System EIB/KNX: Topologia i obszary zastosowań

Szczegóły: Opublikowano: 15. March 2026

Rozpoczynamy cykl artykułów na temat Europejskiej Magistrali Instalacyjnej (ang.: European Installation Bus, EIB), obecnie znanej jako KNX. Jest to technologia wykorzystywana najczęściej w zastosowaniach innych niż elektroniczne systemy bezpieczeństwa, głównie ze względu na jej otwarty charakter. Choć w wielu przypadkach nie gwarantuje to wystarczającego stopnia zabezpieczenia przed nieautoryzowaną ingerencją, to jednak umożliwia zarządzanie systemami, związanymi z ochroną życia i mienia w budynkach.

Część pierwsza artykułu pozwoli Czytelnikowi na usystematyzowanie wiadomości o systemie EIB i zasygnalizuje możliwości zastosowań tego wygodnego i mającego wiele zalet rozwiązania. W kolejnych częściach zostaną omówione stosowane w tym systemie urządzenia, zagadnienia związane z wzajemną komunikacją pomiędzy nimi oraz zastosowania EIB w praktyce.

Wprowadzenie do systemów EIB/KNX

Tradycyjny system EIB jest cyfrową rozproszoną technologią czasu rzeczywistego, w której stan procesu jest próbkowany w dyskretnych przedziałach czasu, a sam proces jest sterowany w określonych chwilach. Technologia ta obsługuje zarówno sygnały analogowe, czyli ciągłe, jak i cyfrowe.

Sygnały analogowe występują głównie po stronie czujników, czyli urządzeń przetwarzających wielkość mierzoną, np. temperaturę lub natężenie światła, na inną, a w systemie EIB na sygnał elektryczny. Dodatkowo występują po stronie sterowania urządzeniami wykonawczymi, np. silnikami lub siłownikami elektrycznymi. Urządzenia wykorzystujące sygnały analogowe wyposażone są w przetworniki A/C lub C/A w zależności od kierunku wykorzystania sygnału. Na to, jakie rodzaje sygnałów dominują w systemie, ma wpływ konkretne rozwiązanie techniczne.

Biorąc pod uwagę współczesne sieciowe systemy komputerowe typu serwer-klient, system EIB można uznać za złożony z samych klientów. Klient w systemie EIB nie tylko oczekuje na usługi ze strony sieci, ale sam dostarcza określone usługi. Nie ma nigdzie ani jednego komputera lub sterownika pełniącego rolę serwera z zamówionymi usługami.

Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej

System EIB wykorzystuje do wymiany informacji między urządzeniami własny protokół komunikacji EIB/KNX. System EIB został opracowany i wprowadzony głównie do automatycznego sterowania różnymi urządzeniami w budynkach. Podstawowym założeniem było oddzielenie obwodów zasilania elektroenergetycznego urządzeń od ich obwodów pomiarowych, kontrolnych, regulacyjnych i sterowania.

W systemie tym odstąpiono od wymagań typowych dla systemów czasu rzeczywistego na korzyść niezawodności i dostępności urządzeń do medium komunikacyjnego, jakim jest magistrala. Magistrala jest tu rozwiązaniem topologicznym umożliwiającym komunikowanie się elementów między sobą. System EIB nie jest szybki, przetwarza w procesie komunikacji około 10 kb/s.

Wybrany został sposób asynchronicznej transmisji informacji w systemie z metodą dostępu do magistrali typu CSMA/CA (ang.: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), czyli z unikaniem kolizji. Każdy uczestnik w procesie komunikacji z magistralą ma przydzielony priorytet ważności. W momencie równoczesnej próby nadawania do magistrali przez dwóch użytkowników ten z niższym priorytetem musi poczekać na zwolnienie sieci. W sytuacji gdy dwóch użytkowników o tym samym priorytecie próbuje nawiązać łączność z magistralą, z pomocą przychodzi niepowtarzalny tzw. adres fizyczny użytkownika lub urządzenia. Adres fizyczny określa rzeczywiste położenie elementu w systemie podłączeń do magistrali. Użytkownik z wyższym adresem fizycznym musi udostępnić magistralę.

