BIBLIOGRAFICKÁ CITACE PRÁCE:

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE PRÁCE: MAŠEK, J. Počítačové řízení a programování prvků inteligentní elektroinstalace KNX. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2010. 57 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Branislav Bátora.

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem svou bakalářskou práci vypracoval samostatně a použil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v přiloženém seznamu. Jako autor uvedené bakalářské práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této bakalářské práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb.

V Brně dne ……………………………

Podpis autora ………………………………..

PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu bakalářské práce Ing. Branislavu Bátorovi za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé bakalářské práce.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav elektroenergetiky

Bakalářská práce

Počítačové řízení a programování prvků inteligentní elektroinstalace KNX

Jakub Mašek

vedoucí: Ing. Branislav Bátora Ústav elektroenergetiky, FEKT VUT v Brně, 2010

Brno

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Faculty of Electrical Engineering and Communication Department of Electrical Power Engineering

Bachelor‘s Thesis

Computer control and programming of elements of intelligent electrical installation KNX by

Jakub Mašek

Supervisor: Ing. Branislav Bátora Brno University of Technology, 2010

Brno

Abstrakt

5

ABSTRAKT Bakalářská práce má za úkol přiblížit studentům základy práce s moderními možnostmi řešení elektroinstalace budov za pomoci systému KNX . Na stránkách je postupně rozebrána stručná historie systému, jakým způsobem vznikal, které organizace se zasloužily o vývoj a pro jaké potřeby jej bylo nutno vyvinout. Další část je zaměřena na topologii systému, strukturu obvodu a důležité prvky vyskytující se v decentralizovaném systému. Dále se práce zabývá principy komunikace za pomoci telegramů, jejich průběhem a dostupnou softwarovou podporou pro systém KNX. Poslední teoretická část shrnuje základní poznatky o diagnostických nástrojích programu ETS3. V hlavní, praktické části programování se systémem KNX, jsou pro dostupný laboratorní panel, vybavený prvky inteligentní instalace od firmy ABB, vytvořeny čtyři laboratorní úlohy. Každá z úloh obsahuje zadání, výkresy zapojení a rozbor úlohy, který slouží jako manuál ke zvládnutí úlohy krok po kroku. Jednotlivé úlohy jsou pak koncipovány tak, aby na sebe logicky a obtížností navazovaly od zapojení světelných obvodů, přes topení, chlazení až k vymazání a připravení panelu pro další vyučování.

KLÍČOVÁ SLOVA:

KNX ; EIB; Inteligentní elektroinstalace; ETS3; elektroinstalace

Abstract

6

ABSTRACT The goal of this Bachelor thesis is to introduce to students the basics of working with the modern possibilities of buildings electroinstallation with the help of the KNX system. On the following pages is described a brief history of the system, the way it has developed, which organisations have involved in the developement and the needs for which it was created. The next section is focused on the system topology, the scructure of the network and important elements appearing in the decentralised system. Further is the thesis concerned with the principles of telegram communication, it’s process and available software support for the KNX system. The last practical part deals with programming in the KNX system and offers four different practical excercises created for the available laboratory control panel. Each of the excercises includes a problem, technical drawing of electical circuit and the problem analysis, which serves as a manual to solve the excercise step by step. Single excercises are designed to logically and by difficulty follow from lighting circuits, heating and cooling to eventually deleting and preparing the laboratory control panel for next lecture.

KEY WORDS:

