Der KNX Easy Push Button Mode

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1 Der KNX Easy Push Button Mode Dr.-Ing. Th. Weinzierl D Tyrlaching Der KNX Standard ist nahezu untrennbar verbunden mit der Konfigurationssoftware ETS. Dieses Tool hat sich seit Jahren bewährt und zeigt seine Leistungsfähigkeit insbesondere bei sehr komplexen Netzwerken. Für kleinere Installationen, geht es auch einfacher, eben easy. Besonders interessant ist der KNX Easy Push Button Mode, das soviel heißt wie einfacher Knöpfchenmodus. Geräte, die den Easy Push Button Mode unterstützen, können ohne PC oder zusätzlichen Controller miteinander verbunden werden. So kann ein Sensor mit einem Aktor direkt verknüpft werden. Dazu müssen nur beide Geräte durch das Drücken der besagten Knöpfchen in den so genannten Linkmodus, also einen Verknüpfungsmodus, versetzt werden und sie verbinden sich wie von selbst. 1 Konfigurationsmodi in KNX Um ein Gerät in Betrieb zu nehmen, müssen zum einen Parameter eingestellt werden, zum anderen müssen die Verbindungen zwischen den Geräten hergestellt werden. Im KNX Standard sind hierzu verschiedene Modi definiert, die auf verschiedenen Medien eingesetzt werden können. Configuration Mode Common Kernel (NL, TL & AL) KNX Media (PL & LL) Abb. 1: Systemübersicht KNX Standard System Mode war der erste Konfigurationsmodus. Es war bereits im EIB-System spezifiziert und benötigt ein PC Tool (ETS: EIB bzw. Engineering Tool Software), um das Konfigurationsverfahren auszuführen. Es ist ein sehr leistungsstarkes Verfahren und kann auch bei sehr komplexen Installationen eingesetzt werden. Für die System Mode Konfiguration muss Seite 1/8

2 der Hersteller eine Produktdatenbank für jedes Gerät bereitstellen. Der System Mode ist in erster Linie für geschulte Personen mit Erfahrungen in KNX Netzwerken geeignet. Easy Mode benötigt kein PC Tool. Die Easy Mode Konfiguration ist in verschiedene Sub-Modi untergeteilt. Für die Zukunft wird der Easy Controller Mode und Easy Push Button Mode interessant sein. Wie der Name schon sagt, benötigt der Easy Controller Mode ein Steuergerät im KNX Netwerk, das den Konfigurationsprozess gemäß den definierten Regeln ausführt. Der Easy Push Button Mode benötigt keine zusätzlichen Hilfsmittel oder Geräte und wird in diesem Artikel genauer erklärt. Automatic Mode ist ein weiterer Konfigurationsmode in KNX. Er verspricht ein Plug-and-Play Konfigurationsverfahren bei dem der Benutzer nicht eingreifen muss. Da der Automatic Mode nur eine sehr eingeschränkte Funktionalität bietet, existieren derzeit keine Geräte auf dem Markt, die diesen Mode unterstützen. 2 Funktionsweise Da im Easy Mode keine Produktdatenbanken verwendet werden, müssen die Informationen über die Funktionalität in den Geräten gespeichert sein. Dazu ist ein Mechanismus auf der Basis von Kanälen und Verbindungscodes (Connection Code CC) definiert, mit dem der Funktionsumfang des Gerätes festgelegt ist. Ein Kanal im Sinne des Easy Modes ist ein Satz aus Kommunikationsobjekten und Parametern, die in funktionalem Zusammenhang stehen. Die Kommunikationsobjekte eines Kanals bilden zusammen ein Interface zu einem Kanal des Kommunikationspartners. Obwohl ein Kanal gleichzeitig Ein- und Ausgänge haben kann, ist er vom Typ entweder ein Sensor- oder ein Aktorkanal. Abb. 2: Auszug aus den verfügbaren Verbindungscodes aus KNX Supplement Seite 2/8

