Protocolos de Automação, Cablagem Estruturada e Redes KNX

Protocolos de Comunicação e Barramentos

• INTERBUS: Barramento sensor-atuador, 1 avaria de dispositivo - avaria de rede, topologia em anel, automação ao nível de comunicação entre sensores.
• P-NET: Comunicação RS485 em TP, taxa de transmissão de 76.8 kbits, comprimento máximo de 1200m, usado em milhares de aplicações.
• PROFIBUS: Fibra ótica ou RS485, área de automação.
  • FMS: Multimestre, volumes médios de informação, requisitos de tempo real não muito apertados.
  • DP: Único mestre, pequenas quantidades de informação, tempo de reação curto.
  • AP: Especial para aplicações de segurança e pequenas quantidades de informação.
• CAN: BOSCH, multimestre e gestor de eventos, taxa de transmissão de 1Mb/s, comprimento máximo de 40m.
• LONWORKS: Automação industrial e de edifícios. Meios: TP, Linha de Potência, RF, IR, FO. Protocolo LonTalk. Taxa normal de 78kbits.
• EIB: Automação e controlo de edifícios. 15 áreas com 12 ou 15 linhas; abrange de 256 a 5700 dispositivos.
• M-BUS: Gestão remota de consumos de energia.
• MODBUS: Automação Industrial. Baixo custo. RS232, RS485 ou Ethernet. Mestre-escravo, Cliente-Servidor.

Cablagem e Infraestruturas de Edifícios

Cablagem entre Edifícios

• Primária: Entre edifícios para Fibra Ótica (FO).
• Secundária: Interliga pisos, topologia em barramento ou anel.
• Terciária: Entre distribuidores de piso e redes locais, topologia em linha, anel ou estrela.

Normas e Categorias

• Norma EIA/TIA 568: Coaxial, STP, UTP e FO. Devem existir 2 pontos de cobre por ponto (voz + dados).
• Cablagem em Edifícios Residenciais (CENELEC): Alimentação, Classe 1 (baixa tensão, automação, segurança), Comunicações Internas (CCTV, som, telefone interno), Comunicações Externas (telefone analógico, RDIS), Transmissão de Dados (taxa média ou alta), CATV (RF/TV).
• Categorias de Edifícios:
  • S: Conforto, segurança, poupança de energia.
  • M: Questões económicas e gestão técnica centralizada.
  • L: Custos e amortização.

Níveis e Áreas de Automação

• Níveis de Sistemas de Automação:
  • Gestão: Monitorizar, serviços de gateways.
  • Automação de Campo: Sensores, atuadores.
• Áreas Funcionais de Edifícios: S e M implementam quase todas as interfaces. L não são tão complexas e possuem perfil de utilização diferente.

Tecnologia RF (Radiofrequência)

RF: Conforto em edifícios existentes, tecnologia invisível. Implementação complicada, 868.3 MHz - 16kbts. Só o recetor tem de ser configurado. Porque 868 MHz? Potência de saída, ambiente de trabalho - distâncias até 30m, suficiente para habitação utilizando no máximo um retransmissor. Recetores RF têm alta sensibilidade, detetam bem sinais KNX RF fracos. E-Mode. O valor acrescentado do sistema KNX RF é visível em instalações que integrem outro meio de transmissão. Os retransmissores permitem acoplar dispositivos TP.

DALI e Domótica

• DALI: Controlo de dispositivos de iluminação, reduz custos de integração, instalação e exploração. Ligado por cabo de 2 condutores. 64 dispositivos por controlador. Grupos de 16/32. Estrela, árvore ou mista. 1 controlador por sistema. 300m máximo.
• Domótica: Promover conforto, poupança de energia e segurança.
• Domótica vs. Convencional: Flexibilidade, ampliação e amortização.
• Elementos: Sensores, atuadores, unidades de controlo.
• Classificação: Centralizados e descentralizados.
• Meio de Transporte: Pares dedicados, correntes portadoras, linha BUS, sem fios.
• Argumentos: KNX PL, RF, IP.
• Configuração: S-MODE, E-MODE.
• Vantagens KNX: Suporte de projeto, fácil instalação de cablagem, redução de cabos, poupança de energia, fácil manutenção e expansão.