KNX; EIB; Intelligent building control; ETS3; electrical installation

Obsah

7

OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ ........................................................................................................................... 9 SEZNAM TABULEK ...........................................................................................................................11 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK...................................................................................................12 1 ÚVOD .................................................................................................................................................13 2 CÍLE PRÁCE.....................................................................................................................................14 3 SBĚRNICOVÝ DECENTRALIZOVANÝ SYSTÉM KNX..............................................................15 3.1 HISTORIE ....................................................................................................................................15 VZNIK EIB .................................................................................................................................15 ZALOŽENÍ BCI: BATIBUS CLUB INTERNATIONAL .......................................................................15 ORGANIZACE EHS ......................................................................................................................15 VZNIK KONNEX (KNX) ............................................................................................................16 3.2 DŮLEŽITÉ POJMY V DECENTRALIZOVANÝCH SYSTÉMECH ........................................................16 3.3 ZÁKLADNÍ PARAMETRY ..............................................................................................................17 3.3.1 KOMUNIKAČNÍ PROSTŘEDKY ..............................................................................................17 3.3.2 VÝHODY A NEDOSTATKY SYSTÉMU ....................................................................................18 4 TOPOLOGIE SYSTÉMU .................................................................................................................19 4.1 TOPOLOGIE VEDENÍ ....................................................................................................................20 4.2 INDIVIDUÁLNÍ ADRESA ................................................................................................................21 4.3 SPOJKA ........................................................................................................................................22 4.3.1 MOŽNÉ POUŽITÍ SPOJKY .....................................................................................................22 4.3.2 FUNKCE SPOJKY .................................................................................................................23 4.4 KOMUNIKACE .............................................................................................................................23 4.4.1 SKUPINOVÁ ADRESA ..........................................................................................................23 4.4.2 VLAJKY (FLAGS) ................................................................................................................24 5 TELEGRAM TP1 ..............................................................................................................................25 5.1 STRUKTURA ................................................................................................................................25 5.2 PRŮBĚH .......................................................................................................................................26 5.3 ZABRÁNĚNÍ PROTI KOLIZÍM .......................................................................................................27 6 SOFTWARE ......................................................................................................................................28 7 DIAGNOSTIKA SYSTÉMU .............................................................................................................29 7.1 CÍLE DIAGNOSTIKY .....................................................................................................................29 7.2 NESPRÁVNÁ FUNKCE SYSTÉMU ...................................................................................................29 7.3 DIAGNOSTICKÉ NÁSTROJE V PROGRAMU ETS3 .........................................................................30 7.4 SBĚRNICOVÝ MONITOR (BUS MONITOR).....................................................................................31 7.5 SKUPINOVÝ MONITOR (GROUP MONITOR) .................................................................................32 8 PROGRAMOVÁNÍ SYSTÉMU KNX ..............................................................................................33

Obsah

8

8.1 LABORATORNÍ ÚLOHA Č.1 - PRVNÍ KROKY S KNX, SVĚTELNÉ OBVODY ....................................34 8.1.1 ÚKOL .................................................................................................................................34 8.1.2 SCHÉMA ZAPOJENÍ .............................................................................................................34 8.1.3 POUŽITÉ PŘÍSTROJE: ...........................................................................................................36 8.1.4 TEORETICKÝ ROZBOR:........................................................................................................36 8.2 LABORATORNÍ ÚLOHA Č.2 - FUNKCE ŽALUZIOVÉHO ČLENU, KROKOVÁNÍ, OVLÁDÁNÍ TOPENÍ A CHLAZENÍ .........................................................................................................................................44 8.2.1 ÚKOL .................................................................................................................................44 8.2.2 SCHÉMA ZAPOJENÍ .............................................................................................................44 8.2.3 POUŽITÉ PŘÍSTROJE: ...........................................................................................................46 8.2.4 TEORETICKÝ ROZBOR:........................................................................................................46 8.3 LABORATORNÍ ÚLOHA Č.3 - SLOŽITĚJŠÍ FUNKCE OBVODU, SIGNALIZACE STAVU, FUNKCE CENTRAL STOP. .................................................................................................................................48

8.3.1 ÚKOL .................................................................................................................................48 8.3.2 SCHÉMA ZAPOJENÍ .............................................................................................................48 8.3.3 POUŽITÉ PŘÍSTROJE: ...........................................................................................................50 8.3.4 TEORETICKÝ ROZBOR:........................................................................................................50 8.4 LABORATORNÍ ÚLOHA Č.4 - MOŽNOSTI DIAGNOSTIKY, VYMAZÁNÍ PRVKŮ ZE SYSTÉMU. .........54 8.4.1 ÚKOL .................................................................................................................................54 8.4.2 TEORETICKÝ ROZBOR:........................................................................................................54 9 ZÁVĚR ...............................................................................................................................................56 POUŽITÁ LITERATURA ...................................................................................................................57

