KNX/EIB Celosvětově normalizovaný systém inteligentní instalace (10) Ing. Josef Kunc Digitální systémy pro stmívání zářivek Existuje několik systémů pro digitální regulaci intenzity osvětlení. Jejich společnou výhodou je nastavení shodné úrovně jasu bez ohledu na vzdálenost digitálního stmívatelného předřadníku od stmívače, ovšem při dodržení přípustných maximálních vzdáleností udávaných výrobcem. Někdy se využívají zcela nezávisle na řízení jiných funkcí v budově (řízení žaluzií, spotřeby tepla atd.), jindy je jejich činnost zařazena do ucelené systémové techniky budov. V řadě případů se jedná o speciální sběrnicové systémy, zaměřené prakticky jen na řízení osvětlení. Bývají však vybaveny různými možnostmi ovládání. Jsou vhodné především pro rozsáhlejší osvětlovací systémy. Označovány bývají různými zkratkami, jako DMX, DSI, DALI apod. Předřadníky pro tyto systémy často umožňují ovládání skupinové po příslušné sběrnici anebo je také možné ke každému předřadníku připojit klasický tlačítkový ovladač (spínač řazení 1/0) a každé takto vybavené svítidlo spínat krátkými stisky a stmívat dlouhými stisky. Takovéto řešení zvolíme pro méně náročné aplikace. Komfortnější řešení nabízí využití řízení provozu i těchto svítidel sběrnicovými ovladači, náležejícími této příslušné sběrnici. Ovšem zde může nastat velice závažný problém ovladače budou ve zcela jiném designu, než ostatní elektroinstalační přístroje v objektu. A opět se bude jednat o dílčí systém, který neumí komunikovat s ucelenou řídicí technikou budovy, nebude tedy dosaženo mnohdy požadované vysoké komfortnosti při řízení. Takže nejkomfortnějším a také nejelegantnějším řešením bude umístění ovládacích přístrojů na sběrnici nadřazeného systému, s nímž je daný digitální řídicí systém propojen vhodným komunikačním rozhraním systémovou spojkou. Na příkladu na obr. 1 je schématicky znázorněno řízení DSI systému (digital standard interface standardní digitální rozhraní) po sběrnici KNX, s využitím digitálního stmívacího akčního členu. Jednotlivé DSI předřadníky je možné připojovat nezávisle na sobě i k různým fázovým vodičům. Avšak všechny předřadníky budou paralelně připojeny k téže DSI sběrnici a všechny budou ovládány shodným způsobem. Obr. 1: Zapojení DSI systému řízení osvětlení s propojením do KNX instalace
Ovládací přístroje budou v tomto případě ve shodném designu s dalšími přístroji v komplexní KNX elektrické instalaci, tedy se silovými i sdělovacími zásuvkami, s ovladači pro řízení provozu žaluzií, s termostaty, snímači pohybu a podobnými prvky a ve většině případů i s možností estetického ukládání několika přístrojů do vícenásobných rámečků. Systém DALI (digital addressable lighting interface digitální adresovatelné osvětlovací rozhraní) je již výrazně propracovanějším systémem pro osvětlovací soustavy. K jedné jeho sběrnici lze připojit až 64 DALI přístrojů (předřadníků, ale také spínacích akčních členů a speciálních DALI vícenásobných tlačítkových snímačů). Každý z těchto 64 prvků na DALI sběrnici je individuálně adresovatelný. Nevýhodou takovéto autonomní soustavy je opět nejednotnost výtvarného řešení DALI ovladačů a ostatních elektroinstalačních domovních přístrojů a také nemožnost spolupráce s dalšími funkčními oblastmi. I zde se nabízí výhodné řešení DALI sběrnici připojit ke sběrnici nadřazeného systému prostřednictvím vhodné systémové spojky. Toto řešení s nadřazenou sběrnicí KNX je naznačeno na obr. 2. Obr. 2: Adresné řízení rozsáhlého osvětlovacího systému na sběrnici DALI Při potřebě ovládat vyšší počty svítidel můžeme vytvořit libovolný počet samostatných sběrnic, vždy pro nejvýše 64 DALI přístrojů a každou z nich propojit komunikačním rozhraním KNX/DALI se sběrnicí KNX, na níž budou ovládací přístroje, adresně (ale také skupinově nebo scénicky) ovládající jednotlivá svítidla. Takto mohou být řízena nejen zářivková svítidla, ale také svítidla s jinými typy světelných zdrojů (žárovky, úsporné žárovky, LED, halogenové žárovky atd.), pro něž jsou k dispozici rovněž DALI předřadníky umožňující spínání i stmívání. Tak např. RGB světelné pásky tvořené tříbarevnými LED (červená, zelená a modrá) lze stmívat společným předřadníkem, který je vybaven pro každou z barev jednou adresou dovolující jejich vzájemně nezávislé řízení intenzity osvětlení. V některých případech může být dokonce výhodné spínat ne pouze svítidla, ale i některé energeticky náročnější spotřebiče prostřednictvím připojení ke sběrnici DALI.
K tomuto účelu slouží speciální DALI spínací akční členy, jak je uvedeno na příkladě zobrazeném na obr. 3. Obr. 3: Dvojnásobný spínací akční člen pro DALI sběrnici Velkou výhodou spolupráce sběrnicových systémů KNX a DALI je výrazné další zjednodušení silové elektrické instalace. Všechny DALI předřadníky, patřící do jednoho společně jištěného obvodu, jsou paralelně připojeny k jednomu silovému vedení. Není tedy zapotřebí vést samostatná silová vedení ke každému svítidlu. Také po komunikační stránce je zapojení co nejjednodušší co nejkratším směrem je k jedné sběrnici připojeno až 64 předřadníků. Přitom ale celková délka jedné DALI sběrnice při průřezu vedení 2 x 1,5 mm 2 nesmí překročit 300 m. Nezanedbatelnou výhodou jsou také informace, které mohou DALI předřadníky předávat zpět na sběrnici KNX, prostřednictvím KNX/DALI rozhraní. Kromě běžného hlášení o aktuálním stavu výstupu můžeme na centrální vizualizaci mít i přehled o poruchách předřadníků a světelných zdrojů k nim připojených. Zářivkové světelné zdroje, které budeme stmívat ihned od prvotní montáže do svítidel, budou mít sníženou životnost. Pokud si chceme zachovat i u stmívaných zářivkových svítidel výrobci světelných zdrojů deklarovanou životnost, je nutné tyto zářivky provozovat po dobu prvních alespoň 100 hodin ve spínaném režimu činnosti a teprve poté je můžeme převést na režim stmívaný. I tuto činnost (zahořování zářivek) mohou zabezpečit DALI předřadníky. Takže zpočátku budou pouze spínány (režim ZAP VYP) a po uplynutí nastavené zahořovací doby přejdou samočinně do předem naprogramovaného režimu regulace intenzity osvětlení. Stmívání žárovek se zdroji světla LED O stmívání úsporných žárovek (tedy zářivkových světelných zdrojů s vestavěnými elektronickými předřadníky) jsme se již zmiňovali v minulém pokračování viz č. 1/2010 tohoto časopisu. Ovšem stmívání LED světelných zdrojů je poněkud obtížnější, než je tomu u stmívatelných úsporných žárovek. V současnosti jsou poměrně dobře dostupné stmívače pro LED zdroje na malá napětí, ale pro všeobecné použití nás budou vždy zajímat světelné zdroje na síťové napětí, tedy 230 V AC. Nelze použít běžné stmívací akční členy s fázovou regulací jako u klasických žárovek. Jako nejvýhodnější se jeví tzv. pulsní šířková modulace (PWM). Prozatím jsou snadno dosažitelné předřadníky pro LED svítidla umístěná na
DALI sběrnici. Ovšem stmívací akční členy pro KNX sběrnici, s možností regulace LED světelných zdrojů zatím ještě neexistují, ale lze očekávat jejich brzký nástup (můžeme je očekávat např. na letošním veletrhu Light & Building ve Frankfurtu nad Mohanem??). Masovému rozšíření LED světelných zdrojů zatím ale brání ještě další dosud nedořešené problémy. Jednak je to příliš vysoká pořizovací cena (pokud má uživatel počítat s návratností vynaložených investic delší, než několik desítek let, pak nemá důvod zakoupit si tyto energeticky úspornější zdroje světla). Další otázkou je výroba takových LED zdrojů, které při dostatečném světelném toku budou poskytovat rozptýlené světlo, obdobně jako u klasických žárovek nebo zářivek (i když již nyní lze v sortimentu některých výrobců nalézt takovéto LED žárovky, např. s běžnou paticí E27, avšak jen pro oblasti nižších výkonů). A v neposlední řadě je překážkou také barva světla, která poněkud mění barevné podání osvětlovaných předmětů. Ale věřme, že neustále probíhající technický rozvoj dovolí odstranit naznačené problémy a umožní masové nasazení LED světelných zdrojů pro všeobecné osvětlování ve vnitřních prostorách. Řízení provozu žaluzií V nově budovaných objektech, ale také v mnohých rekonstruovaných stavbách se ve stále širším měřítku využívá různých prvků stínicí techniky (venkovní žaluzie apod.), vybavených elektrickým ovládáním. Přitom mezi stále častější požadavky uživatelů patří možnost nejen individuálního ovládání jednotlivých žaluzií, ale také jejich skupinové ovládání, možnost jejich řízení ve vazbě na povětrnostní podmínky, součinnost jejich řízení s regulací vytápění, klimatizace i vnitřního osvětlení, případně i s možností zařazování činnosti stínicích prostředků do scén nebo časových programů. Všechny tyto činnosti dokážeme snadno zajistit prostředky využívajícími komunikaci po sběrnici KNX. Pro prosté řízení stínicích prostředků, ale také oken, dveří apod., tedy prostředků s motorickými pohony, u nichž je potřebné zajistit změnu směru otáčení, zastavení v libovolné poloze, případně postupný pohyb ve volitelně malých krocích, se používají různé žaluziové akční členy KNX. Starší akční členy bývaly vybaveny velice jednoduchými aplikačními programy, dovolujícími řídit celý chod z jedné krajní polohy do druhé, včetně možnosti zastavení chodu, s krokováním a s možností natáčení lamel. Kromě toho byly vybaveny obvykle jedním zabezpečovacím objektem, používaným především pro vazbu na měření rychlosti větru, tedy pro svinutí do polohy, v níž je prostředek chráněn před poškozením silným větrem. Současné žaluziové akční členy jsou již vybavovány mnohem náročnějšími aplikačními programy, dovolujícími vytvářet i ty nejsložitější vazby mezi řízením různých funkcí. Jsou vybavovány celou řadou zabezpečovacích objektů, lze je využívat pro libovolné nastavení polohy i natočení lamel ve scénách, ale také pro automatický režim provozu, s vazbou na sluneční svit apod. Příklad vzhledu současného žaluziového akčního členu je na obr. 4.
