Google+

Phoenix Contact - Rozwiązania dla energetyki - Zapraszamy na Enegetab 2014, przyjdź na nasze stoisko i wygraj tablet

W dotychczasowych publikacjach „Fachowego Elektryka”, traktujących o technologii magistralnej KNX oprócz omówienia samej idei i możliwości cyfrowego sterowania mediami budynkowymi oraz urządzeniami elektrycznymi, przytaczane były przykłady jej zastosowania do sterowania min. oświetleniem, zaciemnieniem (roletami, żaluzjami itp.), ogrzewaniem, wentylacją i klimatyzacją (HVAC), systemem rozdziału dźwięku (audio multiroom) oraz urządzeniami AGD.

Fot. 1 Panel sterowania z wyświetlaczem LCD z portem podczerwieni do zdalnej obsługi wszystkich jego przycisków, seria Artec Fot. 1 Panel sterowania z wyświetlaczem LCD z portem podczerwieni do zdalnej obsługi wszystkich jego przycisków, seria Artec

Wstęp

Wykorzystując technologię KNX użytkownik może obsługiwać podłączone do instalacji media i urządzenia elektryczne lokalnie, przy użyciu zainstalowanych sensorów przyciskowych i paneli dotykowych z uwzględnieniem pracy różnego rodzaju czujników wielkości fizycznych (poziomu nasłonecznienia, prędkości wiatru, temperatury itp.) lub też zdalnie przez Internet przy wykorzystaniu odpowiedniego modułu KNX z wbudowanym serwerem sieciowym. Technologia KNX może być wykorzystywana w budynkach mieszkalnych, domach i rezydencjach prywatnych, szkołach, hotelach oraz budynkach biurowych. Z racji przeznaczenia każdy z tych obiektów może posiadać odmienne wymagania i priorytety, jednakże zastosowanie do ich realizacji standardu KNX oprócz gwarancji realizacji przyjętych założeń daje inwestorowi nieporównywalnie większy komfort obsługi, większą oszczędność energii w fazie użytkowania oraz swobodną możliwość rozbudowy instalacji niż ma to miejsce w przypadku zastosowania tradycyjnej instalacji elektrycznej. Niniejszy artykuł wskaże główne różnice w aspektach funkcjonalności, projektowania, oprzewodowania, uruchamiania oraz konserwacji, jakie występują między instalacjami elektryczną w wykonaniu tradycyjnym oraz magistralną w standardzie KNX.