Seznam obrázků

9

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 4-1 Topologie decentralizovaného systému KNX................................................................ 19 Obr. 4-2 Přípustné topologie vedení KNX .................................................................................. 20 Obr. 4-3 Přípustné vzdálenosti prvků ......................................................................................... 20 Obr. 4-4 Topologie individuální adresy ..................................................................................... 21 Obr. 4-5 Schéma individuální adresy ......................................................................................... 21 Obr. 4-6 Funkce spojek .............................................................................................................. 22 Obr. 4-7 Rozdělení spojek podle individuální adresy.................................................................. 22 Obr. 4-8 Blokové schéma spojky ................................................................................................ 23 Obr. 4-9 Schéma skupinové adresy ............................................................................................ 24 Obr. 5-1 Struktura telegramu TP1 ............................................................................................. 25 Obr. 5-2 Prúběh telegramu TP1................................................................................................. 26 Obr. 5-3 Vývojový diagram přístupu ke sběrnici CSMA/CA [1] ................................................. 27 Obr. 7-1 Možnosti diagnostiky v programu ETS3....................................................................... 30 Obr. 7-2 Výsledek funkce check ................................................................................................. 31 Obr. 7-3 Nástroj BusMonitor ..................................................................................................... 31 Obr. 7-4 Nástroj Group Monitor................................................................................................ 32 Obr. 8-1 Jednopólové schéma přenosu 1. úlohy ......................................................................... 34 Obr. 8-2 Schéma zapojení 1. úlohy ............................................................................................ 35 Obr. 8-3 základní okno ETS3 ..................................................................................................... 37 Obr. 8-4 Vložení přístroje .......................................................................................................... 38 Obr. 8-5 Defaultní komunikační objekty dvojnásobného tlačítka ................................................ 38 Obr. 8-6 Nastavení parametrů stmívacího tlačítkového snímače ................................................ 39 Obr. 8-7 Výstupy nastaveného dvojnásobného tlačítka ............................................................... 39 Obr. 8-8 Nastavení parametrů stmívacího členu ........................................................................ 40 Obr. 8-9 Topologie adres ........................................................................................................... 40 Obr. 8-10 Schéma skupinových adres stmívacího členu.............................................................. 41 Obr. 8-11 Nástroj check bez zjištěných chyb .............................................................................. 41 Obr. 8-12 Chybové hlášení nástroje „check“ ............................................................................. 41 Obr. 8-13 komunikační tabulka .................................................................................................. 42 Obr. 8-14 Umístění programovacích tlačítek na přístrojích ....................................................... 43 Obr. 8-15 Jednopólové schéma přenosu 2. Úlohy ...................................................................... 44 Obr. 8-16 Schéma zapojení 2. úlohy........................................................................................... 45

Seznam obrázků

10

Obr. 8-17 Komunikační objekty čtyř tlačítkového senzoru .......................................................... 46 Obr. 8-18 Komunikační objekty žaluziového členu ..................................................................... 47 Obr. 8-19 Schéma skupinových adres žaluziového členu ............................................................ 47 Obr. 8-20 Jednopólové schéma přenosu 3. úlohy ....................................................................... 48 Obr. 8-21 Schéma zapojení 3. úlohy........................................................................................... 49 Obr. 8-22 Komunikační objekty pro čtvrtou kolébku tlačítkového snímače ................................. 50 Obr. 8-23 Skupinové adresy čtvrtou 3. úlohy.............................................................................. 50 Obr. 8-24 Komunikační objekty pro žaluziový člen .................................................................... 51 Obr. 8-25 Nastavení funkce status switch ................................................................................... 51 Obr. 8-26 Komunikační objekty skupinové adresy „Rozsvicene svetlo“ ..................................... 52 Obr. 8-27 Nastavení Jednonásobného tlačítkového senzoru ....................................................... 52 Obr. 8-28 Skupinová adresa central stop ................................................................................... 53 Obr. 8-29 Chybové telegramy zobrazené v nástroji Busmonitor ................................................. 54 Obr. 8-30 Chybové skupinové adresy v nástroji Groupmonitor .................................................. 55

