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UE42 : Bâtiments Intelligents, Conception & Exploitation
DUT GEII Nicolas Néanne26/01/2016
Automatismes & Automatismes & Réseaux pour la Réseaux pour la
GTBGTB
UE42 : Bâtiments Intelligents, Conception & Exploitation
DUT GEII Nicolas Néanne26/01/2016
1 / Introduction
2 / Gestion de l'éclairage & DALI
3 / Le bus KNX
4 / EnOcean
Plan du Cours :
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne3
DUT GEII UE42
1 / Définitions et besoinsa – GTBb - Télégestion
2 / Transmissions des donnéesa – Codage électrique et modulations b– principe du bus de terrain
3 / Rappels d'automatismea – Présentation du 750-849b – Éléments de Programmation
Ch 1 : Introduction
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne4
DUT GEII UE42
1- Définitions & Besoins
a – GTB
La Gestion Technique des Bâtiments (BMS en Anglais : « Building Management System ») vise à gérer et à superviser l'ensemble des équipements qui y sont installés, assurant les fonctions de :
✔ confort (optimisation de l'éclairage, du chauffage), ✔ gestion d'énergie (programmation), ✔ sécurité (comme les alarmes) ✔ communication (comme les commandes à distance ou l'émission de signaux
destinés à l'utilisateur) que l'on peut retrouver dans les maisons, les hôtels, les lieux publics...
Définition :
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne5
DUT GEII UE42
Les technologies mises en œuvre font appel à la programmation d'équipements visant à assurer les fonctions d'automatismes ainsi qu'à leur paramétrage en vue de les faire communiquer.
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne6
DUT GEII UE42
b – Télégestion
Suivi de production
La télégestion (gestion à distance) des installations de production d'énergie (centrales photovoltaïques notamment) va permettre des apports considérables en termes d'exploitation :
Suivi de production
Télémaintenance
Les technologies mises en jeu feront notamment appel à des réseaux de communications adaptés, ainsi que des serveurs Web embarqués dans les équipements de production (les onduleurs par exemple) ou indépendants.
La détection précoce d'un défaut de production, ou d'une panne sur un composant, permettra une intervention optimale des équipes de maintenances, et limitera ainsi les pertes de production.
L'archivage et le suivi en temps réelles des données de production permettra une estimation au plus juste, et permettra au propriétaire de la centrale de production de confronter la production réelle au prévisionnel.
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne7
DUT GEII UE42
2- transmission des donnéesa – Codage électrique, modulations :
Les informations numériques traitées par les équipements communicants circulent entre ceux-ci, à travers des canaux, le plus souvent filaires, mais également sans-fils.
Ces informations doivent donc prendre une forme physique :
- Tension
- Courant
- ondes électromagnétiques
Les caractéristiques (forme, fréquence, amplitudes etc...) des signaux ainsi véhiculés vont être choisies afin d'obtenir des propriétés intéressantes pour la communication à établir (exemples : immunité aux parasites, vitesse de transmission etc...).
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne8
DUT GEII UE42
NRZ : Non retour à Zéro
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne9
DUT GEII UE42
RZ : Retour à Zéro
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne10
DUT GEII UE42
NRZI : Manchester
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne11
DUT GEII UE42
✔Exercices :
Représenter les nombres suivants :
. 5A16
. 145
Dans les codages suivants :
- NRZ- RZ- Manchester
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne12
DUT GEII UE42
Les liaisons RS232 et RS485 sont deux normes très répandues dans le domaine des transmissions de données « filaires ».
Rappels :
RS232 : Transmission NRZ, niveaux de tension +/-12V référencés par rapport à la masse.RS485 : Transmission différentielle sur paire torsadée, niveaux de tension 0/5v.
Esclave
Maître
Esclave n°1
Maître
Esclave n° i...
RS232 :
Echanges entre 1 Maître & 1 esclave : POINT à POINT&Courtes Distances (<20m)
RS485 :
Echanges entre 1 Maître & plsrs esclave : MULTIPOINTJusqu'à 120m de distance
RS485 et RS232 :
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne13
DUT GEII UE42
0 0 1 0 1 1 1 0 1Bits transmis
VRS232
RS485 : D0
RS485 : D1
VRS485
+5v
0v
+5v
+12v
-12v
0v
+5v
-5v
Parasites e-m
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne14
DUT GEII UE42
ASK : Amplitude Shift Keying
Dans l'exemple ci-contrela porteuse est multipliée par 1si le bit à transmettre est 1ou par 0,5si le bit à transmettre est 0
OOK : On Off Keying
C'est une modulation tout ou rien
Dans l'exemple ci-contrela porteuse est multipliée par 1si le bit à transmettre est 1ou par 0si le bit à transmettre est 0
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne15
DUT GEII UE42
FSK : Frequency Shift Keying
Dans l'exemple ci-contre la porteuse a une fréquence F1 si le bit à transmettre est 1 et F0 = 2 x F1 si le bit à transmettre est 0 :
Il existe bien d'autres techniques de modulations et de codage électrique des données, comme nous le verrons par la suite du cours.
