홈 및 빌딩 제어를 위한 KNX 네트워크 전송 매체(2)

전송 미디어로서 파워 시스템

건물 및 빌딩에 대한 제어 및 관리 시스템에 대한 비중이 날로 높아가고 있다. 냉난방은 물론 조명, 환기, 접근 통제 제어 등에 대한 비용과 이들을 최적의 조건으로 통합 제어하는 방안이 새로운 과제로 부각되고 있다. 또한 끊임없이 증가하는 에너지 사용을 최적화하는 방안도 적극 모색중이다. 이에 건물 및 빌딩 제어를 위한 개방형 표준 네트워크인 KNX(KONNEX)가 부각되고 있다.

230V 파워 시스템(파워라인 KNX)은 KNX 시스템에서 더 많은 전송 미디어로서 사용될 수 있다.

이미 시장에 도입된 ETS 프로그램은 파워라인 KNX에 의해 사용될 수 있다. 이는 버스 케이블을 분리하여 부설할 필요가 없다. 모든 KNX 파워라인은 외부 컨덕터와 중성(neutral) 컨덕터의 연결에만 필요하다. 파워라인 KNX 어플리케이션은 리트로피팅(retrofitting) 또는 재설치 두 분야에서 모두 찾아볼 수 있다. 장치의 차원 및 동작은 이미 잘 알려진 트위스트 페어(TP) KNX 구성요소와 대부분 부합한다.

파워라인 KNX는 관련된 유럽 기준, 특히 일련의 DIN EN 50065(3 kHz 내지 148.5 kHz 의 주파수 범위내에 저전압 전기 네트워크에 걸친 신호 전송)와 일련의 DIN EN 50090(홈 및 빌딩 전자기 시스템 HBES(Home and Building Electronic Systems))에 부합한다.

분리 가능하고, 부가적인 버스 라인을 설치할 필요가 없거나, 여러 가지 이유로 시스템이 존재하는 것이 가능하자 마자, 존재하는 230/240 파워 네트워크는 새로운 전망을 내다보며 개방한다.

토폴로지

전송 미디어로서 파워라인 KNX 을 갖춘, KNX 시스템은 라인과 에리어에 계층적 구조를 제공한다.

(1) 라인
최소 인스톨레이션 유닛은 라인이다. 이것은 최대 255 개의 장치로 구성될 수 있다.

토폴로지는 대개 버스 케이블 미디어의 토폴로지와 부합한다. 파워 서플라이는 분리할 필요가 없다. 왜냐하면 장치의 서플라이는 230 V 인스톨레이션 네트워크로부터 직접 실행되기 때문이다. 모든 장치는 외부 컨덕터와 중립 컨덕터를 필요로 한다.

파워라인 KNX 는 현재 케이블 길이에 대한 어떠한 제한도 가지고 있지 않다.

(2) 에리어
파워라인 KNX 라인은 트위스트 페어에서 사용된 라인 커플러를 시스템 커플러로 교체함으로써 트위스트 페어 라인으로부터 생성된다. 파워라인 KNX 장치는 230 V 파워 네트워크에 연결된다. 시스템 커플러의 연결은 공지된 트위스트 페어 메인 또는 백본 라인을 통해 실행된다. 단지 라인 미디어만이 순수 트위스트 페어 인스톨레이션과 상이하다.

따라서, 최대 15 개의 파워라인 KNX 라인은 최대 15 메인 라인상에 255 버스 장치로 실행될 수 있다. 개별적인 에리어 사이에 물리적 분리는 밴스-스톱 필터(band-stop filter)의 도움으로 수행된다.

전송 기술

원래 형태의 230V 와이어링 시스템은 정보를 전달하려는 것이 아니므로, 파워라인 KNX 시스템은 기존 시스템의 조건에 적합해야만 한다. 전기 통신 의미로서, 이 시스템은 전송 방식, 임피던스 및 삽입된 인터페이스는 널리 알려지지 않은 개방형 네트워크이다. 파워라인 KNX 의 전송 프로세스는 최선의 전송 신뢰도를 가지도록 디자인된다.

고주파 신호를 위한 파워 시스템의 한정되지 않은 개방형 전송 특성에도 불구하고, 파워라인 KNX 는 신뢰할 만한 빠른 데이터 전달이 가능하게 한다. 시스템은 절반 이중 오퍼레이션(half duplex operation)으로 양방향으로 동작한다 : 각각의 장치는 메시지를 송신하고 수신한다.

고주파 신호가 데이터 전달을 위해 현재 파워 시스템(230/50 Hz)에 삽입된다. 파워라인 KNX은 전송을 EN 50065에 따라서 주파수 대역을 사용한다. 95 내지 125 kHz 대역에서, 주파수는 105.6 kHz(논리 1)와 115.2 kHz(논리 0)에 있다. 이러한 기술은 SFSK(Spread Frequency Shift Keying)으로 디자인 된다. 최대 전송 레벨은 116dB(μV) 이다. 전송률은 1,200bit/s(baud) 이고, 텔레그램의 전송 시간은 대략 130ms가 걸린다. 이러한 전송 프로세스에 의해, 시스템은 모든 전형적인 네트워크 조건하에서 높은 수준의 신뢰성을 보증한다.

수신된 신호는 샘플 비교 기술과 인텔리전트 수정 프로세스를 사용하여, “복구”될 수 있다 – 심지어 전송 도중에 폴트가 발생했더라도. 텔레그램이 올바르게 이해되었다면, 수신자에 의해 송신자를 인정하게 된다. 이로써, 전송 프로세스는 종결된다. 트랜스미터가 응답을 수신하지 않았으면, 프로세스를 반복한다.

버스 억세스

분배된 버스 억세스 절차 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)은 파워라인 KNX 를 위한 버스 억세스에 사용된다. 버스 장치가 전송 프로세스를 시작하기 전에, 다른 장치가 벌써 텔레그램이 송신되었는지를 검사한다. 두 개의 버스 장치가 동시에 전송한다면, 불일치가 검지되고 전송 프로세스는 버스 장치 모두를 정지한다. 장치 내 랜덤 발생기는 텔레그램의 반복이 상이한 시간에 시작되어 어떠한 불일치도 발생하지 않는 것을 보장한다.

텔레그램 구조 및 어드레싱

파워라인 텔레그램은 대략 다음의 2 부분으로 나눌 수 있다.
*코어는 트위스트 페어의 경우와 같은 동일한 텔레그램 콘텐트이다.
*TP 텔레그램은 미디어-특정 보정물에 삽입된다.

트레이닝 필드
트레이닝 필드는 트랜스미터와 리시버의 동기화에 사용된다. 비트 시퀀스는 정확하게 0101 로 정의된다.

프리앰블 1 + 2
프리앰블 1 + 2는 텔레그램이 송신되었는지 나타내는 리시버용 시작 신호이다. 두 프리앰블의 콘텐트는 동일하다 : 1011 0000(B0).

시스템 ID
복수의 파워라인 KNX 인스톨레이션은 시스템 ID를 경유하는 신호화에 의하여 분리될 수 있다. 동일한 시스템 ID를 가지는 장치만이 서로 통신할 수 있다.

이 값은 1 에서 255 사이에 있다. 시스템 ID는 더욱이 더 커진 파워라인 KNX 인스톨레이션을 세팅하는 중요한 역할을 한다. 하나 이상의 시스템 커플러가 앞서 설명한 바와 같이 KNX 인스톨레이션에서 사용된다면, 복수의 파워라인 KNX 신호 범위가 있다.

각각의 신호 범위는 그 자신의 시스템 ID를 갖는다.

글_ 오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr