Line Segment Và Line Coupler Trong KNX: Chia Line Thế Nào

Cấu trúc địa chỉ Area.Line.Device và vị trí của Line Segment

Địa chỉ vật lý KNX gồm 16 bit chia thành ba phần: Area (4 bit), Line (4 bit) và Device (8 bit), viết dạng 1.1.5. Line Segment không phải một cấp địa chỉ thứ tư. Đây là cách chia vật lý bên trong một Line, và thiết bị trên các segment vẫn dùng chung dải địa chỉ x.y.z của line đó.

Area, Main line, Line: ai nối với ai

Main line là Line 0 của mỗi Area, nên nó thuộc về Area đó. Thứ nối các Area với nhau là backbone line 0.0. Hai khái niệm này hay bị gộp làm một, và bảng thuật ngữ bên dưới giải thích vì sao.

Một khái niệm, nhiều tên gọi

Tài liệu của các hãng gọi cùng một thứ bằng nhiều tên khác nhau:

Quy tắc đặt địa chỉ cần nhớ

Địa chỉ x.y.0 dành cho coupler, thiết bị thường dùng x.y.1 trở lên. Địa chỉ 0.0.0 không dùng. Địa chỉ 15.15.255 là địa chỉ mặc định của thiết bị chưa nạp, nên không gán cho thiết bị thật, vì khi thay thiết bị mới chưa nạp bạn sẽ bị trùng địa chỉ.

Line Segment: nối dài một line bằng Line Repeater

Line Segment là gì? Line Segment là một đoạn bus KNX TP có nguồn riêng, nối với đoạn khác trong cùng một line qua Line Repeater. Repeater khuếch đại và chuyển tiếp mọi telegram, không lọc, nên các segment của một line hoạt động như một đường bus duy nhất về mặt logic.

Giới hạn: 64 chỗ mỗi segment, 4 segment mỗi line

Mỗi segment có tối đa 64 chỗ, tính cả coupler và repeater đấu vào nó. Một line dùng 3 repeater sẽ có 4 segment. Bảng đếm chỗ cho một line có Line Coupler ở trên và 3 repeater:

Con số 60 ở segment 1 hay bị bỏ qua khi lập bảng dự toán. Nếu coupler và 3 repeater cùng đấu vào segment 1, chúng chiếm 4 trong 64 chỗ. Không có line coupler phía trên thì segment 1 còn 61 thiết bị.

Repeater đấu song song từ segment 1, không đấu nối tiếp (repeater sau repeater). Cách đánh địa chỉ x.y.64, x.y.128, x.y.192 cho repeater chỉ là quy ước để đánh dấu đầu dải mỗi segment. Địa chỉ không quyết định thiết bị nằm trên segment nào về điện.

Nguồn và dây: mỗi segment một PSU

Một repeater gồm hai nửa cách ly điện. Nửa Main lấy nguồn từ segment phía trên, nửa Sub lấy nguồn từ segment phía dưới. Repeater chỉ truyền dữ liệu, không truyền nguồn. Vì vậy mỗi segment cần một nguồn KNX kèm choke riêng, và không được nối chung đầu ra của hai nguồn.

Giới hạn dây của mỗi segment theo chuẩn KNX TP: tổng chiều dài dây không quá 1.000 m, từ nguồn đến thiết bị xa nhất không quá 350 m, giữa hai thiết bị bất kỳ không quá 700 m.

Về dòng, cộng dòng thực tế của từng thiết bị theo datasheet rồi so với định mức nguồn. Khuyến nghị thiết kế của chúng tôi là giữ tổng ở khoảng 70 đến 80% định mức. Với nguồn 640 mA, đó là khoảng 450 đến 510 mA. Segment 1 có repeater còn phải cộng thêm dòng nửa Main của từng repeater, nên thực tế nên để khoảng 50 đến 55 thiết bị chứ không dùng hết 60.

Repeater không lọc, Segment Coupler có lọc

Repeater là profile cũ của KNX, thường tích hợp trong line coupler TP/TP. KNX Association hiện có profile Segment Coupler: vẫn nối dài một line với địa chỉ x.y.z, nhưng có filter table. Khác biệt thực tế:

Nhiều line coupler TP/TP đời cũ chỉ có hai chế độ: Area/Line coupler và Repeater, không có Segment Coupler. Kanonbus KTELC là một ví dụ: trong ETS bạn chọn Function as là Area/line coupler hoặc Repeater. Điều này không làm KTELC kém đi cho dự án vừa, nhưng cần biết trước khi cam kết với tư vấn rằng "segment có lọc".

Line Coupler: tách line để tách tải

Line Coupler là gì? Line Coupler là thiết bị nối main line với một line, có cách ly điện và filter table. Nó chỉ cho telegram đi qua khi group address của telegram đó có thiết bị nhận ở phía bên kia. Nhờ vậy lưu lượng của mỗi line được giữ trong line đó.