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne16
DUT GEII UE42
c – Principe du bus de terrain : Un bus de terrain est un canal de communication reliant plusieurs équipements électroniques sur une zone géographique donnée (usine, voiture, bâtiment, centrale électrique etc...).
Il s'agit généralement d'une communication filaire, à travers laquelle les équipements de terrain échangent des données numériques transmises en série (afin d'éviter la multiplication des fils).
On trouve des bus dédiées aux applications automobiles (bus CAN), industrielles (Profibus...), immotiques (KNX …) etc...
Chaque bus communique selon un protocole bien défini censé répondre au mieux aux besoin du terrain considéré.
On parle de « topologie » pour désigner la façon dont les équipements de terrain sont reliés entre eux pour former un réseau :
Topologie étoileTopologie Bus Topologie anneau
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne17
DUT GEII UE42
APPLICATION7
6
5
4
3
2
1
LIAISON
PHYSIQUE
Les couches 3 à 6 sont vides:
Pas d ’interconnexion avec un autre réseau
Un bus de terrain est basé sur un modèle de communication à 3 couches, chacune traitant un aspect spécifique nécessaire à la communication :
LLC : Logical Link Control (Détection des erreurs de transmission)MAC : Medium Access Control (accès au media de communication)
Services proposés par le bus de terrain (types de données échangés etc...)
Codage des bits + Caractéristiques électriques
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne18
DUT GEII UE42
a – Présentation du WAGO 750-849 :
Ports Ethernet pour le chargement des programmes,
la supervision...
Interface série (configuration)
Bornes pour l'alimentation 24Vcc
3- Le contrôleur de GTC/GTB
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne19
DUT GEII UE42
Caractéristiques du contrôleur WAGO 750-849 :
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne20
DUT GEII UE42
Le Wago 750-849 est un contrôleur comprenant les fonctionnalités suivantes :
- Programmation avec les langages CEI
- système modulaire permettant de gérer différents signaux physiques (TOR, Ana) et cartes de communications (RS232, RS485...)
- Gestion des bus de communication propre aux bâtiments (KNX IP natif, ajout de cartes spécifiques)
- Serveur Web embarqué pour la supervision
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne21
DUT GEII UE42
➢ Exemple de Carte D'E TOR (750-400) :
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne22
DUT GEII UE42
➢ Exemple de Carte D'E analogiques avec conditionneur pour PT100 (750-461) :
Le signal délivré par la sonde est converti (montage 3 fils) en valeur numérique mise à l'échelle au format INT. La température est représentée en 100eme de degrés, sur une plage -200°C / + 200°C.
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne23
DUT GEII UE42
➢ Exemple de Carte D'E analogiques 0-10V (750-459) :
la gamme de tension [0 V to +10V] est convertie par un CAN 12 bit, puis mise à l'échelle ; la gamme numérique obtenue est [0 ; 32760].
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne24
DUT GEII UE42
➢ Exemple de Carte De S TOR à Relais (750-513) :
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne25
DUT GEII UE42
➢ Exemple de Carte De S analogiqes /10V (750-513) :
La gamme numérique [0 ; 32760] est convertie en tension [0;10V] par un CNA 12 bit.
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne26
DUT GEII UE42
b - Éléments de Programmation.
Le logiciel CoDeSys est une plateforme de développement ouverte, multimatérielle utilisée entre autres pour programmer les contrôleurs WAGO utilisés en TP.
Il obéit aux spécification de la norme CEI 61131-3 en termes de données et de langages.
Nous allons donner quelques éléments nécessaires à la programmation des fonctionnalités que nous étudierons.
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne27
DUT GEII UE42
✔ Principaux types de données rencontrés dans un programme :
BOOL : valeur booléenne (vraie = 'TRUE' ou fausse='FALSE')
INT : valeur entière signée sur 16 bits
WORD : valeur entière non signée sur 16 bits
DINT : valeur entière signée sur 32 bits
DWORD : valeur entière non signée sur 32 bits
REAL : valeur réelle sur 32 bits
TIME : durée définie en h/mn/s/ms Notation : t # ...h ...m ...s ...ms
DATE : date définie en année/mois/jour Notation : d # ...-...-...
