Sterowanie w instalacjach magistralnych

Najczęściej za pomocą specjalnego przewodu sterowniczego (zwanego magistralnym), fal radiowych lub sieci komputerowej. Istnieją rozwiązania wykorzystujące do przesyłania poleceń sterowniczych przewody energetyczne służące do zasilania względnie jedną z żył przewodów zasilających oraz dodatkową żyłę w tym samym oprzewodowaniu budynku. Są to jednak rozwiązania rzadko spotykane. Rozwój idzie w kierunku uniwersalizacji, tj. wykorzystywaniu wszelkich dostępnych mediów. Przykładem takiego rozwiązania jest system KNX wykorzystujący wszystkie trzy podstawowe media, choć podstawowym pozostaje dwuparowa skrętka miedziana. Na poziomie centralnym, coraz częściej korzysta się z sieci komputerowych łączących ze sobą w jeden organizm różne, często odległe instalacje. Natomiast transmisja radiowa w KNX, jako znacznie bardziej zawodna od przewodowej, jest często wykorzystywana lokalnie. Wtedy, gdy do jakiegoś miejsca nie można doprowadzić przewodu lub jest to nieopłacalne, a jest potrzeba sterowania z tego miejsca lub dokonywania tam jakichś pomiarów, np. promieniowania słonecznego.

Współczesna instalacja składa się z trzech grup urządzeń. Pierwsza z nich odpowiada za kontakt instalacji z człowiekiem. W tej grupie znajdują się wszelkie urządzenia obsługowe, począwszy od zwykłego pstryczka do komputerów i urządzeń mobilnych. Drugą stanowią urządzenia połączone galwanicznie z odbiornikami, realizujące wszelkie polecenia łączeniowe i sterownicze docierające za pośrednictwem któregoś z mediów komunikacyjnych. Trzecią grupą są urządzenia przetwarzające dane oraz zapewniające działanie całych systemów. Za ich pomocą buduje się strukturę. One też służą do przetwarzania sygnałów jednego rodzaju na innych. Do tej grupy należą bramki do innych systemów oraz serwery. Elementy każdej z tych grup decydują o faktyczne funkcjonalności całej instalacji. Jednak z punktu widzenia użytkownika liczy się, niemal wyłącznie, tylko pierwsza grupa. Grupa umożliwiająca człowiekowi sterownia oraz odpowiedzialna za przekazywanie informacji o stanie instalacji.

W instalacji magistralnej, tj. przesyłającej informacje sterownicze za pomocą wyspecjalizowanego medium, każda informacja może wszędzie dotrzeć (jeśli nie zostanie świadomie odfiltrowana). Dzięki temu, w każdym punkcie instalacji można odczytać dowolną informację, jak też wysłać z niego każdą informację. Zakres funkcji możliwych do zrealizowania w jakimś punkcie zależy od jego wyposażenia.

Najprostszymi urządzeniami sterowniczymi mogą być zwykłe wyłączniki lub przyciski dzwonkowe, choć nie da się ich przyłączyć bezpośrednio do przewodu magistralnego (fot. 1.).

Ale można to uczynić za pośrednictwem tzw. wejść binarnych, tj. urządzeń monitorujących stan przyłączonych do nich styków. Wejście binarne jest złączem pomiędzy analogowym urządzeniem elektromechanicznym a magistralą. Na każdą zmianę stanu przyłączonych styków reaguje wysłaniem informacji do magistrali. Wejście binarne reaguje na każde stałe lub chwilowe otwarcie, lub zamknięcie styku, a także na czas jego trwania (dzięki temu możliwe jest ściemnianie czy przestawianie listew w żaluzjach). Te same wejścia binarne mogą dodatkowo przekazywać zwrotnie podstawowe informacje. W trakcie projektowania i uruchamiania można je wykorzystywać także do sygnalizacji za pomocą LED. Gdy, np. przycisk lub wyłącznik jest wyposażony w niezależne podświetlenie LED, to można ją załączać i wyłączać na polecenia otrzymywane z magistrali. Ta sygnalizacja może dotyczyć dowolnych informacji, które da się przekazywać dwustanowo.