Instalação e Componentes KNX

• Rede SELV: Gerada por transformador de segurança. Isolamento de outras redes e terra; sem isolamento para o utilizador.
• Cabos:
  • YCYM: Ambientes secos e húmidos, exterior, superfície ou tubo.
  • JY(St)Y: Interiores, embutida em tubo. Só os cabos verdes garantem máxima conformidade de linha, número de dispositivos por linha e distância entre dispositivos.
• Terminais BUS: Ramificar cabo BUS, expandir... até 4 cabos em cada parte do terminal; permite remover 1 participante sem interromper a linha BUS.
• Fonte de Alimentação: 1 por linha, com filtro, monitoriza 29VDC, deve ser ligada à terra. Máximo de 2 por linha, com distância de 200m.
• DPSU: Alimentação descentralizada para pequenas instalações e dispositivos. Sem limite de distância entre DPSU, até 8 por linha.
• Medidas contra Descargas Naturais: Necessária em edifícios sujeitos a relâmpagos. Proteção Primária e Proteção Secundária.

Verificação e Topologia da Rede KNX

Verificação da Instalação: Comprimento de cabos (linha: 1000m; fonte e 1 participante: 350m; entre fontes: 200m; entre 2 participantes: 700m). Identificação, ligações incorretas, resistência de isolamento, verificação de polaridade, tensão do BUS e registo de resultados.

• Topologia: Arbitrária, linear/barramento, estrela e árvore.
• Linha: Cada segmento até 64 participantes. 2 segmentos podem ser ligados por repetidor formando linhas; máximo de 4 segmentos por linha (255 dispositivos).
• Área: Várias linhas (máximo 15) ligadas entre si através da linha principal por Acopladores de Linha (AL). Máximo de 15 áreas para formar uma linha de área, sendo a ligação da linha principal à área feita por Acopladores de Área (AA). Não utilizar repetidores de linha nas linhas de área ou principais.

Endereçamento e Acopladores

• Endereço Individual: Área, Linha, Dispositivo.
• Acopladores:
  • Área: Linha de área à principal.
  • Linha: Linha principal à secundária.
  • Repetidor de Linha (RL): Para expandir segmento de linha com mais de 64 dispositivos ou cabo com mais de 1000m.
• Tabelas de Filtragem: AA, AL têm tabela de filtragem de telegramas. AA ( >0, =0, =0); AL ( >0, >0, =0); RL ( >0, >0, >0).
• Contador de Encaminhamento: O telegrama tem um contador com valor 6; cada acoplador decrementa uma unidade e retransmite o telegrama. Tabelas de filtragem são tidas em conta.

Infraestruturas e Operação

• Infraestruturas de Edifícios: Máximo 50 dispositivos por edifício (ideal). Se não for possível, dividir de acordo com as frentes: nº linhas = nº andares e nº áreas = nº frentes ou edifícios. Se não der, usar RL por piso até 253 dispositivos no máximo por piso.
• Infraestruturas IP: Instalar Acopladores IP nas linhas principais e linhas de área. O ROUTER KNX/IP substitui o Acoplador de Linha ou de Área.
• Modo Básico de Operação: Fonte de alimentação, filtro, sensores, atuadores, cabo BUS.
• Endereço Individual: Tem de ser único. Após o comissionamento, é usado para reprogramação e diagnóstico. Não tem significado durante a operação normal da instalação.
• Sinal de Barramento: 0 (flui corrente), 1 (não flui). O 0 prevalece.
• CSMA/CA: Dispositivo tenta transmitir mensagem; se o barramento estiver ocupado, aguarda. Se ocorrer colisão, o dispositivo que tenta impor o estado 1 e deteta o estado 0 (sinal de corrente na linha) para de transmitir e aguarda que a mensagem com prioridade termine.

Verificação e Dispositivos KNX

• Campo de Verificação:
  • Verificação de Caracter: Soma de bits de dados e paridade deve ser 0 (paridade par).
  • Verificação de Telegrama: Verificação de bits por prioridade. Combinação da verificação dos caracteres e telegrama (verificação cruzada).
  • NAK: Receção incorreta, repetição do envio até 3 vezes.
• Dispositivos KNX: BCU, Módulo de Aplicação e Programa de Aplicação.
  • BCU (TP, PL):
    • TRC: Separar tensão de alimentação dos dados, proteção contra polaridade trocada, monitorização de temperatura, gera tensão estável de 5 a 24V, proteção de dados se a tensão baixar de 18V, desligar microprocessador se a tensão baixar de 4.5V, conduzir transmissão e receção, enviar e receber lógica.
    • BCC: Organiza acesso ao barramento, gere telegramas e sequência de bits de transmissão, fornece sinais de controlo, deteta conflitos na transmissão de dados, controla repetição de transmissões, recebe e descodifica telegramas, controla funções das aplicações.
  • PEI: Dados mecânicos, elétricos e protocolos.