TIME_OF_DAY : heure du jour définie en h/mn/s Notation : tod # ... : ... : ...
DATE_AND_TIME : date & heure Notation : dt # ...-...-... - ... : ... : ...
STRING : chaîne de caractères. Notation : ' Ma Chaine '
Les valeurs numériques peuvent être représentées sous formes décimales, hexadécimales (en ajoutant 16# devant la valeur) ou binaires (2#...)
•- exemples : 125 → 125 1A216
→ 16#1A2 01102 → 2#0110
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne28
DUT GEII UE42
✔ Déclarations de variables : Un programme doit réaliser des calculs et utilise donc des variables. Les variables d'entrés sorties se déclarent dans la configuration de l'automate :
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne29
DUT GEII UE42
Les autres variables se déclarent en tête du programme :
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne30
DUT GEII UE42
✔ Le langage CFC :
Le langage CFC (Component Functional Chart) est un langage de programmation graphique s'apparentant à un logigramme (proche du langage normalisé FBD).
Il est assez simple à mettre en œuvre et couvrira la majorité des besoins de ce cours.
Chaque fonction est représentée par un bloc, placée sur la page à la manière d'un schéma (Un numéro attribué à chaque bloc indique l'ordre d’exécution si besoin).
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne31
DUT GEII UE42
✗ Fonctions logiques de base :
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne32
DUT GEII UE42
✗ Fonctions mathématiques :
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1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne33
DUT GEII UE42
✗ Fonctions de comparaison :
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1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne34
DUT GEII UE42
✗ Fonctions de conversions :
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1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne35
DUT GEII UE42
✗ Fonctions de comptage :
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1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne36
DUT GEII UE42
➢ Temporisation : retard à l'activation
➢ Temporisation : retard au déclenchement
➢ Temporisation : monostable
t
t
A
x3s
t
t
A
x3s
t
t
A
x3s
3s
3s
1- Introduction
IUT de ToulonNicolas Néanne37
DUT GEII UE42
✔ Mémoire RS :
✔ Front montant :
t
t
t
A
B
x
t
t
t
A
x
t
tx
A✔ Front descendant :
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne38
DUT GEII UE42
DALI est la définition de l'interface numérique standardisée pour les ballasts électroniques. La norme DALI, couvrant tous les constructeurs, est fixée par la norme pour ballasts électroniques CEI 60929.L'association DALI AG
Digital Addressable Lighting Interface Activity Group
se charge de promouvoir cette nouvelle technologieet de coordonner les activités des différentsconstructeurs.
Ch 2 : Le Bus DALI
1- Présentation
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne39
DUT GEII UE42
Historique :Historique :
➢ Par le passé, les ballasts avec gradation étaient contrôlés par des interfaces analogiques 1-10V.
DALI (Digital Addressable Lighting Interface) est une solution destinée à remplacer ces interface en y apportant :
- Flexibilité- Simplicité de mise en oeuvre- Fonctionnalités avancées- Interopérabilité
L'objectif : conception d’une technologie simple et économique, répondant aux contraintes de la gestion d'éclairage.
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne40
DUT GEII UE42
Câblage 1-10V (avant...) :
9 Contrôleurs9 Câbles de commande
230v
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne41
DUT GEII UE42
Câblage DALI :
1 Contrôleur230v
230v
DALI
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne42
DUT GEII UE42
Membres de l'association DALI AG :Membres de l'association DALI AG :
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne43
DUT GEII UE42
Positionnement de DALI dans le bâtiment :Positionnement de DALI dans le bâtiment :
Pièces individuelles
Etages ou parties de bâtiments
Bâtiments
DALI
Ethernet
KNX
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne44
DUT GEII UE42
Caractéristiques principales de DALI :Caractéristiques principales de DALI :
La norme DALI garantie l'interchangeabilité des produits de différents Constructeurs (ex : OSRAM, Philips...)
La communication et l'installation sont simplifiées autant que possible.
