Nghiên Cứu Giải Pháp Tự Động Hóa Tòa Nhà Với Công Nghệ KNX Và S7-1200

Giải pháp tự động hóa tòa nhà với công nghệ KNX và S7-1200 đang trở thành xu hướng trong ngành… 116 trang · Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long · 2024.

• Tác giả: Lê Hoàng Phúc
• Người hướng dẫn: Th.S Bùi Thanh Hiếu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử
• Đề tài: Giải Pháp Tự Động Hóa Tòa Nhà Với Công Nghệ KNX Và S7-1200
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Vĩnh Long

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Lịch sử phát triển
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Mục đích nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: KIẾN THỨC CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ TOÀ NHÀ VÀ CÔNG NGHỆ KNX
• 2.1. Giới thiệu công nghệ KNX
• 2.2. Khái niệm về công nghệ KNX
• 2.3. Thành phần thiết bị cốt lõi
• 2.4. Mô hình giao tiếp kết nối
• 2.5. Giao tiếp kết nối kiểu bus trong một hệ thống KNX
• 2.6. Kết nối thiết bị trong hệ thống KNX
• 2.7. Đường truyền Bus
• 2.8. Đường truyền Bus trong hệ thống KNX
• 2.9. Các loại đường truyền KNX bus
• 3. CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ETS 5 VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ KNX
• 3.1. Cài đặt phần mềm ETS5
• 3.2. Cấu hình USB Interface
• 3.3. Kiểm tra kết nối
• 3.4. Import KNX Database vào ETS5
• 3.5. Lập trình KNX
• 3.6. Tạo dự án mới và cấu trúc căn nhà (toà nhà)
• 3.7. Lập trình KNX điều khiển rèm bằng nút nhấn và Shutter
• 3.8. Lập trình KNX điều khiển bật tắt đèn bằng nút nhấn và switch
• 3.9. Lập trình KNX điều khiển độ sáng đèn bằng nút nhấn và dimming
• 3.10. Lập trình sử dụng Touch Panel trong KNX
• 3.11. Lập trình sử dụng cảm biến hiện diện phát hiện chuyển động và đo độ rọi
• 3.12. Sử dụng module giao tiếp LOGO! CMK2000 để giao tiếp hệ thống KNX với LOGO! 8
• 3.13. Download chương trình xuống phần cứng
• 4. CHƯƠNG 4: TRUYỀN THÔNG GIỮA PLC SIEMENS S7-1200 VỚI HỆ THỐNG KNX TRONG TỰ ĐỘNG HOÁ- GIÁM SÁT TOÀ NHÀ
• 4.1. Tổng quan về sử dụng PLC SIEMENS S7-1200 hệ thống KNX
• 4.2. Giới thiệu khái quát về S7-1200
• 4.3. Ứng dụng S7-1200 trong điều khiển, giám sát toà nhà với công nghệ KNX
• 4.4. Hiệu quả của việc truyền thông PLC S7-1200 với hệ thống KNX trong đi điều khiển, giám sát toà nhà
• 4.5. Phương pháp kết nối giữa PLC với hệ thống KNX
• 4.6. Kết nối S7-1200 với LOGO! 8. Kết nối LOGO! 8 với hệ thống KNX. Truyền thông giữa PLC S7-1200 với hệ thống KNX
• 4.7. Thiết kế giao diện giám sát bằng WinCC runtime profestional và đưa lên web thông qua WebUX
• 4.8. Tổng quan về WinCC
• 4.9. Thiết kế giao diện HMI điều khiển và giám sát trên WinCC runtime professtional. Đưa giao diện HMI lên web tĩnh bằng WebUX
• 4.10. Điều khiển và giám sát từ xa trên WinCC WebUX sử dụng công cụ ngrok
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MÔ HÌNH TỰ ĐỘNG HOÁ- GIÁM SÁT VỚI CÔNG NGHỆ KNX VÀ S7-1200
• 5.1. Ý tưởng thiết kế
• 5.2. Mô hình hoàn thiện
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết luận tổng quan
• 6.2. Kết quả đạt được
• 6.3. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Giải Pháp Tự Động Hóa Tòa Nhà KNX Và S7 1200

Giải pháp tự động hóa tòa nhà với công nghệ KNX và S7-1200 đang trở thành xu hướng trong ngành xây dựng hiện đại. Công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành tòa nhà. Việc áp dụng các hệ thống điều khiển thông minh giúp tối ưu hóa quy trình làm việc và cải thiện trải nghiệm của người sử dụng.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Công Nghệ KNX

Công nghệ KNX ra đời từ những năm 1990, với mục tiêu thống nhất các tiêu chuẩn cho hệ thống tự động hóa tòa nhà. Sự phát triển của KNX đã tạo ra một nền tảng vững chắc cho các giải pháp tự động hóa hiện đại.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Giải Pháp Tự Động Hóa

Giải pháp tự động hóa tòa nhà không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao an ninh và tiện nghi cho người sử dụng. Việc áp dụng công nghệ KNX và S7-1200 mang lại nhiều lợi ích cho các công trình xây dựng.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Tự Động Hóa Tòa Nhà

Mặc dù công nghệ tự động hóa tòa nhà mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải không ít thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư ban đầu cao, sự phức tạp trong việc lắp đặt và bảo trì hệ thống là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chi Phí Đầu Tư Ban Đầu Cao

Chi phí đầu tư cho hệ thống tự động hóa tòa nhà có thể cao, đặc biệt là khi sử dụng các thiết bị công nghệ tiên tiến như KNX và S7-1200. Điều này có thể là rào cản cho nhiều chủ đầu tư.

2.2. Phức Tạp Trong Lắp Đặt Và Bảo Trì

Việc lắp đặt và bảo trì hệ thống tự động hóa đòi hỏi kỹ thuật viên có chuyên môn cao. Sự phức tạp này có thể dẫn đến khó khăn trong việc duy trì hoạt động của hệ thống.

III. Phương Pháp Giải Quyết Vấn Đề Tự Động Hóa Tòa Nhà

Để khắc phục những thách thức trong tự động hóa tòa nhà, cần áp dụng các phương pháp hiệu quả. Việc lựa chọn thiết bị phù hợp và đào tạo nhân lực là những yếu tố quan trọng.