3 Um entscheiden zu können, welche Verknüpfungen zu erstellen sind, wird jedem Kommunikationsobjekt ein Verbindungscode zugewiesen. Dieser legt nicht nur das jeweilige Datenformat fest, sondern beschreibt auch die Verwendung des Datenpunktes. So haben zum Beispiel binäre Ausgänge für Windalarm und Frostalarm unterschiedliche Verbindungscodes. Beim Linkvorgang werden die Datenpunkte des aktivierten Sensorkanals denen des Aktorkanals gegenübergestellt. Kommunikationsobjekte mit identischen Verbindungscodes werden verbunden. Entscheidend ist, dass stets ein Sensorkanal mit einem Aktorkanal verbunden wird. Hat ein Gerät mehrere Kanäle, so muss jeder Kanal separat verlinkt werden. Auch wenn zum Beispiel ein Aktorkanal mit zwei Sensorkanälen verbunden werden soll, sind zwei Linkvorgänge erforderlich. Ch1 Switch PB On/Off CC01 GA1 Ch50 Binary switch no delay On/Off CC01 Status On/Off CC02 Ch05 Dimming PB GA1 On/Off CC01 Bight/Dark CC06 GA2 Ch = Channel Code CC = Connection Code GA = Group Address Abb. 3: Prinzip der Easy Mode Konfiguration GA1 GA2 Ch55 Dimming Actuator On/Off CC01 Bight/Dark CC06 Value CC07 Status On/Off CC02 Status Value CC 08 Während im Easy Controller Mode die Informationen über die Kanaleigenschaften ausgelesen und vom Controller interpretiert werden, werden im Easy Push Button Mode die Linkmöglichkeiten während der Linkprozedur ausgewertet. Entscheidend für die Leistungsfähigkeit des Push Button Modes ist, dass es sich hierbei tatsächlich um ein intelligentes Netzwerkmanagement handelt. Es werden keine Runtime Telegramme mitgehört und gelernt, sondern es werden die Links zwischen den Kommunikationspartners während der Linksequenz sozusagen ausgehandelt. Für die Übertragung der Linksequenzen wird der Service A_NetworkParameter_Write verwendet. Da zum Beginn der Linksequenz der Kommunikationspartner noch nicht bekannt ist, wird der Service als Broadcast gesendet. Er beinhaltet die Parameter Object Type und Property ID, die hier stets auf 0 für device object bzw. 59 für PID_PB_CONFIG gesetzt werden. Es bleibt ein Datenfeld mit 4 Bytes, das die eigentlichen Link-Kommandos mit ihren Parametern enthält. Abb. 4: Telegrammformat für A_NetworkParameter_Write Seite 3/8

4 Folgende Kommandos sind für die Linksequenz definiert Enter_Config_Mode Start_Link Channel_Function_Actuator Channel_Function_Sensor Set_Channel_Param Channel_Param_Response Begin_Connection Set_Delete_Link Link_Response Stop_Link Quit_Config_Mode Der prinzipielle Ablauf ist stets gleich. Der Nutzer aktiviert erst den entsprechenden Aktorkanal, der dadurch in Linkbereitschaft versetzt wird und das Kommando Enter_Config_Mode an alle sendet. Anschließend wird der zu verbindende Sensorkanal aktiviert, der den Linkvorgang mit dem Kommando Start_Link startet. Daraufhin tauschen die Geräte Ihren jeweiligen Kanalcode mit den Kommandos Channel_Function_Actuator und Channel_Function_Sensor aus. Anschließend hat der Aktor die Möglichkeit, Parameter im Sensor zu setzen. Er sendet dazu das Kommando Set_Channel_Param, das der Sensor mit Channel_Param_Response beantwortet. Sind keine Parameter mehr zu setzen, übergibt der Aktor an den Sensor mit dem Kommando Begin_Connection. Der Sensor übermittelt daraufhin Link für Link mit Hilfe des Kommandos Set_Delete_Link, das vom Aktor mit einem Link_Response bestätigt wird. Links vom Aktor zum Sensor werden auf die gleiche Weise realisiert. Allerdings gibt in diesem Fall der Aktor die Gruppenadresse innerhalb der Antwort vor. Das Ende der Linksequenz wird vom Sensor durch ein Stop_Link angezeigt, wodurch auch der Aktor mit dem Senden des Kommandos Quit_Config_Mode den Linkmodus verlässt. Insgesamt ergibt sich also eine Art Dialog zwischen Sensor und Aktor. Trotz der einfachen Bedienung können mit diesem Modus durchaus komplexe Funktionen realisiert werden. Die Zuordnungen zwischen Sensoren und Aktoren sind nicht auf 1:1 Beziehungen beschränkt. So kann ein Sensor auch auf mehrere Aktoren wirken. Ebenso kann zum Beispiel ein Schaltaktor von mehreren Tastsensoren parallel angesteuert werden. Insgesamt sind somit auch n:n Beziehungen möglich, das heißt mehrere Sensoren und mehrere Aktoren sind zu einer Funktion, zum Beispiel Schalten oder Dimmen, verbunden. Zudem können die Links auch bidirektional sein. Dies dient in erster Linie der Übertragung von aktiven Rückmeldungen Seite 4/8

