Z-wave

Z-wave

433 MHz-fjärrströmbrytarsystem är i grund och botten tänkta för simpel fjärrstyrning och inte för stora hemautomatiseringssystem. Tack vare innovativa lösningar har branschen lyckats vidareutveckla 433 MHz-fjärrströmbrytarsystem så att de har blivit mycket mer funktionsrika än tanken var från början. De dras dock fortfarande med problem som orsakas av fundamentala begränsningar i tekniken. Kommunikationen i 433 MHz-system är strikt enkelriktad och trafiken skickas okrypterad. För användare som vill bygga ett riktigt kompetent fjärrstyrningssystem är därför Z-wave-tekniken mer lämpad.

Kommunikation

I skrivande stund ser Z-wave ut att bli vinnaren i kampen om vilken lösning som ska bli den dominerande inom hemautomatisering. Z-wave är ursprungligen en dansk uppfinning. Den utvecklas numera av Sigma tillsammans med en sammanslutning av drygt 300 företag vid namn Z-wave Alliance. Z-wave-standarden är framtagen för att olika företag ska kunna utveckla hemautomatiseringsprodukter som fungerar med varandra. I skrivande stund finns över 1350 olika certifierade produkter som använder Z-wave1. Tekniken används i allt från hushållsapparater och garageportar till larm- och övervakningssystem.

All Z-wave-kommunikation sänds trådlöst enligt fasta regler. I teorin gör det att alla Z-wave-produkter fungerar med varandra. På grund av olika frekvensplaner används dock olika och inkompatibla kommunikationsfrekvenser på olika marknader. Det gör att amerikansk Z-wave-utrustning inte kan användas hos oss i Norden. I EU och Norge används 868 MHz för Z-wave-kommunikation, vilket är samma frekvens som används för många trådlösa larmsystem. Läs mer om kompatibilitet längre fram i detta kapitel.

Uppbyggnaden av ett Z-wave-nätverk påminner mycket om ett datornätverk. Fjärrströmbrytare, fjärrkontroller, detektorer och sensorer fungerar som noder. Även om de kan kommunicera direkt med varandra gör de det normalt via hjärtat i systemet. Hjärtat kallas controller och är en liten dator som administratören konfigurerar systemet ifrån. Det är också controllern som sköter automatiseringen och får rätt sak att hända vid rätt tillfälle.

Kommunikationen i ett Z-wave-nätverk går via controllern.

Kommunikationen i ett Z-wave-nätverk är dubbelriktad. Det gör att en fjärrström­brytare kan kvittera att skickade kommandon har nått fram. Controllern vet därmed med säkerhet att en fjärrströmbrytare har slagits på eller av. En Z-wave-fjärrström­brytare rapporterar också sin status till controllern. Det gör att controllern får reda på när en fjärrströmbrytare slås på även om användaren gör det utan att involvera någon Z-wave-sändare. Plug-in-fjärrströmbrytare brukar ha en knapp på sig som gör att ­användare kan slå på den tillkopplade apparaten direkt från fjärrströmbrytaren.

Kommunikationen i Z-wave-system är dubbelriktad.

Den dubbelriktade kommunikationen kan också användas av Z-wave-tillbehör för att skicka information om exempelvis belastning och temperatur till controllern.

En fjärrströmbrytare med energimätare kan rapportera belastningen till controllern.

Räckvidd

Räckvidden mellan controllern och en Z-wave-nod är uppemot 30 meter inomhus. ­Signalen kan gå genom väggar, men ju fler hinder som finns på vägen desto kortare blir räckvidden. Trots att räckvidden är densamma som i 433 MHz-system, kan Z-wave-nätverk täcka betydligt större hus. Detta beror på att Z-wave-nätverk byggs upp i så kallade meshnät. Det innebär att controllern inte behöver tala direkt med noden som den vill nå fram till, utan noderna kan repetera signalen till varandra. Kommandon kan repeteras upp till fyra gånger, vilket gör att den trådlösa signalen både kan ta sig förbi svårgenomträngliga hinder och nå fram på över 100 meters avstånd.

