь новые устройства легко встраивались в электропроекты (управление светом, жалюзи). И хотя сегодня номенклатура выпускаемых изделий покрывает все возможные применения для различных инженерных систем, по-прежнему (по крайней мере на российском рынке) есть заблуждение о том, что EIB не приспособлена для решения задач управления климатом. Это совсем не так. С одной стороны, пионеры EIB (компании ABB, Gira, Siemens) выпускают управляемые термоголовки, комнатные термостаты, погодные станции, датчики протечек, влажности и пр. С другой стороны, производители различного инженерного оборудования включают в номенклатуру своих изделий управляющие модули EIB для подключения в единую интеграционную сеть здания. Например, компания Buderus в составе управляющей системы для котлов Logomatic разработал специальный узел FM446, подключаемый непосредственно на шину EIB. Весной этого года на выставке «ISH – 2003» во Франкфурте-на-Майне практически все ведущие компании демонстрировали подобные решения. Особой популярностью также пользовались системы управления климатом с мобильного телефона (опять же зачастую с использованием EIB).

Программное обеспечение ETS

Одна из причин успеха EIB кроется в концепции инструментального программного обеспечения ETS (EIB Tool Software). С самого начала было принято жесткое условие, что разработкой программного обеспечения должна заниматься одна организация. Иначе каждая компания начнет производить свои программы для своих устройств, которые в итоге окажутся несовместимыми, и конечный инсталлятор не сможет объединить в одном проекте устройства разных производителей либо ему потребуется навык работы со всеми этими программами. Некоммерческая штаб-квартира ассоциации EIBА (European Installation Bus Association – Европейской ассоциации по монтажу каналов связи) в Брюсселе занимается разработкой и обслуживанием ETS. Разумеется, что при этом фирмы – ассоциации EIBA могут участвовать в обсуждении спецификации, особенно те, которые занимаются новыми разработками (вносящими изменения в ETS). Официальное приобретение программы ETS – одно из условий получения статуса EIB Partner для фирмы, использующей EIB в своих проектах. Другим условием является сертификат обучения в специализированном центре EIB для одного или нескольких сотрудников фирмы.

Визуализация

Собранный проект EIB не требует внешнего вмешательства и контроля и может работать вообще без средств визуализации (компьютера диспетчера). На самом деле такие программы есть, и некоторые из них даже рекомендованы EIBA (например, программа Win Switch компании Aston GmbH). Но, честно говоря, возможности этих программ весьма ограничены. Это вполне естественно. Ведь EIB – это полевая шина, и она должна интегрироваться в систему более высокого порядка. Именно такая интеграция предусматривается стандартом ISO. На верхнем уровне есть BACnet*, есть общая система SCADA, контролирующая и управляющая всеми устройствами в здании. Система диспетчеризации здания может быть построена только на устройствах EIB. Но все же тенденция такова, что интеграционным протоколом является BACnet. Все примеры проектов, любезно предоставленные нам брюссельскими коллегами, строятся именно таким образом. В небольшом трехуровневом офисном здании в Мюнхене установлено более 2 500 устройств EIB (около 6 000 групповых адресов), а центральная диспетчерская станция построена на BACnet. Кроме всего прочего, это позволяет в дальнейшем гибко развивать и совершенствовать систему управления зданием.

Ассоциация KONNEX

Популярность и успешность протокола EIB привела к тому, что в мае 1999 года именно на базе ассоциации EIBА произошло объединение трех систем:

- BatiBus Club International (BCI);

- European Installation Bus Association (EIBA);

- European Home Systems Association (EHSA).

Причем от двух последних в общие спецификации вошли только физические среды для передачи информации. Это объединение – скорее результат общей интеграции в Европе, чем каких-то технических проблем. Главенство EIBА не скрывается всеми участниками. Штаб-квартира ассоциации в Брюсселе просто сменила вывеску на входе. По поводу существующих реализаций BatiBus и EHS скромно оговаривается, что будут разрабатываться адаптеры и шлюзы для совместной работы устройств.

Заявленная цель новой ассоциации KONNEX – продвижение (под именем KNX) «единого стандарта» применения полевой шины управления для инсталляций как домашних, так и административных объектов.

Спецификации KONNEX более масштабно прописали применение KNX (читай EIB) в различных ситуациях. В этих спецификациях оговаривается 3 различных режима конфигурирования и 4 возможных среды передачи информации.

Режимы конфигурирования KNX

Системный режим – S-mode (system mode)

Этот способ конфигурации предназначен для создания профессионально обученными инсталляторами системы управления любой сложности. Все компоненты системы S-mode соединяются в сеть и адресуются с помощью ETS для планирования (проектирования), конфигурирования и обмена данными внутри системы. С помощью ETS каждый компонент может быть запрограммирован в соответствии с определенными требованиями. Метод S-mode обладает высокой степенью гибкости системы и видов связи.

Простой режим – E-mode (easy mode)

Данный способ конфигурирования предназначен для инсталляторов, прошедших предварительное базовое обучение, для создания решения с ограниченным набором функций по сравнению с S-mode. Компоненты системы Е-mode предварительно запрограммированы, параметры устройств выставлены по умолчанию. С помощью простейшего конфигуратора каждый компонент может быть перепрограммирован. Вышесказанное в большой степени относится к установке параметров устройств и программирования каналов связи. Существует возможность сочетать в сети KNX компоненты систем Е-mode и S-mode. Общее программное средство ETS позволяет соединять эти компоненты в единое целое и даже иногда производить изменение первоначальных настроек.

Автоматический режим – А-mode (automatic mode)

Данный режим разработан специально для бытового применения (для домохозяек). Например, домашняя инсталляция в случае приобретения готового комплекта системы управления.