Magistrala w systemie EIB pełni podwójną rolę; zasila urządzenia napięciem bezpiecznym 24 VDC typu SELV (ang.: Safety Extra Low Voltage) oraz zapewnia komunikację cyfrową urządzeń.

EIB jest systemem otwartym z rozproszoną inteligencją, wykorzystującym zdecentralizowany sieciowy system operacyjny. Strukturę zdecentralizowaną uzyskano przez wyposażenie wszystkich elementów realizujących komunikację w mikroprocesory. Każde urządzenie systemu jest małym komputerem mającym własną aplikację i łączność z siecią systemu EIB. Głównym elementem urządzenia EIB jest tzw. port magistralny, który można uważać za jednostkę inteligentną.

Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów

Port jest wyposażony w jednostkę procesorową CPU, pamięci: ROM, RAM, EEPROM, interfejsy: użytkownika i komunikacji z siecią. Pamięć ROM jest przeznaczona tylko do odczytu i zawiera oprogramowanie systemowe wpisane tam przez producenta. Pamięć RAM wykorzystuje się do przechowywania przetwarzanych chwilowych wartości systemu i aplikacji. W przypadku zaniku zasilania wartości te są tracone. Pamięć EEPROM, która jest elektrycznie zapisywalną i kasowalną pamięcią, służy do przechowywania aplikacji elementu, jego adresu fizycznego i grupowego, co zostanie dalej szczegółowo omówione.

Port magistralny EIB pod względem funkcjonalnym można podzielić na dwa moduły: moduł komunikacji z magistralą i moduł sterownika. Moduł komunikacji jest zarządzany przez sterownik z jednym procesorem, dlatego też prędkość transmisji danych w systemie EIB jest raczej mała.

Moduł komunikacji w porcie magistralnym wykonuje następujące funkcje:

steruje procesem wysyłania i odbioru danych z magistrali,
oddziela stałe napięcie zasilania magistrali od cyfrowych strumieni danych,
wytwarza napięcia stabilizowane 5 VDC i 24 VDC do zasilania obwodów portu magistralnego,
chroni port magistralny przed omyłkową zmianą polaryzacji napięcia zasilania na magistrali,
rozpoczyna zabezpieczania danych aplikacyjnych, jeżeli napięcie na magistrali spadnie poniżej 18 VDC,
uruchamia reset procesora, jeżeli napięcie w module komunikacji spadnie poniżej stabilizowanego napięcia 4,5 VDC,
sprawdza poprawność przesyłanych telegramów, czyli wydzielonych porcji danych.

Znajdujący się w module komunikacyjnym transformator pełni rolę filtru oddzielającego napięcie przemienne niosące informację od napięcia stałego zasilającego magistralę. Port magistralny rozróżnia dołączany moduł aplikacyjny po charakterystycznym dla rozwiązania technicznego spadku napięcia na rezystancji Rtyp.

Każdy element systemu EIB może komunikować się z dowolnym innym bezpośrednio, bez udziału jednostki centralnej nadzorującej. To jest cecha podstawowa systemu zdecentralizowanego. System EIB nazywany jest też inteligentnym, ponieważ może manipulować informacją znajdującą się w jego układach elektronicznych. Można ten rodzaj inteligencji nazwać techniczną. Ogólnie system EIB zaliczany jest do tzw. otwartych systemów sterowania.

Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru

O tym, czy dany system automatycznego sterowania można zaliczyć do otwartego, można się przekonać, analizując urządzenia, protokoły komunikacyjne, oprogramowanie systemowe, narzędziowe i użytkowe zastosowane w tym systemie.