Z-wave-noder kan repetera signalen åt varandra.

Det är inte alla Z-wave-noder som har stöd för att repetera signalen. Tumregeln är att batteridrivna noder saknar stöd medan nätdrivna noder har stöd.

Systemuppbyggnad

I Z-wave-nätverk finns minst en controller. Den kallas primär controller och är vanligtvis den enda controllern. Om Z-wave-nätverket, trots stöd för repetering, inte täcker hela huset kan flera controller-enheter användas. De extra controller-enheterna kallas då sekundära och kopierar informationen från den primära controllern.

Processen för att lägga till Z-wave-produkter i ett Z-wave-nätverk kallas inkludering. För att inkludera exempelvis en fjärrströmbrytare börjar administratören med att sätta controllern i inkluderingsläge. Sedan trycker han eller hon på en knapp på fjärrströmbrytaren, så att den och controllern hittar varandra (ibland räcker det att fjärrströmbrytaren kopplas in i ett eluttag). Totalt kan upp till 232 produkter ingå i ett Z-wave-nätverk.

När en fjärrströmbrytare eller annan Z-wave-produkt är inkluderad i ett Z-wave-nätverk kan den inte inkluderas i något annat sådant. Det är av den anledningen som ytter­ligare controller-enheter måste konfigureras som sekundära. För att kunna inkludera en redan inkluderad Z-wave-produkt i ett annat Z-wave-nätverk måste produkten först exkluderas. Detta är viktigt ur säkerhetssynpunkt och det är en stor fördel jämfört med 433 MHz-fjärrströmbrytarsystemen. I ett 433 MHz- fjärrströmbrytarsystem kan någon illvillig person avlyssna trafiken som skickas och sedan själv skicka egna kommandon till de involverade komponenterna. I ett modernt Z-wave-nätverk är trafiken krypterad, så att den inte går att avlyssna. En illvillig person kan inte heller skicka egna kommandon till ett Z-wave-nätverks komponenter, i och med att de enbart kan styras av något som befinner sig i samma Z-wave-nätverk.

Skillnader mellan fjärrströmbrytare

Z-wave-fjärrströmbrytare skiljer sig från varandra när det gäller maxbelastning och funktioner. Enklare fjärrströmbrytare kan ofta belastas med max. 1000 W, vilket gör att de inte kan användas för exempelvis kaffebryggare som normalt sett drar mer. Mer avancerade modeller klarar mellan 2300 W och 3500 W.

De enklaste fjärrströmbrytarna har enbart stöd för på- och avslag av ström. De mer avancerade modellerna har fler inbyggda funktioner som till exempel energimätare. Med en inbyggd sådan kan controllern logga hur mycket el en ansluten apparat drar och räkna om det till elkostnad. Många controller-enheter kan också summera elförbrukningen för ett helt rum. I exemplet nedan visar Fibaros Home Center-controller elförbrukningen i köket över en dag. Där syns två tydliga toppar, vilket är när kaffebryggaren används.

Elförbrukningen i köket går från 4 W till nästan 2 kW när kaffebryggaren startar.

Kompatibilitet

Z-wave-produkter måste certifieras. Certifieringsprocessen säkerställer kompatibiliteten, så att slutanvändare kan lita på att Z-wave-produkter från olika tillverkare är kompatibla med varandra. Det finns dock några fallgropar som är viktiga att känna till.

Certifierade Z-wave-produkter bär den officiella logotypen.

Även om alla Z-wave-produkter i grund och botten är kompatibla, är det inte alla controller-enheter som fungerar med alla tillbehör. Controllern måste ha stöd för den aktuella typen av tillbehör för att allt ska fungera. Z-wave kan användas i nästintill oändligt många sammanhang, och även om controllern kan registrera alla Z-wave-kommandon är det inte säkert att controllern kan förstå vad den ska göra med informationen.

