EIB/KNX

Allgemeines

Keine Angst. Ich schreibe hier wie fast immer keine neue Einführung. Das haben andere schon millionenfach getan. Vielmehr fasse ich meine Erfahrungen zusammen und gebe Tipps im Umgang mit EIB/KNX.

Ich ertappe mich noch immer, dass ich EIB sage, aber eigentlich ist mit der Gruendung des KNX Association in 2002 die EIB Norm EN 50090 komplett, gemeinsam mit z. B. BatiBus, EHS, ..., in der KNX Norm ISO/IEC 14543-3 aufgegangen.

Viele Bezeichnungen sind aber nach wie vor noch deutsch (historisch vom Siemens INSTABUS), bzw. einfach nur eingeenglischt worden.

Glossar:

• BPSU Bus Power Supply Unit
• BA Busankoppler (Bus<->BA<->AST) BA wird oft vereinfachend verwendet
• BCU Bus Coupling Unit (aeltere EIB-Bezeichnung, BCU ist die historische Form des heutigen BTM)
• BTM Busankopplungs- und Trägermodul (engl. meist: Bus Coupling Unit / Bus Terminal Module, je nach Kontext)
• AST Anwendungsschnittstelle (10-polig)
• AM Anwendermodul
• LC Line Coupler (LK)
• BC Backbone Coupler (BK)
• LU Logical Unit (obere Schicht der Bituebertragungsschicht)
• MAU Medium Attachment Unit (untere Schicht der Bituebertragungsschicht)
• TPDU Transport Protocol Data Unit
• APDU Application Protocol Data Unit
• PA Physikalische Adresse (Area.Line.Device z. B. A:1.L:1.D:31 oder deutsch Bereiche.Linie.Teilnehmer z. B. B:1.L:1.T:31)
• GA Gruppenadresse (logische Adressierung mit Hauptgruppennummer 1-14 und Untergruppennummer 0-2047 z. B. 1/601 oder 2/5/201 siehe unten)
• TP, IP, RF, PL Medientypen Twisted Pair, Internet Protocol, Radio Frequency, Powerline
• PEI Physical External Interface Schnittstellenfamilie
• FT12 Frametype 1.2 (PEI10)

KNX Medientypen
Medium	Bedeutung	Einsatz	Anmerkung
TP1	Twisted Pair	Standard-KNX-Bus	1 steht fuer Generation 1. Da es scheinbar keine Gen2 gibt, hat sich die Kurzform TP verbreitet.
PL110	Powerline	selten	EIB-Powerline-Geraete sind irgendwie vom Markt verschwunden, aber einen Umweg ueber IP-Powerline waere denkbar.
RF	Funk	Nachrüstung	Klingt interessant. Durch die Secure Option koennte ich mir so eine Erweiterung des KNX auszerhalb der 4 Waende vorstellen. TP bis zum Garagenoeffner ist schon saugefaehrlich.
IP	Ethernet	Backbone, Koppler	Die Bezeichnung IP fuer das Medium finde ich verwirrend. Wenn man sich IP als Traeger vorstellt, dann kann ich damit leben.
TP0	Vorgänger (EIB)	obsolet

PEI-Typ	Bedeutung
PEI10	FT1.2 (seriell, Rx/Tx)
PEI16	serielle Schnittstelle mit Handshake
PEI13	parallele Schnittstelle
PEI11/12	herstellerspezifisch
TPUART	moderner Ersatz für viele PEI-Anwendungen

Als Backend begegnen einem dann folgende Bezeichnungen: ft12:, tpuart:, usb:, ipt:, ipr:

Die GA und die PA sind intern beide 16 Bit grosz. Schaut man sich die Programmimplementierung an

typedef union {
 struct {
   char addr;               // 8 Bit 0-255
   char line :4;            // 4 Bit 0-15
   char zone :4;            // 4 Bit 0-15
 } physical;                // 16 Bit
 struct {
   char subnumber_low;      // 8 Bit 0-255
   hcar subnumber_high :3;  // 3 Bit 0-7    oder zusammen 11 Bit 0-2027
   char mainnumber :4;      // 4 Bit 0-15
   char reserved :1;        // 1 Bit
 } logical;                 // 16 Bit
} address;

Zu beachten ist hierbei, dass die Adressen in der Struktur "rueckwaerts" zu lesen sind.

Bei der Unterteilung der logischen Adressen in 2 Teile spricht man von Hauptguppe und Untergruppe. Bei der Unterteilung in drei Teile spricht man von einer Hauptgruppe, Mittelgruppe und Untergruppe. Mir gefaellt die 3-Teilung besser, da man so die Zuordung zu Gewerk/Funktionsbereich/Funktion besser herstellen kann.

Eigentlich bin ich getrieben davon, Ordnung in meine PAs und GAs zu bekommen. Und da bietet sich zu Beginn ein Netzwerkscan an. In ueber 20 Jahren, in denen das System stabil laeuft, hat sich etwas Chaos breit gemacht.