3.1. Lựa Chọn Thiết Bị Phù Hợp

Việc lựa chọn thiết bị KNX và S7-1200 phù hợp với nhu cầu sử dụng sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của hệ thống tự động hóa.

3.2. Đào Tạo Nhân Lực Chuyên Môn

Đào tạo nhân lực có chuyên môn cao trong lĩnh vực tự động hóa là cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và bền vững.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Công Nghệ KNX Và S7 1200

Công nghệ KNX và S7-1200 đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều công trình xây dựng. Các ứng dụng này không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn nâng cao trải nghiệm người dùng.

4.1. Giám Sát Và Điều Khiển Tòa Nhà Thông Minh

Hệ thống KNX cho phép giám sát và điều khiển các thiết bị trong tòa nhà một cách thông minh, từ ánh sáng đến điều hòa không khí.

4.2. Tích Hợp Hệ Thống An Ninh

Việc tích hợp hệ thống an ninh vào công nghệ KNX giúp nâng cao mức độ an toàn cho tòa nhà, bảo vệ tài sản và người sử dụng.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Giải Pháp Tự Động Hóa

Giải pháp tự động hóa tòa nhà với công nghệ KNX và S7-1200 hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Sự kết hợp giữa công nghệ và nhu cầu thực tiễn sẽ tạo ra những giải pháp tối ưu hơn cho ngành xây dựng.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ

Công nghệ tự động hóa sẽ tiếp tục phát triển với nhiều tính năng mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng.

5.2. Tác Động Đến Ngành Xây Dựng

Giải pháp tự động hóa sẽ có tác động lớn đến ngành xây dựng, giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu chi phí vận hành.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tại Việt Nam, quá trình hiện đại hóa cơ sở hạ tầng kéo theo sự gia tăng nhanh chóng của các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp như tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại và căn hộ cao cấp. Nhu cầu ứng dụng các hệ thống tự động hóa tòa nhà (Building Automation System - BAS) ngày càng trở nên cấp thiết nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành, tiết kiệm năng lượng và nâng cao tiện nghi sinh hoạt. Đặc biệt, trong bối cảnh đại dịch Covid-19, phương thức điều khiển không tiếp xúc và khả năng giám sát từ xa trong công tác quản lý tòa nhà được quan tâm sâu sắc nhằm giảm thiểu nguy cơ lây nhiễm dịch bệnh.

Trên thị trường hiện nay, các giải pháp nhà thông minh và tự động hóa tòa nhà được cung cấp bởi nhiều thương hiệu như Legrand, Comfort, Siemens với đa dạng công nghệ kết nối (X10, ZigBee, HomePlug, Bluetooth, Insteon, KNX). Trong số đó, công nghệ KNX nổi bật nhờ nền tảng tiêu chuẩn mở, cho phép thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau giao tiếp thông qua một giao thức đồng nhất. Tuy nhiên, giải pháp sử dụng bộ máy chủ chuyên dụng KNX Server để kết nối internet và quản lý tập trung có giá thành rất cao, đồng thời giao diện điều khiển bị đóng kín, khó tùy biến theo yêu cầu riêng biệt của người vận hành. Ngược lại, bộ điều khiển lập trình PLC (tiêu biểu là dòng Siemens S7-1200) sở hữu tính linh hoạt cao trong việc lập trình giải thuật điều khiển công nghiệp, hỗ trợ thiết kế giao diện SCADA/HMI trực quan và dễ dàng đồng bộ dữ liệu.

Xuất phát từ thực tế đó, đề tài khóa luận "Nghiên cứu giải pháp tự động hóa tòa nhà với công nghệ KNX và S7-1200" do nhóm tác giả Lê Hoàng Phúc và Nguyễn Sơn Tùng (Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long) thực hiện trong 6 tháng (năm 2024) dưới sự hướng dẫn của Th.S Bùi Thanh Hiếu, nhằm nghiên cứu tích hợp hai nền tảng công nghệ này thành một hệ thống điều khiển và giám sát hoàn chỉnh.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 5 nhiệm vụ cụ thể:

1. Nâng cao hiểu biết tổng quan về lĩnh vực tự động hóa tòa nhà.
2. Làm quen với các thiết bị chuẩn KNX, PLC S7-1200 và bộ điều khiển lập trình LOGO! 8 để thành thạo việc lập trình, khai thác tính năng phần cứng.
3. Nghiên cứu giải pháp kết nối kỹ thuật mới nhằm tối ưu hóa công nghệ điều khiển tòa nhà thông minh.
4. Đánh giá mức độ hiệu quả khi kết hợp thiết bị chuẩn KNX với bộ điều khiển PLC S7-1200 trong công tác điều khiển và giám sát.
5. Thiết kế và hoàn thiện mô hình truyền thông giữa KNX và PLC S7-1200 ứng dụng trực tiếp vào công tác giảng dạy, nghiên cứu thực hành cho sinh viên.

Đối tượng nghiên cứu là giải pháp giao tiếp truyền thông, cấu hình điều khiển và giám sát giữa hệ thống thiết bị chuẩn KNX và PLC Siemens S7-1200. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc thiết lập mô hình thử nghiệm tại phòng thí nghiệm thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, tập trung vào các chức năng điều khiển chiếu sáng (bật/tắt, điều chỉnh độ sáng), điều khiển động cơ rèm cuốn, cảm biến hiện diện kết hợp đo độ rọi, và thu thập dữ liệu lên giao diện WebUX thông qua mạng truyền thông công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng các tiêu chuẩn quốc tế và khung lý thuyết kỹ thuật về hệ thống tự động hóa tòa nhà:

• Tiêu chuẩn KNX: Tiêu chuẩn mở toàn cầu cho điều khiển nhà và tòa nhà thông minh, được phê duyệt theo các chuẩn ISO/IEC 14543-3 (năm 2006), CENELEC EN 50090 (năm 2003) và ANSI/ASHRAE 135 (năm 2005). Hệ thống hoạt động theo nguyên lý điều khiển phân tán (Decentralized Control), không phụ thuộc vào máy tính trung tâm; nếu một nút mạng gặp sự cố, các thành phần độc lập khác vẫn vận hành bình thường.
• Cấu trúc mạng và định địa chỉ KNX: Cấu trúc phân cấp gồm 15 khu vực (Area), liên kết bằng đường truyền trục chính (Backbone Line). Mỗi khu vực chứa tối đa 15 nhánh (Line) nối với tuyến chính (Mainline). Mỗi nhánh hỗ trợ kết nối tối đa 64 thiết bị và có thể mở rộng lên 255 thiết bị thông qua bộ lặp (Repeater), cho phép toàn hệ thống đạt quy mô tới 45.000 thiết bị. Định dạng địa chỉ vật lý tuân thủ quy tắc A.B.C (Khu vực.Nhánh.Thiết bị).
• Phương tiện truyền dẫn KNX: Hỗ trợ 4 môi trường truyền thông gồm KNX Twisted Pair (KNX TP - cáp đôi vặn xoắn cấp nguồn 30VDC SELV), KNX Powerline (KNX PL - truyền trên lưới điện), KNX Radio Frequency (KNX RF - truyền sóng vô tuyến) và KNX IP (truyền qua mạng Ethernet).
• Giao thức truyền thông S7 Communication và mạng công nghiệp: Giao thức truyền thông độc quyền của Siemens trên nền Ethernet công nghiệp (PN/IE), cấu hình giao tiếp ngang hàng giữa S7-1200 và LOGO! 8 qua cơ chế trao đổi điểm truy cập dịch vụ truyền tải (TSAP).

Tiêu chuẩn / Giao thức	Tổ chức chứng nhận / Nhà phát triển	Đặc tính kỹ thuật cốt lõi
ISO/IEC 14543-3	ISO/IEC (2006)	Tiêu chuẩn quốc tế cho hệ thống điện tử dân dụng và tòa nhà
EN 50090	CENELEC (2003)	Tiêu chuẩn châu Âu cho hệ thống tự động hóa EIB/KNX
ANSI/ASHRAE 135	ANSI/ASHRAE (2005)	Tiêu chuẩn kỹ thuật kiểm soát và truyền thông tòa nhà tại Mỹ
KNX TP (Twisted Pair)	KNX Association	Cáp xoắn đôi, truyền dữ liệu và cấp nguồn DC 30V (chuẩn SELV)
S7 Communication	Siemens	Giao thức Ethernet công nghiệp kết nối PLC qua TSAP

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thiết kế kỹ thuật được áp dụng xuyên suốt khóa luận:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu kỹ thuật: Khảo sát tài liệu kỹ thuật từ Siemens, Greencontrols, Tantron và hiệp hội KNX Association.
• Phương pháp thiết kế và tích hợp hệ thống phần cứng: Lựa chọn thiết bị, thiết kế sơ đồ đấu nối đường truyền bus KNX TP, module nguồn, cơ cấu chấp hành và kết nối mạng Ethernet công nghiệp.
• Phương pháp lập trình cấu hình phần mềm: Ứng dụng phần mềm ETS5 (Engineering Tool Software 5) để quản lý cơ sở dữ liệu thiết bị, nạp tham số và liên kết địa chỉ nhóm (Group Address); phần mềm TIA Portal V16 để lập trình giải thuật PLC S7-1200 và thiết kế giao diện WinCC Runtime Professional; phần mềm LOGO! Soft Comfort cấu hình trạm trung gian.
• Nguồn dữ liệu thực nghiệm: Trích xuất trực tiếp từ quá trình đo lường cảm biến, giám sát giá trị độ rọi (Lux), trạng thái chuyển mạch rơ-le và gói tin trao đổi giữa các cổng truyền thông trong mô hình phần cứng thực tế.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc điều khiển phân tầng, tích hợp giữa bus trường KNX và mạng Ethernet điều khiển công nghiệp:

• Tầng trường (Field Level): Hoạt động trên đường truyền KNX TP, điện áp vận hành 30VDC SELV đảm bảo an toàn điện. Hệ thống bao gồm bộ nguồn Greencontrols 640mA tích hợp cuộn kháng chống ngắn mạch; các cảm biến đầu vào gồm nút nhấn cơ thông minh Greencontrols 8 phím (GC1000101), màn hình cảm ứng Tantron Mini Touch Panel 2.6 inches và cảm biến đa năng Tantron Mini Sensor tích hợp PIR, Lux và sóng Microwave; cơ cấu chấp hành đầu ra gồm bộ điều khiển rèm 4 kênh Greencontrols (GC0600101, tải định mức 6A 230VAC) và các module chuyển mạch switch actuator, dimmer.
• Tầng trung gian chuyển đổi giao thức (Gateway Level): Sử dụng bộ điều khiển logic Siemens LOGO! 8 ghép nối với module truyền thông Siemens LOGO! CMK2000. CMK2000 đóng vai trò chuyển tiếp dữ liệu giữa mạng KNX và giao thức nội bộ của LOGO! 8, cho phép đọc/ghi trực tiếp các cờ nhớ (Memory bit) và thanh ghi tương tự (Analog register).
• Tầng điều khiển và giám sát (Supervisory/SCADA Level): Bộ điều khiển lập trình Siemens PLC S7-1200 đóng vai trò bộ xử lý trung tâm, liên kết với LOGO! 8 qua cáp mạng Ethernet (Industrial Ethernet PN/IE). Kết nối S7 Connection được cấu hình tĩnh với TSAP 10.00 cho PLC S7-1200 và TSAP 20.00 cho LOGO! 8. Quá trình trao đổi dữ liệu sử dụng bảng Data Transfer để đồng bộ trạng thái 1-bit (lệnh bật/tắt, báo chuyển động) và 1-byte (mức độ mở rèm, giá trị đo độ rọi Lux).
• Tầng giao diện người dùng và truy cập từ xa: Giao diện HMI SCADA được thiết kế bằng phần mềm WinCC Runtime Professional, phân chia thành các khu vực quản lý chức năng: phòng khách, phòng ngủ, phòng tắm. Giao diện được số hóa và đưa lên nền tảng web thông qua công cụ WinCC WebUX tích hợp dịch vụ Internet Information Services (IIS) của Windows và chứng chỉ bảo mật (Certificate). Để cho phép thiết bị di động truy cập điều khiển từ bên ngoài mạng nội bộ, công cụ tạo đường hầm ngrok được cấu hình nhằm chuyển tiếp cổng WebUX ra internet.