En fjärrströmbrytare med på- och avslagsfunktion är ur ett kompatibilitetsperspektiv den mest fundamentala typen av Z-wave-tillbehör. Alla vanliga Z-wave-fjärrström­brytare fungerar därför med alla controller-modeller. En elementtermostat är en lite ovanligare typ av tillbehör. Om tillverkaren av Z-wave-controllern inte har lagt till stöd för elementtermostater, kan controllern inte heller styra den. Den exakta systemkompatibiliteten bör därför undersökas före köp av Z-wave-produkter.

Många Z-wave-tillbehör har inte enbart en funktion. En detektor för dörrar och fönster kan exempelvis innehålla en magnetkontakt, en ljussensor och en temperatursensor. En controller som är fullt kompatibel med den aktuella detektorn kan ta emot och tolka alla de tre signalerna (dörröppningar, ljusnivå och temperatur). En annan controller som bara är delvis kompatibel med den aktuella detektorn kan enbart förstå informationen om dörröppningar.

De senaste Z-wave-produkterna är av typen Z-wave Plus. Det är en vidareutveckling av standarden som förbättrar batteritiden med 50 %, räckvidden med 67 % och bandbredden med 250 %2. Z-wave Plus förbättrar också några punkter i standarden för att lösa problem som antingen har uppstått eller gett sig till känna under det decennium som Z-wave har använts i verkliga situationer. För det första standardiserar Z-wave Plus hur mjukvaran ska kunna uppdateras i Z-wave-tillbehör. För det andra förbättrar Z-wave Plus definitionerna för hur Z-wave-produkter ska bete sig, vilket förenklar för slutanvändarna.

Logotypen för Z-wave Plus

Z-wave Plus-standarden är fullt bakåtkompatibel. Det gör det möjligt att blanda Z-wave- och Z-wave Plus-produkter med varandra (även om det då inte går att dra nytta av alla fördelar som Plus-versionen ger).

Installation

Ett vanligt misstag i byggandet av ett smart hem är att göra hemmet automatiserat på bekostnad av smidigheten. Visst är det praktiskt att kunna tända lampor med mobilen, men det är onekligen också praktiskt att kunna tända dem med strömställarna som sitter på väggen. Det är därför lämpligt att använda de befintliga strömställarna som fjärrkontroller.

Med hjälp av en Z-wave-modul kan en vanlig strömställare integreras i ett Z-wave-system. Det är praktiskt för exempelvis en taklampa som styrs med en befintlig, väggmonterad strömställare. Genom att montera en Z-wave-modul i dosan bakom strömställaren kan taklampan slås på och av via Z-wave-controllern (och därmed även med t.ex. en mobil eller en rörelsedetektor). Strömställaren upprätthåller sin ursprungliga funktion, så taklampan kan slås på och av precis som förr. Resten av Z-wave-systemet kan också dra nytta av strömställaren. Med hjälp av en så kallad scen (som konfigureras i controllern) kan en eller flera stickproppsanslutna fjärrströmbrytare slås på och av tillsammans med taklampan. Funktionen kan också inverteras, så att en liten nattlampa tänds när taklampan släcks och tvärtom.

Z-wave-moduler gör att vanliga strömställare kan användas som fjärrkontroller.

Z-wave-moduler finns för både enknappsströmställare och strömställare med två knappar (kronomkopplare). Via controllern kan också de flesta moduler anpassas för huruvida de sitter bakom en återfjädrande eller en icke-återfjädrande strömställare.

För att kunna koppla in en Z-wave-modul bakom en strömställare måste neutralledaren (nollan) vara framdragen. Olyckligtvis är den inte alltid det (se princip i El/elektronik 20.6). Eftersom Z-wave-modulen ska kunna skicka och ta emot kommandon måste den få ström någonstans ifrån, och då krävs både fas- och neutralledare. Uppe vid själva taklampan finns en neutralledare, så det går att få framdraget en neutralledare i efterhand.