✔Données techniques : → Transmission série, 16 bits
→ Débit 1.2 kBit/s
→ Longueur des câbles, jusqu'à 300m
→ Topologie libre
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne45
DUT GEII UE42
Principales possibilités offertes par DALI :Principales possibilités offertes par DALI :
Câblage simple de l’interface de commande
Pilotage par adresses individuelles, scènes ou groupes
Pilotage simultané possible
Pas de problème d'interférences
Diagnostique étendu des états des ballasts et des lampes
Recherche automatique des ballasts
Gradation synchrone sur plusieurs ballasts
Système avec intelligence locale
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne46
DUT GEII UE42
✔ Chiffres :
→ jusqu'à 64 ballasts individuels (adresses individuelles)
→ pouvant être intégrés dans 16 groupes (adresses de groupe)
→ avec jusqu'à 16 scènes (niveaux de lumière par scène)
✔ Fonctionnalités :
→ Adressage individuel des ballasts
→ Appartenance à des groupes
→ Niveaux de lumière prédéfinis dans des scènes
→ Vitesse de gradation prédéfinis pour chaque ballast
→ Niveau de lumière prédéfini en cas de rupture de liaison avec le bus
→ Niveau de lumière prédéfini à la mise sous tension
2- Le protocole DALI
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne47
DUT GEII UE42
• Principe des échanges sur un bus DALI :
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne48
DUT GEII UE42
Support de transmission :Support de transmission :
Des câbles spécifiques ne sont pas nécessaires grâce au faible
débit de transmission.
Tout câble électrique à 5 conducteurs standard peut être utilisé.
La section minimale des câbles à utiliser est dépendante de la
longueur du réseau :
Longueur Section minimale
L <100 m 0,5 mm2
100 m < L < 150 m 0,75 mm2
150 m< L 300 m 1,5 mm2
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne49
DUT GEII UE42
→ Pas de polarité sur les fils « DALI » !
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne50
DUT GEII UE42
L’architecture du réseau DALI permet à la fois des topologies de
type bus et étoile :
La combinaison de différentes topologies de réseaux est possible :
Les réseaux existants peuvent ainsi être étendus sans difficulté.
Topologie du réseau :Topologie du réseau :
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne51
DUT GEII UE42
Codage des Signaux :Codage des Signaux :
Les trames de commande circulant sur le bus sont des informations numériques.
Les signaux ont les caractéristiques suivantes :
- transmission différentielle
- Codage Manchester
- Niveaux de tension 0/16V.
Relevé d'une trame DALI à l'oscilloscope
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne52
DUT GEII UE42
Les Trames DALI :Les Trames DALI :
Le contrôleur envoie une requête vers le ballast, puis reçoit une réponse de celui-ci
La requête contient 19 bits : 1 bit de start + 1 octet d'adresse + 1 octet de donnée + 2 bits de stopSa durée est 19 x 1 / 1200 = 15,83 ms
La réponse contient 11 bits : 1 bit de start + 1 octet de donnée + 2 bits de stopSa durée est 11 x 1 / 1200 = 9,17 ms
Le bit de start correspond à 1 logiqueLes bits de stop correspondent à une inactivité (niveau haut) pendant une durée de 1,67 ms
15,83 ms
START AdresseSTART Données STOP
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne53
DUT GEII UE42
Adressage :Adressage :
L'espace adressable d'un contrôleur concerne 64 composants.
Chaque luminaire possède :
→ Une adresse individuelle (1 à 64)
→ Une adresse de Groupe (1 à 16)
Dans un groupe, les luminaires sont commandés identiquement, mais leurs états sont remontés individuellement.
L'adresse du luminaire est mémorisée dans le ballast qui mémorise aussi les réglages (scénarios).
Il y a un maximum de 16 scénarios par contrôleur
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne54
DUT GEII UE42
✔ La structure de l'octet d'adresse est la suivante :
Y A5 A4 A3 A2 A1 A0 S
➢ Si Y='0' → Adressage individuel sur les bits A5....A0
➢ Si Y='1' → Adressage de groupe sur les bits A3....A0 ( dans ce cas : A5=A4='0')
➢ Si tous les bits sont à '1' → Adresse de diffusion (« broadcast ») : commande générale s'adressant à tous les ballasts présents sur la ligne.
Exercice :
- Écrire l'octet permettant de s'adresser individuellement au ballast n°55
- Écrire l'octet permettant de s'adresser au groupe de ballasts n°12
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne55
DUT GEII UE42
Le bit de sélection S de l'octet d'adresse (cf page précédente) indique que :
→ la donnée qui suit est une valeur de variation si S='0'
→ la donnée qui suit est une instruction de commande si S='1'
Rq : Si l'octet d'adresse commence par 101 ou par 110, il s'agit d'une instruction de commande étendue spéciale.
