W systemie KNX urządzenia realizujące kontrolę oświetlenia dzielimy na dwie grupy: sensory sterujące i elementy wykonawcze. Sensory służą do wysyłania rozkazów, na podstawie których, elementy wykonawcze realizują załączanie/wyłączanie lub regulację jasności. Elementy wykonawcze odpowiedzialne są za realizację rozkazów sterujących poprzez odpowiednie oddziaływanie bezpośrednio na obwody oświetleniowe.
Sensory to głównie przyciski, czujniki ruchu, czujniki natężenia oświetlenia, kontaktrony itp.
Przyciski systemowe mają najczęściej możliwość wysyłania zarówno rozkazów załączania/ wyłączania, jak i ściemniania/rozjaśniania. Często spotykaną funkcją jest również wysyłanie gotowych wartości, jakie mają zostać ustawione na urządzeniach wykonawczych (tzw. sceny świetlne). Bardzo często spotyka się również odbiorniki IR, wbudowane w przyciski. Dzięki temu można wysyłać rozkazy sterujące za pomocą pilota.
Czujniki ruchu, umożliwiają nie tylko załączanie/ wyłączanie. Mają one również wbudowane czujniki jasności, dzięki którym mogą uzależniać wysłanie rozkazu sterującego od zmierzonego w danej sytuacji natężenia oświetlenie. Na przyklad gdy korytarz nie jest całkowicie zaciemniony, sensor w przypadku wykrycia ruchu, wysyła rozkaz rozjaśnienia oświetlenia o kilka procent. Jeżeli jednak korytarz jest całkowicie zaciemniony, sensor rozjaśni oświetlenie w 100%. Możliwe jest również uzależnienie wysyłanych rozkazów od wbudowanego zegara. Np. wieczorem oświetlenie będzie rozjaśniać się szybko do maksimum, a w nocy maksymalnie do połowy zakresu, w wydłużonym czasie. Taka realizacja ułatwi naszemu wzrokowi dostosować się do automatycznie załączonego światła podczas nocnej wędrówki do kuchni.
Rys. 1. Przykładowa parametryzacja urządzenia przekaźnikowego KNX firmy JUNG.Czujniki natężenia oświetlenia z wbudowanymi regulatorami działają podobnie jak sterowniki temperatury. Mamy w nich możliwość zadania konkretnej wartości natężenia oświetlenia, jaka ma być utrzymywana w konkretnych warunkach. W sytuacji, w której jest ono niewystarczające, sensor wyśle rozkaz rozjaśnienia, a gdy wartość jasności przekroczy zadany próg, rozkaz przyciemnienia źródła światła. W ten sposób możliwe jest precyzyjne sterowanie jasnością, tak aby zawsze była ona odpowiednia do pracy jaką wykonujemy.
Urządzenia wykonawcze to w najprostszym przypadku przekaźniki załączane elektronicznie na podstawie rozkazów wysyłanych przez sensory.
Przekaźniki programowane w systemie KNX mogą spełniać różne funkcje. Mogą załączać obwody elektryczne, kontrolować prąd w nich płynący, realizować funkcje opóźnienia załączenia/ wyłączenia, działać pulsacyjnie, samodzielnie wyłączać obwód po zadanym wcześniej czasie (np. kontrola oświetlenia na klatce schodowej). Wszystkie te funkcje zależą od parametryzacji, jaką przygotował producent danego urządzenia (rys. 1).
Dla potrzeb bardziej wyszukanego sterowania oświetleniem wykorzystuje się tak zwane ściemniacze. Są to urządzenia, które oprócz funkcji załączająco/wyłączającej potrafią płynnie regulować jasność obwodu oświetleniowego. Podstawowym kryterium wyboru odpowiedniego „ściemniacza” jest to, jakim typem oświetlenia ma sterować. Do wyboru mamy ściemniacze przystosowane do kontroli tradycyjnych żarówek halogenowych, świetlówek, świetlówek tzw. energooszczędnych czy obecnie coraz częściej stosowanych diod LED (rys. 2).
Rys. 2. Przykładowe ściemniacze KNX: a) ściemniacz do oświetlenia żarowego, b) ściemniacz LED RGB, c) ściemniacz z możliwością automatycznego dopasowania obwodu wyjściowego.Oprócz tego typu ściemniaczy, można nazwać je dedykowanymi do konkretnego typu oświetlenia, do dyspozycji są również tak zwane ściemniacze uniwersalne. Urządzenia te nie są dedykowane do żadnego typu oświetlenia, mają natomiast możliwość współpracy ze standardowymi sygnałami sterującymi. Przykładem może być ściemniacz pracujący w standardzie 1-10 V. Standard ten jest typowy dla sterowania oświetleniem. Do tego typu ściemniaczy konieczne jest dołączenie elektronicznych urządzeń odczytujących sygnał 1-10 V i regulujących natężenie oświetlenia danego obwodu (rys. 3a). Zaletą tego rozwiązania jest możliwoś�� dołączenia do jednego wyjścia ściemniacza większej ilości obwodów. Ilość ta jest uzależniona od parametrów prądowych wyjścia ściemniacza i wejścia elektronicznego urządzenia kontrolującego oświetlenie. Wadą, niestety duża ilość okablowania, jaka jest konieczna do połączenia każdego wyjścia ściemniacza z obwodami oświetlenia kontrolowanymi przez elektroniczne sterowniki z wejściem 1-10 V. Ponadto, sygnał sterujący, jest sygnałem analogowym, czyli wrażliwym na zakłócenia oraz bardzo zależnym od odległości pomiędzy urządzeniami.
