Projekt: ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ Úloha: Topologie sběrnicových vedení Obor: Elektrikář silnoproud Ročník: 2. Zpracoval: Ing. Jaromír Budín, Ing. Jiří Šima Střední odborná škola Otrokovice, 2009 Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
ESII-03 TOPOLOGIE SBĚRNICOVÝCH VEDENÍ 1 Popis Doba, kdy jsme si vystačili se základními zapojeními, jako byly vypínače, stykačové kombinace atd., je zřejmě pryč. Nastupuje nový fenomén - domovní automatizace. Tato skutečnost udělá čáru za těmi, kteří ve svém odborném vzdělávání ustrnuli v minulém tisíciletí. Jedná se o tzv. inteligentní systémy, které jsou určeny především pro spínání, regulaci, měření, sledování stavů a předávání hlášení v budovách. Ovládací a spínané prvky jsou mezi sebou propojeny společnou datovou sběrnicí (BUS). Po této dvouvodičové datové sběrnici si vyměňují vzájemně informace v tzv. telegramech, které např. po stisku tlačítka přístroj vyšle na sběrnici, která v podobě kabelu prochází celou budovou, a jsou s ní spojeny další přístroje systému. Ovšem jen některé přístroje jsou naprogramovány tak, aby na telegram určitého tlačítka "nějak" reagovaly. Sběrnici lze klást souběžně se silovým vedením nn v trubkách či pod omítkou. Sběrnice v podobě datového kabelu je stíněná, tedy od případných interferencí odrušená. BUS systémy se od sebe liší provedením, datovými telegramy, úrovní napětí na sběrnici a systémem řízení. Existují sběrnicové systémy, které jsou řízeny centrálně, ovšem nás zde zajímá tzv. decentralizovaný systém. To znamená, že systém není vložen do žádného "centrálního mozku", žádné ústředny, ale celá inteligence systému je ukryta v jednotlivých přístrojích. Jednotlivými přístroji chápeme vysílače a přijímače povelů. U "decentralizovaného" systému se případná závada projeví výpadkem např. jedné funkce. Nestane se tedy, že by "vyhořela" centrála a vše by přestalo fungovat. Z toho vyplývá, že vzniká možnost tvorby důmyslných vazeb, které by bylo možno pomocí jiných systémů vytvořit, ovšem např. za pomocí více vodičů, a případná systémová změna by také mohla znamenat "chopit se kladiva a sekáče". Tedy, že by bylo nutno zasahovat do rozvodů. V případě systémů na datové sběrnici je možno (při správné instalaci) konfigurace měnit na základě svých aktuálních potřeb, a to softwarově. Datová sběrnice (BUS) ve formě stíněného kabelu (2x2x0,8) má dvě funkce - napájí jednotlivé přístroje (4V - 24V) a přenáší datové telegramy. Tento úkol plní pouze jeden pár vodičů v kabelu, ten druhý je záložní pro případ nějakého dalšího obvodu nebo pro případ poruchy páru prvního.
Je vhodné novostavbu nebo rekonstruovanou budovu opatřit touto "všudepřítomnou" datovou sběrnicí, a to pro případ, že se jednou rozhodnete použít (třeba jen část) systémové instalace. Pak je také dobré použít hlubších elektroinstalačních krabic, a to pro případ, že byste chtěli použít v budoucnu např. spínací členy pod zásuvkou. Je tedy zřejmé, že celý systém se skládá z jednotlivých přístrojů, které mají své adresy, které jsou pak použity v komunikaci. Jednoduše přístrojům přikážete za jakých podmínek a na jaké adresy reagovat. Zcela evidentní decentralizovaný systém ovšem můžete ovládat, nastavovat z jednoho, a to libovolného místa na sběrnici. Přidání dalšího přístroje do systému je opravdu jednoduché. Zde je postup: 1. Přidat přístroj. 2. Připojit ke sběrnici. 3. Nastavit nové parametry příslušným přístrojům, které mají být součástí ovládání nebo spínání. Požadavek na vyšší výkonnost a lepší využití zařízení budov vedl k zavedení systémového řízení pro zařízení budov. Systém instalační sběrnice v budovách umožňuje inteligentní instalaci měření, regulaci, řízení, signalizaci a sledování, např. klimatizace kancelářské budovy. Systém instalační sběrnice slouží k přenosu informací a je napájen ze sítě. Jednotky tohoto systému, např. spínače, senzory, ovládací zařízení a měřicí snímače, si mohou vyměňovat informace v digitální formě. Tím se snižují instalační náklady, protože kromě instalační sběrnice není nutné žádné doplňující řídicí vedení. Za účelem sjednocení na evropském trhu vytvořili hlavní výrobci elektrických přístrojů v roce 1992 podle sběrnice Instabus systém EIB (European Instalation Bus), který se také nazývá Instabus. Ten umožňuje používat přístroje různých výrobců ve stejném systému jedné instalační sběrnice. Systém instalační sběrnice v budovách 2 Instabus Instabus firmy Siemens je předchůdcem EIB a používá dvouvodičovou sběrnici. Na sběrnici se připojují moduly (jednotky) sítě. Tento systém je napájen malým napětím (DC 24 V) ze zdroje jištěného proti zkratu. Jednotky se dělí na senzory, aktivní prvky (aktory) a systémové komponenty (moduly). Senzory, např. tlačítka nebo teplotní čidla snímají fyzikální veličiny,
