А действительно, зачем? Обходились же кок-то без "умного дома" со времен открытия электричество, и ничего. Тем более, когда в магазине электротоваров можно найти любые выключатели и розетки, да все такие красивые. Все, конечно, правильно, при условии, что требования к объекту ограничиваются простыми функциями типа "включить освещение в комнате вручную".
Но разве сейчас этого достаточно?

Человек, который строит коттедж или квартиру в современном доме, очевидно, хочет, чтобы его жилище было удобным, безопасным и, главное, экономичным. В еще большей степени это относится к владельцу офисного центра, площади в котором сдаются в аренду различным предприятиям. Каждое предприятие потребляет электроэнергию, горячую и холодную воду, а зимой - тепло. Но одно предприятие расходует, к примеру, пятьдесят киловатт электроэнергии, другое - двадцать, а третье - один киловатт. Как разделить расходы между арендаторами?
Современное жилище или офис содержат множество устройств и систем, дающих владельцу комфорт, удобство и безопасность. Тут есть прекрасные системы отопления помещений и системы кондиционирования воздуха, освещение помещений нарядными светильниками. Жалюзи прикроют окна в жаркий полдень, чтобы комната не превратилась в раскаленную печь - так бывает, когда окна смотрят на юг. Непроницаемые ролеты закроют окна и двери, когда хозяева уедут в отпуск.
Многое придумала изобретательная мысль инженеров и конструкторов, чтобы человеку было удобно жить в своем доме. Но именно во множестве этом кроются некоторые проблемы.
Рассмотрим примеры постановки задачи при проектировании системы "Умный дом*.

Пример первый. Уличное освещение
От чего могут включаться светильники, установленные на участке?
1. Вручную. Владелец включает и выключает освещение сам.
2. От сумеречного датчика. При этом желательно, чтобы поздно ночью светильники выключались и не светили зря.
3. От датчика времени, с учетом того, что продолжительность светового дня зимой и летом очень различается.
4.  От датчика  движения,  например,  когда  владелец подходит к дому или подъезжает на машине. При этом нужно, чтобы датчики движения замечали посторонних лиц, проникших на участок незваными, и поднимали тревогу, т.е. датчики оказываются связанными как с системой управления освещением, так и с охранной сигнализацией.
5. При отсутствии владельца включались в определенном алгоритме, имитируя присутствие.
Как видим, одни и те же светильники оказываются включены в несколько сетей, причем сети не связаны и, скорее всего, независимы друг друга. Причем каждая сеть - это отельная проводка.

Второй пример. Реальное событие
Владелец установил в квартире отопление электрическим теплым полом и кондиционеры. При работающих кондиционерах охлажденный воздух опускался вниз, датчики температуры пола реагировали на остывший пол и включали обогрев, т.е. кондиционеры охлаждали помещение, а теплый пол его отапливал. При этом отключить теплый пол можно было, только обесточив его автоматом в щитке.

Третий пример. Очень характерный
Заказчик обратился к проектанту со следующим заданием:
"Мне все равно, как вы это сделаете, но я хочу, чтобы, выходя из дома и закрывая дверь, у меня все само выключалось и закрывалось*.
Заказчика понять можно. Выходя из дома, надо обойти все помещения, проверить, выключен ли свет и закрыты ли окна, нажать много клавиш на выключателях, чтобы опустить ролеты, нажать много кнопок на термостатах, чтобы включить экономичный режим отопления. Выходя, как-то активировать сигнализацию и, возможно, позвонить на диспетчерский пульт. А если какое-то окно пропущено с пульта говорят: "дом на сигнализацию не берется, проверьте у себя, что там не заперто*. И хозяин должен бежать и искать. Выход из дома превращается в сложную процедуру. Но все упрощается, если использовать пульт (рис.1).
Не надо быть опытным разработчиком, чтобы почувствовать, что чем больше систем управления различными функциями и чем они сложнее, тем острее они нуждаются в интеграции в единый комплекс. Самым еоественным путем интеграции является установка центрального процессора или контроллера.