Może to być na przykład informacja zbiorcza o tym, że wszystkie żaluzje zostały opuszczone do końca. W magistralnych instalacjach nawet najprostszy łącznik elektryczny może być używany do realizacji dowolnej funkcji. W zależności od tego, jak zostanie zdefiniowane przyłączone do niego złącze. Np. do załączania, ściemnianie, sterowania żaluzjami czy markizami, opuszczania wszystkich rolet jednocześnie w całym domu, zmiany panującej (zadanej) temperatury, przywoływania scen (bez ograniczenia ilości biorących w niej udział urządzeń i instalacji) i praktycznie każdej funkcji, która da się wysterować za pośrednictwem (odpowiednio przetworzonego) impulsu elektrycznego. Uniwersalnym rozwiązaniem jest urządzenie wielofunkcyjne Multistation Jung. Można do niego przyłączać 6 grup przycisków (wyłączniki też mogą być przyłączane, ale pojedynczo, natomiast przycisków zwiernych połączonych równolegle może być dowolna ilość. Dodatków można doń podpiąć dwa zewnętrzne czujniki temperatury. Natomiast wyjścia mogą być wykorzystywane do załączania 6 obwodów lub sterowania trzema napędami żaluzjowymi. Można też, za pomocą tego jednego urządzenia, sterować dwie pętle grzewcze.

Kolejnym rodzajem urządzeń są przyciski monostabilne, niczym nieróżniące się pod względem wyglądu od zwykłych wyłączników i przycisków (od pojedynczych do poczwórnych) z wbudowanymi złączami magistralnymi. Zakres funkcji, do których można je wykorzystywać jest podobny do wyżej opisanych. Zaletą ich jest zwarta konstrukcja i niska cena. A także zwykły wygląd, szczególnie pożądany w miejscach, których ktoś chciałby ingerować w instalację, np. w szkołach czy obiektach publicznych. Bardziej skomplikowane są przyciski zaprojektowane specjalnie do instalacji magistralnych. Przyjmują one różne formy. Mogą posiadać różne ilości klawiszy czy przycisków. Od jednego do 6 klawiszy, od jednego do 12 przycisków. W zależności od potrzeb, każdy klawisz względnie przycisk można wykorzystać do innych funkcji.

Przykładem tego jest 6 klawiszowy przycisk KNX Gira. Każdy z klawiszy może być przyciskany ze strony lewej lub prawej, a także na środku. Najprostszym wykorzystaniem klawisza, np. przycisku wieloklawiszowego, jest przyporządkowanie mu funkcji załączanie i wyłączania. Pojedynczej lampy, dowolnej grupy lamp lub nawet wszystkich znajdujących się w jakiejś przestrzeni. Na klawiszu można umieścić napis informujący o jego przeznaczeniu oraz piktogramy (lub napisy) określające konkretną funkcję. Na przykład naciśniecie lewej strony powoduje załączenie, a lewej wyłączenie. Na krańcach klawisza znajdują się LEDy sygnalizujące stan obsługiwanego obwodu (lub też innego urządzenia). Ten sam klawisz można zaprogramować do załączania i wyłączania dwóch lamp. Kolejnymi przyciśnięciami załącza się i wyłącza na przemian żyrandol (lewą stroną klawisza) i kinkiet prawą. Odpowiednie LED-y mogą wskazywać aktualny stan lampy lub też stan przeciwny, tj. świecić, gdy obwód jest wyłączony. Ten sam klawisz da się wykorzystać do załączania i wyłączania nawet 4 różnych lamp, choć ze względów praktycznych (trudno spamiętać) raczej się tego nie robi. Tak sparametryzowany klawisz obsługiwany jest za pomocą krótkich i długich naciśnięć. Krótkie powinny trwać poniżej 0,5 s (czasem 0,4 s), a długie powyżej 0,5 s. Ta bariera czasów jest tak dobrana fabrycznie, aby obsługa nikomu nie sprawiała kłopotu. Jednak na życzenie użytkownika czas ten można określić inaczej. W pokazanym przypadku kolejnymi krótkimi przyciśnięciami lewej strony klawisza załączany i wyłączany jest żyrandol, a dłuższymi lampa stojąca. Analogicznie prawa strona służy do zapalania i gaszenie kinkietu i lampki nocnej. W skrajnym przypadku sześcioklawiszowy przycisk KNX można zaprogramować do sterowania 24 (6x4) załączanymi obwodami.