Seznam tabulek

11

SEZNAM TABULEK Tab. 8-1 Tabulka použitých přístrojů pro laboratorní úlohu č.1 ................................................. 36 Tab. 8-2 Tabulka použitých přístrojů pro laboratorní úlohu č.2 ................................................. 46 Tab. 8-3 Tabulka použitých přístrojů pro laboratorní úlohu č.3 ................................................. 50

0 Seznam symbolů a zkratek

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK BatiBus

Buildings bus

Domovní sběrnice

EIB

European Installation Bus

Evropská sběrnicová instalace

ETS3

Engineering Tool Software

Program pro projektování v KNX

IR

Infrared

Infračervené

KNX

KONNEX

KONNEX

LO LON

Liniový opakovač Local Operating Network

Místní operační síť

LS

Liniová spojka

NZ

Napájecí zdroj

OS

Oblastní spojka

PL

Power line

Silové vedení

RF

Radiofrequency system

Radiofrekvenční systém

SELV

Secured Extra-Low Voltage

Bezpečné malé napětí

TP

Twisted Pair

Kroucený pár

US

Účastník na sběrnici

12

1 Úvod

13

1 ÚVOD Během minulého století došlo k celosvětovému technickému pokroku a tím i nárůstu poptávky po elektrické energii. Stále se zvyšující ceny této energie jsou přímo úměrné tlaku spotřebitelů vyvíjeného na snížení její spotřeby. Jednou z možných cest je použití inteligentní elektroinstalace, která si získává své místo na trhu svou multifunkčností a jednoduchou přeprogramovatelností. Vzhledem k vysokým pořizovacím cenám a obtížnému přístupu k informacím není jednoduché jeho pozici obhájit v soukromém sektoru. Avšak pro velké komerční účely poskytuje systém KNX moderní cestu, jak realizovat požadavky na ovládání, spotřebu, zabezpečení a komfort velkých objektů.

2 Cíle práce

14

2 CÍLE PRÁCE V současné době existuje více řešení na poli inteligentních elektroinstalací, většinou se jedná o firemní systémy nekompatibilní s přístroji jiných výrobců. Cílem mé práce je rozebrat problematiku v systému KNX, který je nejuniverzálnějším. Práce se bude zabývat stručnou historií, dále pak problematikou v rozdílech oproti klasické elektroinstalaci, jakou je například topologie celého systému, komunikace a diagnostika. V laboratořích ústavu UEEN se nyní nachází laboratorní panel osazený prvky inteligentní instalace od firmy ABB. Tento bude využit pro praktickou část programování za využití maximálního množství funkcí, které může panel poskytnout. Tudíž úkolem pro část programování bude navrhnout manuál k laboratorním úlohám, který umožní studentům seznámit se, krok po kroku, se základy navrhování a programování systému KNX v průběhu dvou hodinové výuky. Vzhledem ke svojí univerzálnosti standartu KNX bude pak možné principy adresování a topologie využít na jiné inteligentní systémy.

3 Sběrnicový decentralizovaný systém knx

15

3 SBĚRNICOVÝ DECENTRALIZOVANÝ SYSTÉM KNX 3.1 Historie Od 70-tých let minulého století se objevují počáteční pokusy o řízení spotřeby energií velkých objektů. Zpočátku se jednalo o objekty státní správy, kde se dal stanovit harmonogram provozu jednotlivých místností a řídit tak nejčastěji teplotu v době maximálního využití. Řízení prvních instalací měly na starosti centrální řídící počítače, do kterých byly připojeny snímače teploty z jednotlivých místností a obvody pro regulaci příkonu topných těles. Tyto systémy neměly možnost širokého nasazení v praxi, vzhledem k jejich vysokým investičním nákladům (každý snímač i akční člen musel mít samostatné ovládací vedení) a chybějící standardizaci. Vznik EIB Koncem 80-tých let se stupňovaly požadavky na ovládací, sledovací a komunikační funkce v objektech, které byly zajišťovány do této doby stálým dozorem pověřených pracovníků, popřípadě jednoduchých hlásičů s manuální obsluhou. Na tyto požadavky reagovala skupina několika evropských firem (Siemens, Gira, Merten, Berken), které založily společnost InstabusGemeinschaft s hlavním úkolem vyvinout systém pro měření, řízení, regulaci a sledování provozních stavů v budovách. Mezi základní podmínky vyvíjené koncepce patřilo: • Projektování a instalace musí být jednoduché. • Systém musí být snadno rozšiřovatelný a musí umožnit přidání aplikací, které nebyly • • • •

původně požadovány. Nestejné délky větví i odchylky ve výstavbě systému nesmí působit problémy Systém musí být decentralizovaný. Systém musí vyhovovat platným normám a předpisům. Nároky na odbornost při projektování, instalacích a případných změnách, servisu a opravách musí odpovídat nárokům na běžného elektroinstalatéra.

