# كيف يعمل KNX؟ ماذا يحدث بين ضغطة لوحة المفاتيح والإضاءة
تدخل المجلس في التاسعة مساءً، تضغط الزر العلوي على لوحة المفاتيح بجانب الباب، وتحدث أربعة أشياء في آن واحد: تضيء إضاءة السقف، تخفت إضاءة الجدران، تُغلق الستائر، وتنخفض درجة حرارة تكييف الهواء بمقدار نصف درجة لأن الغرفة أصبحت مشغولة. لم يتم فتح أي تطبيق. لم يتم تنشيط أي محور (hub). لم يُطلب إذن من أي خادم خارجي. إذا تساءلت يومًا كيف يعمل KNX بتلك الضغطة الواحدة، فإن هذه المقالة ستتبع الإشارة من إصبعك إلى وحدة الإضاءة. لقد قمنا بتركيب KNX في UAE منذ عام 2014، وبمجرد أن يرى الملاك الآلية، تصبح معظم قرارات الشراء واضحة.
كيف يعمل KNX على مستوى الكابلات
لنبدأ بالكابل، لأن كل شيء آخر يعتمد عليه. يعمل نظام KNX على ناقل (bus) مخصص بجهد منخفض جنبًا إلى جنب مع الأسلاك الكهربائية الرئيسية العادية. كابل الناقل هو زوج ملتوي صلب النواة بموصلات 0.8 مم؛ تحمل النوى الحمراء والسوداء كلاً من مصدر طاقة 29 V DC والبيانات، بحيث تسحب لوحة المفاتيح أو المستشعر طاقتها وتتواصل عبر نفس السلكين. تضع إرشادات جمعية KNX الحدود العملية عند 350 مترًا بين مصدر الطاقة وأي جهاز، و1,000 متر من إجمالي الكابلات في جزء واحد، وهو ما يُعد كافيًا حتى للفلل الكبيرة. صُممت الأجهزة لتعمل بين 21 V و 30 V، وهذا هو السبب في أن المواصفات تصر على استخدام كابل معتمد من KNX: النحاس الأرق يخفض الجهد، وتشغيل لوحات مفاتيح في الطرف البعيد من كابل رفيع هو المكان الذي تنشأ فيه الأعطال الغامضة.
الإشارة تفاضلية. يقرأ المستقبل فرق الجهد بين النواتين بدلاً من مستوى الجهد على أي منهما، لذا فإن التداخل الذي يتم التقاطه على طول المسار يظهر على كلا السلكين ويلغي بعضه بعضًا. لهذا السبب يمكن لناقل KNX أن يعمل لسنوات في غرفة المعدات بجانب المضخات والمحولات دون فقدان أي أمر. صُمم الناقل لضمان اليقين، وليس للإنتاجية؛ فأمر الإضاءة لا يحتاج إلى ميغابت.
نوعا الأجهزة على الناقل
كل جهاز على ناقل KNX هو، بشكل عام، إما مستشعر (sensor) أو مشغل (actuator). المستشعرات هي الأشياء التي تلمسها أو التي تراقب الغرفة: لوحات المفاتيح، كاشفات الوجود، مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة، جهات اتصال الأبواب، محطة الطقس على السطح. المشغلات هي الوحدات الموجودة في اللوحة الكهربائية التي تقوم بالعمل المادي: تبديل وتعتيم دوائر الإضاءة، تشغيل محركات الستائر والمظلات، فتح الصمامات أو نقل سرعات مراوح تكييف الهواء.
الجزء المهم هو مكان وجود الذكاء. لا يوجد حاسوب مركزي يجب أن تمر جميع الأوامر من خلاله. يحمل كل جهاز معتمد معالجه الخاص وتكوينه الخاص. تعرف لوحة المفاتيح الرسالة التي يجب إرسالها عند الضغط على زرها العلوي؛ ويعرف مشغل التعتيم أي من قنواته يجب أن تستجيب، ومدى سرعة التلاشي والمستوى الذي يجب أن تستقر عليه، وهي الآلية وراء كل مشهد إضاءة نقوم بتكليفه. انزع أي جهاز من الحائط وسيستمر باقي المنزل في العمل كالمعتاد. يفصل هذا التصميم اللامركزي الناقل السلكي عن منصة سحابية أو نظام لاسلكي يعتمد على محور (hub)، وهو السؤال الذي يجب طرحه على أي اقتراح: ما الذي سيتوقف عن العمل إذا تعطل هذا الصندوق؟
ما هو التلغرام
عندما تضغط على لوحة المفاتيح، فإنها تضع رسالة قصيرة على الناقل. يسميها KNX "تلغرام". يسمعها كل جهاز، لأن الناقل مشترك، ولكن الأجهزة التي تم إخبارها بالاهتمام بهذه الرسالة فقط هي التي تتصرف بناءً عليها.
هذا "الاهتمام" هو عنوان المجموعة (group address)، وهو المفهوم الأكثر فائدة للمالك لفهمه. عنوان المجموعة هو تسمية، مثل "مشهد مجلس المساء"، تتفق عدة أجهزة على الاستماع إليها. ترسل لوحة المفاتيح إلى هذه التسمية. تم تكوين مشغل التعتيم، ومشغل الستائر، ووحدة التحكم في المناخ، ليتفاعل كل منها معها بطريقته الخاصة. لا يوجد شيء موصول نقطة بنقطة؛ العلاقة بين الزر والضوء موجودة فقط في التكوين. لذا، عندما تقرر بعد عامين أن الزر بجانب باب الحديقة يجب أن يغلق أيضًا ستائر المسبح، لا يفتح أحد جدارًا. يقوم المدمج (integrator) بتغيير الروابط وتنزيل التغيير على الجهازين المعنيين.
الخطوط والمناطق والفيلا المتنامية
يخدم خط KNX واحد مجموعة واحدة من الأجهزة. تجمع التركيبات الأكبر عدة خطوط عبر موصلات الخطوط (line couplers)؛ تشكل ما يصل إلى خمسة عشر خطًا منطقة، ويمكن ربط ما يصل إلى خمس عشرة منطقة مرة أخرى. نادرًا ما تحتاج الفيلا إلى أكثر من خطين أو ثلاثة، لكن الموصلات تقوم بتصفية حركة المرور، وعندما يخبرنا العميل أن بيت المسبح قد يأتي لاحقًا، فإننا نخطط لخط احتياطي من اليوم الأول، بحيث يصل التوسع كموصل إضافي بدلاً من إعادة البناء.
لا يجب أن يكون الناقل نحاسيًا من البداية إلى النهاية. يدعم المعيار الزوج الملتوي (twisted pair)، والتردد اللاسلكي (radio frequency)، وخط الطاقة (power line)، وIP، ويتم ربطها عبر موصلات الوسائط (media couplers). في الفيلا، نستخدم الزوج الملتوي خلف الجص، وIP كعمود فقري بين لوحات التوزيع وطبقة التصور، والراديو فقط للجدار الواحد الذي لا يمكن فتحه في التعديلات اللاحقة. ما لا نفعله هو وضع المنزل بأكمله على الشبكة اللاسلكية لأنه كان أسرع؛ مقالتنا حول KNX مقابل Wi-Fi في فيلا بدبي توضح السبب.
ETS: الأداة الواحدة، ولماذا تحميك
يتم كل التكوين المذكور أعلاه في ETS، وهو برنامج أدوات الهندسة (Engineering Tool Software) الذي نشرته جمعية KNX. إنه مستقل عن الشركة المصنعة: نفس الأداة تبرمج لوحة مفاتيح من علامة تجارية، ومفتاح تعتيم من أخرى، ووحدة تحكم في المناخ من ثالثة، وهذا ما يجعل منزل KNX منزلًا متعدد الموردين بدلاً من نظام بيئي لمورد واحد. في ETS، يقوم المدمج (integrator) بتخطيط الهيكل (topology)، واستيراد بيانات المنتج لكل جهاز معتمد، وربط كائنات المجموعة (group objects) بعناوين المجموعة (group addresses)، وتعيين المعلمات مثل أوقات التلاشي وحدود نقطة الضبط، وتنزيل النتيجة عبر الناقل. تُظهر مراقبة الناقل المدمجة التلغرامات مباشرة، لذا يتم تشخيص الأعطال بناءً على الأدلة بدلاً من استبدال الأجزاء.
بالنسبة للمالك، يُعد ETS شكلاً من أشكال التأمين، وهذا هو السبب في أن نظام KNX البيئي يمكن أن يضم مئات الشركات المصنعة دون ربطك بأي منها. احتفظ بنسخة من ملف المشروع، ويمكن لأي شريك KNX في العالم فتحه ومتابعة تركيبك. يشرح دليلنا حول التحقق من مدمج KNX في دبي ما يجب طلبه عند التسليم، وتغطي صفحة ما هي أتمتة المنزل KNX المعيار بمصطلحات أبسط إذا كان هذا هو لقاؤك الأول به.
الأمن، ومكان الإنترنت الصحيح
نظرًا لأن الناقل مادي ومحلي، فإن سطح الهجوم الكلاسيكي للمنزل الذكي السحابي غير موجود: لا يوجد حساب للتصيد الاحتيالي، ولا خادم بعيد يحتفظ بجداولك. يحدد KNX أيضًا التشفير كجزء من المعيار: يحمي KNX Data Secure التلغرامات بين الأجهزة، ويقوم KNX IP Secure بتشفير ومصادقة حركة المرور على العمود الفقري لـ IP، وتسمح وكلاء الأجزاء (segment proxies) بفصل الأجهزة المؤمنة التي يسهل الوصول إليها، مثل منظم حرارة غرفة الضيوف، عن الأجهزة غير المؤمنة في اللوحة. تُجري الجمعية فحصًا مجانيًا على secure.knx.org يختبر ما إذا كانت واجهة IP للتركيب مكشوفة للإنترنت؛ نقوم بتشغيله عند التسليم وفي كل زيارة بموجب عقد صيانة سكني. الإنترنت نفسه اختياري في منزل KNX. عندما ينقطع، لا تزال لوحات المفاتيح تعمل، وتستمر الجداول الزمنية في التشغيل، ويظل المنزل باردًا قبل وصولك.
