有线智能系统 KNX与RS485详细对比介绍

在物联网智能有线的协议中,应用最广泛的两种协议就是KNX总线与RS485总线;智能工匠就给大家阐述一下两者的区别

所谓总线,就是一条连接所有设备的线路。所谓总线通讯协议,是总线上运行的软件定义。总线协议就像是一种语言,是总线上的设备用来进行彼此沟通的工具。因此,这个语言的精细程度就决定了总线设备之间沟通的效率。

我们熟悉的KNX总线,使用的是KNX协议。KNX协议从物理层到数据链路层以及到应用层,在各个层面都有非常详细和完备的定义。因此,从这个角度来说,KNX总线协议就像是中国的普通话的语言,非常精细而且准确。即使是不同厂家生产的KNX设备,都可以完全地实现无缝兼容。

另一种经常被提到的RS485总线,也是目前市面相对比较常见的总线标准,但是RS485总线标准实际上只规定了其物理层面的相关参数,并没有对软件方面的通讯协议进行详细规定。生产厂家只好基于RS485总线标准,自行制定相关的总线协议。比如Modbus协议,就是最早由施耐德电气制定的基于RS485总线通信的,用于工业控制的总线协议。我们现在常听到所谓“485协议,其表达的意思应该是某种基于485总线的通讯协议,所以并不是一个准确的说法,只不过约定俗成,也就很少有人去追究了。

首先我们来看看他的定义吧

KNX:他是一个合集的称呼,包括了KNX软件、KNX硬件、KNX协会、KNX协议、KNX线缆等等,包括还有KNX芯片。无论你在世界的任何一台计算机上搜索,结果都是相似甚至相同的,仅此一家,绝无分店!楼宇控制系统中需要定义的内容它全部囊括。从电气到介质(线缆)、从介质(线缆)到设备、从设备到软件、从软件到配置、从配置到系统。

RS485:准确的来说,它是一种通信技术,他仅仅是定义了物理层,也就是有电气规定,规定了它的信号电压、阻抗等。当一个公司宣称他们的产品采用RS485协议的时候,实际上包含了两层含义:一、采用RS485的通信技术;二、使用RS485技术运行自己的协议。所以如果你是个现场总线的门外汉,上网一搜“485协议”,结果可能是五花八门。

RS485总线技术,在国内流行的已经很久了,在RS485这个技术的基础上发展了很多通信协议,如DMX512Modbus协议等等。RS485技术广泛应用于现场总线的各个领域,小到智能家居控制系统,大到大型楼宇控制系统、以及抄表系统,可谓是无所不在。由于他仅定义了物理层,所以一个应用485总线技术公司的产品的稳定性就要看公司自身的软件实力和硬件实力了,所以一些实力强悍的公司在这个技术的开发了稳定了楼控系统:如快思聪、霍尼韦尔、control4、施耐德的C-BUS等等。

KNX引入中国应该是在2000年左右,毕竟KNX协会也才1999成立的。中国第一批做KNX的厂家也大都是2006年以后的事儿了。所以KNX在中国的历史并不长,得益于其完善的KNX技术体系和技术背景(前身是EIB-欧洲安装总线、BatiBusEHSA),目前在中国的发展也是相当了得。不只是已经有不少机场、地铁、公建、高端酒店广泛应用了KNX产品;同时已经有超过20家国内厂家加入了KNX阵营,开发KNX产品。

接下来我们从硬件、软件、标准、产品四个方面来讲KNXRS485做下比较。

本比较尽量不带偏见,实际中的选择,还请各位自己斟酌。我们先来说他们之间的硬件区别。这里硬件主要是包括:技术介绍、总线线缆、设备连接方式、应用部分

一、总线技术介绍(主要差异)