Thông số thiết bị	Mã hiệu / Model	Đặc tính điện áp & dòng tiêu thụ	Kích thước & Tiêu chuẩn
Bộ nguồn KNX	Greencontrols	Vào: 100-240VAC; Ra: 30VDC SELV, 640mA	72 x 90 x 64 mm; CE, KNX
Nút bấm thông minh	Greencontrols GC1000101	21-30VDC (KNX bus), dòng $\le$ 12mA, công suất 360mW	55.4 x 55.4 x 18.7 mm; 8 phím
Bộ điều khiển rèm	Greencontrols GC0600101	Bus: 21-30VDC, 12mA; Tải: 230VAC 50Hz, 6A, 4 kênh	72 x 90 x 64.2 mm; công suất $\le$ 360mW
Màn hình cảm ứng	Tantron Mini Touch Panel	21-30VDC (KNX bus), dòng $\le$ 21mA, 10 trang hiển thị	55 x 55 x 38 mm; màn hình 2.6"
Cảm biến hiện diện	Tantron Mini Sensor	21-30VDC (KNX bus), dòng $\le$ 20mA, công suất < 250mW	Công nghệ PIR + Lux + Microwave
Module truyền thông	Siemens LOGO! CMK2000	Cấp nguồn qua rack mở rộng LOGO!, giao tiếp KNX TP	Tiêu chuẩn công nghiệp Siemens

Quy trình triển khai và kiểm thử phần cứng được thực hiện qua các giai đoạn:

1. Cài đặt môi trường phần mềm ETS5, sao chép tệp cấu hình trình điều khiển knx_interfaces.xml vào các thư mục hệ thống C:\Program Files (x86)\ETS5 và C:\ProgramData\KNX\Falcon.
2. Kiểm tra giao tiếp cổng USB Interface trên ETS5 qua công cụ Diagnostic Test.
3. Nhập cơ sở dữ liệu thiết bị (KNX Database) bằng tệp tải về từ nhà sản xuất hoặc thông qua công cụ Online Catalog với mã vùng thị trường Việt Nam.
4. Xây dựng cây không gian tòa nhà (Building Parts $\rightarrow$ Floors $\rightarrow$ Rooms), cấu hình gán địa chỉ nhóm cho từng ngõ vào/ngõ ra, kích hoạt chế độ nạp chương trình bằng nút nhấn vật lý Prog trên thiết bị để tải thông số xuống phần cứng.
5. Cấu hình bảng chuyển giao dữ liệu trên TIA Portal và LOGO! Soft Comfort, kiểm tra thời gian đáp ứng khi truyền lệnh điều khiển từ WebUX qua ngrok về cơ cấu chấp hành.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Trình bày lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ tự động hóa tòa nhà từ giai đoạn hệ thống độc quyền thập niên 1980 đến khi Hiệp hội EIB ra đời năm 1990, ban hành chuẩn EIB 1.0 (1994) và EIB 2.0 (1999). Năm 2003, hiệp hội đổi tên thành KNX Association; chuẩn KNX TP1 ra đời năm 2004, chính thức trở thành tiêu chuẩn quốc tế phổ biến trên 100 quốc gia. Phân tích lý do chọn đề tài dựa trên sự hạn chế về giá thành và tính đóng kín của KNX Server, từ đó đặt ra mục tiêu nghiên cứu kết hợp chuẩn KNX với PLC S7-1200 nhằm tạo ra mô hình thực hành đa năng, linh hoạt và chi phí hợp lý.

Chương 2: Kiến thức chung về tự động hoá toà nhà và công nghệ KNX

Khái quát nguyên lý vận hành của mạng KNX với 4 thành phần thiết bị cốt lõi: thiết bị hệ thống, cảm biến đầu vào, cơ cấu chấp hành và bộ xử lý logic. Trình bày chi tiết mô hình giao tiếp bus phân tán, giải thích quy tắc phân cấp cấu trúc mạng (15 khu vực $\times$ 15 nhánh $\times$ 64 thiết bị) và định dạng địa chỉ vật lý A.B.C. Giới thiệu 4 loại đường truyền bus KNX (TP, PL, RF, IP) và phân tích các ưu điểm vượt trội về độ tin cậy, khả năng tương tác liên hãng, an toàn điện áp SELV 30VDC. Phần cuối chương giới thiệu danh mục sản phẩm chuẩn KNX của 3 nhà sản xuất tiêu biểu: Siemens (module CMK2000, cảm biến nhiệt độ, bộ nguồn), Greencontrols (bộ nguồn 640mA, nút nhấn 8 phím, bộ điều khiển rèm 4 kênh) và Tantron (màn hình Mini Touch Panel 2.6 inches, cảm biến tích hợp PIR + Lux + Microwave).

Chương 3: Sử dụng phần mềm ETS 5 và lập trình điều khiển các thiết bị KNX

Hướng dẫn toàn diện quy trình thiết lập dự án trên phần mềm ETS5: các bước cài đặt hệ thống, cấu hình tệp driver Falcon cho cổng USB Interface, kiểm tra thông tuyến, nhập dữ liệu thiết bị từ All Database hoặc Online Catalog. Hướng dẫn chi tiết các bước xây dựng mô hình tòa nhà (Tầng trệt $\rightarrow$ Phòng khách, Phòng ngủ, Bếp), cấu hình tham số hoạt động cho từng thiết bị và tạo địa chỉ nhóm (Group Address). Triển khai lập trình ứng dụng thực tế gồm: điều khiển rèm cuốn bằng nút nhấn GC1000101 và bộ chấp hành GC0600101; điều khiển đóng/ngắt đèn chiếu sáng; lập trình điều khiển độ sáng đèn (Dimming); cấu hình 10 trang chức năng trên màn hình cảm ứng Tantron; cấu hình ngưỡng trễ và độ rọi Lux cho cảm biến hiện diện; cấu hình kênh truyền dữ liệu 1-bit và Analog trên module LOGO! CMK2000 kết nối với LOGO! 8, kết thúc bằng quy trình nhấn nút Prog để nạp tham số xuống phần cứng.