Сразу, однако, возникают свои проблемы:
1.  В систему могут интегрироваться десяток элементов, а могут и тысячи. Довольно затруднительно создать процессор, который бы перекрыл все мыслимые потребности, еще сложнее его запрограммировать.
2.  А что, если процессор выйдет из строя? Поскольку все устройства завязаны на процессор, при выходе его из строя останавливается все.
Один из возможных путей решения проблемы предлагает Ассоциация европейской инсталляционной шины EIB/KNX и многочисленные предприятия, поддерживающие этот стандарт. Компании АББ, Moeller, Crestonu Vanlag выпускают широкий ассортимент приборов, совместимых со стандартом EIB/KNX, и являются крупнейшими производителями устройств этого назначения (рис.2).

В стандарте EIB/KNX, в сущности, все очень просто. В системе нет центрального процессора. Каждое устройство представляет собой маленький процессор с собственной программой. Обмен информацией между устройствами осуществляется в некоторой среде передачи информации. Возможны различные среды, но реально в Российской Федерации и на Украине используется одна среда - витая пара. По ней же обеспечивается электропитание процессоров устройств низким постоянным напряжением, что обеспечивает полную безопасность. Человек не касается устройств, где присутствует высокое напряжение.

Справка. Существует класс устройств, в которых обмен информацией идет прямо по силовой сети. Очевидное преимущество этого класса устройств в том, что не надо прокладывать витую пору, можно использовать существующую проводку. К сожалению, эти устройства чувствительны к параметрам сети и в наших условиях оказываются неустойчивы. Кроме того, к каждому устройству должны подключаться как фаза и ноль, так и нейтраль. Далеко не всегда проводка устроена таким образом.

Кроме того, возможен обмен информацией по радио. Радиошинные устройства уже появляются на рынке, и сейчас они проходят испытания в реальных условиях эксплуатации.
Вернемся, однако, к классическим устройством "умного дома", работающим через витую пару. Сразу видно, в чем проблема. Витую пару надо прокладывать в доме и, соответственно, закладывать ее на этапе проектирования. Причем сеть, созданную под "умный дом", вернуть в обычное состояние уже нельзя, разве что прокладывать проводку заново.

Преимущество системы тоже очевидны:
1.  Витую пару можно прокладывать достаточно свободно. Топология шины может быть "линия", "звезда", "дерево* и их комбинации, запрещается только топология "кольцо".
2.  Силовая проводка существенно упрощается. По существу, все силовые провода стягиваются в шкафы, где устанавливаются исполнительные устройства. Длина проводов намного меньше, чем при обычном монтаже.
3.  Поскольку каждое устройство содержит свой процессор, выход из строя одного или нескольких устройств не влияет на работоспособность оставшихся исправными устройств.
4.  Поскольку все процессоры совершенно равноправны, в единый комплекс можно связать любые устройства, которые поддерживают стандарт EIB/KNX и к которым разработаны прикладные программы.
5.  Возможности наращивания системы почти неограниченны. Рассмотрев далее архитектуру и принцип адресации, мы увидим, как это делается.
6.  Возможности внесения изменений в существующую систему почти неограниченны. Перепрограммирование уже установленных устройств или дополнительное программирование вновь установленных устройств осуществляется из библиотеки стандартных прикладных программ, которые доступны в Интернете.

Существуют четыре класса устройств "умного дома"
1.  Системные устройства — блоки питания, интерфейсы RS232 (рис.3) или USB, шинные и линейные соединители.

2.  Сенсоры. Эти устройства являются источниками информации в сети. К ним относятся кнопки, дисплеи, сенсорные панели, а также датчики (температуры, освещенности, дождя, ветра, времени и т.д.).

3.  Акторы (рис.4). Это исполнительные элементы сети: реле, светорегуляторы, блоки управления ролетами, жалюзи, клапанами отопительных батарей, контроллеры температуры.

4. Контроллеры (рис.5). Эти приборы расширяют функциональные возможности системы. К примеру, контроллер фан-койла управляет двумя скоростями вентиляюра и тремя клапанами. Создавать схему управления подобным устройством на базе реле было бы сложно, поэтому разработан моноблок и прикладная программа к нему. Есть и другие приборы (модули логики, программные модули и т.д.).
Обмен информацией в сети осуществляется с помощью информационных посылок, называемых телеграммами. Сенсоры воспринимают команды человека и сигналы датчиков. Каждый сенсор содержит устройство, называемое шинным соединителем, или коплером. Коплер (рис.6) преобразует сигналы в телеграмму, понятную всем устройствам, подключенным к шине. Все акторы слушают эти телеграммы, но исполняют только те акторы, которым эти телеграммы адресованы. К окторам подведены силовые линии и подключены потребители. Большая часть акторов — это приборы для монтажа на ДИН-рейку, стоят они в электротехнических        щитах.  Человек  не имеет непосредственного контакта с акторами, что исключает опасность поражения высоким напряжением.
В простейшем случае к шине подключается блок питания шины и до 64 устройств любого класса. С помощью устройства, называемого шинным повторителем, можно соединить в линию до четырех сегментов по 64 устройства в каждом, т.е. всего 254 устройства. Если длина шины велика, к ней можно подключить два блока питания. Допустимые длины кабеля в шине приводятся в табл.1