odvozují z nich signál a ten vysílají na sběrnici. Ovladače (aktory), např. cívky stykačů nebo stmívače, zachycují jim adresované vysílané signály a realizují odpovídající akce, např. zapnutí motoru nebo ztlumení světel. Systémové komponenty plní nezávislé obslužné funkce, např. napájení sběrnice nebo spojení větví sběrnice. Zařízení Instabus se skládá minimálně z jednoho ovladače, jednoho senzoru a systémových komponentů. Každá jednotka, popř. každý účastník, jsou připojeni přípojkou na sběrnicové vedení a mají vlastní mikrokontrolér. Tím je možná výměna informací mezi jednotkami bez nadřazeného centrálního řízení, např. centrálního počítače. Systém EIB je tedy decentralizovaný řídicí systém. Počet účastníků sběrnicového systému je omezen. Na jedné lince (linkové přípojce) může být připojeno až 64 účastníků, tj. ovladačů a senzorů (obr. 2). Každá linka potřebuje vlastní napájení, 12 linek se připojuje na hlavní okruhovou sběrnici. V největších systémech EIB se může spojit pomocí okruhových přípojek až 15 okruhů. Z toho vyplývá maximální počet účastníků 12 x 64 x 15 = 11 520. Skladba systému instalační sběrnice Informace, která má být zpracována, se dostane při odesílání přes linkovou přípojku na sběrnici. Přípojka odesílá a přijímá data, ukládá je a zajišťuje napájení elektroniky. Pokud je např. aktivován senzor, vyšle na sběrnici zprávu s adresou. Všechny ovladače přečtou zprávu, přičemž je aktivován jen ten ovladač, jehož adresa je obsažena ve zprávě. Zpráva se skládá z řady znaků. Adresové pole obsahuje adresu zdroje i cíle a data. Naměřené hodnoty se přenášejí přes datové pole. Přes fyzickou adresu může být osloven a identifikován každý účastník. Kromě fyzické adresy existuje ještě skupinová adresa. Ta umožňuje současné oslovení více účastníků pomocí jedné datové zprávy.
3 Sběrnicové vedení a instalace Struktura (topologie) instalační sběrnice v budovách může být lineární, hvězdicová nebo stromová. Jsou možné i kombinace těchto topologií. Kruhové vedení není dovoleno. Většinou je sběrnice připojena k jednotkám speciálními konektory. Přitom je třeba dbát na maximální délky vedení. Pokud délka vedení překročí 700 m, popř. 1 000 m, je třeba použít zesilovače. Při instalaci vedení nesmí být ani stínicí fólie ani žádný vodič připojeny na zem. Po instalaci vedení sběrnice je třeba provést zkoušku vodivosti a správné polarity a výsledky měření zaprotokolovat. Silová vedení, např. kabely, nesmějí být z důvodu nebezpečí záměny použita jako sběrnice. Účastnické jednotky sběrnicového vedení mohou být v rozvodech instalovány buď do omítky, na omítku, nebo v koncových přístrojích, např. svítidlech. Před montáží nebo při montáži se naprogramuje fyzická adresa přístroje pomocí počítače a softwaru. Fyzickou adresu převezme příslušná jednotka stisknutím programovacího tlačítka (obr. 3). Důležité je jednoznačné, trvalé a čitelné označení vedení a přístrojů (obr. 3). V elektroinstalačních a půdorysných plánech je třeba uvést trasy vedení, adresy a účastníky zapojení. Tím se zabrání možným chybám při pozdějším rozšiřování. Příklady značení EIB
4 Topologie sběrnicových vedení Rozlišujeme čtyři různé struktury sběrnicových vedení. Kruhová struktura Lineární struktura Stromová struktura Hvězdicová struktura
5 Otázky k měřené úloze 1. Jaký je význam společné datové sběrnice (BUS)? a) Po této dvouvodičové datové sběrnici si vyměňují vzájemně informace v tzv. telegramech, které např. po stisku tlačítka přístroj vyšle na sběrnici, která v podobě kabelu prochází celou budovou, a jsou s ní spojeny další přístroje systému. b) Pro instalaci nemá význam. c) Po této jednovodičové datové sběrnici si vyměňují vzájemně informace v tzv. telegramech, které např. po stisku tlačítka přístroj vyšle na sběrnici, která v podobě kabelu prochází celou budovou, a jsou s ní spojeny další přístroje systému. 2. Jaké jsou výhody tzv. "decentralizovaného" systému zapojení v konvenční elektroinstalaci? a) Oproti klasické elektroinstalaci nemá velké výhody. b) U systému se případná závada projeví výpadkem např. jedné funkce. Nestane se tedy, že by "vyhořela" centrála a vše by přestalo fungovat. Systém není vložen do žádného centrálního místa mozku, ale celá inteligence systému je ukryta v jednotlivých přístrojích. c) Výhodou decentralizovaného systému je, že se systém uloží do centrálního místa a tam je v případě poruchy možná rychlá oprava. 3. Jaká může být struktura (topologie) instalační sběrnice? a) Lineární, hvězdicová nebo stromová. Jsou možné i kombinace těchto topologií. b) Jedině kruhová. c) Instalační sběrnice nerozlišuje strukturu (topologii) vodičů. 4. Mohou být použita silová vedení jako sběrnice? a) Ano. b) Ano, ale s použitím výstražné tabulky Pozor, sběrnicová vedení. c) Silová vedení, např. kabely, nesmějí být z důvodu nebezpečí záměny použita jako sběrnice. 6 Řešení 1a); 2b); 3a); 4c)
7 Kritéria hodnocení Známka Kritéria 1 4 správné odpovědi 2 3 správné odpovědi 3 2 správné odpovědi 4 1 správná odpověď 5 0 správných odpovědí INTERNETOVÉ ZDROJE WWW: < http://elektrika.cz >. WWW: < http://www.moeller.cz >.