Компоненты системы А-mode автоматически сконфигурированы таким образом, чтобы адаптировать отдельные устройства (это могут быть любые бытовые приборы и домашняя электроника) для связи друг с другом в единой сети. Каждый компонент состоит из фиксированного набора параметров и библиотеки инструкций по тому, как обмениваться информацией с другими компонентами системы А-mode.

Эти устройства также могут быть интегрированы в единую сеть KNX. Общее программное средство ETS может объединить А-mode с компонентами систем Е-mode и S-mode с целью построения общей системы управления.

Среда передачи информации

Кроме трех методов конфигурации, стандарт KNX описывает несколько видов коммуникационных сред. Каждая информационная среда может использоваться в сочетании с одним или несколькими методами построения конфигураций, что позволяет каждому производителю выбирать оптимальное сочетание в зависимости от сегмента рынка и среды применения.

Витая пара ТР-0 (twisted pair, type 0)

Коммуникационная среда, витая пара, скорость передачи 4 800 бит/с, была взята из технологии BatiBus. Сертифицированная продукция KNX разработана для среды, которая функционирует на той же шине, что и сертифицированные устройства технологии BatiBus, однако эти устройства не могут обмениваться информацией друг с другом.

Витая пара ТР-1 (twisted pair, type 1)

Коммуникационная среда, витая пара, скорость передачи 9 600 бит/с, была взята из технологии ЕIВ. Сертифицированные устройства ЕIВ и продукция, сертифицированная в рамках стандарта KNX, разработанные для этого типа среды, могут обмениваться информацией и функционировать на одной и той же шине.

Шина питания РL-110 (power line, 110 кГц)

Данная коммуникационная среда, силовая линия (шина питания), скорость передачи 1 200 бит/с, была также взята из технологии ЕIВ. Сертифицированные устройства ЕIВ/РL-110 и продукция, сертифицированная в рамках стандарта KNX, разработанные для этого вида среды, могут обмениваться информацией друг с другом, располагаясь в единой электрической распределительной сети.

Шина питания РL-132 (power line, 110 кГц)

Этот тип коммуникационной среды, силовая линия (шина питания), скорость передачи 2 400 бит/с, используется в технологии EHS. Поэтому она была принята для использования в стандарте KNX. Устройства, сертифицированные в KNX для данной среды, и сертифицированные компоненты EHS 1.3а могут работать вместе, но не могут обмениваться информацией без преобразователя протокола, который сейчас находится в стадии разработки и согласования.

Радиочастота RF (Radio frequency – 868 МГц)

Данная коммуникационная среда, радиочастотный канал, скорость передачи 38,4 кбит/с, была разработана в рамках работы над стандартом KNX.

EIB и общая стандартизация

С 1986 года в рамках CENELEC (Европейского комитета по нормам в электротехнике) работает 205-й комитет, в задачу которого входит разработка норм для обеспечения интеграции систем обработки информации, контроля, управления и обмена данными в зданиях. Этот комитет также известен как HBES («Электронные системы жилых и общественных зданий»).

В июне 2000 года было подписано соглашение о сотрудничестве между ассоциацией KONNEX и комитетом CENELEC. Согласно этому соглашению, ассоциация KONNEX получила особые полномочия в подготовке материалов для европейских стандартов в области управления зданиями. Готовящиеся спецификации лягут в основу работы 205-го комитета CENELEC, который, в свою очередь, передаст материалы в общеевропейский документ CEN TC247 («Техническое оснащение зданий»), который занимается подготовкой стандарта ISO 16484. То есть в этом стандарте в качестве протокола нижнего уровня будет прописан протокол EIB (наравне с LON). Трудно переоценить значение этих решений. Практически EIB де-факто становится стандартом для автоматизации зданий.

Рынок EIB в России

В России рынок EIB находится в стадии развития и формирования. Уже многие компании используют шину EIB в своих интеграционных проектах. Но пока еще не так много западных производителей представлено здесь. По существу приходится выбирать между компаниями ABB, Gira, Siemens или Merten. Стоимость устройств остается достаточно высокой, и практически все устройства привозятся «под заказ» со сроком поставки 6–8 недель. Это значительно затрудняет развитие проектов. Надеемся, что в ближайшие год-два ситуация будет меняться в пользу потребителя, когда и в проектах среднего бюджета можно будет применить управление на базе шины EIB. Должна расшириться и сфера применения EIB. Пока еще у многих потребителей существует стойкое убеждение, что EIB – система для частного строительства (квартиры и коттеджи). Хотя опыт ведущих российских компаний свидетельствует об успешном применении EIB в проектах различного масштаба. Популяризация этой информации – одна из важнейших задач настоящего времени.

Хорошей новостью стало юридическое оформление национальной ассоциации производителей EIB в России, которое произошло в конце мая 2003 года. Теперь эта организация будет вести активную работу по продвижению стандарта EIB и пропаганду технических достоинств системы, проводить регулярное обучение по инсталляции. Надеемся, что и в рамках комитета НП «АВОК» «Интеллектуальные здания и информационно-управляющие системы» эта ассоциация примет активное участие в подготовке стандартов по интеллектуальному зданию. В планах ассоциации и открытие учебного центра EIB для подготовки сертифицированных специалистов. Пока же российским инженерам приходится обращаться в польские или немецкие центры обучения.

При подготовке статьи использованы материалы книги «EIB. Система автоматизации зданий» (Пермь: Перм. гос. техн. ун-т, 2001).

Также выражаем благодарность г-ну Ван ден Босу (Брюссель, Бельгия) – представителю ассоциации KONNEX – за предоставленные материалы и поддержку работы комитета НП «АВОК» «Интеллектуальные здания и информационно-управляющие системы».