Systémové elektrické instalace EIB/KNX Ing. Josef Kunc Počátky systémové elektrické instalace EIB Výsledkem prací evropské asociace EIBA v roce 1989 bylo zpracování jednotných požadavků na informační sběrnici EIB (European Installation Bus), na přístroje po ní komunikující a s tím související vytvoření potřebného programového prostředku ETS (EIBA Tool Software) použitelného pro projektování, programování i oživování celé instalace. Navazovaly i dlouhodobě probíhající normalizační práce, viz např. normu z října 1999, ČSN EN 50090-2-2 Elektronické systémy pro byty a budovy (HBES) Část 2-2: Přehled systému Všeobecné technické požadavky. Základním principem systémové elektrické instalace EIB je komunikace mezi snímači na jedné straně a akčními členy na straně druhé, přičemž systémové prvky zabezpečují a podporují provoz na sběrnici, samostatné logické prvky a vizualizační prostředky zabezpečují vazby mezi řízením jednotlivých funkcí, komunikační rozhraní spolupráci s jinými systémy a vzdálený přístup. Komunikace probíhá nezávisle na silovém propojení jednotlivých přístrojů, přičemž může být zajišťována provozem po sběrnici vytvořené předepsaným sdělovacím kabelem, po silovém vedení anebo prostřednictvím obousměrného bezdrátového spojení. Nejrozšířenější je komunikace po samostatném sdělovacím vedení po sběrnici EIB, proto se budeme nejdříve zabývat právě touto variantou systémové instalace. Zjednodušeně si můžeme takovouto instalaci představit podle blokového schematu na obr. 1. Jak je vidět, některé prvky jsou připojeny pouze ke sběrnici, jiné ke sběrnici i k silovému obvodu. Znamená to, že některé prvky, především snímače, ale i mnohé systémové a logické prvky nevyžadují silové napájení, postačí napájení malým napětím po sběrnici. Obr.1: Blokové schema zapojení některých funkcí v EIB instalaci
Ke dvoužilové instalační sběrnici jsou snímače i akční členy připojeny bez ohledu na nějaké pořadí či příslušnost k určitým silovým obvodům. V systémech s instalační sběrnicí tak lze spolehlivě řídit jednotlivé funkce využívané při provozu budovy podle předem nastaveného časového nebo jiného programu, ale i v závislosti na aktuálních údajích snímačů různých fyzikálních veličin. Samozřejmostí je i operativní ruční ovládání. Systém dovoluje: - ovládání soustav vytápění, větrání a klimatizace, - ovládání osvětlení, - optimalizaci spotřeby v celém objektu, - ovládání různých domácích spotřebičů, - ovládání žaluzií, markýz, rolet, oken, dveří nebo vrat, - ovládání automatických systémů v budovách, - dálkovou signalizaci, - činnost soustavy střežení objektu a samočinného hlášení o vniku nepovolaných osob, - operativní ovládání i pomocí telefonu, případně další funkce požadované uživatelem, - protokolování událostí, - vizualizaci, - centrální ovládání vybraných funkcí, - vytváření scén (např. světelných). Sběrnice EIB/KNX Pro přenos informací mezi jednotlivými prvky systémové elektrické instalace a současně pro napájení vstupních elektronických částí (sběrnicových spojek), popř. i všech následujících elektronických obvodů některých přístrojů (např. snímačů) slouží sběrnice, tvořená sdělovacím kabelem. Z požadavků na ochranu před možností indukování rušivých signálů na vedení sběrnice vyplývá nutnost použití stíněných kabelů. Pro napájení i pro přenos informací slouží jediný pár vodičů. Pro jednoznačné rozlišení vodičů bylo stanoveno i barevné značení obou těchto žil. Červeným pláštěm je opatřen vodič připojený ke kladnému pólu napájecího zdroje, černou barvou je označena izolace vodiče připojeného k zápornému pólu. I když pro komunikaci i napájení postačuje jeden pár vodičů, je předepsáno používání kabelu se dvěma kroucenými páry vodičů. Druhý pár (jeden vodič s bílou, druhý se žlutou izolací) je určen jako rezerva pro případ poškození některého z vodičů sběrnice. Může být využit i jako připojovací vedení pro některý z pomocných prvků, který má být připojen např. ke vstupním svorkám některého z binárních vstupů. V každém případě ale nesmí dojít ke snížení parametrů soustavy bezpečného malého napětí SELV, jejímž požadavkům musí vyhovovat napájecí zdroje i všechny přístroje připojené ke sběrnici. Příslušnost k soustavě SELV vymezuje také požadavek na velikost zkušebního napětí (4 kv) vnějšího pláště kabelu sběrnice. To dovoluje klást sběrnicový kabel v souběhu se silovými vedeními nn, bez omezení délky souběhu. V instalacích, v nichž může často docházet ke změnám technologie provozu, s vynucenými následnými změnami ve vybavení elektrické instalace a tedy i ve způsobu ovládání jednotlivých funkcí, mohou být používány speciální ploché kabely vybavené propojovacími konektory a obsahující jak silové vodiče, tak i dva vodiče pro sběrnici EIB/KNX. Takováto konfekční instalace výrazně snižuje montážní pracnost. Jednotlivé přístroje systémové instalace se k tomuto sdruženému vedení připojují připojovacími spojkami opatřenými izolací procházejícími zařezávacími kontakty.
