KNX/EIB Celosvětově normalizovaný systém inteligentní instalace (2) Ing. Josef Kunc Noremní požadavky na systémové instalace KNX/EIB Všechny základní požadavky na hardwarové řešení i na činnost systému vychází z noremních požadavků, které jsou od roku 2003 shrnuty v evropských normách (především soubor norem pro elektronické systémy v domech a budovách ČSN EN 50090). Používaná přenosová média a komunikační protokol je součástí evropské normy EN 13221-1 a komunikace prostřednictvím přenosu po IP síti s využitím rozhraní KNXnet/IP je uvedena v normě EN 13321-2. Systém je vytvořen jako otevřený. Pro každého výrobce to znamená snadnou možnost vytvářet a dodávat přístroje a dílčí systémy kompatibilní se systémem KNX/EIB. V roce 2007 byly veškeré noremní požadavky zahrnuty také do celosvětově platných, tedy mezinárodních norem především do souboru norem ISO/IEC 14543. Bezprostředně poté byl KNX/EIB systém zaveden např. do čínských norem. Logo mezinárodní asociace KNX (obr. 1) symbolizuje, že systém KNX/EIB je jediným celosvětově normalizovaným otevřeným systémem pro řízení funkcí v budovách. Obr. 1: Logo mezinárodní asociace KNX Některé z požadavků na hardwarové řešení přístrojů KNX/EIB Všechny přístroje využívané v systémových elektrických instalacích KNX/EIB musí plně vyhovovat požadavkům stanoveným v obecných základních normách týkajících se bezpečnosti před úrazem elektrickým proudem, elektromagnetické kompatibility apod. Nejrozšířenějším a současně také nejspolehlivějším přenosovým médiem v systémových elektrických instalacích je kroucený pár TP1 (Twisted Pair), tedy metalické vedení propojující vzájemně komunikující přístroje umístěné na sběrnici. Pro systém KNX/EIB je stanoveno, že všechny prvky pro tento způsob přenosu musí vyhovovat požadavkům na soustavu bezpečného malého napětí SELV (Security Extra Low Voltage). Na některé parametry přístrojů KNX/EIB jsou však kladeny náročnější požadavky, než je tomu u obdobných parametrů pro elektronické přístroje používané v klasických elektrických instalacích. Znamená to tedy používání kvalitnějších a tedy poněkud dražších elektronických komponentů. Tyto náročnější požadavky jsou shrnuty např. v normě ČSN EN 50090-2-2. Závady na elektronických přístrojích vznikají nejčastěji v důsledku působení přepětí nejen atmosférického původu, ale mnohem častěji přepěťových špiček šířících se po vedeních od spínaných spotřebičů. Čím výkonnější jsou tyto spínané spotřebiče, tím je vyšší napěťová úroveň těchto špiček. Proto je důležité nejen zajištění co
nejdokonalejší ochrany systémové instalace využitím všech stupňů přepěťových ochran, ale také samotné hardwarové řešení přístrojů v těchto instalacích použitých. Proto bylo stanoveno, že veškeré prvky komunikující po sběrnici KNX/EIB musí vyhovovat zkoušce přepěťovými pulsy minimálně 2 kv. Touto zkouškou je zabezpečena alespoň minimální odolnost přístrojů před přepětími vznikajícími z běžných spínacích procesů. Součástí ochrany sběrnice před účinky přepětí je také speciální svodič přepětí kategorie D1 podle normy IEC 61643-21:2002, který zajišťuje ochrannou úroveň pro přepětí nižší než 600 V. Tento svodič je zkoušen rázovou vlnou 10/350 μs, přičemž rázový proud dosahuje hodnoty alespoň 2,5 ka. Podrobnější požadavky jsou uvedeny v KNX specifikacích, které lze nalézt na webových stránkách asociace www.knx.org. Výběr typů a kladení sběrnicového kabelu Pro přenos informací mezi jednotlivými prvky systémové elektrické instalace a současně i pro napájení vstupních elektronických částí (sběrnicových spojek), popř. i všech následujících elektronických obvodů některých přístrojů (např. snímačů) slouží sběrnice, tvořená sdělovacím kabelem (obr. 2). Z požadavků na ochranu před indukováním rušivých signálů na vedení sběrnice vyplývá nutnost použití stíněných kabelů. Pro napájení i pro přenos informací v systému KNX/EIB 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 pomocný prvek, který má být připojen např. ke vstupním svorkám některého z binárních vstupů. U některých nových přístrojů KNX/EIB s vyšší spotřebou (např. snímače s dotykovými displeji) je potřebné zajistit jejich pomocné napájení z pomocného zdroje malého napětí. I pro tento účel je možné použití tohoto druhého páru vodičů sběrnice. Obr.2: Konstrukce sběrnicového kabelu V žádném případě ale nesmí dojít ke snížení parametrů soustavy bezpečného malého napětí SELV, jejímž požadavkům musí vyhovovat napájecí zdroje i všechny přístroje připojené ke sběrnici i ke druhému páru vodičů.