RS485技术介绍 RS485技术采用了差分的信号,它抗干扰能力较强(相对而言),时序定位准确,所以其可以获得高达10Mbps的通信速度。RS485技术支持多种速率。不同厂家的通信速率不同。在实际使用中为了提高抗干扰性,一般降低速率,最低可以低至1200bps,以获得较远的通信距离,可达1000米以上。RS485通信需要AB两根信号线(毫伏差分),芯片的收发引脚直接对外,对静电极其敏感,一言不合就烧芯片。所以一般RS485的接口电路都配有TVS管,以防止静电击穿芯片。RS485系统一般需要额外两芯线缆的供电,或者设备自带供电, 如果采用非隔离的形式,小系统短距离应用十分稳定,当系统中设备数量接入较多时(>32),设备之间就有可能干扰信号,就会有不稳定情况。 为了解决设备接入数量问题,不少厂家采用隔离驱动方式RS485的通信方式决定了他不具备载波监听的功能,也就是发送之前没有办法检测总线有无数据。所以RS485系统通信大都采用主从轮询方式,以防止报文丢失,同时实时性不高。RS485的接口芯片一般是MAX485SP485等等,同时也有AD公司(中文名:亚德诺半导体)推出的隔离芯片

KNX技术介绍KNX采用单线调制技术,调制电压高达7V,这种调试技术,总线速率较低,所有KNX产品均支持9600bps,实际应用中,设备间距离最大为700米,KNX调制的信号收发信号引脚都有电容隔离,所以很少听说KNX芯片烧毁的情况,抗静电能力较强,KNX系统内部无需进行任何隔离,与其他系统进行相连都需要做隔离。以保证KNX系统稳定。 KNX系统的通信和供电共用两芯线,供电即代表已联机。KNX设计理念为低功耗,所以一般单设备功耗小于0.3瓦(少数可能会达到0.6瓦)。同时备有额外两芯用于辅助供电。如屏、网关等。 KNX具有载波监听的能力,也称为无损传输,实测3台设备不停地对发报文10万条不丢一包。鉴于这种电路设计KNX中没有主机的概念,纯粹的分布式系统。设备损害、插拔并不会影响整个系统。由于KNX设备的供电和通信是共用一组线,所以KNX电源是特别的,普通电源不能直接替换(加一个Choke可将普通电源转成KNX电源输出

二、总线线缆介绍

RS485线缆:没有特定种类的线材需求,由于其只使用差分传输信号,故对线材要求不高。不过为了提高抗干扰能力,一般的仍然是采用带屏蔽的线缆。具体需求参考网线。短距离无所谓,长距离就需要带屏蔽。

KNX线缆:有专门的线缆,440.8mm,红黑黄白带屏蔽。这个线缆也需要KNX协会的认证。工欲善其事必先利其器,大工程中,线缆是保证系统可靠工作的先决条件。

由于通信方式跟网络类似,所以不少RS485线缆可以用网线。

三、设备连接方式:

RS485接口:目前大都采用普通的接线端子,没有极性识别,端子外观相同,不过为了解决这种问题,少数厂家已经定做了专用的4位快速接线端子,以防止插错。因为RS485通信至少2个线,如果需要集中供电,则必须要4根线。

KNX接口:目前都是标准支持快速接线两芯的红黑端子,这两芯基本上是80%以上KNX产品的设计,即两线完成供电和通信。如果额外大电流供电才需要两芯黄白端子。颜色和KNX线缆一致,最大限度保证不会接错线。排查和施工都比较容易。

接线端子

四、应用部分(完成功能)

说实话,没有KNX能实现的功能,RS485实现不了的;也没有RS485能实现,KNX实现不了的。就好比需要到达一个地方,可以选择汽车、火车或飞机。至于哪种可靠,可能更多的设计者自身需求和一些认证需求,比如功率输出器件的电流,按键的寿命次数、继电器的不同等级等等。关于产品认证:对于RS485产品出口的可能需要认证,但是对于KNX产品则必须要进行认证。

软件篇

接下来我们介绍软件方面比较。这部分可以说是最重要的区别了。

当然为了符合我工程师的思维这里分为底层软件和上层配置软件。

一、底层软件

RS485底层软件: 一般的都是自定义的通信协议,采用主从通信方式。 有的实现方式参考网络七层OSI模型,有的直接就是底层到应用(这种模型不方便维护)。 底层软件是一个系统的最关键的组成部分,它直接决定了这个系统是否健壮。 一般公司的底层软件都是个不断更新迭代的过程,在应用中提升,使这个485系统越来越稳定。所以一个公司的485产品的稳定的程度,体现了一个公司的发展历史和实力。 一般公司的底层测试遵循企业内部标准。所以公司的实力更决定了一个485系统是否可靠稳定。