Chương 4: Truyền thông giữa PLC Siemens S7-1200 với hệ thống KNX trong tự động hoá - giám sát toà nhà

Tập trung giải quyết bài toán giao tiếp kỹ thuật giữa PLC S7-1200 và bus KNX thông qua tầng chuyển tiếp LOGO! 8 và module CMK2000. Trình bày chi tiết các bước thiết lập mạng Ethernet công nghiệp (PN/IE) trên TIA Portal, cấu hình liên kết S7 Connection, bỏ chọn thuộc tính kích hoạt chủ động kết nối (Active connection establishment), định cấu hình thông số TSAP 10 cho PLC và TSAP 20 cho LOGO! 8. Thiết lập bảng ánh xạ dữ liệu (Data Transfer) đồng bộ hai chiều tín hiệu 1-bit và 1-byte giữa cờ nhớ PLC, vùng nhớ LOGO! và địa chỉ nhóm KNX. Thiết kế giao diện giám sát SCADA trên WinCC Runtime Professional với các trang màn hình trực quan cho từng phòng. Trình bày quy trình xuất bản giao diện SCADA lên môi trường web bằng WinCC WebUX thông qua máy chủ web IIS, cấu hình chứng chỉ số, mở cổng mạng và tích hợp công cụ ngrok để thực hiện điều khiển, giám sát toàn diện hệ thống từ xa qua internet.

Chương 5: Thiết kế mô hình tự động hoá - giám sát với công nghệ KNX và S7-1200

Trình bày ý tưởng thiết kế, lựa chọn vật tư và chế tạo mô hình tự động hóa tòa nhà dạng modulized hoàn thiện (Hình 5.64, trang 111). Mô hình tích hợp đầy đủ bảng gá thiết bị, hệ thống nguồn cấp 230VAC và 30VDC SELV, cơ cấu chấp hành rèm, đèn chiếu sáng tải giả lập, hệ thống nút bấm, màn hình cảm ứng tại chỗ, cảm biến hiện diện và tủ điều khiển chứa PLC S7-1200, LOGO! 8 kèm module CMK2000.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Tổng kết toàn bộ quá trình nghiên cứu, đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu đề ra ban đầu, xác nhận hệ thống vận hành ổn định, đồng bộ dữ liệu thông suốt giữa PLC, SCADA WebUX và các thiết bị KNX. Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo của đề tài nhằm nâng cao khả năng ứng dụng thực tế.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành các nội dung kỹ thuật trọng tâm với số liệu và cấu hình thực tế được ghi nhận:

• Thiết lập hoàn chỉnh mạng truyền thông phân tán KNX TP sử dụng bộ nguồn Greencontrols 640mA (30VDC SELV), kết nối thông suốt các thiết bị nút nhấn GC1000101, bộ điều khiển rèm GC0600101, màn hình cảm ứng Tantron 2.6 inches và cảm biến đa năng PIR + Lux + Microwave.
• Thiết lập thành công liên kết truyền thông công nghiệp đa tầng: Mạng KNX $\leftrightarrow$ Siemens LOGO! CMK2000 $\leftrightarrow$ Siemens LOGO! 8 (qua rack mở rộng) $\leftrightarrow$ Siemens PLC S7-1200 (qua Ethernet S7 Connection, TSAP 10.00 / 20.00). Dữ liệu 1-bit và 1-byte (giá trị cường độ ánh sáng Lux, trạng thái điều khiển rèm, trạng thái chuyển mạch đèn) được đồng bộ hai chiều chính xác giữa các bộ nhớ cờ và thanh ghi mạng.
• Xây dựng hoàn chỉnh hệ thống SCADA trên WinCC Runtime Professional, tích hợp giải pháp WebUX trên nền dịch vụ IIS và thiết lập kênh kết nối từ xa qua internet bằng ngrok, cho phép điều khiển và giám sát thiết bị từ trình duyệt web của máy tính và điện thoại thông minh.
• Chế tạo thành công mô hình thực hành vật lý hoàn thiện tại trang 111 của khóa luận, đáp ứng đầy đủ yêu cầu mô phỏng vận hành các chức năng cơ bản của một tòa nhà thông minh.

Đóng góp kỹ thuật mà nhóm tác giả tự xác định:

• Đề xuất giải pháp kỹ thuật mới thay thế bộ máy chủ KNX Server chuyên dụng có chi phí đắt đỏ và giao diện cố định bằng sự kết hợp giữa PLC S7-1200, LOGO! 8, module CMK2000 và WinCC WebUX. Giải pháp này giúp tiết kiệm đáng kể chi phí đầu tư thiết bị quản lý trung tâm, đồng thời mở rộng khả năng tùy biến giao diện giám sát theo yêu cầu vận hành thực tế.
• Xây dựng tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chi tiết từ cấu hình trình điều khiển cổng nạp ETS5, nhập database, lập trình địa chỉ nhóm đến cấu hình truyền thông liên mạng giữa PLC công nghiệp và bus tự động hóa tòa nhà.
• Cung cấp một mô hình thực hành thực tế phục vụ trực tiếp cho công tác đào tạo, thí nghiệm chuyên ngành Tự động hóa và Điện tử tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài dựa trên phạm vi nghiên cứu được công bố:

• Phạm vi nghiên cứu dừng lại ở mức độ chế tạo mô hình thực nghiệm trong không gian phòng thí nghiệm, chưa triển khai vận hành thử nghiệm trên một công trình xây dựng thực tế với quy mô mạng KNX lớn nhiều nhánh tuyến.
• Quá trình kết nối giữa PLC S7-1200 và bus KNX vẫn phải đi qua tầng trung gian là bộ điều khiển LOGO! 8 kết hợp module CMK2000, chưa thực hiện giao tiếp trực tiếp qua module gateway chuyên dụng S7-1200 KNX (hoặc KNX IP Router công nghiệp), điều này làm tăng số lượng thiết bị phần cứng ở tầng trung gian.
• Việc kết nối từ xa qua internet sử dụng công cụ ngrok là giải pháp tạo đường hầm tạm thời, phụ thuộc vào đường truyền bên thứ ba và tên miền ngẫu nhiên, chưa triển khai máy chủ lưu trữ (Cloud/Server) có địa chỉ IP tĩnh cố định và chứng chỉ số bảo mật chuyên biệt cho doanh nghiệp.