✔ La structure de l'octet de données est la suivante :
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne56
DUT GEII UE42
• Dans le cas où S = '0' :
la valeur de luminosité est codée par un nombre N compris entre 0 et 255 selaon la formule suivante :
N = 255/3 x log (P)
Où P est la puissance électrique désirée exprimée en millième de la puissance nominale du luminaire.
On pourra utiliser l'abaque suivant pour établir la correspondance →
Exercice :
- Ecrire l'octet de donnée correspondant à une commande à 50% de la puissance nominale du luminaire
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne57
DUT GEII UE42
• Dans le cas où S = '1' :
L'octet correspond à une commande prédéfinie dont voici quelques exemples :
- commande 0 : "OFF" commande qui permet l'extinction immédiate de la lampe
- commande 6 : "RECALL MIN LEVEL" commande qui permet le réglage de luminosité à la valeur minimale
- commandes 16 à 31 : "GO TO SCENE" commande qui permet d'obtenir le réglage mémorisé dans le scénario considéré (XXXX indique le numéro du scénario : 0 à 15)
- commandes 96 à 111 : "ADD TO GROUP" commande qui permet d'ajouter le ballast au groupe considéré (XXXX indique le numéro du groupe : 0 à 15)
- commande 146 : "QUERY LAMP FAILURE" commande qui demande si la lampe dont l'adresse est spécifiée présente un problème. La réponse sera "Yes" ou "No"
- L'octet de donnée d'une réponse est du type "Yes", "No", ou information 8 bits exemple : "Yes" commande
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne58
DUT GEII UE42
Composants :Composants :
La norme DALI, qui couvre tous les constructeurs, garantit l'interchangeabilité et l'interopérabilité
des équipements de différents fabricants. Exemples de composants DALI :
Ballast DALI
Alim DALI
Contrôleur DALI Détecteur de présence DALI
Interface de contrôle
DALI
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne59
DUT GEII UE42
DALI dans l'automatisation du bâtiment :DALI dans l'automatisation du bâtiment :
Protocole standardWAGO I/O-System 750Ex : Ethernet TCP/IP ou LONWORKS
Système de GTB
Stores
Chauffage,ventilation,
air conditionné
Gestionconventionnelle
de la lumière
..
.
Autres sous sections
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne60
DUT GEII UE42
Les constructeurs d'équipements fournissent leurs propres outils pour l'adressage et l'affectation logique des équipements dans le réseau.WAGO fournit son propre outil de configuration, pour l’installation et la configuration de ballasts DALI avec le WAGO-I/O-SYSTEM 750.
Logiciels :Logiciels :
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne61
DUT GEII UE42
4- DALI et le contrôleur Wago 750
Borne maître DALI : 750-647
La bibliothèque « DALI_647_02.lib » permet d'exploiter facilement les possibilités offertes par le bus DALI sur les contrôleurs Wago 750-xxx.
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne62
DUT GEII UE42
GGestion du bus DALI sur cible Wago 750-849 :
2 – Gestion de l'éclairage, bus DALI
IUT de ToulonNicolas Néanne63
DUT GEII UE42
Fonction Télérupteur :
Fonction Interrupteur :
Gradateur 1 bouton :
Gradateur 2 boutons :
64
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne64
1 / Présentation
2 / Le Protocole KNXa – Architecture du réseau KNXb – Couche Physiquec – adressaged – Télégrammese – ETS
Ch 3 : KNX
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne65
En 1997, Batibus, EIB et EHS ont décident de s’associer pour développer un standard de communication dédié aux bâtiments intelligents.
La spécification KNX fut alors publiée au printemps 2002 par l’association KONNEX :
En novembre 2006 le protocole KNX et tous ses média de communication (TP, PL, RF, IR) sont reconnus par ISO/IEC (norme : 14543-3-x) pour la publication comme standard international.
KNX est le seul standard ouvert au monde pour la domotique et l’immotique
Plus de 100 entreprises membres dans le monde distribuent 7.000 produits certifiés KNX
1 - Présentation.
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne66
Les applications concernent :
•l’éclairage, la commande des stores•la ventilation, le chauffage, la climatisation•la surveillance, les systèmes d'alarme•les appareils électroménagers, audio et vidéo
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne67
La puissance est alimentée en 230v ou 400v / 50 Hz.Le circuit de commande est constitué par une paire torsadée (TP : Twisted Pair) ou par une liaison radio (RF : Radio Frequency) ou infra-rouge (IR : InfraRed) La transmission des données peut aussi se faire par courant porteur (PL : Power Line).