Výsledkem těchto snah bylo založení asociace EIBA (European Installation Bus Association) v květnu roku 1990. Asociace složená převážně z německých firem si kladla za cíl rozšířit, uplatnit a standardizovat instalační sběrnicový systém EIB. Založení BCI: BatiBUS club international Původní standart byl navržen francouzskou firmou Merin Gerin(dnes člen skupiny Schneider-Electric). Vzniká souběžně s EIB převážně ve Francii a Itálii. Později se ke standardu začali připojovat společnosti, které založili BCI (Batibus Club International) sdružení členských společností vyvíjejících prvky v oblasti osvětlení, topení, řízení energie, přístupu a komunikační technologie. Organizace EHS Sdružení EHSA (European Home Systems Association) založeno roku 1990 několika společnostmi, které se podílí na vývoji standartu EHS, mezi nejznámější patří AMP Europe, Bosch Telecom, Philips, Electrolux. Na rozdíl od konkurenčních koncepcí je komunikace vedena po silovém vodiči.


16

Uvedené systémy působili v 90. letech na evropském trhu konkurenčně. EIB byl nejvíce podporován v Německy mluvících zemích, zatímco BCI si osvojila nejvíce Francie, Španělsko a Itálie, EHS bylo díky své komunikaci po silovém vodiči preferováno výrobci domácích spotřebičů. Tento aspekt mnoha systémů a jednoho trhu vyvolával obavy z příchodu amerického standardizovaného systému LON na evropský trh. Od roku 1996 začala organizace EHSA iniciovat sjednocení těchto tří evropských standardů. Vznik KONNEX (KNX) V květnu roku 1999 se rozhodly bývalé konkurenční asociace sjednotit pod společným logem a založili neziskovou organizaci KNX association (Konnex – KNX), která měla za úkol využít již exitující technologie zakládajících členů a vyvinout společně nový průmyslový standart, který by mohl být využit jako mezinárodní standart. Standart KNX byl představen na jaře roku 2002. Principem je specifikace EIB doplněná o konfigurační mechanismy a komunikační media, původně vyvinutá pro Batibus a EHS. V prosinci 2003 je protokol KNX a jeho dvě přenosová media TP (Twisted Pair) a PL (Power-line) schválen evropským výborem pro normalizaci CENELEC jako evropská norma EN 50090. Protokol KNX je dále uznáván a stále více využíván v oblasti vytápění, klimatizace a ventilace i v mimoevropských zemích. Toto byl základní krok k mezinárodnímu schválení KNX, včetně přenosových medií (TP, PL, RF, IP), jako mezinárodní normu ISO/IEC 1453-3-x v roce 2006. KNX se tak stává celosvětově uznávaným otevřeným standardem pro systémovou techniku budov.

3.2 Důležité pojmy v decentralizovaných systémech Protože je systém KNX komplexnějším řešením založeným na rozdíl od klasické elektroinstalace na jiných principech je nutné v první řadě definovat i odlišnou terminologii, která je často uváděna v anglickém jazyce. Níže je vypsán stručný anglicko-český překlad některých důležitých pojmů a slov. Switch, switching – Spínač, spínání Dimmer, dimming – stmívač, stmívání Shutter – žaluzie (ve smyslu žaluzie okenní s pohyblivými lamelami) Blind – Roleta Backbone area/line – Páteřní oblast/linie Cabinet – Rozváděč Physical address – Fyzická adresa (individuální adresa) Device address – Adresa přístroje Group address – Skupinová adresa Push button – Tlačítko Switch sensor – Tlačítkový snímač Choke – Tlumivka Coupler – Liniová spojka Repeater – Opakovač Couple - Spojka Bus Coupler – Sběrnicová spojka Bus Monitor – sběrnicový monitor