Hướng nghiên cứu tiếp được đề xuất:

• Mở rộng tích hợp các giao thức quản lý năng lượng và điều khiển nhiệt độ chuyên sâu như BACnet, Modbus, DALI vào chung hệ thống để quản lý hệ thống điều hòa thông gió (HVAC).
• Nghiên cứu giải pháp giao tiếp trực tiếp giữa dòng PLC S7-1200 với mạng KNX IP Router nhằm tinh giản thiết bị trung gian, tối ưu hóa tốc độ trao đổi dữ liệu.
• Hoàn thiện hạ tầng mạng truyền thông từ xa thông qua máy chủ VPN chuyên dụng hoặc giải pháp điện toán đám mây công nghiệp (Industrial IoT Cloud) để tăng cường tính bảo mật và độ ổn định lâu dài.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với:

• Giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử và Kỹ thuật Tòa nhà tại các trường đại học, cao đẳng kỹ thuật.
• Kỹ sư tích hợp hệ thống, kỹ thuật viên triển khai giải pháp nhà thông minh (Smart Home) và tự động hóa công trình (BMS/BAS) đang tìm kiếm phương án kết hợp giữa thiết bị dân dụng chuẩn KNX và bộ điều khiển lập trình PLC công nghiệp.

Các nội dung kỹ thuật đáng tham khảo nhất trong văn bản gồm:

• Quy trình từng bước cấu hình phần mềm ETS5, phương pháp xử lý tệp tin driver knx_interfaces.xml trong thư mục ẩn Falcon để nhận diện cổng USB Interface.
• Bảng ánh xạ dữ liệu và phương pháp cấu hình thông số kết nối S7 Connection (TSAP) giữa PLC S7-1200 và LOGO! 8 trong môi trường TIA Portal.
• Hướng dẫn thiết lập máy chủ giám sát WebUX kết hợp cấu hình dịch vụ web IIS và công cụ tạo đường hầm ngrok để truy cập giao diện SCADA từ mạng internet.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng giải pháp kỹ thuật nào để kết nối PLC Siemens S7-1200 với bus mạng KNX?
Hệ thống sử dụng tầng kết nối trung gian gồm bộ điều khiển lập trình Siemens LOGO! 8 kết hợp module truyền thông Siemens LOGO! CMK2000. Trong đó, module CMK2000 kết nối trực tiếp với bus KNX TP, còn bộ điều khiển LOGO! 8 kết nối với PLC S7-1200 thông qua cáp mạng Ethernet bằng giao thức S7 Connection (với thông số TSAP được gán là 10 cho PLC và 20 cho LOGO!).

2. Để phần mềm ETS5 nhận diện thiết bị nạp USB Interface, tác giả đã xử lý tệp cấu hình như thế nào?
Tác giả đã cho phép hiển thị thư mục ẩn trên hệ điều hành Windows, sau đó sao chép tệp cấu hình trình điều khiển mang tên knx_interfaces.xml vào đồng thời 2 thư mục hệ thống: C:\Program Files (x86)\ETS5 và C:\ProgramData\KNX\Falcon, sau đó kết nối USB Interface vào máy tính và chạy kiểm tra kết nối (Test) trong mục Discovered Interfaces của ETS5.

3. Tại sao tác giả lại lựa chọn phương án kết hợp KNX và S7-1200 thay vì sử dụng thiết bị KNX Server chuyên dụng?
Theo phân tích của nhóm tác giả trong văn bản, bộ thiết bị KNX Server có khả năng kết nối hệ thống KNX với internet nhưng có nhược điểm lớn là giá thành rất cao và giao diện điều khiển bị đóng kín, không thể tùy biến linh hoạt. Việc kết hợp với PLC S7-1200 và phần mềm WinCC giúp giảm đáng kể chi phí, đồng thời cho phép người dùng tự do thiết kế, lập trình giải thuật và tùy biến giao diện giám sát theo nhu cầu thực tế.

4. Những thiết bị chuẩn KNX cụ thể nào đã được tích hợp và cấu hình trong mô hình khóa luận?
Hệ thống tích hợp các thiết bị phần cứng gồm: bộ nguồn KNX Greencontrols 640mA (điện áp ra 30VDC SELV), nút bấm thông minh 8 phím Greencontrols (mã GC1000101), bộ điều khiển rèm 4 kênh Greencontrols (mã GC0600101, tải 6A 230VAC), màn hình cảm ứng Tantron Mini Touch Panel 2.6 inches (hỗ trợ 10 trang hiển thị), cảm biến hiện diện đa năng Tantron tích hợp công nghệ PIR + Lux + Microwave, và module truyền thông Siemens LOGO! CMK2000.

5. Nhóm tác giả đã thực hiện giải pháp nào để giám sát và điều khiển mô hình từ xa qua internet?
Nhóm tác giả thiết kế giao diện HMI SCADA trên phần mềm WinCC Runtime Professional, sau đó kích hoạt tính năng đưa giao diện lên nền tảng web tĩnh thông qua công cụ WinCC WebUX tích hợp máy chủ dịch vụ IIS và chứng chỉ số (Certificate). Để cho phép thiết bị di động truy cập từ mạng ngoài, nhóm sử dụng công cụ ngrok tạo đường hầm chuyển tiếp cổng truy cập web nội bộ ra một địa chỉ truy cập công cộng qua internet.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Lê Hoàng Phúc và Nguyễn Sơn Tùng đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu nghiên cứu và xây dựng thành công mô hình tích hợp công nghệ tự động hóa tòa nhà chuẩn KNX với bộ điều khiển lập trình công nghiệp Siemens PLC S7-1200. Bằng cách thiết lập cấu trúc truyền thông phân tầng thông qua module chuyển đổi LOGO! CMK2000 và xuất bản giao diện SCADA lên nền tảng web thông qua WinCC WebUX cùng công cụ ngrok, đề tài đã giải quyết hiệu quả bài toán tối ưu chi phí và tăng tính tùy biến so với việc sử dụng máy chủ KNX Server chuyên dụng. Kết quả nghiên cứu không chỉ minh chứng cho tính khả thi của giải pháp kết hợp liên mạng truyền thông mà còn mang lại một mô hình thực hành vật lý trực quan, hữu ích cho công tác đào tạo chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Lịch sử phát triển ⧫ Giai đoạn hình thành (1980s – 1990s) Đầu những năm của thập niên 1980, xuất hiện các hệ thống tự động hoá toà nhà (BAS) riêng biệt, do các công ty khác nhau xây dựng và phát triển. Sử dụng các giao thức độc quyền. Năm 1990, Hiệp hội EIB (European Installation Bus) được thành lập với mục tiêu thống nhất một tiêu chuẩn duy nhất cho hệ thống BAS tại châu Âu.