Funkcjonalność

Funkcjonalność obu instalacji dobrze jest przedstawić na przykładzie pomieszczenia, w którym często razem wykorzystywane są wymienione wyżej media. Takim pomieszczeniem jest sala konferencyjna, w której przez cały rok o innych porach dnia odbywają się różnego rodzaju spotkania, konferencje i prezentacje, nieraz występujące jedna po drugiej. Sala taka powinna stale zapewniać komfort dla osób w niej przebywających, tzn. utrzymywać odpowiednią temperaturę, mieć stały dopływ świeżego powietrza oraz posiadać odpowiednie sterowanie oświetleniem, gdzie dla sal znajdujących się bezpośrednio przy oknach może mieć to wpływ na oszczędność kosztów zużycia energii – regulacja natężenia oświetlenia sztucznego w zależności od jasności światła naturalnego.
Przy tradycyjnej instalacji elektrycznej ostatnia z wymienionych funkcji może być niemożliwa do realizacji. Sterowanie oświetleniem, roletami (żaluzjami), ekranem prezentacyjnym, ogrzewaniem, klimatyzacją i wentylacją realizowane jest przez oddzielne systemy a łączniki ścienne do obsługi przez użytkownika każdego z nich, jeśli dostępne są w ofercie jednego producenta osprzętu elektroinstalacyjnego, zazwyczaj zajmują wszystkie cztery bądź pięć modułów ramek kilkukrotnych. Zdarzają się również sytuacje, gdzie dane moduły sterujące kompletowane są z ofert kilku producentów, wówczas to na ścianie panuje całkowity nieład, który dodatkowo negatywnie wpływa na estetykę sali. Przygotowanie sali np. do prezentacji wymaga wykonania kilku oddzielnych czynności - załączenia oświetlenia na określony poziom (funkcja ściemniacza, jeśli dostępna), opuszczenia/podniesienia rolet (żaluzji), opuszczenia ekranu dotykowego, włączenia rzutnika oraz nastawienia temperatury na żądaną wartość. Dodatkowe symbole umieszczone na klawiszach łączników mogą pomóc w identyfikacji funkcji każdego z nich, gorzej jest, gdy nie ma na nich żadnych oznaczeń a sterowanie odbywa się na „chybił - trafił”. W instalacji magistralnej KNX wszystkie te funkcje można zrealizować za pomocą naciśnięcia jednego klawisza sensora przyciskowego, dodatkowo wyposażonego w czujnik i regulator temperatury, wyświetlacz LCD oraz port podczerwieni do zdalnej obsługi wszystkich jego przycisków. (fot. 1)
Szereg czynności wykonywany jednocześnie nośni nazwę „Sceny” lub „Scenariusza”. Wywołana funkcja „Sceny” spowoduje, że oświetlenie sali osiągnie poziom zależny od jasności światła naturalnego (dla sal konferencyjnych znajdujących się w sąsiedztwie okien), żaluzje zostaną opuszczone/podniesione z regulacją położenia lamelek w zależności od kąta padania światła naturalnego, ekran się opuści, włączy się rzutnik oraz uruchomi się klimatyzacja z nastawami temperaturowymi przyjętymi wcześniej. Dodatkowo każda z powyższych funkcji może być realizowana indywidualnie poprzez pozostałe przyciski sensora, a pole opisowe umieszczone pomiędzy dwoma rzędami przycisków ułatwia identyfikację i zapamiętanie każdej funkcji.

Rys. 1 Zalecane odległości w systemie Rys. 1 Zalecane odległości w systemie
• Zastosowanie przewodu miedzianego jako medium przenoszącego sygnał wprowadza pewne ograniczenia w postaci maksymalnej odległości pomiędzy uczestnikami transmisji.
• Elementy magistralne oddalone mogą być max o 350 m od zasilacza, zaś odległość pomiędzy najdalszymi elementami nie powinna być większa niż 700 m.
Rys. 2 Kabel magistralny KNX/EIB Rys. 2 Kabel magistralny KNX/EIB
• YCYM 2 x 2 x 0,8
• J - Y(ST)Y 2 x 2 x 0,8 (wersja KNX/EIB)
• Możliwość układania razem z instalacją 230/400 V
• Transfer danych 2 izolowanymi żyłami
• Prędkość transmisji 9,600 bit/s
 

Projektowanie

Projektowanie instalacji w standardzie KNX różni się od projektowania instalacji w wykonaniu tradycyjnym tym, że oprócz łatwiejszego oprzewodowania (omówione w następnym punkcie) projektant ma większą swobodę działania przy ustalaniu punktów sterowania oświetleniem czy roletami (żaluzjami). Nie musi on określać, jak ma to miejsce w przypadku instalacji tradycyjnej, jakie przewody podtynkowe mają być prowadzone do miejsc montażu łączników elektrycznych dla realizacji funkcji oświetleniowych - schodowej, seryjnej, krzyżowej czy pozwalających sterować napędami elektrycznymi rolet (żaluzji). W instalacji magistralnej KNX należy określić tylko miejsca, w których będą znajdować się sensory KNX (przyciski, panele dotykowe, czujki itd.), które następnie będą programowane, aby realizować funkcje według indywidualnych ustaleń użytkowników.
Przy projektowaniu instalacji elektrycznej w standardzie KNX należy pamiętać o tym, że urządzenia magistralne mogą być oddalone od zasilacza maksymalnie o 350 m, natomiast odległość pomiędzy najdalszymi elementami nie może wynosić więcej niż 700 m (rys. 1). Całkowita długość przewodów w linii nie powinna przekroczyć 1000 m.
W sytuacji, gdy przewód jednej linii (podstawowa jednostka w topologii instalacji magistralnej KNX) jest na tyle długi, że występuje konieczność zastosowania dwóch zasilaczy należy zachować pomiędzy nimi minimalną odległość 200 m.

