inteligentne inštalacije

INTELIGENTNE INŠTALACIJE
Upravljamo lahko:






ogrevanje in ohlajevanje prostorov,
prezračevanje,
razsvetljavo,
dostop in varnost,
žaluzije, rolete, zavese in podobno,
avdio/video naprave.
Prednosti sistema inteligentne inštalacije:
prilagodljivost uporabniku (več možnosti prilagajanja željam naročnika)
preprostejša nadgradnja in sprememba krmilja
povezljivost posameznih delov inštalacije v celoto (mreža)
varčevanje z energijo
lažji nadzor in upravljanje objekta





Zgradba inteligentne inštalacije:



programirljivi krmilniki – manjše krmilje (en prostor, ena ali več naprav)
mreža programirljivih krmilnikov – stanovanja, hiše,večji objekti, ladje (npr. LON, BACnet)
mreža "inteligentnih" elementov inštalacije – KNX/EIB inštalacije
http://www.bacnet.org/
Programirljivi krmilniki (PLK)
So naprave, ki nam omogočajo izvedbo prilagodljivih krmilnih in regulacijskih vezij. Upravlja jih mikrokontroler.
Program, po katerem krmilnik dela, sestavimo na osebnem računalniku z ustreznim programskim orodjem, ki nam
omogoča ta program tudi shraniti v pomnilnik krmilnika.
Poznamo manjše izvedbe krmilnikov ter večje in zmogljivejše (industrijske). Manjše izvedbe imajo določeno število
vhodnih in izhodnih priključkov ter možnost komunikacije z osebnim računalnikom. Nekateri imajo še LCD
prikazovalnik, nekaj tipk za upravljanje ter možnost dodajanja nekaj vhodov ali izhodov. Večje (industrijske)
sestavljamo v (skoraj) poljubne konfiguracije. Število in tip priključkov izberemo glede na posamezni primer uporabe.
Take krmilnike lahko med seboj povezujemo v mrežo, v kateri imamo lahko tudi enega ali več nadzornih računalnikov
(SCADA).
Vhodi krmilnikov so lahko digitalni in analogni. Vhodne napetosti za digitalne vhode so za logično vrednost 0 enake 0 V
(oz. nepriključen vhod), za logično vrednost 1 pa je napetost enaka napajalni napetosti. Območje vhodne napetosti za
analogne vhode je od 0 V do 10 V, tokovno območje pa je od 0 oz. 4 mA do 20 mA. To napetost ali tok A/D pretvornik
pretvori v večbitno binarno vrednost.
Izhodi so lahko digitalni ali analogni. Digitalni izhodi so lahko realizirani z relejskim kontaktom (NO ali NC), bipolarnim
tranzistorjem ali triakom. Omogočajo vklop bremen s porabo toka do 10 A. Na analognih izhodih lahko dobimo
napetost v območju od 0 V do 10 V ali tok od 0 oz. 4 mA do 20 mA. Napajalne napetosti so:


12 V/24 V DC (nekateri tudi AC)
110 V-240 V AC
Programiranje krmilnikov:


direktno na krmilniku (pogoj je LCD zaslon in tipke) – mali krmilniki
z osebnim računalnikom (proizvajalčev programski paket)
Načini programiranja krmilnikov:



funkcijski blokovni diagram (FBD)
lestvični diagram (LD)
strukturiran tekst (ST)
Večji proizvajalci krmilnikov:









MITSUBISHI
SIEMENS
MOELLER (EATON)
OMRON
ALLEN BRADLEY (Rockwell Automation)
HITACHI
...
SMARTEH (SLO)
ROBOTINA (SLO)
Manjši modeli krmilnikov:
MITSUBISHI Alpha
SIEMENS LOGO!
MOELLER Easy
OMRON ZEN
ALLEN BRADLEY Pico
Primer manjšega krmilnika:
MITSUBISHI Alpha
1. Značilnosti:
a)
b)
napajalna napetost (24V DC ali 100V  240V AC)
vhodi (4 – 12):
 digitalni
 analogni (verzija z DC napajanjem)
c) izhodi (2 – 8)
 relejski (do 8A)
 tranzistorski (samo nekatere verzije z DC napajanjem; do 1A)
d) dodatni vhodi (8) – tipke na krmilniku
e) LCD prikazovalnik
Boljše verzije omogočajo komunikacijo z GSM aparati, vzdrževanje na daljavo, priključevanje perifernih enot s serijsko
komunikacijo (RS-232) in podobno.
2. Programiranje krmilnika


