Chapitre 12 · Sujet 3 sur 4
Les bus : KNX, DALI, Modbus
Trois bus très présents en tertiaire, ce qu'ils font, comment on les câble et quelles limites respecter.
Niveau 1
L'essentiel
- Un bus est un câble commun sur lequel plusieurs appareils échangent des messages, au lieu d'un fil par fonction.
- KNX sert à la gestion du bâtiment (éclairage, stores, chauffage, scénarios) ; DALI sert à la commande d'éclairage ; Modbus sert à lire et piloter des équipements techniques (compteurs, variateurs, chaudières).
- Chaque appareil sur un bus a une adresse ; deux appareils avec la même adresse provoquent des pannes.
- Chaque bus a ses règles : nombre d'appareils, longueur maximale, type de câble, terminaisons.
- Le câble bus se repère et se pose avec autant de soin qu'un câble d'énergie.
Comprendre
KNX
KNX relie capteurs (boutons, détecteurs, sondes) et actionneurs (modules de commande d'éclairage, de stores, de vannes). Le câble, généralement à gaine verte, contient deux paires ; on utilise la paire rouge (+) et noire (−). Le bus est alimenté en très basse tension de sécurité par une alimentation KNX dédiée. On programme l'installation avec un logiciel spécifique (ETS). Le bouton n'est pas « câblé » à une lampe : il envoie un message que l'actionneur concerné comprend. Comme le bus est en très basse tension de sécurité, son câble reste séparé des conducteurs 230 V, y compris dans les boîtes.
DALI
DALI est réservé à l'éclairage. Deux fils relient les drivers des luminaires LED (voir LED, drivers et commande) à un contrôleur. On peut commander chaque luminaire individuellement, les grouper et créer des scènes, sans recâbler. Les deux fils DALI n'ont généralement pas de polarité. Ils sont souvent posés dans le même câble que l'alimentation 230 V (câble à 5 conducteurs : phase, neutre, terre et deux fils DALI), ce que le RGIE admet si tous les conducteurs du câble sont isolés pour la tension la plus élevée présente, ici le 230 V.
Modbus
Modbus est un protocole simple et ancien, présent partout dans les équipements techniques. Un maître (automate, supervision) interroge tour à tour des esclaves (compteurs, variateurs). En version RTU, il circule sur une paire torsadée (liaison RS-485) ; en version TCP, sur le réseau informatique. Le câble RS-485 relie les appareils en chaîne, l'un après l'autre, avec une résistance de terminaison à chaque extrémité.
Ce que l'électricien doit faire
- poser le bon câble, sans dérivation sauvage ;
- respecter la topologie demandée (chaîne pour Modbus, ligne ou arbre pour KNX et DALI) ;
- repérer les câbles et noter les adresses physiques sur les plans ;
- ne pas mélanger les bus : un fil DALI sur une entrée KNX, ce n'est pas compatible.
Sur le terrain
Dans un immeuble de bureaux à Woluwe-Saint-Lambert, chaque plateau a ses luminaires DALI raccordés en câble 5 conducteurs, et des détecteurs de présence DALI. Les compteurs d'énergie du tableau divisionnaire sont lus en Modbus par l'automate de gestion technique. Vous chaînez les compteurs avec une paire torsadée blindée, du premier au dernier, sans dérivation, et vous activez la résistance de terminaison sur le dernier compteur. Vous notez sur le schéma l'adresse Modbus de chaque compteur (1, 2, 3…) et vous vérifiez qu'elle a bien été réglée sur l'appareil.
Erreurs fréquentes
- Réaliser des dérivations en étoile sur un bus Modbus RS-485.
- Oublier la résistance de terminaison, ou en mettre une sur chaque appareil.
- Utiliser la deuxième paire libre d'un câble KNX pour un autre usage non prévu.
- Régler deux compteurs Modbus avec la même adresse.
- Dénuder un câble KNX dans une boîte où arrivent des conducteurs 230 V, sans cloison ni écart suffisant.
Niveau supérieur
L'essentiel
- KNX (ISO/IEC 14543-3) est un bus décentralisé : chaque appareil a sa propre intelligence ; la paire torsadée fonctionne à 9 600 bit/s en très basse tension de sécurité.
- DALI (IEC 62386) gère au plus 64 adresses courtes, 16 groupes et 16 scènes par ligne, avec une alimentation de bus de 250 mA au maximum ; DALI-2 ajoute l'interopérabilité des capteurs et boutons.
- Modbus RTU sur RS-485 : jusqu'à 247 adresses, 32 charges unitaires par segment sans répéteur, paramètres de communication identiques sur tous les appareils.
- Chaque bus impose des limites de longueur et de chute de tension qui se vérifient au dimensionnement.
- Les bus se raccordent à la supervision par des passerelles ; le choix du bus dépend de la fonction, pas d'une préférence de marque.