Příklad konstrukce běžného sběrnicového kabelu je na obr. 2. Pro rozlišení od ostatních sdělovacích kabelů je vhodné používat kabely s vnějším pláštěm v zelené barvě. Obr. 2: Příklad konstrukce sběrnicového kabelu Průměry měděných jader vodičů sběrnicového kabelu byly stanoveny na 0,8 mm. Vyhovujícími kabely jsou např. YCYM 2x2x0,8 nebo JYSTY 2x2x0,8. Z jednoho napájecího zdroje je možné napájet nejvýše 64 prvků, přičemž při výpočtech byl uvažován odběr každého z nich ve výši 10 ma. Jmenovité napětí naprázdno napájecího zdroje pro EIB/KNX sběrnici je 30 V, přičemž pro spolehlivou činnost nejvzdálenější sběrnicové spojky na jejích vstupních svorkách musí být napětí alespoň 15 V. Z možných úbytků napětí na vedení sběrnice pak vyplývá, že největší vzdálenost kteréhokoli z přístrojů EIB/KNX smí být 300 m. Pokud jsou přístroje umístěny na dvou větvích sběrnice, napájených z téhož zdroje, je maximální vzdálenost po sběrnici mezi dvěma přístroji systémové instalace 600 m (vždy 300 m na každou stranu od napájecího zdroje). Celková délka vedení sběrnice v jedné společně napájené větvi nemá překročit 1000 m. Pokud je zapotřebí v téže větvi použít dvou napájecích zdrojů, je nutné omezit průchod možných vyrovnávacích proudů dostatečným odporem sběrnicového vedení minimální vzdálenost těchto dvou zdrojů bude 200 m. Při propojování přístrojů v systémové instalaci EIB/KNX je možné vést kabel sběrnice libovolně, bez ohledu na příslušnost použitých prvků k jednotlivým funkcím vždy co nejkratším směrem. Sběrnice se může podle potřeby větvit. Je tedy možná liniová, paprsková nebo stromová struktura anebo jejich kombinace. Zakázánou strukturou je kruhové uspořádání nikde se nesmí na sběrnici uzavřít smyčka. Příklady možných struktur sběrnice jsou na obr. 3.
Obr. 3: Příklady uspořádání sběrnice v systémové instalaci EIB/KNX Při propojování sběrnice se její jednotlivé úseky odizolovávají v co nejkratších úsecích. Pro jejich vzájemné propojování a současně i pro připojování k přístrojům slouží ponejvíce dvoupólové, čtyřnásobné bezšroubové svorkovnice podle obr. 4. Na nich je možné rozvětvit sběrnici vždy až do čtyř směrů. Každý z pólů je opatřen otvorem pro nasunutí na připojovací kolík, který je součástí sběrnicové spojky. Obr. 4: Bezšroubová svorkovnice pro připojení sběrnice a její propojení se sběrnicovou spojkou Stínění jednotlivých úseků sběrnice se vzájemně nepropojuje, ani se nepřipojuje k ochrannému obvodu. Při případných zemních zkratech by se totiž na tomto vodiči mohl zvýšit potenciál, takže rozdíl potenciálů by mohl vzrůst na hodnoty nebezpečné pro elektronické obvody propojované sběrnicí. Při dodržení všech zmíněných požadavků budou vytvořeny základní předpoklady pro správnou komunikaci mezi jednotlivými přístroji v systému EIB/KNX. Další podmínky pro správnou činnost instalace EIB/KNX Ze způsobu komunikace mezi jednotlivými přístroji vyplývá, že silová vedení jsou použita jen v nejnutnější míře pro propojení akčních členů s ovládanými
elektrickými předměty. Jsou ovšem nutná samostatná silová vedení od každého akčního členu ke každému z ovládaných elektrických předmětů. Tato skutečnost si přímo vyžaduje použití ne pouze jediného centrálního rozváděče pro celou budovu. Naopak je výhodné rozváděče v maximální míře decentralizovat, protože akční členy jsou umisťovány zpravidla do rozváděčů a délky přívodních vedení k ovládaným elektrickým předmětům tak bude možné minimalizovat. Proto je vhodné rozdělit přístroje do rozváděčů v jednotlivých podlažích, u rozsáhlejších staveb pak do rozvodnic určených vždy jen pro několik místností. Potom bude plně využito možnosti vysoké úspory silových vodičů a s tím související úspory montážní pracnosti. V případech, kdy např. z estetických důvodů není vhodné použití běžných rozváděčů v určitých prostorách a přesto je potřebné je tam umístit, je možné si vybrat z jiných možností. Rozváděče mohou být ve stropních podhledech nebo v prostoru mezi podlahou a nosnou konstrukcí podlahy (obr. 5). Pokud jsou tyto možnosti vyloučeny, je možné využití estetičtější koncepce rozváděčů, např. s prosklenými dvířky nebo se dvířky s magnetickým uzávěrem a vytvořenými jako rám obrazu (obr.6). Obr. 5: Příklad umístění rozvodnice do mezipodlahového prostoru
Obr. 6: Zapuštěná rozvodnice se dvířky ve tvaru rámu pro obraz Systémová elektrická instalace, stejně jako každá jiná vnitřní elektrická instalace, vyžaduje rozdělení elektrických obvodů do samostatně jištěných okruhů v souladu s platnými elektrotechnickými předpisy, případně i použití proudových chráničů. Za zcela nezbytnou je považována ochrana před nebezpečnými přepětími. Dokonce i pro přepěťovou ochranu sběrnice je určena speciální přepěťová ochrana obvodů malého napětí, se spínacím napětím cca 500 V.