Lampy ściemniane sterowane są także za pomocą długich i krótkich naciśnięć. Krótkie odpowiadają za załączanie i wyłączanie, a długie za rozjaśnianie i ściemnianie. Przykładowo krótkim przyciśnięciem lewej strony załącza się przyporządkowane oświetlenie na pełną jasność (lub na ustawioną wartość), natomiast długim rozjaśnia. Rozjaśnianie następuje płynnie od stanu aktualnego. Jeśli proces rozpoczyna się od wyłączonej lampy, to najpierw załącza się ona na wartość minimalną i potem powoli (prędkość do określenia w trakcie programowania) do wartości maksymalnej lub do wartości osiągniętej w momencie zwolnienia przycisku. Prawą stroną lampa jest wyłączana lub ściemniana. Ten sam klawisz inaczej sparametryzowany można wykorzystać do dwóch lamp. Wtedy działanie będzie analogiczne, ale naprzemienne. Kolejnymi krótkimi lampa będzie za – i wyłączane. A długimi rozjaśniana i ściemniana, począwszy od stanu wyjściowego, aż do całkowitego wyłączenia. Taki sam klawisz służyć może także do obsługi żaluzji (z listwami ustawianymi pod różnymi kątami) i rolet oraz wszelkich innych napędów.

Zarówno zasilanych napięciem przemiennym, np. 230 V AC lub stałym (zwykle od 12 do 48 V DC). Od strony obsługi jak też klawisza sposób zasilania napędu nie ma żadnego znaczenia. Funkcjonalność pozostaje niezmienna. Podobnie jak w przypadku oświetlenia jeden klawisz może być wykorzystany do obsługi pojedynczego napędu lub dowolnej ich grupy. W ilustrowanym przypadku klawisz jest przyporządkowany żaluzji w kuchni. Dłuższymi przyciśnięciami (powyżej 0,5 s) inicjuje się opuszczanie (zazwyczaj lewą stroną) lub podnoszenie (prawą). Po puszczeniu przycisku ruch jest kontynuowany aż do osiągnięcia odpowiedniego punktu krańcowego. (W przypadku jakiejś blokady mechanicznej napęd sam się wyłączy po przekroczeniu czasu zaplanowanego dla tego ruchu, dzięki czemu ochroni silnik przez przegrzaniem.) Krótkie naciśnięcia służą, w przypadku żaluzji, do zmiany kąta ustawienia listew. Ruch odbywa się krokowo, to znaczy, że każde naciśnięcie powoduje przestawienie listew o zaplanowany kąt. Z jednej strony ruch lewostronny z drugiej prawostronny. Takie działanie osiągane jest tylko wtedy, gdy w chwili wyjściowej napęd znajduje się w spoczynku. Gdyby w momencie krótkiego naciśnięcia, obojętnie lewego czy prawego przycisku), napęd znajdował się w ruchu, to zostałby on zatrzymany. W wypadku przeznaczenia klawisza do niezależnej obsługi dwóch napędów działanie jest analogiczne. Jedyną różnicą jest to, że funkcje te, podobnie jak przy ściemnianiu, działają naprzemiennie. Kolejnymi przyciśnięciami zmienia się kierunek, z opuszczania na podnoszenie (rys. 1.).