Projektowanie

Projektowanie instalacji w standardzie KNX różni się od projektowania instalacji w wykonaniu tradycyjnym tym, że oprócz łatwiejszego oprzewodowania (omówione w następnym punkcie) projektant ma większą swobodę działania przy ustalaniu punktów sterowania oświetleniem czy roletami (żaluzjami). Nie musi on określać, jak ma to miejsce w przypadku instalacji tradycyjnej, jakie przewody podtynkowe mają być prowadzone do miejsc montażu łączników elektrycznych dla realizacji funkcji oświetleniowych - schodowej, seryjnej, krzyżowej czy pozwalających sterować napędami elektrycznymi rolet (żaluzji). W instalacji magistralnej KNX należy określić tylko miejsca, w których będą znajdować się sensory KNX (przyciski, panele dotykowe, czujki itd.), które następnie będą programowane, aby realizować funkcje według indywidualnych ustaleń użytkowników.
Przy projektowaniu instalacji elektrycznej w standardzie KNX należy pamiętać o tym, że urządzenia magistralne mogą być oddalone od zasilacza maksymalnie o 350 m, natomiast odległość pomiędzy najdalszymi elementami nie może wynosić więcej niż 700 m (rys. 1). Całkowita długość przewodów w linii nie powinna przekroczyć 1000 m.
W sytuacji, gdy przewód jednej linii (podstawowa jednostka w topologii instalacji magistralnej KNX) jest na tyle długi, że występuje konieczność zastosowania dwóch zasilaczy należy zachować pomiędzy nimi minimalną odległość 200 m.

Oprzewodowanie

W porównaniu do instalacji tradycyjnej w instalacji magistralnej KNX zmianie ulegają zasady prowadzenia przewodów elektrycznych:

  • dla obwodów oświetleniowych do każdego punktu, który ma być niezależnie sterowany należy doprowadzić bezpośrednio z rozdzielni przewód np. YDY 3 x 1,5 mm²;
  • do każdego gniazdka, które będzie niezależnie sterowane należy doprowadzić bezpośrednio z rozdzielni przewód np. YDY 3 x 2,5 mm²;
  • do każdego silnika elektrycznego napędzającego rolety (żaluzje) należy doprowadzić bezpośrednio z rozdzielni przewód, np. YDY 4 (lub więcej) x 1,5 mm²,
  • do rozdzielaczy ogrzewania należy doprowadzić z rozdzielni, w której znajdują się aktory grzewcze KNX, odpowiednią ilość niezależnych przewodów np. YDY 3 x 1,5 mm² (dla siłowników termoelektrycznych typu otwórz/zamknij) oraz/lub przewód magistralny KNX (dla siłowników proporcjonalnych). Istnieje również możliwość prowadzenia tego rodzaju przewodów bezpośrednio do grzejników, jeśli tam odbywać się będzie regulacja przepływu czynnika grzewczego;
  • do elektroinstalacyjnych puszek podtynkowych, w których będą umieszczone sensory KNX należy doprowadzić przewód magistralny KNX 2 x 2 x 0,8. Jeżeli dane urządzenie wymaga oddzielnej puszki montażowej to może być jeszcze potrzeba doprowadzenia zasilania 230 V i skrętki komputerowej.