Obr. 4: Příklad osminásobného žaluziového akčního členu s možností manuálního ovládání Tento akční člen dovoluje manuálně ovládat připojené žaluziové pohony tlačítky na čelní straně přístroje i v době, kdy ještě není naprogramován, ani připojen ke sběrnicovému napájení. Toto manuální ovládání vyžaduje pouze připojení přístroje ke zdroji pomocného napájení 230 V AC. Jakmile je ale přístroj naprogramován a připojen ke sběrnicovému napájení, je naprogramován i způsob využití manuálního ovládání. Pro předcházení případným neoprávněným manipulacím se stínicími prostředky se proto nejčastěji nastavuje zablokování manuálního ovládání s možností odblokování pouze po sběrnici KNX, např. pouze z centrální vizualizace v dispečinku. Aby bylo možné vytvářet potřebné vazby na měřené povětrnostní údaje, musí být v systémové instalaci k dispozici také potřebná data vysílaná na sběrnici ze snímačů umístěných ve venkovním prostředí. Nejjednodušší je využití speciální povětrnostní stanice (v rozváděči), která je propojena vlastní lokální sběrnicí s kombinovaným snímačem povětrnostních údajů (obr. 5). Obr. 5: Kombinovaný snímač povětrnostních údajů Snímač může poskytovat až 9 různých údajů. Především snímá intenzitu osvětlení ze tří světových stran (východ, jih, západ) a celkovou intenzitu osvětlení (pouze rozlišení den noc). Obsahuje také soumrakový snímač, snímač deště, snímač venkovní teploty a snímač rychlosti větru. Poslední možností je GPS komunikace pro zjištění zeměpisné polohy a současně pro přenos aktuálního data a času na sběrnici. Povětrnostní stanice, k níž je připojen kombinovaný snímač podle obr. 5, jednak výkonově napájí dílčí snímače a jednak přijímá měřené hodnoty těchto snímačů, zpracovává je a podle nastaveného algoritmu je odesílá k dalšímu využití na sběrnici
KNX. Aby nebyla správnost měření některých dílčích snímačů zkreslena např. orosováním (snímač deště), příslušný snímač je automaticky vyhříván právě v době deště a při teplotách, při nichž by mohlo docházet k jeho orosování. Veškeré potřebné parametry okolního prostředí (intenzita osvětlení, teplota, rychlost větru, směr větru, vlhkost vzduchu, déšť a mnohé další údaje) ale mohou být také měřeny specializovanými snímači, zpravidla s normalizovaným napěťovým nebo proudovým výstupem, případně odporovým článkem. Měření specializovanými snímači bývá zpravidla přesnější, než při měření kombinovanými snímači, avšak poněkud náročnější na vlastní spotřebu elektrické energie. Příklad povětrnostní stanice s připojenými specializovanými snímači je na obr. 6. Ke každému ze vstupů stanice K 1 až K 4 jsou připojeny jednotlivé snímače. V naznačeném příkladu to jsou snímače venkovní teploty, intenzity osvětlení, deště a rychlosti větru. Obvody povětrnostní stanice jsou napájeny ze sítě 230 V AC a také po sběrnici KNX, na kterou odesílá měřené údaje. Od síťového napájení je odvozeno stejnosměrné pomocné napájení jednotlivých snímačů U. Některé ze snímačů (snímač větru, snímač deště) jsou vybaveny topnými tělísky, která svým trvalým provozem zabezpečují stálé vysoušení a nemožnost nepříznivého ovlivnění funkce (např. zamrznutí). Pro jejich napájení je nutné použít samostatný vyhřívací transformátor. Vyžaduje tedy trvalý odběr elektrické energie pro vyhřívání snímačů, a to i za povětrnostních podmínek takových, kdy vyhřívání a tedy i spotřeba energie pro tento účel jsou zbytečné. Avšak s přídavnými náklady, při využití takto měřených hodnot, by bylo možné vytvořit přídavné regulační obvody pro spínání vyhřívacího transformátoru a takto snížit energetickou náročnost tohoto měření. Obr. 6: Zjednodušené schéma zapojení povětrnostní stanice se čtyřmi snímači Literatura: 1. Materiály asociace KNX 2. Časopisy Elektroinstalatér 3. Firemní podklady ABB 4. Archiv autora