طبقة لوحة التحكم، وما نبنيه فوقها
كل ما سبق هو المعيار نفسه. وفوق ذلك، نضيف لوحة التحكم المخصصة من Haus Logic: وهي الطبقة التي تعرض سياسة كل غرفة وقراءتها الحية جنبًا إلى جنب، وتحتفظ بالجداول الزمنية، وتدمج الكاميرات والصوت، وتتواصل مع العائلة عبر أجهزة iPad والهواتف المثبتة على الحائط. تستقر هذه الطبقة على العمود الفقري لـ KNX بدلاً من استبداله؛ قم بإيقاف تشغيلها وستستمر الأضواء والستائر والمناخ في العمل من الناقل وحده.
مثال عملي يوضح هذا الفصل. في فيلا مؤتمتة بالكامل في JVT قمنا بقياسها لمدة عام، تعمل 389 جهازًا مثبتًا على 90 روتين أتمتة. تحافظ قواعد المناخ على ست غرف عند 23.5 درجة مئوية عندما تكون مشغولة و25 درجة مئوية عندما تكون فارغة بعد انتظار خمس عشرة دقيقة؛ تنطفئ أضواء درجات السلم بعد ثلاث دقائق من آخر حركة؛ تضيء أضواء المحيط عند غروب الشمس وتنطفئ في العاشرة. يحمل الناقل كل أمر من تلك الأوامر. لوحة التحكم هي المكان الذي ترى فيه العائلة هذه الأوامر، وتغيرها، وعندما يتعطل مستشعر، يتم إبلاغهم بذلك في السابعة صباح اليوم التالي.
هكذا يعمل KNX: ناقل قوي بسلكين، ذكاء في كل جهاز، علاقات تعيش في التكوين بدلاً من النحاس، أداة مفتوحة واحدة، ولوحة تحكم في الأعلى للأشخاص الذين يعيشون هناك. إنه النهج وراء مشاريع الأتمتة لدينا في دبي وأبوظبي، ولماذا نخبر العملاء أن النظام سيبقى أطول من الهاتف الذي يتحكمون به. إذا كنت ترغب في رؤية ناقل ولوحة تحكم ولوحة قيادة تعمل معًا قبل الالتزام، يسعدنا أن نطلعك على تركيب حي.
المصادر
1. جمعية KNX، التوحيد القياسي: ISO/IEC 14543-3, EN 50090, GB/T 20965, ANSI/ASHRAE 135. https://www2.knx.org/in/knx/technology/standardisation/index.php
2. جمعية KNX، تقنية KNX: موصلات الخطوط، 15 خطًا لكل منطقة، 15 منطقة، مصدر طاقة، KNXnet/IP، وكيل الجزء (segment proxy) وKNX Data Secure. https://www.knx.org/manufacturers-hub/knx-technology
3. جمعية KNX، حديث تجاري: الزوج الملتوي KNX (قلب صلب 0.8 مم، 29 V DC، حدود 350 م و 1,000 م، نطاق جهاز 21 إلى 30 V، إشارة تفاضلية). https://www.knx.org/news/trade-talk-knx-twisted-pair-its-not-just-little-piece-wire
4. جمعية KNX، نصائح وحيل ETS6: هيكل KNX (TP, RF, power line, IP ووسائط KNX IoT؛ موصلات الوسائط؛ KNX Secure؛ فحص secure.knx.org). https://www.knx.org/news/ets6-tip-and-tricks-knx-topology
5. جمعية KNX، ما هو ETS (تصميم الهيكل، استيراد المنتج، العنونة، ربط كائنات المجموعة، مراقبة الناقل، استبدال الجهاز). https://www.knx.org/what-ets
6. جمعية KNX، استكشف KNX (أكثر من 500 شركة مصنعة، أكثر من 8,000 جهاز معتمد، معيار موثوق به لأكثر من 30 عامًا). https://www.knx.org/explore-knx/what-is-knx
7. جمعية KNX، هل إعداد منزلك الذكي آمن بما فيه الكفاية؟ كيف يمنح KNX الأولوية للخصوصية (KNX Data Secure وKNX IP Secure). https://www.knx.org/news/your-smart-home-setup-secure-enough-how-knx-prioritizes-privacy
8. Haus Logic، فيلا مؤتمتة بالكامل في JVT، تم قياسها لمدة عام (389 جهازًا، 90 روتينًا، قواعد المناخ والإضاءة). https://hauslogic.ae/case-studies/private-villa-jvt