Precis som det finns strömbrytarmoduler för fast installation finns det även dimmermoduler. För att få dimmerfunktionalitet krävs dock viss förändring av installationen. En dimmermodul kan nämligen inte styras med en vanlig vriddimmer. Den befintliga dimmern måste därför bytas ut mot en traditionell på/av-strömställare. En återfjädrande sådan är att rekommendera.

Obs! Installation av moduler bakom strömställare räknas som fast installation och ska utföras av behörig elektriker. Om neutralledaren är framdragen är det ett snabbt och enkelt jobb för elektrikern. Om neutralledaren saknas tar installationen längre tid.

Scener

Sättet som används för att automatisera Z-wave-system kallas scener. Scener beskriver vad som ska hända vid bland annat specifika tidpunkter och detektorstatusar. En scen kan exempelvis vara vad som ska hända på morgonen. I stället för att bara väckar­klockan ringer kan en hel scen spelas upp. Scenen kan bestå av flera delmoment, ­exempelvis de som beskrevs i inledningen av denna boksektion: radioväckarklockan går igång, kaffebryggaren slår på kaffet, taklampan börjar lysa och gardinerna åker upp.

Hur scener byggs upp varierar mellan olika controller-modeller. Grundprincipen är dock densamma: om ett antal villkor uppfylls ska ett antal åtgärder ske. Det är samma ”if-then-princip” som används i programmering.

Ett enkelt och tydligt scenexempel är följande scen som tänder hallbelysningen när entré­dörren öppnas. Villkoret är om entrédörren är öppen. Åtgärden är att slå på hallbelysningen.

om (ENTRÉDÖRR är ÖPPEN) ska {
(HALLBELYSNING vara PÅ)
}

Ovanstående kodsnutt är ingen riktig programmeringskod utan enbart ett annat sätt att formulera scenen med ord. På samma sätt skulle den nämnda morgonscenen kunna skrivas:

om (KLOCKAN är 06.00) ska {
(RADIOVÄCKARKLOCKA vara PÅ) och
(KAFFEBRYGGARE vara PÅ) och
(SOVRUMSTAKLAMPA vara PÅ) och
(SOVRUMSGARDINER vara UPPE)

I funktionsrika controller-enheter går det att bygga scener som är betydligt mer avancerade än de som beskrivs ovan. Genom att använda flera så kallade logiska operatorer går det att skriva en scen som slår på kaffebryggaren alla vardagar vid sextiden förutom på fredagar då den slås på en timme senare. Principkoden för en sådan scen ser ut så här:

om ((KLOCKAN är 06.00) och ((DAG är MÅNDAG) eller (DAG är TISDAG) eller (DAG är ONSDAG) eller (DAG är TORSDAG))) eller ((KLOCKAN är 07.00) och (DAG är FREDAG)) ska {
(KAFFEBRYGGARE vara PÅ)

I Smarta hem 5 visas hur scener som dessa kan byggas upp i en controller från Fibaro.

Obs! Alla kaffebryggare är inte lämpliga att automatisera. Av brandsäkerhetskäl måste kaffebryggaren vara utrustad med en skyddsfunktion som förhindrar att den kan starta utan att det finns vatten i den. Annars finns risken att användaren en kväll missar att preparera kaffebryggaren med vatten och bönor, vilket utan ovannämnd skyddsfunktion kan leda till brand när systemet slår på kaffebryggaren.

Referenser

1. Z-w ave Alliance (2015). Z-Wave Sees Further Acceleration, Announces Mid-Year Milestones. Pressmeddelande.

2. Z-wave Alliance (2015). Z-wave Plus Certification. Informationssida hämtad 2015-07-08.
z-wavealliance.org/z-wave_plus_certification

Senast ändrad: 2015-11-17