Według powyższych wskazówek system EIB jest systemem otwartym, ponieważ ma wymienione poniżej cechy charakterystyczne:

Urządzenia wykorzystywane w systemie EIB pochodzą od różnych producentów, ale mogą ze sobą współpracować, a to dzięki przyjęciu pewnych standardów urządzeń i funkcji oraz istnieniu wielu producentów podobnych funkcjonalnie urządzeń spełniających ustalone założenia.
Przez standard rozumie się pewien zestaw parametrów urządzenia, które zapewniają jego prawidłowe działanie, poziom jakości i niezawodności i co najważniejsze, prawidłową współpracę urządzeń przez stosowanie tego samego protokołu komunikacji. Urządzenia z logo KNX są kompatybilne. Aby urządzenie uzyskało logo KNX, musi zostać poddane procesowi certyfikacji pod patronatem organizacji i certyfikowanych laboratoriów KNXA.
Producenci urządzeń, których jest ponad stu, skupieni są w organizacji KNXA (ang.: KNX Association).
Urządzenia komunikują się za pomocą jawnego, powszechnie dostępnego standardowego protokołu. Wykorzystywane są też standardowe media komunikacyjne, jak np. TP - skrętka miedziana, światłowód, sieci elektroenergetyczne lub fale radiowe.
Stosowane oprogramowanie narzędziowe i systemowe jest powszechnie dostępne, często pochodzi od wielu niezależnych producentów. Natomiast oprogramowanie użytkowe może być tworzone przez firmy niezależne od producenta lub dostawcy systemu. Możliwe są zmiany i edycja oprogramowania aplikacyjnego bez konieczności zatrzymywania pracy systemu.
Urządzenia wykonawcze (siłowniki lub silniki) i czujniki z podstawowej warstwy zarządzania obiektem mogą pochodzić od różnych producentów. Charakterystyki pracy czujników mogą być konfigurowane przez użytkownika systemu.

Topologia Systemu EIB/KNX

Topologia w systemach technicznych oznacza połączenie urządzeń w celu umożliwienia przesyłania sygnałów między nimi. Sygnały mogą być analogowe lub cyfrowe. Sygnałami analogowymi są np. prądy przepływające między połączonymi przewodami elementami w sieciach elektrotechnicznych. Jednak techniczne określenie topologii najbardziej związane jest z sieciami cyfrowymi. W systemach cyfrowych można nawet wydzielić zagadnienia topologii fizycznej i logicznej.

Topologia fizyczna dotyczyć będzie realnych „fizycznych” połączeń między urządzeniami za pomocą różnych mediów komunikacyjnych. Do najbardziej popularnych rozwiązań topologii fizycznej należą połączenia w gwiazdę, pierścień, magistralę i drzewo. Najczęściej stosowane są połączenia kablowe wykonane przewodami miedzianymi o wymaganej kategorii lub (coraz częściej) przewodami światłowodowymi. Jako media komunikacyjne można także wykorzystać kanały transmisji radiowej, podczerwień lub przewody elektroenergetyczne.

Topologia logiczna opisuje procedury komunikowania się wybranych logicznie urządzeń w systemie już skonfigurowanym w określonej topologii fizycznej. W topologii logicznej urządzenia udostępniają sobie nawzajem informację. Topologia logiczna tworzy grupy urządzeń współpracujących nawzajem w jakimś konkretnym celu, np. w systemie EIB w celu regulacji oświetlenia typu załącz/wyłącz.

W systemie EIB topologię fizyczną zapewnia magistrala komunikacyjna - w postaci przewodu miedzianego typu skrętka ekranowana, np. 2 x 0,8 m2. Do magistrali podłączone jest każde urządzenie (klient) EIB, przez co magistrala pełni rolę fizycznego łącza.

Magistrala jest łatwa do instalowania w budynkach i tworzy topologicznie strukturę rozgałęzionego drzewa, pnąc się kolejno przez pomieszczenia i piętra. Jest przeważnie przewodem miedzianym, dlatego musi mieć ograniczoną długość, głównie ze względu na tłumienie sygnałów elektrycznych przesyłanych między najodleglejszymi urządzeniami.

W początkowym okresie istnienia system EIB był przeznaczony do sterowania, w najbardziej ogólnym podejściu, całościowo oświetleniem budynków, włączając w to również sterowanie żaluzjami. Z tego powodu jego topologia przypomina rozwiązania konstrukcyjne budynku. Jak wiadomo, budynek ma w swoim wnętrzu piętra, na piętrach pomieszczenia o różnym przeznaczeniu. Dlatego w topologii EIB występuje element podstawowy, czyli linia z podłączonymi do niej urządzeniami, odpowiadająca podłączeniom wszystkich urządzeń, np. w pokoju, do magistrali. Każda linia musi być wyposażona we własny zasilacz o mocy odpowiadającej zapotrzebowaniu energetycznemu urządzeń w niej.