Na tym nie kończą się możliwości wykorzystania klawisza. Dość często używaną funkcją jest przywoływanie scen. Jeden klawisz może bezpośrednio przywoływać dwie sceny. Każda ze scen może obejmować wiele różnych urządzeń (zapamiętywanych w innych urządzeniach wykonawczych lub przetwarzających informacje). Reakcją na przywołanie sceny jest odwołanie się do wcześniej określonych stanów. Każda lampa wykorzystywana w scenie przybiera odpowiednią wartość ściemnienia. Każda żaluzja osiąga zadaną pozycję oraz zadany kąt ustawienia listew. W ramach scen można definiować temperaturę, a także załączać urządzenia audio-wideo. Oprócz polecenia scen przyciski mogą wysyłać telegramy z zapamiętanymi wartościami do innych urządzeń. Telegramy mogą być odbierane, m.in. przez serwery, które na otrzymany sygnał rozpoczynają jakieś sekwencje działań. Także wymagające obliczeń matematycznych czy spełnienia określonych warunków logicznych. Za pomocą przycisków można także blokować działanie jakichś urządzeń, wymuszać określone stany.

Diody LED przede wszystkim służą do sygnalizowania stanów sterowanych nimi obwodów. Dodatkowo możliwe jest alarmowanie realizowane za pośrednictwem mrugania wszystkich diod. Przyciski magistralne mogą być wyposażane w czujniki temperatury, której wartość jest wysyłana do wyrobników grzewczych lub regulatorów temperatury. Odmianą są przyciski z wbudowanymi wyświetlaczami i regulatorami temperatury. Służą one do utrzymywania stabilnej temperatury w okresach wyznaczonych przez kilkudziesięciopozycyjny zegar powodujący załączanie odpowiednich trybów pracy w wybranych przedziałach czasowych. Regulatory pracują w czterech trybach: komfortowym, oczekiwania, nocnym i ochronnym (ochrona przez zamarzaniem względnie przegrzaniem). Pomiar dokonywany jest za pomocą wbudowanego czujnika temperatury lub dodatkowo przyłączanej sondy termicznej. Sama regulacja może być ciągła za pomocą napędów zaworów termostatycznych płynnie regulujących przepływ czynnika grzewczego lub w przypadku dwustanowych napędów za pośrednictwem algorytmu PWM względnie histerezy.

Kolejną grupą urządzeń obsługowych są różnego rodzaju czujniki wartości fizycznych. Oprócz wspomnianego czujnika temperatury często wykorzystywane są czujki ruchu, obecności, wilgotności, stężenia różnych gazów, wilgoci, przecieku. Możliwe jest też wykorzystywania w systemie wskazań analogowych i cyfrowych czujników dowolnych wartości fizycznych. Zarówno dwustanowych, jak też posiadających znormalizowany sygnał wyjściowy (najczęściej 0 – 1 V DC, 0 – 10 V DC, 0 – 20 mA DC i 4 – 20 mA DC). Za pomocą wejść analogowych KNX każdy sygnał może zostać odpowiednio skalibrowany i wyświetlany na urządzeniach wyposażonych w ekrany oraz wykorzystywany do regulacji, a także do alarmowania, gdy poziom mierzonej substancji zostaje przekroczony. Równocześnie z alarmem może zostać uruchomione, np. przewietrzanie.

Do urządzeń obsługowych zaliczają się także, różnej wielkości, panele dotykowe oraz urządzenia mobilne. Panele dotykowe mogą mieć przekątne od kilku do kilkudziesięciu cali. A ich funkcjonalność jest niemal nieograniczona. Kilka z funkcji można zilustrować na przykładzie G1 Gira, do którego montażu potrzebna jest tylko jedna puszka podtynkowa. Pozwala on na sterowanie całym wyposażeniem domu dodatkowo oferując funkcje zwykłego przycisku, wideodomofonu, zegara, stacji pogodowej jak też wyświetlacza stanów i obrazów z kamer. Na wspomnienie zasługuje pierwsza reakcja G1 na zbliżenie i dotyk. Najpierw samoczynnie załącza się podświetlenie ekranu, a po dotknięciu dłonią załącza się pierwsza funkcja, która może być załączenie jakiejś lampy, jednej lub kilku, na określoną jasność. Albo dowolna inna reakcja, na przykład przywołanie sceny dotyczącej nawet wszystkich urządzeń znajdujących się w danym pomieszczeniu (np. oświetlenie, żaluzji, klimatyzacji, muzyki …) (fot. 3.). 