Przewód magistralny KNX (rys. 2) powinien być prowadzony od rozdzielni poprzez wszystkie punkty sterowania i wracać do tej samej rozdzielni, chyba że na obiekcie znajduje się więcej skrzynek elektrycznych i każda z nich może zasilać magistralą KNX własną strefę (należy pamiętać o strukturze systemu: 64 urządzenia magistralne na jednej linii). Wszystkie rozdzielnie elektryczne powinny być połączone ze sobą przewodem magistralnym KNX. Przewód magistralny KNX można dowolnie rozgałęziać w magistralnej kostce przyłączeniowej najlepiej w punktach przeznaczonych do montażu sensorów KNX, aby nie instalować dodatkowych puszek rozgałęźnych. Na rynku dostępne są kable, które można układać zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz budynku. Wykonawca może go układać obok przewodów zasilających 230 V bez odstępu, jeżeli ma on podwójnie izolowane żyły i z odstępem minimum 4 mm, jeżeli jest on pozbawiony jednej izolacji.
Podczas montażu urządzeń KNX w rozdzielniach elektrycznych należy przestrzegać poniższych zasad:

  • przewody magistralne powinny być prowadzone do urządzeń wykonawczych KNX w podwójnej izolacji;
  • potencjalny kontakt pomiędzy żyłami zasilającymi a żyłami magistrali KNX musi być uniemożliwiony;
  • urządzenia magistralne nie powinny być montowane w pobliżu urządzeń zasilających o znacznych stratach mocy.
Rys. 3 Przykład instalacji Rys. 3 Przykład instalacji

Uruchamianie

W przypadku tradycyjnej instalacji elektrycznej po wykonaniu wszystkich prac związanych z oprzewodowaniem obiektu, sprawdzeniem ciągłości połączeń, podłączeniem kompletnej, wyposażonej w zabezpieczenia rozdzielni, pomiarami i testami (np. rezystancji izolacji, impedancji pętli zwarcia, zadziałania aparatów ochrony przeciwporażeniowej) oraz montażem osprzętu elektroinstalacyjnego pozostaje instalacja i rozruch urządzeń – odbiorników elektrycznych realizujących zaplanowane wcześniej dla instalacji funkcje tzn. źródeł światła, napędów rolet (żaluzji), urządzeń grzewczych i klimatyzacyjnych. Po tych pracach użytkownik może jeszcze dla pewności sprawdzić czy instalacja realizuje założone przez niego zadania używając wcześniej zainstalowanych łączników elektrycznych czy sterowników ogrzewania i klimatyzacji. Uruchomienie instalacji wykonanej w technologii KNX składa się również z kilku etapów, gdzie czynności sprawdzająco-montażowe wyglądają podobnie jak przy instalacji tradycyjnej. Zastosowanie medium transmisyjnego w postaci magistrali komunikacyjnej KNX wymaga również sprawdzenia jej ciągłości. Struktura systemu wprowadza dużą dowolność w rozprowadzaniu kabla magistralnego z zasilacza (-y) KNX, jednak należy być pewnym, że po podłączeniu do instalacji urządzeń KNX (sensorów i urządzeń wykonawczych) oprócz drożności magistrali nie popełniono błędu w podłączeniu dwóch żył roboczych - czarnej i czerwonej do kostek magistralnych oraz że nie nastąpiło „zamknięcie” pętli w ramach np. pomieszczenia czy ciągu pomieszczeń (często popełniany przez instalatorów błąd, gdy wolny koniec magistrali jest podłączany do kostki magistralnej najbliższego urządzenia).
Następnym krokiem jest montaż wewnętrznych i zewnętrznych sensorów KNX (przycisków, paneli dotykowych, czujek: ruchu, obecności, poziomu nasłonecznienia, prędkości wiatru, temperatury itd.) w przygotowanych wcześniej miejscach - puszkach instalacyjnych, na wspornikach, z doprowadzoną do nich magistralą.
Przed najważniejszą czynnością, zaprogramowaniem wszystkich urządzeń magistralnych KNX należy, tak jak w przypadku instalacji tradycyjnej, podłączyć do instalacji zasilającej źródła światła, napędy rolet (żaluzji), urządzenia grzewcze i klimatyzacyjne (rys. 3). Programowanie urządzeń polega na wgraniu do nich przez instalatora systemów automatyki budynkowej (często nazywanego integratorem systemów) ustalonego wcześniej z inwestorem algorytmu pracy zawierającego powiązania pomiędzy sensorami a urządzeniami wykonawczymi. Powiązania te wraz ze strukturą instalacji obiektu tworzone są w programie narzędziowym ETS3 wspólnym dla wszystkich producentów oferujących urządzenia w standardzie KNX. Algorytm pracy instalacji w ETS3 może być tworzony niezależnie od zaawansowania prac na budowie a programowanie może odbywać się systematycznie wraz z postępem prac albo jednorazowo zaraz po montażu wszystkich urządzeń magistralnych KNX. Użytkownik podczas wgrywania przez integratora systemów ustawień do urządzeń może na bieżąco sprawdzać zgodność działania instalacji ze swoimi wcześniej przyjętymi założeniami.