Najmniejsza linia składać się będzie z zasilacza, urządzenia sterującego wysyłającego polecenia do magistrali oraz z urządzenia wykonawczego, które te polecenia wykona. Z punktu widzenia łatwości i szybkości dostępu do magistrali istnieje ograniczona liczba urządzeń pracujących na jednej linii. W systemie EIB można podłączyć w ten sposób 64 urządzenia.

Jeżeli jednak istnieje konieczność dołączenia większej liczby elementów do linii, można na jej końcu dodać maksymalnie trzy linie równoległe. W linii podstawowej można wtedy umieścić tylko 63 elementy magistralne, a 64. (ostatnim) elementem staje się umieszczony na początku każdej linii równoległej tzw. wzmacniacz liniowy. Wzmacnia on i powtarza sygnał cyfrowy, nie powodując filtracji.

Stosowany przewód magistralny linii ma rezystancje 72 W/km i pojemność 0,12 mF/km. Fabrycznie podwójnie izolowany przewód wyposażany jest w cztery żyły, dwie robocze, a dwie zapasowe. Przewód magistralny powinien być chroniony od przepięć za pomocą ochronników podłączonych do przewodów ochronnych. Kabel magistralny jest również przewodem zasilającym system EIB. Jest to sieć niskiego napięcia typu SELV, zasilana z transformatora bezpieczeństwa, mająca podwójną izolację i charakteryzująca się brakiem połączeń z przewodami ochronnymi.

Rozproszona rezystancja przewodu linii powoduje przy jej znacznych długościach tłumienie przesyłanego sygnału. Teoretycznie sygnały informacji krążące po magistrali systemu EIB powinny mieć kształty prostokątów. Jednak ze względu na tłumiące oddziaływanie rezystancji przewodu zostają one odkształcone. Pojemność elektryczna linii wprowadza dodatkowo opóźnienia w przesyłanych sygnałach, co ma istotnie wpływa na szybkość działania systemu. Parametry RC linii magistrali ograniczają jej parametry instalacyjne. Pojemność linii ogranicza jej długość maksymalnie do 1000 m, a rezystancja maksymalną odległość między elementami magistralnymi do 700 m. W przypadku odległości do 700 m możliwe jest jeszcze wykrycie kolizji pomiędzy uczestnikami (niska wartość sygnału).

Urządzenia w systemie KNX

Projekt każdego układu polega w przybliżeniu na doborze odpowiednich modułów i programowym ustaleniu powiązań między nimi. (Powiązanie fizyczne za pomocą kabla istnieje zawsze - wszystkie elementy są połączone magistralą sterującą.)

Każdy moduł jest niezależnym układem mikroprocesorowym. Jego działanie jest więc w dużej mierze określone poprzez zainstalowane na nim oprogramowanie (tzw. programy aplikacyjne). Wybór programu aplikacyjnego pociąga za sobą konieczność doboru odpowiedniego zestawu parametrów. Zaprojektowanie dobrej instalacji KNX wymaga więc gruntownej znajomości elementów systemu obejmującej obok parametrów technicznych programy aplikacyjne.

Ponieważ łączyć możemy każdy element z każdym i działanie każdego modułu możemy w szerokim zakresie programować otrzymujemy system o potężnych możliwościach.