KNX底层软件: KNX协议有一整套协议规范,所有的KNX产品都遵循此规范。它的通信方式是对等无损传输,上面一篇已经介绍。 底层软件一般获得两种:外购和自行开发。无论哪一种都有一整套测试流程。其设计参考了网络7OSI模型中的5层。 只有通过KNX测试的底层软件才能进行应用开发。至少这个层次上,整个系统的健壮性已经毋容置疑。 部分公司以金钱换取时间,直接外购底层软件。站在巨人肩膀上,可以快速开发出高Bigger产品。稳定、可靠,又兼容。

二、上层配置软件

RS485配置软件 没有哪两个公司的配置工具是一样的。 不同公司的配置工具可以做的很有特色及人性化。 现场调试工程人员,接触不同公司的485软件,可能都要从0开始。 能配置的设备也是限于本公司。由于这个是系统配套软件,所以他的稳定性和可靠性,也是有其公司实力所决定,毕竟一个软件非朝夕所能产出。也是需要反复测试、验证、升级才可以做的稳定。

KNX配置软件(ETS) 这个软件有KNX协会发行,并有KNX国际协会来进行升级维护 这个软件可以配置所有KNX厂家的产品。也就是说工程人员只要学会了这个软件,那么他就可以通杀所有KNX产品。 目前的ETS已发展到ETS5,界面也十分人性化。同时支持ETS AppETS插件,KNX厂家可以基于这些功能开发出很多具有特色的功能。 ETS5目前支持KNX TP(双绞线),KNX IP(网络),KNX RF(无线),KNX Security(安全)等等。可以不同介质媒体的大融合。 ETS3ETS5,由KNX国际协会发行并更新

通过上面的介绍我们可以看得出: 一个RS485厂家的核心竞争力在于其软件。毕竟硬件可以相似甚至相同,而软件却不同。它真真实实的反映出一个公司的实力。所以目前基于RS485的一些国际大厂的产品依然活跃在各个工地现场。而且会越来越好,风韵不减! KNX呢,它却有着完整的底层软件和配置软件,让产品制造商不再为这两大难题为烦恼,这些厂家可以安安心心的开发出满足客户不同功能的产品。厂家不同功能的产品细分在KNX市场已初现。毕竟没有哪一家公司可以做出满足所有楼控系统的产品。只有大融合才能强强联合,着实的为客户创造价值。 不少人可能会说:一般竞标,也大都是同一家公司产品。很难做到融合。这话其实不假,但是许多大型工程都是要为几十年设计,无论是KNX厂家还是485厂家,都会经过大浪淘沙终沉淀。采用485是绑定厂家,系统与厂家共存亡;采用KNX是绑定产品即可,后期如需更新替换,升级。原有的功能,配置都可以一如既往容易实现。 怎么说呢,用KNX系统进可攻,退可守;用485,用于其全部封闭性,只可攻(如成本),不好守,所以如果选择RS485产品,其实就是在选择好队友,队友比产品更重要。

标准比较篇

正在一线奋斗的机智的小伙伴突然打电话过来,噼里啪啦盖脸问了一大堆问题:我现在手头有3个窗帘、1个背景音乐、1个温控器、1个指纹锁,他们都是485协议的,怎么用一个RS485转换器转成KNX啊?我说:那么多东西,我现在也没有协议,我不知道怎么搞?小伙伴又问:不都是485协议吗?我觉得好无辜….. ,我相信搞集成的小伙伴们都遇到这样的问题,面对纷乱错杂的485产品,一筹莫展,为了完成特定功能,还不得不用,用起来又麻烦!那为什么会这样呢?这是因为大家都在玩自己的那一摊子事儿,每个人都自定义一个协议,哪怕就是一个485单品,仅仅是预留了控制接口,比如背景音乐,也需要别人写程序跟他对接,而不是他想办法去兼容现有的其他协议。所以一想到对接,头就大了!为了解决485对接的问题,还催生了一个485网关市场,将485转成主流的协议:如KNXBacnet等,目前可谓是欣欣向荣。