direktno (na krmilniku)
s pomočjo računalnika (programski paket ALPCSWIN): omogoča simulacijo
komunikacijo z njim – lahko ga tudi upravljamo z računalnikom (način Monitor)
delovanja
Programski paket ALPCSWIN:
Upravljanje s
krmilnikom
Elementi za
programiranje
Izhodi
Vhodi
Zagon
simulatorja
krmilnika
ter
Primer zmogljivejšega krmilnika:
SMARTEH LPC-2 krmilniki
Moduli
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Krmilna enota (MC3, MC7, MC8, MC9)
Digitalni vhodi (DI1 – DI8, I16)
Digitalni izhodi (DO1 – DO4, DO6 – DO9, O16)
Analogni moduli (A01 – A04)
Posebni moduli (ID1 – ID3, RTC, IR1V, P01, P02, ...)
Regulacijski moduli (DD2)
HMI terminali (OT1, DU1, PC2)
Komunikacijski moduli (NL1, NE1, DL1, EO1, C05)
...
Programiranje
LPC Composer – sestavljanje željene konfiguracije
LPC Manager – programiranje krmilnika
SMARTEH katalog 2012
Povezovanje v LON mrežo
LON (Local Operating Network) – lokalno omrežje za izmenjavo podatkov med mikroprocesorji
Razvilo podjetje Echelon Corporation (ZDA) - predstavili leta 1990
Vsaka naprava v omrežju naj bi bila sposobna komunicirati z ostalimi, ne glede na proizvajalca naprave ter opravljati
svoje naloge (izvajati svoj program) – protokol (objavljen leta 1996).
Uporaba:




ogrevanje, hlajenje, prezračevanje (HVAC – Heating, Ventilation and Air Conditioning)
razsvetljava
okna in vrata (žaluzije, rolete, vhodna in garažna vrata, ...)
požarni in vlomni alarmi in drugo
Prednosti LON-a:





senzorji in izvršilni členi so "inteligentni" (svoj P), lahko si direktno izmenjujejo podatke,
ne potrebujemo centralnega nadzornega sistema,
informacije se obdelujejo lokalno (posamezna naprava),
zmanjšano število žic in kablov,
odprte možnosti razširitev omrežja.
Komuniciranje med elementi LON mreže lahko poteka po naslednjih poteh:





povezava s sukano parico (Twisted Pair),
po inštalaciji omrežne napetosti,
brezžično (RF),
po koaksialnih kablih,
po optičnih kablih.
Topologija omrežja je prosta, ni predpisane zgradbe:
Prenos podatkov po omrežju:
Naprave si izmenjujejo podatke preko mrežnih spremenljivk:

vhodne mrežne spremenljivke (nvi)

izhodne mrežne spremenljivke (nvo)
S programskim orodjem (LonMaker) povežemo med seboj izhodne in vhodne mrežne spremenljivke v posameznih
vozliščih mreže. Iz paketa vseh spremenljivk tako posamezna naprava prebere podatek, ki je namenjen njej, ali v
paket odda določen podatek, ki je na mreži dostopen drugim napravam (vozliščem).
KNX/EIB inštalacije
Značilnosti sistema
Sistem KNX/EIB je decentraliziran, modularno grajen sistem, ki ne zahteva centralnega mesta krmiljenja in ga je
možno enostavno nadgrajevati. Elementi KNX/EIB inštalacij so:




senzorji (dajalniki informacij)
stikala
binarne vhodne enote
senzorji gibanja
senzorji temperature, vetra
vremenske postaje
...
aktuatorji (izvajalniki informacij)
binarne izhodne enote
regulatorji moči
vizualizacija
LCD prikaz
prikaz na ekranu PC-ja
sistemske enote
napajalna enota (z dušilko)
(dušilka)
vmesniki (USB, linijski, področni, hrbtenični)
Naprave sistema nimajo centralnega krmilnega sistema, pač pa je vsak element opremljen s svojim procesorjem,
sistemskim ter aplikacijskim programom, ki ga programiramo po svojih zahtevah. Tak decentraliziran sistem je
povezan med sabo z enim podatkovnim vodilom (BUS-om), po katerem komunicirajo vsi elementi sistema. Podatke si
med seboj izmenjujejo v obliki večbitnih telegramov. Po isti povezavi dobijo elementi tudi enosmerno napajanje 28 V,
potrebno za svoje delovanje.
Vsak element KNX inštalacije je sestavljen iz dveh delov:
BCU (Bus Couplig unit)
AM (Aplication Modul)
V sistemu KNX inštalacij lahko uporabljamo elemente različnih proizvajalcev, vendar morata biti BCU in AM enoti
vedno od istega proizvajalca. Ravno tako moramo pridobiti aplikacijski program proizvajalca nekega elementa.
Komuniciranje med napravami lahko poteka po naslednjih poteh:





povezava s sukano parico TP1 (Twisted Pair); hitrost 9600 bitov/s,
po inštalaciji omrežne napetosti; hitrost 1200 bitov/s,
brezžično (RF 868 MHz); hitrost 16.384 kbitov/s,
IR povezava,
internetna povezava (TCP/IP protokol).
Naprave sistema EIB pripravimo za delovanje z vnosom aplikacijskega programa in parametrov v del spomina, ki je
namenjen za aplikacijo. Tako lahko enako napravo uporabimo za različne funkcije, npr. tipkalo (navaden binarni vhod
v prostoprogramabilnih sistemih) lahko uporabimo za vklop, izklop, preklop ob vsakem pritisku, regulacijo v odvisnosti
od dolžine pritiska. Z izbiro funkcije moramo določiti tudi medsebojne povezave med vhodnimi in izhodnimi napravami
sistema. Vnos aplikacij, parametrov, naslovov posameznih elementov ter logične povezave med senzorji in aktuatorji
izvedemo z enotnim programom ETS (Engineering Tool Software – ETS4 je zadnja verzija), ki deluje v okolju Windows
na osebnih računalnikih.
Topologija
Linija je najmanjši del v KNX topologiji. Na eni liniji je lahko največ 64 elementov KNX inštalacije, kar je dovolj za
večino manjših projektov. Dejansko število elementov na liniji je odvisno od moči izbrane napajalne enote in porabe
posameznih elementov. Linijo lahko po potrebi podaljšamo na 4 segmente, v vsakem segmentu pa je lahko 64
elementov (4 ∙ 64 = 255). Vsak segment mora imeti svojo napajalno enoto. Pri tem potrebujemo tako imenovane
linijske repetitorje - ojačevalnike. Sicer pa če potrebujemo več elementov, raje naredimo več linij in jih med seboj
povežemo preko linijskih vmesnikov, ter tako naredimo področje. Če še vedno potrebujemo več elementov pa na
koncu linij z linijskimi repetitorji naredimo segmente.
PS/Ch
DVC 1
Linija 1
DVC 63
LR – linijski repeter
LR 1
LR 2
LR 3
DVC 65
DVC 129
DVC 193
DVC 127
DVC 191
DVC 255
Če potrebujemo več kot eno linijo ali če so elementi KNX inštalacije povezani v drugačno obliko, lahko do 15 linij
povežemo v področje. Posamezne linije med sabo povežemo z glavno linijo z linijskimi vmesniki (LC – line coupler).
Tudi na glavni liniji lahko imamo do 64 elementov KNX inštalacije. Največje število elementov na glavni liniji se
zmanjšuje z vsakim linijskim vmesnikom (oziroma linijo), ki ga imamo na glavni liniji. Vsaka linija, tudi glavna linija
mora imeti svojo napajalno enoto.
KNX inštalacijo lahko nadalje povečamo tako, da do 15 posameznih področij povežemo v več področij oziroma v
hrbtenico. Posamezna področja med sabo povežemo s hrbtenično linijo s pomočjo hrbteničnih vmesnikov (BC –
backbone coupler).
Parametriranje

Fizični naslovi
Fizične adrese služijo za identifikacijo elementov KNX inštalacije ter določajo njihovo lokacijo v inštalaciji. Vsaka
KNX naprava, to je hrbtenični vmesnik, linijski vmesnik, linijski repetitor in vsak končni element KNX inštalacije
mora imeti svojo fizično adreso. Naprave v KNX inštalaciji označujemo od 0 do 255, pri tem pa končni element
KNX inštalacije ne sme imeti adrese 0, ker je rezervirana za linijski vmesnik.
Primeri fizičnih naslovov:

1.1.1
1.1.7
3.1.1
3.2.5
Skupinski naslovi
Vsak element ima lahko enega ali več skupinskih naslovov, ki definirajo na katere telegrame se odziva:
-
skupinski naslov si vedno delita vsaj dva elementa, en senzor in en aktuator;
skupinske naslove se v element vpiše programsko;
Primeri skupinskih naslovov:

1/0/0
3/1/1
0/2/5
Aplikativni program
Da vsi elementi ustrezno delujejo, jih je potrebno pred uporabo programirati (naložiti aplikativni program).
Aplikativni program se nahaja v delu za priključitev na vodilo (BCU), delno pa lahko tudi v funkcijskem delu
(AM). Aplikativni program določa:
-
delovanje elementa
skupinske naslove
parametre (časovne funkcije, delovanje LED, obnašanje po povratku napetosti na vodilu, …)
prioritete poslanih telegramov.
Programsko orodje ETS4 (Engineering Tool Software )