Alternatywnym, nowszym rozwiązaniem, w stosunku do standardu 1-10 V są ściemniacze pracujące w standardzie DALI. Zasada jest tu podobna do sterowania 1-10 V, jednak nie jest potrzebne prowadzenie osobnych przewodów z sygnałem analogowym do każdej grupy oświetlenia kontrolowanej przez elektroniczne urządzenie sterujące. Mamy tu magistralę sterującą, podobną do systemu KNX, do której możemy dołączyć maksymalnie 64 urządzenia. Sterownikiem tej magistrali jest ściemniacz, wysyłający rozkazy do zaadresowanych wcześniej grup obwodów oświetleniowych. Obwody dołączone są za pomocą specjalnych urządzeń elektronicznych wyposażonych w interfejs systemu DALI. Dzięki takiej realizacji, minimalizuje się ilość okablowania sterującego (wspólna magistrala sterująca w miejsce pojedynczych przewodów prowadzonych do poszczególnych obwodów oświetleniowych) oraz kanały ściemniacza zrealizowane w sposób cyfrowy (adresowanie grup oświetlenia) (rys. 3b). System DALI jest oczywiście bardziej rozbudowanym systemem sterowania, z sensorami i urządzeniami wykonawczymi. Jednak z poziomu KNX wykorzystywany jest jedynie jako zbiór elementów wykonawczych, dedykowanych do realizacji sterowania oświetleniem. Aby wykorzystać w pełni jego możliwości w połączeniu z KNX, konieczne jest stosowanie sterowników PLC i specjalistycznych bramek.
Rys. 3. a) Sposób podłączenia ściemniaczy z oprawami oświetleniowymi: a) w standardzie 1-10 V, b) w standardzie DALI.Ściemniacze dedykowane do danego typu obwodów oświetleniowych mają zazwyczaj parametryzację przystosowaną do specyficznej obsługi tego oświetlenia. Np. ściemniacze halogenowe uwzględniają tzw. miękki start, uniemożliwiają częste załączanie/wyłączanie oświetlenia. Dzięki czemu można je szybko dopasować do każdej sytuacji, jaka zaistnieje podczas sterowania oświetleniem. Są zazwyczaj dużo łatwiejsze do podłączenia. Jednak ze względu na wbudowane elektroniczne układy sterujące, w ich obudowach mieści się zaledwie kilka niezależnych kanałów sterujących o niewielkim obciążeniu. W przypadku ściemniaczy wyposażonych w kanały sterujące, do jednego wyjścia możemy zazwyczaj dołączać wiele elektronicznych urządzeń sterujących i dzięki temu skalować obciążenie, jakim sterujemy (np. do jednego wyjścia 1-10 V, można dołączyć osiem dowolnych elementów wykonawczych). Rozwiązanie to sprawdza się np. przy jednoczesnym sterowaniu dużą ilością opraw oświetleniowych. Komplikuje się jednak okablowanie elektryczne. Oprócz zasilania, należy doprowadzić do każdego obwodu dodatkowe przewody sterujące. System DALI niweluje jednak tą niedogodność, niestety kosztem wyższej ceny centralnego sterownika.
Osobną grupę urządzeń wykonawczych w systemie KNX, stanowią ściemniacze LED. Ponieważ oświetlenie tego typu jest nowym, jednak bardzo dynamicznie rozwijającym się rozwiązaniem, niewiele jest dedykowanych urządzeń wykonawczych przystosowanych do jego sterowania. Te dostępne na rynku, mają możliwość dołączenia i typowych linijek LED o napięciu zasilania 12 V lub 24 V. Sterowanie jasnością realizowane jest za pomocą sygnału o wysokiej częstotliwości PWM (Pulse Width Modulation). Umożliwiają one parametryzację sterowania dla trzech niezależnych kanałów oświetlenia oraz połączenia ich w jedno źródło światła RGB (rys. 4).
Rys. 4. Parametry i obiekty komunikacyjne ściemniacza LED RGB w systemie KNX. W najnowszych ściemniaczach dedykowanych do oświetlenia rezystancyjnego, wbudowywane są również moduły elektroniczne, które potrafią rozpoznać i sterować oświetleniem LED 230 V. Dzięki temu możliwe jest uzależnianie nie tylko jasności, ale również koloru oświetlenia od różnych czynników zewnętrznych.
Sterowanie oświetleniem w systemie KNX jest obecnie najczęściej stosowaną funkcją automatyki domowej. Uzależnienie jej od różnych czynników, lokalnego sterowania, powiązanie z automatyzacją kontrolującą jasność czy systemami ostrzegania i symulacji obecności ma dla użytkowników systemów bardzo duże znaczenie. Odpowiedni dobór urządzeń do tego przeznaczonych może pomóc lub uniemożliwić realizację wszystkich zaprojektowanych funkcji.
Andrzej Stachno
Certyfikowane Centrum Szkoleniowe KNX
Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki
Politechnika Wrocławska
Szkolenie Podstawowe KNX:
2 - 5 maja 2013, Warszawa
9 - 12 maja 2013, Wrocław
30 maja - 2 czerwca 2013, Tychy/ Siemianowice Śląskie
Szkolenie Zaawansowane KNX:
23 - 26 maja 2013, Warszawa
„Wizualizacja w systemie KNX”:
27 - 29 maja 2013, Warszawa
Szczegóły na www.knxpolska.org