Urządzenia podstawowe

Przyciski - dostępne w kilkunastu kolorach i kształtach mogą posiadać różną liczbę klawiszy, termostat oraz wyświetlacz. Jednym z ich głównych zadań jest sterowanie oświetleniem, czyli włączanie i wyłączanie światła w pomieszczeniu. Kolejną funkcją przycisków jest sterowanie systemem ogrzewania i klimatyzacji. Na wyświetlaczu, w zależności od zaprogramowania może być wyświetlana aktualna temperatura w pomieszczeniu, tryb pracy, informacja o włączonym ogrzewaniu bądź klimatyzacji.
Czujka ruchu - posiada czujnik natężenia oświetlenia, dzięki czemu światło zostaje włączone jedynie wtedy, gdy zaistnieje taka potrzeba.
Czujka obecności z regulacją natężenia oświetlenia - posiada wszystkie funkcje czujki ruchu. Podczas intensywnej pracy przy komputerze nie zauważamy łagodnych zmian oświetlenia. Dlatego bardzo dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie czujki obecności z regulacja natężenia oświetlenia miejsca pracy, która dba o utrzymanie stałego poziomu jasności. Doskonale sprawdza się ona podczas pochmurnych dni, gdy za oknem raz jest jasno, a raz ciemno.
Wyjście załączające (binarne) - odgrywają istotną rolę w przekazywaniu napięcia elektrycznego do poszczególnych urządzeń. W rozdzielnicy na szynie montuje się wyjścia binarne 1-16-to stykowe potrzebne m.in. do włączania i wyłączania oświetlenia, gniazd a także sterowania ogrzewaniem i klimatyzacją.
Ściemniacz - pozwalają płynnie regulować natężenie wybranego obwodu oświetlenia w pomieszczeniu. W niektórych sytuacjach chcemy jednak mieć możliwość regulacji mocy światła w zależności od nastroju czy okazji np. możemy ustawić minimalną moc natężenia oświetlenia w pokoju dziecka, które boi się spać w ciemności. Ściemniacze występują w wersjach o mocy od 150W do 3000W, zarówno dla lam żarowych, jak i świetlówek oraz diód LED.
Ściemniacz świetlówek - służy do ściemniania lamp wyposażonych w statecznik EVG. W układzie utrzymywania stałego poziomu natężenia oświetlenia (czyli w zamkniętej pętli regulacyjnej) ściemniacz jest wysterowywany sygnałem 8 bitowym powstałym w wyniku porównania faktycznego natężenia oświetlenia z wartością zadaną.
Termostat (regulator temperatury) - przy współpracy z urządzeniem wykonawczym (np. wyjście cyfrowe, siłownik zaworu) pozwala utrzymywać zadaną dla danego pomieszczenia temperaturę. W zależności od odebranego telegramu z magistrali regulator może utrzymywać różne poziomy temperatury pomieszczenia.
Sterowniki rolet i żaluzji - inteligentny System pozwala na znacznie bardziej efektywne wykorzystanie możliwości sterowania roletami czy żaluzjami. Rolety mogą być opuszczane, gdy promienie słoneczne zbyt mocno ogrzewają pomieszczenie lub unoszone, gdy światło dzienne umożliwi oszczędność sztucznego oświetlenia (energii). Gdy zapadnie zmierzch żaluzje i rolety mogą się zamknąć, aby chronić domowników przed wzrokiem osób z zewnątrz.
Sterownik strefy grzewczej - dzięki zastosowaniu Systemu Inteligentnego Domu optymalnie eksploatujemy instalację grzewczą, co w znacznym stopniu przyczynia się do oszczędności. Inteligentne sterowanie powoduje, że każde pomieszczenie może mieć indywidualną temperaturę (wymagamy różnych parametrów powietrza w salonie, sypialni czy pokoju dziecięcym) niezależną od warunków zewnętrznych
Złączka przeciwprzepięciowa - służy do zabezpieczenia wszystkich urządzeń w linii przed skutkami przepięć elektrycznych, którymi często są nieodwracalne uszkodzenia danych urządzeń, co z kolei powoduje konieczność ich wymiany.
Złącze USB/LAN - zainstalowane w rozdzielni pozwala serwisowi firmy wykonawczej programować system bezpośrednio z pomieszczenia rozdzielni głównej. Również zmiana funkcji przycisku może odbyć się również zdalnie z biura firmy wykonawczej, jeśli oprócz złącza LAN, będziemy mieli zainstalowany serwer zdalnej aktualizacji. W rezultacie klient może dowolną ilość razy zmieniać parametry i funkcje systemu bez jakichkolwiek przeróbek w instalacji.
Zasilacz - służy do zasilenia napięciem stałym 24V magistrali i podłączonych do niej urządzeń. Dzięki wbudowanemu akumulatorowi (opcja) pozwala zabezpieczyć system przed zanikami zasilania trwającymi do 2 godzin.

