Why KNX?

Tại Bắc Mỹ, hiện nay có khoảng gần 200 tiêu chuẩn và hàng nghìn nhà sản xuất thiết bị điều khiển toà nhà, Tuy nhiên, các tổ chức tiêu chuẩn Mỹ ANSI hay NEMA chưa từng đưa ra bất kỳ khuyến cáo hay tiêu chuẩn nào về smartbuilding, ngoại trừ về KNX trong ANSI/ASHRAE 135.
Có thể, một lý do mà thị trường smarthome Mỹ chia rẽ như vậy vì có quá nhiều tay chơi lớn như Microsoft, Apple, Google, Amazon… đầy tham vọng tham gia và họ vẫn chưa thống nhất với nhau để đưa ra được tiêu chuẩn chung nhất. Chúng ta có thể thấy cuộc chiến này cũng tương tự như giữa HD DVD và Bluray năm xưa và không dễ dàng để kết thúc với kẻ thắng, người thua…
Tại châu Âu và đặc biệt châu Á – nơi được coi là tương lai của Trái đất trong những thế kỷ tới, tiêu chuẩn KNX đã chiếm lĩnh những thị trường lớn nhất như Trung quốc, Trung cận đông và Nga (hai phần ba nước Nga nằm ở châu Á). Ở Đông và Nam Á, do điều kiện lịch sử (trung tâm EIBA đầu tiên ở châu Á được thành lập ở Singapore), KNX đang trở nên có sức sống mạnh mẽ hơn bao giờ hết, phát triển song hành cùng một thị trường bất động sản to lớn.
Tiền thân của KNX, EIB là tiêu chuẩn về home automation được xác lập năm 1999. KNX hiện là tiêu chuẩn quốc tế duy nhất được cả ISO và IEC (ISO/IEC 14543-3) công nhận, điều này sẽ càng ngày trở nên rất quan trọng với các hệ thống hạ tầng kỹ thuật toà nhà lớn ở Việt Nam, khi mọi thiết kế và thiết bị phải tuân thủ IEC.

KNX được thành lập từ 3 tiêu chuẩn điều khiển thiết bị điện
Trong tương lai, khi người dùng đã hiểu biết hơn, họ sẽ rất quan tâm đến tiêu chuẩn của hệ thống tự động hoá ngôi nhà, vì đó sẽ là trái tim và khối óc ngôi nhà của họ, với ảnh hưởng mạnh mẽ của đến cách mà họ hưởng thụ cuộc sống. Hiện nay, với người sử dụng, mối quan tâm lớn nhất thường là các yếu tố sau : tính năng/giá cả/thuận tiện/an toàn/thân thiện và dễ sử dụng
Hiệp hội KNX ngày nay có khoảng 500 nhà sản xuất, cung cấp khoảng 50.000 thiết bị KNX cho điều khiển đèn chiếu sáng, điều hoà nhiệt độ, rèm cửa, báo khói, an ninh, camera…Do việc cạnh tranh là cực kỳ gay gắt vì các thiết bị được sản xuất ra tương tự nhau, các nhà sản xuất KNX đầu tư rất mạnh mẽ cho R&D với ngân sách lên đến hàng trăm triệu Euro một năm!

Có thể chắc chắn rằng, không có nhà sản xuất nào trên thế giới có ngân sách nghiên cứu và phát triển lớn như vậy.

Ngân sách to lớn này dẫn đến hệ quả là số lượng và tính năng sản phẩm KNX trở nên cực kỳ phong phú và có công nghệ ngày càng tiên tiến, vượt trội với tốc độ phát triển sản phẩm mới trong Hiệp hội KNX hiện nay tính theo đơn vị tháng. Người dùng được hưởng lợi từ giá cả trở nên rẻ hơn rất nhiều với tốc độ xử lý yêu cầu và tính năng ngày càng hiện đại và phong phú.
Với các nhà Tích hợp hệ thống KNX (System Integrator sau đây gọi là SI), để cạnh tranh, họ chỉ còn cách cung cấp giải pháp tốt nhất cho khách hàng từ khảo sát, thiết kế, lắp đặt, giá cả, dịch vụ, hậu mãi…, mới có thể tồn tại và phát triển được trên thị trường.
So sánh về giá thành đầu tư, hệ thống KNX ngày nay với các chức năng cơ bản có giá chỉ bằng 30% giá của 10 năm trước!

Các khái niệm cơ bản về KNX

KNX hiện sử dụng 4 loại đường truyền (medium) dữ liệu, theo thứ tự từ phồ biến nhất là : TP (twisted pair – cáp đôi vặn xoắn), RF (sóng radio Z-wave 868MHz), Ethernet và Powerline (đường cấp điện 220VAC). Với 4 medium trên, có thể lắp đặt KNX ở bất kỳ dạng công trình nào, từ xây mới cho đến cải tạo hay mở rộng…

Bốn loại đường truyền (medium) của KNX
Tuy nhiên, để tận dụng được các tính năng ưu việt của hệ thống KNX, SI nên tư vấn cho khách hàng sử dụng TP ngay từ đầu, với các hệ thống nhỏ và kết hợp Ethernet làm backbone với các hệ thống lớn. Bài này, sau đây, sẽ đề cập khá nhiều đến TP, là hệ thống mà người viết đã có trải nghiệm khá nhiều trong gần 20 năm nay.
Ưu điểm nổi trội của việc dùng hệ bus nói chung là việc phân cách giữa phần cấp điện và phần điều khiển hệ thống – là phương án đảm bảo độ an toàn và tin cậy hoạt động nhất, cũng như cho phép SI và người sử dụng có khả năng linh hoạt nhất trong sử dụng. Ví dụ, tại các điểm lắp công tắc KNX, chỉ có dây KNX bus chạy đến, người dùng có thể lựa chọn điều khiển BẤT KỲ lộ đèn hay thiết bị nào trong toàn công trình, mà không phụ thuộc vào việc đi dây điện.

