EIB — стандарт для домашних сетей и управления зданиями

---

 Олег Павлов, член Комитета АВОК

«Интеллектуальное здание и информационно-управляющие системы»

В концепции и технической реализации «Интеллектуального здания» важное значение имеет 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, призванного 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 57600. Классическое соединение устройств происходит посредством двухпроводной линии. Скорость обмена информацией – 9600 Бит/сек, максимальная длина кабеля (без регенерации сигнала)  не должна превышать 1000 метров, причем максимальное расстояние между двумя узлами должно быть не больше 700 метров. Основной тип кабеля имеет марку J-Y(ST) 2x2x0,8 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 один 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, то есть 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 (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, BUDERUS в составе управляющей системы для котлов Logomatic разработал специальный узел FM446, подключаемый непосредственно на шину EIB. Весной этого года на выставке во Франфуркте ISH-2003 практически все ведущие компании демонстрировали подобные решения. Особой популярностью также пользовались системы управления климатом с мобильного телефона (опять же зачастую с использованием EIB).

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 EIB 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 без средств визуализации (компьютер диспетчера) вообще. На самом деле такие программы есть, и некоторые из них даже рекомендованы EIBA (например, 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 и только на устройствах EIB. Но всё же тенденция такова, что интеграционным протоколом является BACNet. Все примеры проектов, любезно предоставленные нам брюссельскими коллегами строятся именно таким образом. В небольшое трёхуровневом офисном здание в Мюнхене установлено более 2500 устройств EIB (около 6 тыс. 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 EIB 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 EIB 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 — 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 произвести 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 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 4800 bit/ сек., 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 9600 bit/ сек., 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 kHz)
Данная коммуникационная среда, силовая линия (шина питания), скорость передачи 1200 bit/ сек., 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 kHz)
Этот тип коммуникационной среды, силовая линия (шина питания), скорость передачи 2400 bit/ сек., 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.
Радио частота RF (Radio frequency on 868 MHz)
Данная коммуникационная среда, радио частотный канал, скорость передачи 38,4 kbit/ сек, была разработана в рамках работы над стандартом KNX.

EIB и общая стандартизация
С 1986 года в рамках CENELEC (Европейский комитет 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 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. Т.е. 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 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 в проектах различного масштаба. Популяризация этой информации – одна из важных 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 АВОК, 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», изд. Перм. гос. техн. ун-т, Пермь, 2001.
Также хотелось бы выразить благодарность г-ну Ван ден Босу (Брюссель) – представителю ассоциации Konnex — за предоставленные материалы и поддержку работы Комитета АВОК.