下面我们来介绍介绍KNX,估计得益于KNX的技术和成熟的协议标准。介绍KNXRS485的标准,就跟一个是在吃自助餐,一个在吃快餐。KNX不用考虑选择在哪儿吃,你只要进来考虑想吃啥就可以了;RS485你还要考虑到哪儿吃,好不好吃,看到菜牌,喏,就这么多,你自己看着办吧! 目前国内做任何一个行业的都有标准,一般标准有三种:GB/Z,指导性标准;GB/T,推荐性标准;GB,强制性标准。 无处不在的标准文件 KNX这个标准,最早是在欧洲流行,所以人家在欧洲很早就已经有了相应的标准号:EN50090《住宅和楼宇电子系统(HBES)》,在中国KNX协会的推动下,这个标准在2007年转变成国家指导性标准:GB/Z 20965-2007。随着时间的发展,在2013年又进一步转化成国家推荐性标准:GB/T 20965-2013,从字面上不难理解:当你进行住宅和楼宇电子系统设计时,从国家指导文件,推荐采用KNX系统。2016年,欧洲的KNX协会又更新KNX RFKNX SecurityKNXWebserviceKNX标准指导了整个KNX产品的开发,测试,认证的过程,同时包括布线,安装、调试等诸多方面。

产品比较篇

一、485产品

RS485是一种很成熟的技术,如果说带有485接口的都算是485产品,那么我相信485产品应该占到工控类产品的7成以上市场。作为485的产品一般理解为两种: 功能性应用的产品:这类产品是完成一种特定功能的带有485接口。这类产品一般都是特定领域中厂家所开发的,一般可以满足单体式的应用,因为配有485接口,也可以完成扩展的系统的应用。比如:电表、背景音乐、门禁系统、温控器、遮阳系统等等。一般这类产品是基于Modbus的居多,也有厂家自定义的协议。当然基于DMX512的舞台灯控设备不能完成单体式应用,但是它已有标准协议可以容易集成到DMX512系统中。这类产品的应用是单兵作战。靠集成商来完成系统级别的应用。一般做工程的人头疼的就是这类产品的对接。系统性应用的产品:目前基于485技术的楼控系统厂家,他们推出的产品都是这样的。如快思聪之类厂家,他们的产品是为整个楼控系统提供解决方案,也就是这类产品通常不能作为单体应用。一个厂家可以几乎可以提供楼控系统中需要的绝大多数产品,从面板到执行器、从温控器到遮阳系统、从配置软件到调试工具、从小系统应用到大系统拓扑等等。这类厂家的一般产品线都很长,因为他们作为一个私有的协议,他必须要从各个功能产品方面去完善自己的系统,所以这类厂家的产品一般可以广,但不一定专。这类厂家都具有一定的历史沉淀,如果一个厂家2/3年搞出一套系统,要么就不要尝试着去使用(稳定性?);要么就是基于现在已有的系统,换个外壳重新包装而已。因为基于485技术搭建出来的系统(系统稳定、产品应用、配置调试)的稳定性,就看这个厂家的态度了!更多的485详细知识,你可以去找任何一个提供楼宇控制完整解决方案的基于485技术的厂家来获取。看看他们的产品手册,或许你可以发现,楼宇控制系统中需要哪些产品(因为他们产品太多啦)。

二、KNX产品

相较于485的产品,KNX产品就少了一些,原因:一来,KNX技术没有485那样广泛,同时KNX主要起源于欧洲,做KNX厂家本来就不多;二来,做KNX产品前期投入,对于部分做功能性产品的厂家是一笔不大不小的支出。所以目前通过认证的KNX产品应该刚超过万个。上万个KNX产品,也应该可以解决了楼宇控制中的各种应用了。只要走了KNX这条路,不管你认不认真,你都得按标准来走,出来的产品都不会太差。 从技术选择上说,KNX技术应该是最合适做功能性产品的厂家的选择了。KNX几乎定义了楼宇系统所有应用的数据类型。比如温控、遮阳、音乐控制、能源计量等等。任何一个基于485技术的这类产品,只需要换个接口,换个软件便是标准的KNX产品,随即都可以跟成千上万的KNX产品互联互通起来。再无对接的烦恼。 国内的做KNX产品的厂家目前也大都提供楼宇控制系统的基本设备,如执行端、面板、部分传感器等等。目前国内细分市场的485厂家还未全面进入KNX领域。比如国外有了基于KNX的背景音乐模块、能源计量模块、各类传感器模块等等,但是价格较高,但是国内鲜有厂家进入。

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