Filter table do ETS sinh

Filter table là ma trận bit trong bộ nhớ coupler, một bit cho một group address. Bit bằng 1 thì telegram được chuyển sang line kia, bằng 0 thì bị bỏ. ETS tự sinh bảng này khi project có đủ thiết bị gửi và thiết bị nhận, rồi nạp xuống coupler cùng lúc download.

Lỗi hay gặp nhất khi vận hành là sửa group address rồi quên download lại coupler. Hai thiết bị ở hai line khác nhau, cùng một group address, nhưng lệnh không qua. Checklist nhanh: object của hai thiết bị đã cùng group address chưa, đã download lại cả hai coupler chưa, tab chiều đi có để Block không, và dùng Group Monitor trên main line để xác định lệnh dừng ở chiều nào.

Với thiết bị ngoài ETS như visualization, gateway hay server logic, ETS không biết chúng cần group address nào. Cách sạch nhất là tạo một dummy application trên line nơi client kết nối, link mọi group address client dùng, rồi để ETS tự tính filter table.

Lưu ý nhỏ: nhiều coupler không mở rộng filter table cho main group 16 đến 31, ETS sẽ cảnh báo. Dự án lớn nên ưu tiên main group 0 đến 15, hoặc hỏi hãng về extended filter table trước khi chọn coupler.

Thiết lập coupler khuyến nghị

Đừng bàn giao với coupler ở chế độ Route all. Telegram tràn sang line không có thiết bị nhận sẽ không được ACK, và coupler lặp lại thêm 3 lần. Theo tài liệu KNX Association, một line đang ở 70% tải mà có hai line cùng Route all thì tải lý thuyết vượt xa 100%, thực tế mất telegram và trễ. Route all chỉ dùng cho test ngắn có kiểm soát.

Tải bus: con số quyết định chọn cách nào

KNX TP chạy 9,6 kbit/s, mỗi lúc một telegram. Một group telegram ngắn, tính cả khoảng nghỉ và ACK, chiếm khoảng 20 ms, tức khoảng 40 đến 50 telegram mỗi giây trên một line.

Lấy ví dụ 240 thiết bị, mỗi thiết bị gửi trung bình 1 telegram mỗi 10 giây, tổng 24 telegram mỗi giây. Nếu gom tất cả vào một line bốn segment bằng repeater, bus chịu khoảng 50% tải. Nếu chia thành 4 line qua line coupler có lọc, mỗi line chỉ khoảng 12% tải. Nguồn telegram thường không phải lệnh người dùng, mà là cảm biến gửi định kỳ, status feedback, dimming và nhất là visualization polling. Giảm polling đôi khi hiệu quả hơn thêm coupler.

Các hàm thời gian thực như dimming hay presence điều khiển đèn không nên đi xuyên nhiều line. Mỗi coupler cộng thêm vài phần mười giây.

Chọn Line Segment, Line Coupler TP hay Line Coupler IP

Câu trả lời ngắn: Segment khi cùng một khu chức năng mà thiếu chỗ hoặc dây quá dài. Coupler khi có nhiều khu riêng cần tách tải. TP khi chỉ có vài line và ngân sách thấp, IP khi dự án lớn hoặc có visualization và BMS.

Không có "repeater IP" theo chuẩn. IP router luôn là coupler ở x.y.0, nghĩa là tạo ra một line mới. Muốn thêm thiết bị cùng khu thì dùng repeater TP, muốn thêm khu ở xa có LAN thì thêm một IP router.

Khi nào Line Segment là lựa chọn đúng

Segment hợp lý khi một khu chức năng vượt 64 thiết bị mà bạn không muốn đổi địa chỉ, khi dây một segment vượt 1.000 m (nhà xưởng, hầm xe, chiếu sáng cảnh quan), khi line có nhiều màn hình cảm ứng hoặc keypad LED ngốn dòng, hoặc khi cần cách ly điện một phần cho dây ngoài trời, nhà phụ, cổng để hạn chế sét lan truyền và chập do ẩm. Mở rộng hệ đang chạy cũng là một lý do: thêm áp mái hay khu mới mà không đụng filter table của line khác.

Không dùng segment khi lưu lượng đã cao, khi cần phân vùng quản lý hay bảo mật, khi cần trên 4 segment, hoặc trên main line và backbone (repeater không được đặt ở đó). Trường hợp đó, tách line.