Ja und Rollladen wird mit 3 l geschrieben.

Anlagenbeschreibung

Meine Anlage besteht z.Z. aus ca. 60 Busteilnehmern. Sämtliche Beleuchtungen der 23 Räume sowie Rollladen/Markisen und Fußbodenheizung sind eingebunden. Die Steckdosen sind nur gruppenweise schaltbar. Sofern es notwendig wurde einzelne Steckdosen-Geräte zu schalten habe ich dort Funkaktoren ergänzt und über FHEM integriert.

Das erste was mir als Tipp einfaellt sind die Schalter, bzw. Taster. So nett EIB/KNX-Taster auch aussehen moegen, die Usability ist unter aller .... Sie dienen maximal dazu Eindruck zu schinden. Ich postuliere: Ein Taster muss groszflaechig sein. Wie oft habe ich schon bemerkt, dass gerade Fremde hilflos auf den EIB-Tasterchen herumprobieren. Bei 8 Tasten auf 1 dm² hilft auch keine meist wenig hilfreiche Beschriftung. Abgesehen von der Tatsache, dass man bei der Bewegung durch das Haus nur wenige Taster an der Wand benoetigt und viele Tastfunktionen nach dem Motto

"Man koennte ja mal ..." eingebaut wurden, kann man sich heute ohne Probleme per Praesenzmelder und Sprachassistenten helfen. Am besten aber halt nur fuer Funktionen die nicht leichter, schneller, billiger mit einem normalen Taster zu realisieren sind. 

In Zeiten wo Touchpanels/Tablets Flohmarktartikel geworden sind, kann man sich auch die Dinger fuer die Sonderfunktionen ueberall hinhaengen. Um eine wirklich smarte Heimat zu haben, waere es toll wenn das Heim zu jeder Zeit genau wuesste, wer sich wo gerade befindet. Und um noch eins drauf zu setzen, wenn das Heim auch wuesste was man gerade tut oder noch besser zu tun gedenkt. Dann könnte das SmartHome einen echten Mehrwert bieten.

Noch ein Wort zur ETS.

Die Einschraenkung der ETS6 Home auf 64 Busteilnehmer halte ich fuer grenzwertig. Obwohl ich noch nicht probiert habe, einfach die Home-Edition fuer mehrere Linien mehrfach zu installieren.

Die ETS-Professional mit 1000 Euro + Apps + MWSt, also ca. 1800 Euro halte ich fuer unangemessen. Ich warte mal auf eine Sammelbestellung oder Rabattaktion. So fuer 500-600 Euro werde ich mich beteiligen.

Basics

Eins vorweg.

Die Ueberlegungen

• Wie viele Linien brauche ich?
• Wie verlege ich meine Kabel?
• Wie koppele ich logisch meine Sensoren und Aktoren?

koennen unabhaengig voneinander angegangen werden.

Technologie

Kabel/Busleitung PYCYM 2x2x0,8 oder J-Y(St)Yx2x0,8 (2,5 kV Pruefspannung)

• verdrillt TP => parallellauffend? => Leitungskapazitaet => maximale Laenge 1000 m
• 72 Ohm/Schleife, 0,12 uF/km => 9 us/km (TODO: reales Datenblatt)
• symmetrische Uebertragung => 0-Bit und 1-Bit aus Spannungsdifferenz
• Schirm und Beidraht werden nicht angeschlossen, nicht erden, nicht durchverbinden
• keine Abschlusswiderstaende
• Zweites Adernpaar (gelb/weiß) fuer Zusatzzwecke SELV max 2,5 A mit Ueberblast und Kurzschlussschutz

Kennzeichungsempfehlung: B:X L:Y TN:Z

Topologie

Hardware-Fakten

• 1 Bereichlinie (Backbone mit Bereichskoppler (BK)) bis zu 64 Teilnehmer inkl. Bereichskoppler moeglich
• 15 Bereiche (Zone)
• 1 Hauptlinie (Mainline) bis zu 64 Teilnehmer inkl. Linienkoppler moeglich
• 12 Linien mit Linienkoppler an die Hauptlinie angebunden (also maximal 13 Linien mit jeweils maximal 1000 m Leitungslaenge)
• 15 Linien mit Linienkoppler an die Hauptlinie angebunden bei TP256
• 64 (maximal) Teilnehmer pro Linie bei TP64 (max. 700 m Abstand zwischen 2 Busteilnehmern durch Signallaufzeit <=100 ms)
• 256 (maximal) Teilnehmer pro Linie bei TP256
• Spannungsversorgung pro Linie (max. 350 m eines Busteilnehmers von der Spannungsversorgnung da min. 21 V)

Ein Backbone hat 1 bis 15 BK, eine BPSU und ggf. ein Gateway.

Eine Hauptlinie hat mindestens einen LK, einen BK und eine BPSU.

Auf jeder Seite eines Kopplers (LK und BK) muss sich eine Spannungsversorgung (BPSU) befinden.