Urządzenia dodatkowe

Zegar sterujący - w zależności od czasu wysyła na magistralę telegramy EIB zawierające zaprogramowane rozkazy. Sygnały z zegara mogą wyłączać oświetlenie i obniżać poziom utrzymywanej temperatury w nocy lub po wyjściu do pracy.
Piloty radiowe - służą do swobodnego sterowania wybranymi funkcjami, zapewniają nam wygodę np. podczas oglądania TV możemy włączyć lub wyłączyć światło w pokoju bez konieczności wstawania z fotela i podchodzenia do przycisku.
Inteligentny pilot dotykowy - pełna kontrola nad wszystkimi urządzeniami A/V oraz automatyzacji. Zastępuje wszystkie dotychczas używanie piloty. Duży graficzny ekran dotykowy z kryształowo czystym obrazem posiada automatyczne podświetlenie w nocy, a także dowolnie programowane makra (ciągi zdarzeń) i funkcje czasowe (timer).
Panel dotykowy SMARTtouch - panel SMARTtouch to kolorowy (opcja) ekran dotykowy, który umożliwia sterowanie domowymi urządzeniami elektrycznymi, oświetleniem, ogrzewaniem, roletami itp. Służy do kontrolowania aktualnego stanu budynku z jednego miejsca i daje możliwość wpływu na realizowane funkcje.
Stacja pogodowa - czujniki warunków atmosferycznych uzupełniają urządzenia sterownicze o reakcję na zmianę pogody. Czujnik deszczu powoduje np. zamknięcie okien dachowych, przez co unikamy zalania poddasza. Równocześnie ten sam sygnał blokuje działanie systemu nawadniania ogrodu. Czujnik wiatru powoduje zwinięcie markiz, żaluzji zewnętrznych w przypadku wichury, aby także móc zmniejszyć ryzyko ich zniszczenia.
Sprzęgło liniowe - rozdziela poszczególne linie magistrali KNX/EIB. Nie przepuszcza telegramów adresowanych do modułów znajdujących się w tej samej linii (filtracja telegramów).
Karnisz elektryczny - elektryczne karnisze pozwalają na zdalne, automatyczne przesuwanie zasłon. Zasłony można odsłaniać/zasłaniać całkowicie lub tylko do określonego miejsca. Możliwości te są przydatne do symulacji obecności mieszkańców oraz dla ich wygody.
Podgrzewanie luster - cienka folia grzewcza przyklejana jest pod lustrem w łazience, co skutecznie zapobiega jego zaparowywaniu.
Symulacja obecności - aktywna symulacja obecności domowników np. podczas urlopu. Funkcja symulacji obecności znacząco wpływa na zmniejszenie ryzyka niemiłej niespodzianki po powrocie z urlopu. Odpowiedni moduł „nagrywa” działania domowników w okresie poprzedzającym urlop, a następnie „odtwarza” je.
Integracja z alarmem - integracja Systemu KNX/EIB z systemem alarmowym umożliwia m.in. automatyczne włączanie światła, rolet, gdy czujnik alarmowy wykryje intruza oraz automatyczne powiadomienie policji i ochrony obiektu.
Sterowanie urządzeniami Audio/Video - dzięki integracji z instalacją multiroom możemy słuchać ulubionej muzyki oraz sterować nią indywidualnie z dowolnych pomieszczeń w domu tj. salonu, sypialni, łazienki, ogrodu, itd bez potrzeby umieszczania sprzętu Audio/Video w każdym z nich.
Integracja ze sprzętem Audio/Video - moduł IR to urządzenie integrujące system KNX/EIB i alarmowy z podczerwienią używaną do sterowania urządzeniami Audio-wideo, klimatyzatorami etc. Oznacza to, że np. wejście domownika do domu nie tylko automatycznie włączy światło, opuści rolety, podniesie temperaturę, ale także spowoduje włączenie telewizora na ulubiony program, lub uruchomi wybraną płytę z odtwarzacza CD.

tags: #filtracja #telegramów #zasilacze #rodzaje #i #zastosowanie