Несколько линий (максимум пятнадцать) могут быть объединены в главную линию. Главная линия организуется с помощью такой же шины, как и линия. К ней подключается собственный блок питания. Подключается линия к главной линии с помощью устройства, называемого линейным соединителем. Кроме того, к главной линии могут подключаться собственные устройства любого класса. Так как главная линия воспринимает линию как отдельное устройство, суммарное число линий и устройств, подключенных к главной линии, не более пятнадцати.

При таком подключении количество устройств в системе достигает 960 (при 64 устройствах в линии) или 3810 (при 254 устройствах в линии). При простом соединении количество телеграмм в шине резко возросло бы, и шина оказалась бы перегруженной. Этого, однако, не происходит. Дело в том, что линейный соединитель содержит таблицу фильтрации -список адресов, телеграммы с которыми надо пропускать в главную линию. Слушает линейный соединитель все телеграммы, но пропускает только те, адресат которых находится в других линиях. Также и пропускает в свою линию только те телеграммы, адрес которых включен в его таблицу фильтрации.
Путь телеграммы от сенсора к актору, включенному в другую линию, при этом такой:
сенсор => своя линия => линейный соединитель своей линии г=> главная линия ^> линейный соединитель другой линии ^> другая линия ^ актор.
Следующим структурным уровнем системы может быть область. Организуется область так же, как главная линия, и содержит до 15 главных линий. Количество устройств в области может достигать 45900. Все устройства в области объединены единым адресным пространством и могут взаимодействовать друг с другом.
Адресация устройств в системе осуществляется с помощью физических адресов. Каждое устройство имеет только один физический адрес. Физический адрес состоит из трех частей, разделенных точкой. Первая часть - номер области, которой принадлежит устройство, вторая - номер главной линии, третья - номер линии.
Связь устройств в системе осуществляется с помощью групповых адресов. Групповой адрес тоже состоит из трех частей, разделенных косой чертой, - основная группа, средняя группа, группа. Устройство может иметь несколько групповых адресов, соответственно, включаться в различные группы. Особо обращаю внимание, что связываются не устройства, а области памяти в процессорах устройств, называемые объекты связи. Способ взаимодействия между устройствами устанавливается путем конфигурирования прикладной программы.

Вернемся к третьему примеру постановки задачи
Чтобы удовлетворить требование заказчика, актор, управляющий ролетой в помещении, должен содержать два групповых адреса. Один групповой адрес общий с сенсором-кнопкой, установленной в комнате. Прикладная программа конфигурируется так, чтобы коротким нажатием кнопки ролета опускалась или поднималась до крайнего положения, а длинным -устанавливалась в любое положение.
Другой групповой адрес - общий с сенсором-кнопкой "Выключить все" при выходе из здания. Прикладная программа конфигурируется так, чтобы при нажатии кнопки ролета (и все ролеты в здании) опускалась в крайнее нижнее положение.
Если заказчик пожелает, чтобы ролета опускалась при сильном ветре - нет проблем. В состав системы должна быть включена погодная станция. При этом в помять актора ролеты заносится третий групповой адрес, общий с погодной станцией. При сильном ветре погодная станция (сенсор) отправит в шину соответствующую телеграмму, а актор ролеты исполнит эту команду.
Устройства "умного дома" поставляются с завода незапрограммированными. Для программирования устройств используется программное обеспечение ETS3. Ознакомиться с ним можно на сайте ассоциации EIB/KNX www.konnex.org. В установленную на компьютере программу загружаются прикладные программы для каждого из устройств, включенных в систему.

Зачем нужен "Умный дом"
А Н. Зодеро. специалист EIB/KNX. компания АББ Лта, г. Киев