Chaque élément connecté au bus KNX est capable d'envoyer un message qui sera "entendu" par les autres éléments, mais traité uniquement par l'élément concerné.
2 – Le protocole KNX.
A - Architecture du réseau KNX
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne68
L’élément topologique de base d’une installation KNX est la ligne.
Elle est composée de :
✔ une alimentation spécifique, dite de ligne,
✔ un maximum de 64 participants,
✔ une longueur de câble totale n’excédant pas 1 000 mètres.
La ligne représente l’installation minimale KNX.
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne69
Pour augmenter le nombre de participants, il est possible d’ajouter des segments à une ligne.
On peut aller dans ces cas jusqu’à environ 255 participants. On utilise par segment une alimentation de ligne, et chaque segment est séparé de son voisin par un composant spécifi que, le répéteur de ligne.
Certaines précautions sont alors à respecter sur les distances, notamment :
• longueur des câbles entre deux participants < 700 mètres,• longueur des câbles entre deux alimentations < 350 mètres,• longueur des câbles entre un participant et une alimentation < 350 mètres,• longueur des câbles entre deux alimentations > 200 mètres.
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne70
Les installations KNX peuvent être constituées de plusieurs lignes, on parle alors de zones et plusieurs zones peuvent à leur tour être rassemblées pour constituer des installations plus importantes.
On peut aller ainsi théoriquement jusqu’à environ 55 000 participants :
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne71
En résumé :
➔Une ligne contientun maximum de 64 participants(modules)
➔Une zone comporteun maximum de 15 lignesreliées à la ligne principalepar des coupleurs de ligne
➔Une dorsale relieun maximum de 15 zonespar l'intermédiairedes coupleurs de zone
Note : DVC = device
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne72
Les trois medias de communicatiosn les plus répandus (TP, PL et RF) de KNX répondent aux caractéristiques suivantes :
→ Paires torsadées- TP-0 à 4800 bits/s - héritage de BatiBUS- TP-1 à 9600 bits/s - héritage de EIB
→ Courant porteur- PL-110 (110kHz) à 1200 bits/s - héritage de EIB- PL-131 (132 kHz) à 2400 bits/s - héritage de EHS
→ Fréquence radioRF (868,3 MHz) à 38.4 kbits/s
B – Couche Physique.
3 – KNXDUT GEII UE42
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Le bus doit être alimenté avec une tension 29V continue
Les données qui forment le « message » KNX sont transmises en mode série différentiel avec un débit de 9600 bits/s
Utilisation d'un câble 2 paires (2 x 2 x 0,8 mm)La paire non utilisée (jaune – blanc) sert de réserve
Concernant TP1 – version la plus courante de KNX :
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne74
- distance maximale entre 2 modules : 700 m
- distance maximale entre un module et son alimentation : 350 m
- longueur maximale du bus : 1000 m
- distance minimale entre deux alimentations : 200 m
- Pas de résistances de terminaison
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne75
✔ Codage des bits :
. Les niveaux logiques transmis sur le bus sont superposés à une tension 29 V continue, qui sert d'alimentation aux participants.
. Le '1' logique correspond à l'absence de signal.
. Le '0' logique correspond à un signal alternatif d'amplitude 5V.
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Visualisation des signaux sur le Bus :
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C - Adressage.
Il existe deux types d’adressages sous KNX :
→ un adressage physique → un adressage logique, (ou adresse de groupe)
L’adresse physique permet d’identifier de manière univoque les participants sur une installation KNX.
Cette adresse physique est très liée à la topologie du réseau KNX et à la situation du participant dans la topologie.
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne78
L’adresse physique du participant est attribuée au début de la programmation.
On agit directement sur le produit, en appuyant sur le bouton de programmation et, par le logiciel ETS™, il reçoit son adresse physique.
✔ Adresse Physique :
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IUT de ToulonNicolas Néanne79
L’adresse de groupe sert quant à elle à programmer les fonctionnalités de l’installation. Cette adresse, logique, permet de relier un capteur (ou une entrée) à un actionneur (ou une sortie). Cette opération d’affectation est effectuée dans le logiciel ETS™.
Un télégramme véhiculé via une adresse de groupe X par un capteur sera lu par un actionneur si ce dernier contient cette même adresse de groupe X correspondant à une de ses fonctionnalités. Le participant rejette tout télégramme qui ne lui est pas destiné.