5 3 Ein Beispiel Unten stehende Abbildung zeigt folgendes Beispiel: Ein Tastsensor mit zwei Wippen soll je einen Schaltaktor steuern. Jede Wippe besitzt zudem eine Status-LED, die anzeigen soll, ob die jeweilige Leuchte ein ist oder aus. Ein weiterer Tastsensor mit nur einer Wippe soll als Zentralfunktion dienen. Diese Anforderung würde bei der Programmierung mit der ETS einige Erfahrung erfordern. Aber auch im Push Button Mode können solche Anforderungen effektiv umgesetzt werden: Switch Switching actuator Switching [out] 0/1/1 Status [in] 0/3/1 Switching [out] 0/1/2 Status [in] 0/4/1 Switching [in] 0/1/1 0/2/1 Status [out] 0/3/ Switch Switching actuator Switching [out] 0/2/1 Switching [in] 0/1/2 0/2/ Status [out] 0/4/ Abb. 5: Beispiel einer Push Button Installation KNX Für den Nutzer ergibt sich folgender Ablauf. Zuerst aktivieren wir den Linkmodus des Schaltaktors. Dies wird in der Regel durch eine LED angezeigt. Damit ist der Aktor bereit für den Linkvorgang. Dann muss der Tastsensor aktiviert werden. Da er in unserem Beispiel zwei Wippen besitzt, muss man für den Lernmodus die entsprechende Wippe auswählen. Entsprechend dem Easy Mode sind die Geräte in Kanäle organisiert. In unserem Beispiel bildet eine Wippe zusammen mit der jeweiligen Status-LED einen Kanal. Wenn beide Geräte, also Tastsensor und Schaltaktor aktiviert sind, startet der Verknüpfungsvorgang und dauert in der Regel nicht länger als eine Sekunde. Entsprechend wird anschließend die zweite Wippe auf den anderen Aktor angelernt. Bleibt noch der Taster für die Zentralfunktion. Da dieser beide Aktoren steuern soll, muss dieser zweimal Seite 5/8