Następnie pojawia się widok umożliwiający szybkie przejście przez menu do potrzebnych funkcji, z których część może być dostępna bezpośredniego z tego widoku. Ale podstawowymi kafelkami na wyświetlaczu są te, które prowadzą do konkretnych rejonów domu (pomieszczeń lub stref) lud do wybranych instalacji albo też spisu wszystkich realizowanych funkcji.

 Sterowanie automatyczne nie wyklucza sterowania ręcznego. Po wybraniu konkretnego pomieszczenia w przypadku ogrzewania lub jakiejś grupy (lub pojedynczej) lamp względnie żaluzji lub rolet, można precyzyjnie określić pożądany stan (fot. 4.).

Jeszcze większe możliwości daje zastosowanie serwera KNX, który umożliwia wykorzystywania do obsługi, kontroli, sterowania i monitoringu dowolnych urządzeń wyposażonych w ekrany. Przyjęcie takiego rozwiązania umożliwia, nie tylko korzystanie z wyspecjalizowanych paneli dotykowych (montowanych na stałe), ale też z komputerów, notebooków, tabletów, smartfonów i ajfonów.

Za ich pomocą można, korzystając z menu, obserwować stany wszystkiego, co się w domu znajduje i sterować każdym z nich, indywidualnie, grupowo i centralnie. W dobie ograniczania zużycia energii przydatne będą wykresy zużycia poszczególnych mediów z możliwością porównywania przebiegów wzgl. stanów z poprzednimi okresami. W przypadku wykrycia niepożądanych zjawisk, np. wykrycia CO, stłuczenia szyby, pęknięcia rury, zadziałania wyłącznika nadmiarowego lub różnicowego, albo przekroczenia zużycia jakiegoś medium, samoczynnie włącza się tryb alarmowy. Instalacja podejmuje kroki zapobiegające powstawaniu szkód, np. zamyka dopływ wody, gdy przeciek, przewietrza pomieszczenie po wykryciu czadu, opuszcza żaluzje tam, gdy rozbita szyba… Równocześnie powiadamia użytkownika o zdarzeniu. Może też wysłać telefonicznie komunikat słowny do sąsiada lub odpowiednich służb miejskich. Także, gdy ktoś naciśnie przycisk wideodomofonu, to może on być widziany i słyszany na każdym z urządzeń obsługowych, także mobilnych. A w przypadku włamania system nie ogranicza się do powiadomienia. Od razu archiwizuje (na dysku lub w chmurze) nagrania, które ułatwią identyfikację sprawcy.

Systemy automatyki domowej działają w oparciu o magistrale informacyjne. Przewodowe lub bezprzewodowe. Dzięki przesyłaniu komunikatów za pomocą wspólnego medium, każda informacja może zostać pobrana z każdego miejsca i dotrzeć może do każdego miejsca, urządzenia. Zakres kontrolowanych parametrów otoczenia jest właściwie nieograniczony. Wszystko, co jest istotne dla użytkownika można rozpoznać, pomierzyć i wykorzystać do sterowania i/lub archiwizacji. Podobnie każde polecenie sterownicze może zostać wysłane przez uprawnione osoby z dowolnego miejsca na świeci. Przykładowo jednym SMS-em można z lotniska, tuż przed odlotem, uzbroić instalację alarmową, wyłączyć wszystkie gniazda wtyczkowe, opuścić żaluzje. A także uruchomić automatyczne podlewanie ogrodu i symulację obecności. Możliwości sterownicze instalacji magistralnych rosną wraz z potrzebami i oczekiwaniami użytkowników.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!