Approfondir
KNX : topologie et limites
Une ligne KNX regroupe jusqu'à 64 appareils par segment ; des coupleurs relient les lignes en zones. Les limites usuelles sur un segment en paire torsadée sont : 1 000 m de câble au total, 350 m entre une alimentation et un appareil, 700 m entre deux appareils. Chaque appareil a une adresse physique (zone.ligne.appareil, par exemple 1.2.15) et communique par adresses de groupe. Une bonne pratique est de prévoir au moins une ligne par étage et une réserve d'environ 20 % d'appareils par ligne.
DALI : bus et alimentation
Le bus DALI fonctionne à environ 16 V, avec un courant limité à 250 mA par l'alimentation de bus. Chaque driver consomme quelques milliampères sur le bus, et les capteurs DALI-2 alimentés par le bus aussi : on fait donc un bilan de courant. La chute de tension sur la ligne ne doit pas dépasser 2 V, et la longueur totale est limitée à 300 m. Le débit est faible (1 200 bit/s) : DALI ne convient pas aux variations rapides et synchronisées de nombreux luminaires sans passer par les groupes et les scènes.
Bus et conducteurs BT : ce que dit le RGIE
- DALI : le bus n'a qu'une isolation principale vis-à-vis du réseau, ce n'est pas un circuit TBTS. Il peut partager un câble multipolaire avec le 230 V si tous les conducteurs sont isolés pour la tension la plus élevée présente, des dispositions étant prises pour qu'un contact entre circuits ne compromette pas la sécurité (RGIE, Livre 1, 5.2.1.3).
- KNX (TBTS) : la séparation de protection impose, au choix, un écart d'au moins 10 mm avec les conducteurs des autres circuits, une isolation supplémentaire (la gaine du câble, un conduit), ou des conducteurs TBTS isolés pour la tension la plus élevée (4.2.5.3 c). Là où la gaine est retirée, dans une boîte, il faut donc l'écart ou une cloison.
- Dans une goulotte contenant des circuits de tensions différentes, les connexions se font dans des compartiments séparés (5.2.9.6).
Modbus : couches et registres
| Élément | Modbus RTU | Modbus TCP |
|---|---|---|
| Support | RS-485, paire torsadée + commun | Ethernet |
| Topologie | chaîne, terminaison 120 Ω aux deux extrémités | étoile via commutateurs |
| Adressage | 1 à 247 | adresse IP (+ identifiant d'unité) |
| Paramètres | vitesse, parité, bits de stop identiques partout | port TCP 502 |
Les données sont organisées en registres (holding registers, input registers) et en bits (coils, discrete inputs). La table de registres du fabricant indique l'adresse, le format (entier 16 bits, flottant 32 bits sur deux registres, ordre des mots) et le facteur d'échelle. La plupart des erreurs de lecture viennent d'un mauvais ordre des mots ou d'un décalage d'adresse de 1.
Choisir
KNX convient à une gestion multi-fonctions décentralisée ; DALI à l'éclairage fin, souvent intégré dans un système KNX ou une gestion technique par une passerelle ; Modbus à la remontée de données des équipements techniques vers un automate ou une supervision (voir GTB et suivi énergétique).
Exemple chiffré
1. Section du bus DALI. Une ligne DALI de 64 drivers doit atteindre 220 m. Le courant maximal de 250 mA et la chute de tension maximale de 2 V donnent une résistance de boucle maximale R = 2 / 0,25 = 8 Ω. Avec ρ = 0,0172 Ω·mm²/m et un aller-retour : L max = R × S / (2 × ρ).
| Section | L max |
|---|---|
| 0,5 mm² | 8 × 0,5 / 0,0344 ≈ 116 m |
| 0,75 mm² | 8 × 0,75 / 0,0344 ≈ 174 m |
| 1,0 mm² | 8 × 1,0 / 0,0344 ≈ 233 m |
| 1,5 mm² | 8 × 1,5 / 0,0344 ≈ 349 m, limité à 300 m par le standard |
Pour 220 m, 1,0 mm² suffit de justesse ; on retient 1,5 mm², qui correspond aussi à la section des conducteurs d'énergie du câble 5 conducteurs.
2. Bilan de courant du bus. Hypothèses fabricant : 2 mA par driver, 6 mA par détecteur DALI-2 alimenté par le bus. Avec 64 drivers et 6 détecteurs : 64 × 2 + 6 × 6 = 128 + 36 = 164 mA ≤ 250 mA. Mais 64 drivers occupent déjà les 64 adresses courtes des appareils de commande : les détecteurs DALI-2 utilisent un espace d'adresses distinct (dispositifs de contrôle), à vérifier sur le contrôleur choisi.
3. Nombre de lignes KNX. 150 appareils sur trois étages, avec 20 % de réserve : 150 × 1,2 = 180 ; 180 / 64 = 2,81 → au moins 3 lignes, soit une ligne par étage.
Erreurs fréquentes
- Confondre la limite de 300 m DALI avec une longueur possible quelle que soit la section.
- Lire un flottant 32 bits Modbus avec le mauvais ordre des mots et obtenir des valeurs absurdes.
- Remplir une ligne KNX à 64 appareils sans aucune réserve.
- Oublier que les capteurs alimentés par le bus DALI consomment sur l'alimentation de bus.
- Mélanger des appareils Modbus réglés à des vitesses ou parités différentes sur un même segment.