✔ Adresse Logique (ou adresse de groupe) :
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne80
✔ Exemple :
Sur une ligne figurent un détecteur de mouvement, un bouton poussoir multifonction, un actionneur de commutation d’éclairage et une alimentation KNX. Nous allons nous intéresser au fonctionnement de l’allumage des circuits 1 et 4 sur le schéma suivant, donc seulement au bouton poussoir multifonction et à l’actionneur de commutation.
L’adresse de groupe 1/2/1 a été assignée à la touche 1 du bouton poussoir...
...mais aussi aux voies 1 et 4 de l’actionneur de commutation d’éclairage 1.1.2...
ce qui aura pour effet d’activer ces 2 voies lors d’un appui sur le bouton 1.
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IUT de ToulonNicolas Néanne81
Tous les participants du bus peuvent échanger des informations entre euxà l'aide de télégrammes découpés en différents champs :
contrôle adresseexpéditeur
adressedestinataire
compteurde routage
longueur données sécurité
bits 8 16 17 3 4 16 x 8 maxi 8
D - Télégrammes.
L'adresse expéditeur est toujours une adresse physique
L'adresse destinataire peut être une adresse physique ou bien une adresse de groupe
3 – KNXDUT GEII UE42
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Analyse d'un télégramme (1/6)
Télégramme : BC 12 0A 33 03 E1 00 81 0B CC
BC : caractère de contrôleémission normale, priorité basse
1 0 R 1 P P 0 0 Priorité de transmission 0 0 Priorité système 1 0 Priorité alarme 0 1 Priorité haute 1 1 Priorité basse 0 Répétition 1 Émission normale
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne83
Télégramme : BC 12 0A 33 03 E1 00 81 0B CC
✔ 12 0A : adresse physique de l'expéditeur
→ zone 1 - ligne 2 - participant 10
✔ E1 : 1 110 0001
→ 1 : adresse du destinataire = adresse de groupe
→ 110 : compteur de routage = 6
→ 0001 longueur de la donnée = 1 (2 octets)
Analyse d'un télégramme (2/6)
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Télégramme : BC 12 0A 33 03 E1 00 81 0B CC
✔ 33 03 : adresse du destinataire bit fort du caractère suivant (E1)=1 : adresse groupe
0011 0011 0000 0011 : 6/3/3 sur 3 niveaux
Analyse d'un télégramme (3/6)
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne85
Télégramme : BC 12 0A 33 03 E1 00 81 0B CC
✔ 00 81 : donnée, qui sera interprétée par le destinataire
Analyse d'un télégramme (4/6)
3 – KNXDUT GEII UE42
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Télégramme : BC 12 0A 33 03 E1 00 81 0B CC
✔ 0B : octet de sécurité, calculé en parité impaire (0B donne 0000 1011)
BC 1 0 1 1 1 1 0 012 0 0 0 1 0 0 1 00A 0 0 0 0 1 0 1 033 0 0 1 1 0 0 1 103 0 0 0 0 0 0 1 1E1 1 1 1 0 0 0 0 100 0 0 0 0 0 0 0 081 1 0 0 0 0 0 0 1nombre de 1 3 1 3 3 2 1 4 4octet de sécurité 0 0 0 0 1 0 1 1
Analyse d'un télégramme (5/6)
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne87
Télégramme : BC 12 0A 33 03 E1 00 81 0B CC
✔ CC : caractère d'acquittement
réception correcte
0 0 0 0 1 1 0 0 NAK (réception incorrecte) 0C1 1 0 0 0 0 0 0 BUSY (occupé) C01 1 0 0 1 1 0 0 ACK (réception correcte) CC
Analyse d'un télégramme (6/6)
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne88
Le standard KNX possède 3 modes de configuration:
- A (Automatic Configuration) : les composants du "A-mode" ont un mode de configuration entièrement automatique (appareils ménagers) - E (Easy Configuration) : les composants du"E-mode" sont pré-programmés et chargés avec une série de paramètres par défaut - S (System Configuration) : les composants du"S-mode" connectés au réseau sont soutenus par le logiciel (ETS), pour le planning, la configuration et l'assemblage.
Le "S-mode" a le plus haut niveau de flexibilité
E – programmation KNX avec ETS
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne89
Le logiciel ETS (Engineering Tool Software) permet d’effectuer le projet et la programmation des participants.
Il nécessite l’installation des bases de données fournies par les fabricants (fichiers Portant l'extension « .vd2 », « .vd3 » ou « .vd4 » , définissant les donnéeséchangées par l'équipement communicant sur le réseau KNX).
Ci-après, un exemple de projet réalisé sous ETS4...
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne90
Catalogue de produits KNX
Catalogue de produits KNX
Topologie du réseau
Liens logiques entre les participants
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne91
➢ Méthode d'affectation des adresses de groupe :Méthode d'affectation des adresses de groupe :
La part importante du travail à réaliser sur ETS va être la création d'adresses de groupe pour lier les différents participants et assurer les fonctionnalités désirées au sein du bâtiment.
Pour cela, il convient d'avoir une démarche structurée afin que le projet reste lisible, que les différents liens soient facilement identifiables, dans le but de faciliter le développement et la maintenance du système.
Ainsi, la lecture d’une adresse de groupe doit permettre d’identifier clairement : • - La fonction du groupe (éclairage, store, chauffage…),
- Le lieu où se déroule l’action (salle de réunion, zone accueil…), - le type d’action (commutation, variation…).
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne92
Un participant KNX peur proposer plusieurs types d'action, selon le type d'équipement envisagé.
On adoptera donc la convention suivante pour le dernier chiffre de l'adresse de groupe, afin de pouvoir immédiatement identifier le type d'action correspondant :
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne93
→ Exemples de composants KNX :
3 – KNXDUT GEII UE42
IUT de ToulonNicolas Néanne94
Exercice
On considère le télégramme suivant, émis par un participant sur un bus KNX de type TP1 :
94 24 1B 21 0C 91 00 FF ?? C0
1 / Tracer le chronogramme représentant la tension mesurée sur le bus pour les 8 premiers bits de ce télégramme.
2 / Déterminer le niveau de priorité de ce message.
3 / Déterminer l'adresse du participant expéditeur du télégramme.
4 / Déterminer à qui s'adresse ce télégramme.
5 / Compléter le champ «??».
6 / Le message a-t-il été correctement reçu par le destinataire ? A-t-il été traité par ce dernier ? Que va faire l'expéditeur ?
DUT GEII 4 – EnOcean UE42
95 Nicolas Néanne IUT de Toulon
Ch 4 : EnOcean
1 / Concept
2 / Quelques Produits
3 / EnOcean & Wago 750-849
DUT GEII 4 – EnOcean UE42
96 Nicolas Néanne IUT de Toulon
1 – Le Concept EnOcean.
EnOcean est une technologie sans fil et sans pile basée sur des émetteurs radio à très faible consommation.Les émetteurs puisent leur énergie dans l’environnement : cellules photovoltaïques, interrupteur piézo-électrique.
● Quelques données Techniques :
✔Fréquence porteuse : 868.3 MHz
✔Modulation ASK, 125 kb/s
✔Puissance à l’émission : 10mW
✔Identifiant UNIQUE, sur 32 bits, fixé en usine pourchaque émetteur
✔Trame de données très courtes
✔Faible rayonnement électromagnétique (100 fois moins qu’un téléphone mobile)
✔Portée : 100m en champ libre, 30m placo, 20m brique
DUT GEII 4 – EnOcean UE42
97 Nicolas Néanne IUT de Toulon
Avantages :
✔Installation aisée : libre positionnement des capteurs
✔Réduction de la pollution : Pas de fil, pas de saleté, pas de pile (et donc pas
d’élimination des piles)
✔Économies d’énergie
✔Avantages au niveau coût
✔Flexibilité et confort
✔Simplicité de commande
DUT GEII 4 – EnOcean UE42
98 Nicolas Néanne IUT de Toulon
Structrure d'une Trame :
DUT GEII 4 – EnOcean UE42
99 Nicolas Néanne IUT de Toulon
2 – Quelques Produits.
• Emetteurs : Gamme d’interrupteurs, Contacts magnétique, Détecteur de présence, régulateurs, télécommandes...
DUT GEII 4 – EnOcean UE42
100 Nicolas Néanne IUT de Toulon
3 – Communications EnOcean avec le contrôleur Wago.
WAGO a développé une borne intégrant directement le récepteur EnOcean couplé à une antenne, afin que le contrôleur puisse recevoir les informations de produits EnOcean :
Borne 750-642 :
DUT GEII 4 – EnOcean UE42
101 Nicolas Néanne IUT de Toulon
Des bibliothèques facilitent la mise en œuvre de ce protocole EnOcean en proposant des fonctions de réception et d'identification de divers composants.
Exemples :
✗ Mise en service du module récepteur :
✗ Récupération de l'ID d'un double bouton poussoir :
DUT GEII 4 – EnOcean UE42
102 Nicolas Néanne IUT de Toulon
✗ Lecture de l'état du bouton poussoir :