Konserwacja

Sprawdzanie poprawności działania instalacji leży w gestii zarówno użytkownika jak i instalatora. Jeżeli użytkownik sam systematycznie przeprowadza testy zadziałania zabezpieczeń różnicowoprądowych to tylko może to świadczyć o jego prawidłowym podejściu do zapewnienia bezpiecznego zasilania i użytkowania urządzeń elektrycznych. W gestii instalatora pozostają do wykonania okresowe testy nie tylko sprawności samych zabezpieczeń, które wymagają już zastosowania mierników i testerów elektrycznych, lecz także sprawdzenie jakości ich połączeń z obwodami odbiorczymi (w przypadku instalacji magistralnej KNX sprawdzeniu podlega jakość połączeń obwodów zasilanych z urządzeń wykonawczych KNX) oraz stanu ich izolacji. W instalacji tradycyjnej odpowiedzialny instalator sprawdzi też, czy wszystkie łączniki i gniazdka elektryczne znajdują się w pozycji, w jakiej zostały zainstalowane. Jeśli chodzi o instalację magistralną KNX to niektóre urządzenia wykonawcze KNX wyposażone są w przekaźniki do ręcznego sterowania danym obwodem, co pozwala użytkownikowi nawet bez obecności napięcia magistrali sprawdzić, czy dane urządzenie pracuje poprawnie. W przypadku sensorów KNX, które uruchamiają pewną funkcję (np. naciśnięcie klawisza przycisku powoduje rozjaśnienie źródła światła) reakcja instalacji jest widoczna dla użytkownika zaraz po naciśnięciu przycisku, co po wstępnym wyeliminowaniu uszkodzenia urządzenia wykonawczego może ograniczyć poszukiwanie problemu do samego sensora. Urządzenia magistralne KNX mogą być programowane lokalnie – bezpośrednio w biurze instalatora, na obiekcie oraz zdalnie, gdy dostępne jest połączenie internetowe z miejscem instalacji. Ta druga możliwość stanowi dużą wygodę zarówno dla inwestora jak i integratora systemów. Po wstępnym zaprogramowaniu urządzeń według zaleceń inwestora integrator, którego biuro może być znacznie oddalone od miejsca instalacji, ma możliwość śledzenia online pracy urządzeń oraz według umowy z inwestorem wprowadzania na jego prośbę potencjalnych zmian bez potrzeby tracenia czasu na podróże.

Podsumowanie

Powyższe informacje dotyczące instalacji wykonywanej w sposób tradycyjny oraz magistralnej opartej na standardzie KNX mogą pokazać potencjalnemu inwestorowi i jego instalatorowi, jakie elementy powinien wziąć pod uwagę, aby znając założenia oraz funkcjonalność dla planowanej przez siebie instalacji elektrycznej mógł je zrealizować w ramach posiadanych środków finansowych. Rodzaj i wielkość obiektu, w jakim ma być wykonywana jedna z tych instalacji nie odgrywa tu większej roli, gdyż w każdym z nich można zastosować sterowanie odpowiednie do wymagań jego użytkowników mieszcząc się z wydatkami na założonym wcześniej poziomie. Istotną zaletą, jaką charakteryzuje się instalacja magistralna KNX jest jej łatwość projektowania oraz duża elastyczność, gdzie wszelkiego rodzaju zmiany w strukturze i rozmieszczeniu pomieszczeń nie powodują ingerencji w już rozłożoną instalację magistralną oraz zasilającą 230 V.

Ireneusz Rzeczkowski