Sơ đồ topo của hệ thống KNX
Về mặt hệ thống (hình học topology), với lớp thông tin, KNX chia các tập hợp thiết bị ra thành đường (line), vùng (are) và hệ thống con (system) :
  • Mỗi line cho phép từ 1 đến 64 thiết bị KNX (bus device) cùng kết nối trên một bộ cấp nguồn KNX (với điều kiện nguồn đủ công suất và khoảng cách kết nối xa nhất không vượt quá 700m để tránh suy hao tín hiệu).
  • Mỗi vùng bao gồm tối đa 12 line với 11 bộ định tuyến (line coupler – LC) để kết nối và định tuyến tín hiệu điều khiển (telegram).
  • Một hệ thống con (sub-system) có thể bao gồm tối đa 15 vùng với 14 bộ (area coupler – AC) để kết nối và định tuyến telegram. => tổng cộng 11.520 thiết bị KNX.
  • Các LC & AC thực ra là cùng một loại, với cấu trúc phân chia traffic lệnh và dữ liệu sao cho tối ưu.
  • Các sub-system này nếu kết nối qua mạng backbone IP thì cho phép khả năng kết nối không hạn chế, mở ra kỷ nguyên IoT hay smartcity.
Hệ thống KNX lớn nhất hiện nay là ở Dubai Park & Resort với khoảng 12.000 thiết bị(bus device) được sử dụng trên một công trình có diện tích khoảng 30 triệu m2!

Dubai Park & Resort
KNX TP bus bao gồm 5 lõi dây, cặp dây đỏ-đen thường được sử dụng để kết nối các bus device, cặp dây vàng-trắng để dự phòng, lõi thứ 5 để chịu lực. Nó có 2 lớp vỏ chống nhiễu và cách điện.

KNX bus với 5 lõi và 2 lớp bảo vệ
Với KNX bus TP, SI có thể thiết kế đi dây theo hình cây, hình ngôi sao hay kết hợp giữa cả 2, dưới dạng loop để loại bỏ hoàn toàn các rủi ro về việc hỏng kết nối vật lý.

Nguyên lý đi dây KNX
Ở dạng đơn giản nhất, 1 line của KNX bao gồm bộ cấp nguồn, các thiết bị KNX (bus device), tối đa đến 64. SI sẽ cần phải lưu ý để có cách backup cho bộ nguồn KNX vì đây là thành phần xung yếu nhất của hệ thống! Một lựa chọn là dùng nguồn KNX có dự phòng – redundant KNX PS với tính năng chống quá điện áp lan truyền (PS with choke).
Mỗi thiết bị KNX đều như một máy tính mini với CPU, ROM, RAM…do đó, nó cho phép hệ thống hoạt động hoàn toàn độc lậpkhông cần bất kỳ Trung Tâm xử lý nào như work station hay home center hay central gateway…. Điều này làm giảm thiểu hoàn toàn nguy cơ sự cố xảy ra với bộ điều khiển trung Tâm!
Lý do để mỗi thiết bị KNX có thể hoạt động độc lập là mỗi device đó đều là một máy tính mini với đầy đủ micro processor, ROM, EEPROM và RAM với các cờ trạng thái. Những bộ bus device đầu tiên của EIBA đều sử dụng vi xử lỷ của Motorola 68HCO5B6.

JUNG bus dvice
Cấu trúc của bus device có thể hiểu đơn giản như sau
Hay cụ thể hơn, như thế này

Kích thước và cấu trúc một bộ bus device của JUNG, bao gồm bus coupler và giao diện người dùng
Các bộ giao diện người dùng hay chúng ta thường gọi là công tắc thông minh KNX được kết nối với các bộ actuator (chấp hành) điều khiển ảnh sáng, rèm cửa, điều hoà nhiệt độ hay an ninh, an toàn…
Các bộ này, cũng là bus device nên cũng có vi xử lý và ROM, RAM, ngoài ra, còn có hệ thống relay cơ khí hoặc điện tử để kết nối phần cấp điện và điều khiển phụ tải. Hầu hết các bộ chấp hành đều được chế tạo theo chuẩn DIN Rail IEC/EN 60715 hoặc type G DIN 46277-1 để lắp trên thanh DIN (gá) tủ điện. Tiêu chuẩn chế tạo KNX thường yêu cầu các nhà sản xuất phải có chế độ manual trên bộ chấp hành, để điều khiển các thiết bị trong trường hợp các giao diện KNX sự cố.

Các bộ nguồn & chấp hành KNX của Albrecht Jung
Hệ thống KNX hiện đại ngày nay cho phép người sử dụng hoàn toàn làm chủ các thiết bị điện trong gia đình, từ máy giặt, máy rửa bát cho tới hệ thống điều hoà thông gió hay an ninh, báo cháy… Kết quả đó có được nhờ sự lựa chọn đúng đắn của Hiệp hội Konnex – KNX trong việc phát triển các đối tác và sản phẩm, công nghệ, với những tính năng hữu ích và cách thức lắp đặt, vận hành đơn giản, thân thiện trong khi vẫn đảm bảo các công nghệ tiên tiến nhất.
Footer