Khi nào chọn Coupler TP, khi nào chọn IP Router

Coupler TP đủ dùng khi topology gọn, toàn bộ hạ tầng là TP và không cần lập trình ETS qua mạng. IP Router cần khi backbone dài, nhiều line, lưu lượng giữa các line cao, hoặc kỹ sư muốn nạp chương trình từ xa qua LAN. Chi tiết khác biệt giữa router và interface xem bài KNX IP Interface và IP Router khác nhau thế nào.

Cần nhớ hai điều với backbone IP. Thứ nhất, LAN nhanh nhưng line TP đích vẫn chạy 9,6 kbit/s. Thứ hai, router dùng multicast 224.0.23.12 (port 3671), nên switch phải có IGMP snooping và querier, nếu không multicast tràn khắp mạng.

Các thiết bị thường dùng trong topology này gồm line coupler TP có chế độ repeater, IP router của Kanonbus và Legrand, và nguồn KNX cho từng line hay segment:

KTELC lấy nguồn từ bus (nửa Main tối đa 15 mA, nửa Sub 3 mA), nên không cần nguồn phụ, nhưng cần tính vào tải của PSU. KTEIPC dùng nguồn ngoài 9 đến 30 V DC, cấu hình qua web và lọc telegram theo main group, nên group address phải chia theo khu ngay từ đầu.

Hai ví dụ chia line

Biệt thự 3 tầng, 120 thiết bị: dùng Line Segment

Một line đủ 64 chỗ không chứa nổi 120 thiết bị. Giữ nguyên Line 1.1, chia thành 2 segment: segment 1 cho nhà chính, segment 2 cho tầng 3 và sân vườn. Cần một repeater đặt ở địa chỉ 1.1.64 và thêm một nguồn KNX cho segment 2. Không cần IP router, không cần thêm line trong ETS, và toàn bộ 120 thiết bị vẫn nằm trong line 1.1.

Với quy mô này, tải bus thường thấp. Telegram trong nhà ở ít, cảm biến không gửi dày. Đây là chỗ repeater đơn giản và rẻ nhất.

Tòa 20 tầng, mỗi tầng 10 phòng: dùng IP Router theo tầng

Giả sử văn phòng hoặc khách sạn, mỗi phòng có keypad, presence và thermostat, cộng actuator và gateway DALI ở tủ tầng, khoảng 45 đến 50 thiết bị mỗi tầng. Một line cho mỗi tầng, nối lên backbone IP bằng một IP router ở địa chỉ x.y.0:

• Area 1: tầng 1 đến 10, Line 1.1 đến 1.10, còn 1.11 đến 1.15 để dự phòng.
• Area 2: tầng 11 đến 20, Line 2.1 đến 2.10.
• Area 3: hầm, mái và khu kỹ thuật, line 3.x riêng với PSU và IP router riêng.

Tổng cộng khoảng 22 đến 23 IP router, 22 đến 23 nguồn KNX và khoảng 1.050 thiết bị. Chia bằng segment cho cả tòa là sai hướng: một line chỉ chứa tối đa 253 địa chỉ, repeater không lọc, và không đặt được trên main line.

Chia group address theo main group là tầng, middle group là chức năng, sub group là phòng hoặc kênh. Dự án 20 tầng sẽ cần main group trên 15, nên chọn router hỗ trợ extended filter table hoặc lọc theo từng group address. Kênh lệnh trung tâm như All Off nên có main group riêng.

Tòa nhà này cũng cần một IP interface hoặc cổng lập trình ETS trong tủ trung tâm, đặt VLAN riêng cho KNX, và bật KNX IP Secure nếu thiết bị hỗ trợ. Đội thi công nên nạp physical address tại tủ, còn kỹ sư nạp application qua LAN, vì ETS dùng telegram physical addressed để đi qua router theo địa chỉ line mà không phụ thuộc filter table.

Sai lầm hay gặp khi chia line

• Quên download lại coupler sau khi đổi group address. Lệnh bị chặn dù thiết bị đúng, và đây là lỗi hay gặp nhất khi vận hành.
• Dùng repeater nối tiếp. Repeater phải đấu song song từ segment 1. Nối tiếp phá cấu trúc topology và vượt giới hạn 4 segment.
• Thiếu nguồn cho segment hoặc line mới thêm. Segment mới thêm không có PSU thì LED phía Sub của repeater không sáng, và đội thi công thường mất cả buổi dò dây trước khi nhận ra.
• Để coupler ở Route all khi bàn giao. Hệ vẫn chạy khi ít người dùng, rồi nghẽn khi có nhiều thiết bị và nhiều telegram định kỳ.
• Đặt group address không theo khu. Telegram buộc phải đi xuyên nhiều line, filter table gần như vô dụng và coupler chỉ còn tác dụng cách ly điện.
• Dùng hết chỗ trên segment. Chừa khoảng 20% số chỗ và dòng nguồn để mở rộng sau này, nhất là segment 1 có repeater.