Tiêu chuẩn EIB 1.0 ra đời năm 1994 sử dụng cáp xoắn đôi để truyền tín hiệu. ⧫ Giai đoạn phát triển (1999 – nay) Năm 1999, tiêu chuẩn EIB 2.0 được ra mắt, bổ sung các tính năng mới như truyền thông hai chiều, kết nối internet. Năm 2003 Hiệp hội EIB đổi tên thành Hiệp hội KNX. Năm 2004, tiêu chuẩn KNX TP 1 được ra mắt, sử dụng cáp Ethernet để truyền tín hiệu.

Từ đó, KONNEX (KNX) có mặt trên hơn 100 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới, trở thành tiêu chuẩn quốc tế (EN 50090, ISO/IEC 14543) cho tự động hoá trong xây dựng và thương mại. Đặc biệt là nhà thông minh. 1 Công nghệ KNX trong tự động hoá toà nhà 15 1. Lý do chọn đề tài Ở Việt Nam, khái niệm hệ thống tòa nhà thông minh cũng không còn là điều gì mới mẻ.

Khi nhịp độ xây dựng các tòa nhà, văn phòng cao cấp, các trung tâm thương mại ngày càng tăng. Công nghệ toà nhà thông minh ngày một phổ biến, bởi các tính năng và hiệu quả kinh tế mà nó mang lại cho các tòa nhà đó là rất lớn. Các giải pháp công nghệ tòa nhà thông minh đã được nhiều hãng Lagrand (Pháp), hãng Comfort (Singapore), hãng Siemens (Đức) có những chi nhánh toàn cầu với những mẫu nhà đa dạng theo từng yêu cầu của khách hàng. Với các loại công nghệ thông minh như: X10 Compatible, X10 Wireless, Insteon, ZigBee, HomePlug, Bluetooth, KNX.

Nổi bật trong số đó là công nghệ KNX, với KNX tất cả các thành phần như thiết bị, tính năng và chức năng của chúng đều có thể giao tiếp với nhau thông qua một ngôn ngữ chung. Trong khoảng thời gian Việt Nam chúng ta đang trong giai đoạn đại dịch Covid- 19, để hạn chế tối đa việc lây lan Covid thì nhu cầu sử dụng các phương pháp điều khiển không tiếp xúc ( điều khiển từ xa ) trong hệ thống quản lý toà nhà được đánh giá cao. KNX Sever là thiết bị có thể kết hợp với hệ thống quản lý toà nhà thông minh để giao tiếp với các thiết bị KNX khác thông qua Internet. Nhưng với giá thành rất cao cùng với giao diện điều khiển không tuỳ biến.

Kết hợp với hướng phát triển của những đề tài đã được nghiên cứu trước đó, nhóm tác giả đã bắt đầu nghiên cứu giải pháp tự động hoá toà nhà sử dụng công nghệ KNX và S7-1200 như là một sự kết hợp mới mẽ trong điều khiển và giám sát toà nhà. Đây là một hướng đi mới trong công nghệ toà nhà thông minh. Đó cũng chính là trọng tâm nghiên cứu trong bài viết này. Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu giải pháp tự động hoá toà với công nghệ KNX và S7-1200 - Hiểu biết tổng quan hơn về tự động hoá toà.

16 - Làm quen với thiết bị KNX, PLC S7-1200, LOGO 8 để có thể lập trình và sử dụng được các tính năng của thiết bị. - Tìm ra giải pháp tự động hoá mới mẽ và tối ưu công nghệ toà nhà thông minh. - Đánh giá được mức độ hiệu quả của việc kết hợp thiết bị chuẩn KNX và PLC S7-1200 trong tự động hoá toà nhà. - Thiết kế mô hình truyền thông KNX với PLC S7-1200 ứng dụng vào việc học tập và nghiên cứu cho sinh viên.

Nội dung nghiên cứu Bài viết này tập trung nghiên cứu về tiêu chuẩn KNX trong công nghệ toà nhà thông minh, lắp đặt, kết nối và vận hành. Giao tiếp truyền thông và giám sát qua giao diện giám sát của PLC Siemens S7-1200. Ý nghĩa thực tiễn Gần đây việc xây dựng tòa nhà thông minh là một vấn đề rất được quan tâm, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành, khai thác cho tòa nhà và cải thiện điều kiện làm việc của con người. Nghiên cứu giải pháp tự động hoá toà nhà với công nghệ KNX và S7-1200 là một cách tiếp cận mới mang lại độ chính xác cao và tối ưu hoá hơn so với các phương pháp trước đây.

Xây dựng tòa nhà thông minh theo tiêu chuẩn KNX kết hợp PLC S7-1200 giúp việc quản lý tòa nhà linh hoạt, tiết kiệm năng lượng, vận hành dài lâu, dễ thay đổi và sửa chữa. 17 CHƯƠNG 2: KIẾN THỨC CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ TOÀ NHÀ VÀ CÔNG NGHỆ KNX 2. Giới thiệu công nghệ KNX 2. Khái niệm về công nghệ KNX KNX là một tiêu chuẩn quốc tế cho những toà nhà thông minh chất lượng cao.

Nó tích hợp hoàn toàn cho tự động hóa nhà ở gia đình và tòa nhà bởi vì tính linh hoạt, hiệu quả về chất lượng và chi phí. Tính linh hoạt về chức năng của nó không chỉ được sử dụng trong các công trình lắp đặt đơn giản và hạn chế mà còn tạo ra các giải pháp cho toàn bộ lĩnh vực xây dựng. 1 Công nghệ KNX 2. Thành phần thiết bị cốt lõi - Thiết bị hệ thống: Nguồn cấp, bus dữ liệu, giao diện nối tiếp (RS-232), cổng kết nối, phân nguồn, phân tuyến và phân vùng.