In einem Dokument macht der Autor folgende Rechnung auf: Maximal 12544 TN = 64 TN * 13 LN * 15 BR + 64 TN

Eine glaubwuerdigere Rechnung geht von 11520 (A:15.L:12.D:64) bei TP64 und 57600 (A:15.L:15.D:256) bei TP256 aus.

Die "echte" Anzahl von "nutzbaren" Teilnehmern reduziert sich allerdings um die Anzahl der notwendigen LK/BK.

Linienkoppler (LK) leiten Datentelegramme weiter (ueber die Hauptlinie zu anderen Linien) und trennen die Linie galvanisch vom Bereich.

Linien- und Bereichskoppler filtern Datentelegramme.[1]

Die maximalen Laengen koennen durch Einsatz von Linienverstaerkern ueberschritten werden. Linienverstarker sind hardwaretechnisch identisch mit Linienkopplern besitzen aber keine Filtertabelle.

• Der Linienverstaerker gliedert eine Linie in Liniensegmente (Sublines).
• Jedes Liniensegment benoetigt eine eigene Spannungsversorgung.
• Es sind maximal 3 parallele Linienverstaerker pro Linie erlaubt.

Somit ergibt sich eine Spannungversorgung pro Linie.

Die Spannungsversorgungen stellen typischerweise bis max 320 mA, bzw. 640 mA bei 29 V zur Verfuegung.

Nennspannung 29 V Toleranzbereich 21 V - 30 V Typisch sind ≥ 24 V am entferntesten Geraet (Bei <18 V an einem Geraet deaktiviert sich der Teilnehmer)

Wenn maximal 350 mA pro Linie erlaubt sind erklaert sich fuer mich noch nicht ganz die Notwendigkeit von 640gern.

[2]

Die Drossel (oft in die Netzteile integriert) bewirkt eine Spannungsspitze (Induktionsspannung der Spule) bei einem 0-Bit. Deshalb darf/muss man wenn ueberhaupt eine zweite Drossel mit einem Abstand von mehr als 200 m in eine Linie einbauen.

Adressierung (physikalisch)

Eine KNX physikalische Adresse ist die eindeutige Hardware-Identifikation eines Geraetes am KNX-Bus und hat das Format Bereich.Linie.Teilnehmer

Adressierungsformat
Bereich	.	Linie	.	Teilnehmer
0-15	.	0-12	.	1-64

Die kleinste physikalische Adresse ist 0.0.1 und die groeszte 15.12.64

Somit erklaert sich auch die maximale Anzahl an Bereichen und Linien.

• max. 15 Bereiche + Verbindungslinie (Backbone) => 16 adressierbar 0-15
• max. 12 Linien + Hauptlinie => 13 adressierbar 0-12

Schnittstellen

AST

Pinout
PIN	Funktion
1	0 V
2	Daten
3	Daten
4	Daten
5	+5 V
6	Codierstift
7	Daten
8	+24 V
9	Daten
10	0 V

Pinlage
0 V	Daten	Daten	Daten	+5 V
1	2	3	4	5
10	9	8	7	6
0 V	Daten	+24 V	Daten	Stift

Signaluebertragung

• 9600 Bit/s ca. 104,2 us pro "0"-Bit
• asynchrone, ereignisorientierte Datenuebertragung
• CSMA/CA "0-Dominant"
• Datentelegramm: Startbit|8 Datenbits|Prioritaetsbit|Stoppbit|Pause (2 Bit)
• aus 11 Bits ergeben sich ca. 1,146 ms + 2 Bit Pause 1,354 ms
• Jedes Datentelegramm wird mit einer Quittung bestaetigt
• Ein Datentelegrammpaket ist zwischen 20 und 40 ms lang

Telegrammpaket 20 -40 ms
t1	Telegramm (Block 1-7)								t2	Quittung (Block 8)	t3
Wartezeit	Kontrollfeld	Quelladresse	Zieladress	Adressumschaltung	Routingzaehler	Laenge Nutzinformation	Nutzinformation	Pruefffeld	T/Q-Pause		Busfreizeit
	8 Bit	16 Bit	16 Bit	1 Bit	3 Bit	4 Bit	bis zu 16 x 8 Bit	8 Bit		8 Bit
von Prioritaet anhaengig	legt die Prioritaet fest	Physikalische QuellAdresse	Physikalische ZielAdresse oder GruppenAdresse	PZA oder GA		0-15 Zahl +1 Anzahl NutzBytes	1-128 Bytes

Erlaeuterung Paketaufbau[3] nicht schoen, aber reicht erst mal.

Kommunikationsaufnahme

Bisher habe ich folgende Moeglichkeiten gefunden mit dem BUS kontakt aufzunehmen.

• Eibnet/IP
• IP (EIBlib/IP)
• USB
• RS.232 Standard
• RS.232 FT1.2

Irgendwo habe ich gelesen, das EIBlib/IP veraltet und nicht von der EIBA stammte. Die EIBA hat Eibnet/IP als Ersatz implementiert.

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