Příslušnost k soustavě SELV vymezuje také požadavek na velikost zkušebního napětí 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 KNX/EIB. Takováto konfekční instalace snižuje montážní pracnost. Jednotlivé přístroje systémové instalace se k tomuto sdruženému vedení připojují speciálními spojkami opatřenými zařezávacími kontakty procházejícími izolací. Je však nutné vzít v úvahu, že takovéto sběrnicové vedení není stíněné a jeho koncepce neodpovídá požadované koncepci vedení sběrnice není dostatečně zaručena ochrana před indukováním rušivých signálů. Pro odlišení od ostatních sdělovacích kabelů je doporučené používat kabely s vnějším pláštěm v zelené barvě.tomu plně vyhovuje např. kabel KSK 224 z tuzemské produkce. Průměry měděných jader vodičů sběrnicového kabelu byly stanoveny na 0,8 mm. Vyhovujícími kabely jsou především YCYM 2x2x0,8, lze použít také JY(St)Y 2x2x0,8. Kabely mají být certifikovány a označeny potiskem KNX, při použití necertifikovaných kabelů je nezbytné, aby kabely byly vyrobeny podle KNX specifikací a byly opatřeny vhodným potiskem např. i-bus apod. protože jedině v těchto případech lze zaručit správné technické parametry sběrnicového vedení, které dovolují: - využití maximálních možných celkových délek vedení v linii nebo segmentu linie 1000 m, - připojení přístrojů v maximální vzdálenosti od zdroje 350 m (tzn. největší možná vzdálenost dvou vzájemně komunikujících přístrojů 700 m), - připojení maximálního přípustného počtu (tedy 64 ks) programovatelných přístrojů v jedné linii nebo v jednom segmentu linie. Za těchto podmínek je zaručena přijatelná úroveň zkreslení přenášených signálů. Předepsaný sběrnicový kabel o délce 1000 m má činný odpor přibližně 72 Ω a parazitní kapacitu asi 0,12 μf (měřeno při kmitočtu 800 Hz). Obr. 3: Přípustné délky sběrnicového vedení v linii
Pokud linie sestává z až čtyř samostatně napájených větví (tedy až pro 256 účastníků), platí omezení této délky samostatně pro každou z těchto větví (segmentů). Zpoždění signálu τ na celé uvedené délce jedné větve linie bude: τ = 72 Ω x 0,12 μf = 9 μs.km -1 Pro zabránění delšímu přenosovému zpoždění, které by prodlužovalo přenos jednoho bitu na dobu delší než 104 μs, vzdálenost dvou vzájemně komunikujících přístrojů na téže linii (segmentu linie) nesmí být větší než 700 m viz obr. 3. Vezmeme-li v úvahu možné odběry sběrnicových spojek a úbytky napětí na činném odporu sběrnice, největší vzdálenost sběrnicové spojky od napájecího zdroje smí být 350 m. Toto platí pro pokles napětí na 21 V, při němž je plně zajištěn spolehlivý provoz všech elektronických obvodů napájených po sběrnici. Pokud bude potřebné použít na jedné větvi linie dva napájecí zdroje, je nutné zabránit tomu, aby se na tlumivkách napájecích zdrojů nenaindukovaly napěťové špičky o příliš vysokých hodnotách. To zajistí délka vedení sběrnice mezi oběma zdroji, která musí být alespoň 200 m (obr. 4). Obr. 4: Dva napájecí zdroje na sběrnici v jedné linii (v jednom segmentu) Samostatně napájená větev (segment) linie smí obsahovat nejvýše 64 přístrojů. Tímto počtem jsou míněny pouze ty přístroje, které obsahují sběrnicové spojky, tedy přístroje programovatelné. Do tohoto počtu se nezahrnují veškeré pomocné přístroje, jako sběrnicové svorkovnice, svodiče přepětí, tlumivky, napájecí zdroje. V elektronickém projektu snadno rozlišíme programovatelné přístroje od pomocných. Ty totiž nejsou opatřeny plnohodnotnou individuální adresou. Udává se u nich pouze příslušnost k oblasti a k linii. Takže namísto individuální adresy ponesou všechny pomocné přístroje na téže linii shodné označení. Např. napájecí zdroj a svodič přepětí náležející 2. linii ve 3. oblasti ponesou shodnou adresu: 3.2.-. U těchto přístrojů je tedy uvedena pouze příslušnost k určité linii, v tomto příkladě k linii 3.2. Při propojování přístrojů v systémové instalaci KNX/EIB 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. Ve skutečných instalacích není použit pouze jediný vzor struktury. Sběrnice je vždy zapojována podle prostorového rozmístění
jednotlivých přístrojů. Běžnou tedy bývá kombinace uvedených tří možností. Zakázanou strukturou je kruhové uspořádání na sběrnici se nikde nesmí uzavřít smyčka. Příklady možných uspořádání zapojení sběrnice jsou na obr. 5, 6 a 7: Obr. 5: Liniová struktura vedení sběrnice Obr. 6: Paprsková (hvězdicová) struktura vedení sběrnice Obr. 7: Stromová struktura vedení sběrnice Literatura: 1. Materiály z www.knx.org 2. Studijní materiály asociace KNX 3. Archiv autora