6 eingelernt werden. Also erst Schaltaktor in den Lernmodus bringen, dann den Taster für Zentralfunktion. Im letzen Schritt am zweiten Schaltaktor den Lernmodus aktivieren und noch einmal am Taster. Fertig. Auf dem Bus sieht ein Linkvorgang wie folgt aus (Mitschnitt mit Busmonitor Net n Node): Src. Dest. R APCI AL-Data Link Commands ACK Gerät 1 sucht eine freie individuelle Adresse: NwParamWrite ObType=0(Device) PID=61(PID_ADDR_CHECK) Info= R NwParamWrite ObType=0(Device) PID=61(PID_ADDR_CHECK) Info= R NwParamWrite ObType=0(Device) PID=61(PID_ADDR_CHECK) Info= R NwParamWrite ObType=0(Device) PID=61(PID_ADDR_CHECK) Info=00 Gerät 1 sucht freie Gruppenadressen: Broadc. NetParamRead ObType=1(AddrTab) PID=23(ListGA) Info=01 C0 21 ACK Broadc. NetParamRead ObType=1(AddrTab) PID=23(ListGA) Info=01 C0 22 ACK Broadc. NetParamRead ObType=1(AddrTab) PID=23(ListGA) Info=01 C0 23 ACK Broadc. NetParamRead ObType=1(AddrTab) PID=23(ListGA) Info=01 C0 24 ACK Gerät 2 sucht eine freie individuelle Adresse: NwParamWrite ObType=0(Device) PID=61(PID_ADDR_CHECK) Info=00 ACK NwParamWrite ObType=0(Device) PID=61(PID_ADDR_CHECK) Info= R NwParamWrite ObType=0(Device) PID=61(PID_ADDR_CHECK) Info= R NwParamWrite ObType=0(Device) PID=61(PID_ADDR_CHECK) Info= R NwParamWrite ObType=0(Device) PID=61(PID_ADDR_CHECK) Info=00 Gerät 2 sucht freie Gruppenadressen: Broadc. NetParamRead ObType=1(AddrTab) PID=23(ListGA) Info=01 C0 41 ACK Broadc. NetParamRead ObType=1(AddrTab) PID=23(ListGA) Info=01 C0 42 ACK Broadc. NetParamRead ObType=1(AddrTab) PID=23(ListGA) Info=01 C0 43 ACK Broadc. NetParamRead ObType=1(AddrTab) PID=23(ListGA) Info=01 C0 44 ACK Gerät 1 (Aktor) und Gerät 2 (Sensor) werden gelinkt: Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info= Enter Config M. ACK Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info=20 00 C5 00 Start Link ACK Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info= Ch. Fnc. Sens. ACK Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info= Ch. Fnc. Act. ACK Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info= Beg. Conn. ACK Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info= Set Link ACK Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info=91 02 C0 22 Link Resp. ACK Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info=80 01 C0 43 Set Link ACK Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info=90 01 C0 43 Link Resp. ACK Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info=A Stop Link ACK Broadc. NwParamWrite ObType=0(Device) PID=59 Info=B Quit Config M. ACK Bidirektionale Runtime Kommunikation: /00/067 GrpValWrite Data=0x01 ACK /00/034 GrpValWrite Data=0x01 ACK /00/067 GrpValWrite Data=0x00 ACK /00/034 GrpValWrite Data=0x00 ACK /00/034 GrpValWrite Data=0x01 ACK /00/067 GrpValWrite Data=0x00 ACK /00/034 GrpValWrite Data=0x00 ACK Abb. 6: Interpretierter Mitschnitt einer Push Button Mode Inbetriebnahme auf Twisted Pair 4 Medien für den Easy Push Button Mode Der Easy Push Button Mode ist prinzipiell auf allen KNX Medien möglich. Am Markt verfügbar sind bisher allerdings nur Geräte für KNX Funk. 4.1 Radio Frequency Da Funknetze in der Regel relativ klein sind, eignet sich hier der Easy Mode besonders gut. Hinzu kommt die Besonderheit, dass bei Funk auch unidirektionale Geräte, zum Beispiel Handsender, verwendet werden. Diese können aus Sicht des Anwenders wie bidirektionale Geräte in das Netzwerk integriert werden. Während der Linksequenz erkennt der Aktor, dass es sich beim Sensor um ein unidirektionales Gerät handelt und sendet folgerichtig keine Antworten zum Sensor. Das heißt, unidirektionale Geräte senden bei Aktivierung Ihre Linksequenz aus, egal ob jemand zuhört. Auf dem Medium sieht ein Linkvorgang wie folgt aus (Mitschnitt mit Busmonitor Net n Node): Seite 6/8