17

Group Monitor – skupinový monitor Repeater- Opakovač Actuator – Akční člen Flexible allocation – volné určení/přiřazení Toggle – Stisk a povolení klapky Switch defined – určené spínání Rising, falling – Stlačení, povolení (tlačítka) Lamella adjustment – nastavení lamely Illumination - osvětlení

3.3 Základní parametry • Decentralizovaný systém • Napětí na sběrnici 30V SELV • Nejrozšířenější medium TP1 (Twisted pair) • Maximální počet účastníků v linii 255 • Maximální počet linií v oblasti 15 • Maximální počet oblastní na páteřní linii 15 • Maximální počet účastníků v systému 61455 • Komunikace pomocí telegramů • Nezbytnou součástí pro práci s KNX, program ETS3

3.3.1 Komunikační prostředky Každá instalace vyžaduje rozdílné řešení. KNX využívá více možností pro realizaci komunikace v závislosti na daných podmínkách. Rozeznáváme tak různé typy komunikačních rozhraní, které je možno vzájemně kombinovat. Twisted pair TP1 – v současné době nejrozšířenější medium. Dosahuje vysoké kvality přenosu a nízké náklady na hardware (viz. Další odstavce). Přenos informací se uskutečňuje pomocí dvouvodičového kabelu napájeným nízkým bezpečným napětím (SELV) Powerline PL110 - Malá podpora výrobců, využívá stávajících elektroinstalací. Datový signál je modulován na napětí distribuční sítě s fázovým posunem. Využití, tam kde není možné použít medium TP1. Powerline PL132 - Princip činnosti stejný jako PL110, pozůstatek systému EHS. Mizivá podpora výrobců. Radio Frequency RF - Protokol KNX využívá k modulování komunikačního signálu frekvenci 868.3Mhz. Vhodné pro rozšíření stávající kabelové instalace, popřípadě tam kde jsou vysoké náklady na kabeláž.


18

Internet protocol KNXnet/IP - Podporuje požadavky na zařazení telekomunikací a multimedií, např. ethernet, bluetooth, WiFi, FireWire.

3.3.2 Výhody a nedostatky systému U systému KNX nelze jednoznačně určit jeho výhody a nevýhody. Každá instalace vyžaduje jiný přístup a z největší části záleží na objektu samotném a požadavcích uživatele. Nebudeme, proto uvažovat drobné domácí instalace kde je finanční náročnost jednoznačné mínus a zároveň je zde možnost využít konkurenčních firemních systémů. Uvažujme velký celek, například starší administrativní budovu. Výhody: • Při rozšiřování nebo změně požadavků na funkce není nutné „sekat“ nové kabely. • Úspora kabelových spojů, možnost využití Bluetooth technologie. • Možnost rozdělení do menších celků, řízení přístupu, optimalizace spotřeby energie, bezpečností výhody. • Možnost dálkových odečtů spotřebované energie. • Možnost dálkové správy systému. • Vzájemná kompatibilita přístrojů různých výrobců, díky standardizaci Nevýhody: -

Vysoké pořizovací nároky

-

Výpadek napájení linie znamená její celou nefunkčnost a může způsobit omezení celého systému.

-

Při drobných opravách nutno kontaktovat specializovanou firmu.

4 Topologie systému

19

4 TOPOLOGIE SYSTÉMU Topologie popisuje strukturu systému s ohledem na komunikačně – technické vazby komponent, které ji vytvářejí. U inteligentních systémů je od klasické elektroinstalace odlišná. V inteligentních systémech je, na rozdíl od klasické, silový obvod galvanicky oddělený od komunikačního.

Obr. 4-1 Topologie decentralizovaného systému KNX

Linie - nejmenší možný útvar. Je složená z účastníků, kteří jsou tvořeni akčními členy, nebo snímači. Skládá se maximálně ze 4 liniových segmentů s maximálně 64 přístroji. V literatuře je možné se setkat s číslem 63 i 64. Toto je způsobeno tím mluvíme-li o množství individuálních adres nebo účastnících na sběrnici. Maximální možný počet účastníků na sběrnici v jedné linii je při použití liniové spojky jako liniového opakovače 256, ale je důležité uvědomit si, že individuální adresa nezačíná číslem „1“ ale „0“ tj. 256-tý účastník bude mít individuální adresu X.X.255, podobně pak X.X.63. Čísla individuálních adres 0, 64, 128, 192 vyhrazeny právě jako začátek dalšího segmentu. Každý segment musí obsahovat svůj napájecí zdroj s liniovou spojkou (liniovým opakovačem), přičemž je nutné dodržet maximální možné vzdálenosti. Oblast - oblast vzniká spojením více linií přes liniovou spojku. Na jednu spojku je možno připojit až 15 linií. Každá hlavní linie musí také obsahovat liniovou spojku tzv. oblastní spojku. Maximální počet účastníků (256) se snižuje o počet použitých liniových spojek. Páteřní linie – páteřní linie vzniká připojením více oblastí přes oblastní spojku (hardwarově stejný přístroj jako liniová spojka). Páteřní linie umožňuje připojit i účastníky. Maximální počet účastníků se snižuje o počet oblastních spojek.


20

4.1 Topologie vedení Systém KNX má stejně jako klasická elektroinstalace jasně dána základní pravidla pro výstavbu vedení. Hlavními body, které je nutno dodržet jsou maximální vzdálenosti mezi přístroji a druhy vedení.

Obr. 4-2 Přípustné topologie vedení KNX Přípustné typy zapojení přístrojů je možné charakterizovat jako nejjednodušší lineární vedení Chyba! Nenalezen zdroj odkazů., kde jsou účastníci na sběrnici připojení mediem TP1 „seriově“. Dalším možným uspořádáním je uspořádání do hvězdy, kdy je sběrnice připojena do jedné svorkovnice, ze které jsou připojeni jednotliví účastníci. Posledním možným řazením je stromečkové vedení mohou být účastníci připojeni ve struktuře připomínající stromovou strukturu. Vedení nesmí být spojeno do kruhu! Maximální délky vodičů sběrnice jsou definovány pomocí maximálních vzdáleností mezi jednotlivými prvky systému. Nedodržení těchto vzdáleností má za následek ztráty dat na sběrnici, popřípadě nefunkčnost částí systému. Dle obrázku Obr. 4-3 označuje vzdálenost: A – Maximální délku vodičů vedení (TP1) jedné linie A ≤ 1000 m B – Maximální vzdálenost mezi dvěma prvky v linii B ≤ 700 m C- Maximální vzdálenost napájeného přístroje od zdroje napětí C ≤ 350 m Obr. 4-3 Přípustné vzdálenosti prvků


21

4.2 Individuální adresa Komunikační protokol KNX může pracovat až se 65 tisíci účastníků. Aby byla zabezpečena komunikace mezi jednotlivými účastníky, musí být každý prvek zapojený v systému TP1 opatřen svojí unikátní 16 bitovou adresou.

Obr. 4-4 Topologie individuální adresy

Obr. 4-5 Schéma individuální adresy Jednotlivé řetězce jsou převáděny do dvojkové soustavy, od toho je odvozeno maximální množství oblastí(15), linií v oblasti(15), účastníků v linii(256) přičemž číslo „0“ je vždy rezervováno pro oblastní spojku nebo liniovou spojku. Maximální možný počet účastníků v jednom systému je potom (256*16*16) 65536. Ve výpočtu je uvedeno číslo 16 z důvodu, že nultá linie stejně jako oblast může obsahovat i s liniovou spojkou dalších 256 účastníků. Individuální adresa nemá v normálním provozu zařízení žádný význam. M - adresuje oblasti 1-15 L - adresuje linie 1-15 uvnitř oblasti definované „M“ D - 1-255 adresuje účastníka uvnitř linie definované v „L“


22

4.3 Spojka Funkcí spojek je logické rozdělení systému na menší na sobě nezávislé celky (decentralizované), v případě poruchy spojky jsou důsledky omezeny jen na telegramy vyhodnocované příslušnou spojkou.