- Cảm biến: Nút nhấn, bộ chuyển đổi ( gió, mưa, ánh sáng, nhiệt độ ), bộ điều khiển nhiệt độ, đầu vào tương tự. - Chấp hành: Chấp hành chuyển mạch, chấp hành điều chỉnh tăng/giảm, chấp hành cho rèm, chấp hành cho cuộn sưởi. 18 - Bộ điều khiển: Cảm biến và chấp hành có thể được kết nối logic với nhau bằng các phương pháp điều khiển thể hợp lý (đơn vị logic, module logic hay tương tự) để giải quyết các chức năng phức tạp. Mô hình giao tiếp kết nối - Hệ thống hoạt động KNX/EIB là hệ phi tập trung và không yêu cầu một máy tính hay bất kỳ khối điều khiển đặc biệt sau khi khởi động.

Các "Thông minh" hay đúng hơn là các chức năng lập trình được lưu trữ trong các trạm (STNs – Thiết bị KNX). Mỗi thiết bị có thể trao đổi thông tin theo phương pháp gửi nhận với các thiết bị khác bằng tín hiệu điện. 2 Giao tiếp kết nối kiểu bus trong một hệ thống KNX - Hai thiết bị STNs có thể phối hợp với nhau bằng nguồn cấp thông qua bus nhánh với các quy mô nhỏ. Các bus cài đặt dần sẽ thương thích với quy mô của hệ thống và các chức năng cần thiết, có thể mở rộng lên đến 45,000 thiết bị.

Đường bus kết nối với các thiết bị. Khuyến cáo nên sử dụng cáp kết nối được chứng nhận bởi hiệp hội KNX/EIB. Ngoài các yêu cầu vật lý cho dây cáp tín hiệu (số lượng lõi, tiết diện, cách ly điện áp, vv), các đường bus có thể được ngay lập tức phân biệt với các đường điện truyền thông khác. Đường bus của KNX/EIB có thể được đặt theo cách gần như bất kỳ.

Cấu trúc liên kết tuyến có thể nối tiếp, hình sao, hình cây. Nhưng không thể theo kiểu mạch khép kín KNX/EIB không yêu cầu thiết bị điện trở đầu cuối. Tất cả các thiết bị liên kết với tuyến và nguồn điện cũng được cũng cấp trên cùng đường bus. Kết nối thiết bị trong hệ thống KNX 2.

Đường truyền Bus - Các thiết bị KNX sẽ được kết nối với nhau qua một đường dây truyền thông chung. Gọi là đường truyền Bus. Vì vậy, tất cả chúng đều nhìn thấy cùng một thông tin. Hầu hết dữ liệu là các thông tin địa chỉ (nghĩa là dữ liệu đến từ đâu và sẽ đến đâu).

Mỗi thiết bị sẽ được định một địa chỉ cụ thể trong đường truyền. 3 Đường truyền Bus trong hệ thống KNX - Một đặc điểm quan trọng của hệ thống KNX là cấu trúc điều khiển phân tán. Lợi thế lớn của cấu trúc điều khiển phân tán là nếu một thiết bị bị lỗi, các thiết bị khác vẫn tiếp tục hoạt động, do cấu hình được thực hiện riêng lẻ, ở cấp độ thiết bị. Chỉ những ứng dụng phụ thuộc vào thiết bị bị lỗi sẽ bị gián đoạn.

- Các thiết bị trong hệ thống nhà thông minh KNX được liên kết nối tiếp với nhau thông qua một dây cáp (BUS) với điện áp 30VDC. Các thiết bị nhận tín hiệu (công tắc, cảm ứng chuyển động, cảm nhận sự hiện diện,.) nhận lệnh và chuyển tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành (switch loader, dimmer,…) để đóng mở đèn, quạt, bình nóng lạnh, rèm cửa và các thiết bị điện khác theo ý muốn. Các loại đường truyền KNX bus Tiêu chuẩn đường truyền KNX được thiết kế rất linh hoạt. Về cơ bản bạn có thể lắp đặt các đường truyền với mọi loại công trình xây dựng và trong các điều kiện môi trường khác nhau: trong nhà, ngoài trời, ẩm, ướt.

Đối với các công trình xây mới, thông thường các kỹ sư hệ thống sẽ thiết lập đường truyền bus KNX bằng cáp TP 20 (Twisted Pair), nhưng đối với các công trình đã có sẵn, việc đi lại hệ thống dây truyền dẫn không phải lúc nào cũng khả thi. KNX cung cấp một số loại đường truyền bus cơ bản: - KNX Twisted Pair (KNX TP) – sử dụng cáp đôi vặn xoắn. - KNX Powerline (KNX PL) - sử dụng mạng lưới điện sẵn có. - KNX Tần số radio (KNX RF) – sử dụng giao tiếp không dây qua tín hiệu radio.

- KNX IP – sử dụng giao tiếp qua Ethernet. Định địa chỉ vật lý cho thiết KNX Địa chỉ vật lý hiển thị vị trí vật lý mà thiết bị đặt vào hệ thống, mỗi thiết bị sẽ được gán 1 địa chỉ ID vật lý duy nhất bằng phần mềm lập trình ETS. Thiết bị được định địa chỉ như sau : A( area).C(device) Trong đó A là khu vực mà tổng số lượng thiết bị tối đa có thể giao tiếp trong KNX, B là line : nhánh hoặc tuyến – chỉ rõ số lượng tối đa giao tiếp trong nhiều nhánh trong cùng 1 khu vực, C là số lượng tối đa có thể giao tiếp trong 1 nhánh. 4 Sơ đồ khu vực trong KNX/EIB Như hình trên, ta thấy trong cấu trúc KNX/EIB được tạo bởi 15 khu vực (được đánh số từ 1.0), được liên kết bằng một đường xương sống ( backbone 21 line).

Tiếp theo trong mỗi khu vực có 15 nhánh (tuyến) ghép lại với nhau thành với nhau tạo thành mainline ( tuyến chính ), 15 nhánh đó trong mạng KNX được đánh số từ 1. 5 Sơ đồ nhánh tuyến KNX/EIB Cuối cùng trong mỗi 1 nhánh (tuyến), số lượng thiết bị có thể được gắn vào 64 thiết bị.