7 cemi Header Serial Number Ctrl. Src. Dest. L. APCI Param T. Link Commands 1B C FF E0 05 FF E B 2C 00 C5 05 Start Link C FF E0 05 FF DD0 Response C FF E0 05 FF F C F 23.. DD2 Response 1B C FF E0 05 FF E B Channel Fct. Sensor 1B C FF E0 05 FF E B Parameter Response 1B C FF E0 05 FF E B Parameter Response 1B C FF E0 05 FF E B Parameter Response 1B C FF E0 05 FF E B Parameter Response 1B C FF E0 05 FF E B Set Link Switch On/Off 1B C FF E0 05 FF E B 80 0C Set Link Step Up/Dn 1B C FF E0 05 FF E B 80 0B Set Link Move Up/Dn 1B C FF E0 05 FF E B Set Link Dimm. Up/Dn 1B C FF E0 05 FF E B Set Link Scene Num. 1B C FF E0 05 FF E B A Stop Link Abb. 7: Linksequenz eines unidirektionalen Handsenders im Format common EMI Abb. 8: Handfernbedienung und Schalt-/Jalousieaktor für KNX-RF mit Easy Push Button Mode Bei KNX-RF ist der Push Button Mode besonders einfach, da keine individuelle Adresse und keine Gruppenadressen zugewiesen werden müssen. Die Standard individuelle Adresse für KNX-RF ist 0x05FF. Die Adresse wird in diesem Modus nicht verändert, da die Geräte über ihre Seriennummer identifiziert werden können, die stets mitgesendet wird. Auch die Gruppenadressen sind nur zusammen mit der jeweiligen Seriennummer gültig. Dadurch können diese bereits bei der Entwicklung vergeben werden. 4.2 Twisted Pair Beim Easy Push Button Mode für Twisted Pair müssen die Geräte für dem Link-Vorgang sowohl eine individuelle Adresse als auch die Gruppenadressen für die Ausgänge erhalten. Da kein zentrales Tool im System vorhanden ist, müssen die Geräte Ihre Adressen selbst suchen. Im wesentlichen wählen die Geräte eine beliebige Adresse im Adressraum für Easy auf Twisted Pair (0x0200-0x02FE) und prüfen dann, ob die Adresse noch frei ist. Die Gruppenadressen werden anschließend von der individuellen Adresse abgeleitet und ebenfalls geprüft, ob sie noch frei sind. Der Easy Push Button Mode kann mit allen definierten Gerätemodellen kombiniert werden. Bei Weinzierl Engineering wurde der Easy Push Button Mode zusammen mit dem Gerätemodell 0701/0705 implementiert Seite 7/8

8 4.3 Powerline Für Powerline sind derzeit keine Implementierungen für den Easy Push Button Mode bekannt, wäre aber ebenso realisierbar wie bei Twisted Pair. Zusätzlich müsste aber die Vergabe der Domain Adresse festgelegt werden. 4.4 KNXnet/IP KNXnet/IP wird inzwischen als eigenständiges Medium in KNX betrachtet. Zukünftig können Geräte direkt über IP mit dem KNX Netz kommunizieren. Als vollwertige Endgeräte stehen diesen Geräten auch alle Konfigurationsmodi offen. Aufgrund ihrer Komplexität werden viele Geräte ausschließlich den S-Mode mit der ETS unterstützen. Die Anwendung des Easy Push Button Mode ist aber ebenso denkbar und wohl nur eine Frage der Zeit, bis erste Implementierungen verfügbar sind. Zusammenfassung Wie das obige Beispiel zeigt, ist der Easy Push Button Mode trotz seiner einfachen Bedienung sehr leistungsfähig. Er eignet sich vor allem für kleinere Installationen und insbesondere für Funk. Funknetze sind typischerweise nicht so komplex wie Installationen mit Twisted Pair. Für Hersteller ist dieser Modus besonders interessant für Kunden, denen keine ETS zur Verfügung steht. Dies können private Nutzer sein aber auch Installateure in Ländern, in denen KNX noch neu ist. Die Kombination von Easy Mode und ETS Konfiguration in den Geräten sichert den Kunden ihre Investitionen in KNX. Sie können im Easy Mode einfache Funktionen selbst realisieren und jederzeit einen Profi hinzuziehen, der die vorhandenen Geräte mit der ETS neu programmiert und auch komplexe Funktionen umsetzt. Literatur [1] KNX handbook version 1.1, KNX Association, Brüssel, 2004 [2] Weinzierl, Thomas: Netzwerk-Management in KNX-RF Netzwerken; Drahtlose Nahbereichsnetze, Design & Elektronik; München, 04. April 2006; [3] Weinzierl, Thomas: KNX-RF Wireless alternative in KNX; KNX Journal ; KNX Association Brüssel [4] Weinzierl, Thomas: Stack Implementation for KNX-RF; KNX Scientific Conference 2005; Pisa (Italy), September 2005 [5] Weinzierl, Thomas: A new development kit for EIB/KNX devices based on TP-UART chip; Proceedings KNX Scientific Conference 2002, München, October 2002 [6] Weitere Informationen auf Seite 8/8

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