4.3.1 Možné použití spojky

Obr. 4-6 Funkce spojek Oblastní spojka OS: Připojení páteřní linie s hlavní linií Liniová spojka LS: Propojení hlavní linie – sekundární linie Liniový opakovač (zesilovač) LO: Rozšiřuje linii o jeden liniový segment až se 64 dalšími účastníky, navíc může být vedení prodlouženo s každým opakovačem o 350m, celkově až na 1000m. OS, LS a LO jsou identické přístroje, liší se pouze individuální adresou. Rozdělení podle adresy ukazuje Obr. 4-7

Obr. 4-7 Rozdělení spojek podle individuální adresy


23

4.3.2 Funkce spojky

Obr. 4-8 Blokové schéma spojky Funkční schéma liniové/oblastní spojky je patrné z obrázku. Pokud některý prvek v systému vyšle telegram (bude popsáno níže) se skupinovou adresou, spojka vyhodnotí přes filtrační tabulku místo určení a posílá dále jen telegramy s adresou přesahující linii spojky. Takto je dosahováno snížení zatížení sběrnice. Liniový opakovač neobsahuje filtrační tabulku, vysílá dál všechny telegramy. Filtrační tabulka Sleduje datovou komunikaci mezi hlavní a sekundární linií a naopak. Pouze ty telegramy, jejichž skupinové adresy, jsou uloženy ve filtrační tabulce, budou předány dál.

4.4 Komunikace Standard KNX využívá pro komunikaci mezi jednotlivými prvky sérií binárních čísel nazývanou telegram, který je při událostech (např. stisknutí tlačítka) odeslána účastníkem na sběrnici.

4.4.1 Skupinová adresa Na rozdíl od individuální adresy, kterou musí mít každý prvek unikátní, zastupuje skupinová adresa skupinu prvků vykonávající určitou funkci (např. zapnutí pěti světel najednou). Při odeslání telegramu na sběrnici nezáleží, zda jsou účastníci skupiny v jedné linii nebo oblasti (viz filtrační tabulka). Každý akční člen přitom může „naslouchat“ více než jedné skupinové adrese.


24

Stupeň skupinové adresy

Obr. 4-9 Schéma skupinové adresy Skupinové adresy jsou dále pro jednodušší orientaci rozdělovány do úrovní. KNX využívá 2 úrovňové nebo 3 úrovňové adresy. Rozdíly jsou patrné z Obr. 4-9. Je v rukou projektanta, se kterou variantou bude ve svém projektu pracovat. Doporučené členění je: • Hlavní skupina- přízemí/poschodí • Střední skupina- funkční skupiny (např. osvětlení, topení) • Podskupina- jednotlivé funkce skupiny spotřebičů

4.4.2 Vlajky (Flags) Součástí každého účastníka na sběrnici jsou komunikační objekty pro příjem nebo vyslání povelu a hlášení stavu. Rozměry těchto objektů jsou dány požadavky na jejich komunikační funkce od 1 bitu pro spínání až po 14 bytů pro přenos textu. Vlajka slouží jako atribut, který říká prvku, jaká jsou jeho oprávnění komunikace v systému.

5 Telegram TP1

25

5 TELEGRAM TP1 Pokud bychom řešili povely nebo signály v inteligentních systémech možnostmi, které známe z klasické elektroinstalace, byli bychom limitováni využitím logických funkcí relé a stykačů, které dokáží jedním kabelem posílat maximálně dva druhy informace 1-NAPĚTÍ a 0BEZNAPĚTÍ. Pokud bychom tedy chtěli ovládat 5 samostatných okruhů svítidel nouzového osvětlení na popud zajištěné vlastní spotřeby (baterie) a mít navíc podmínku „objekt uzamčen“ – záskok neprovést se signalizací do velína, musíme použít 6x relé, 5x stykač a 6ti násobek komunikačních kabelů oproti inteligentnímu systému. Ve standardech KNX můžeme generovat komunikaci až do velikosti informace 128 (16x8) bitů pomocí telegramu TP1 obsahující i informaci pro koho je určen.

5.1 Struktura

. Obr. 5-1 Struktura telegramu TP1 Telegram se skládá ze specifických informací složených ze sekvence binárních čísel. Informace jsou logicky řazeny do bytů (8 bite=1 byt) podle jejich funkce. Kontrolní pole- Obsahuje informace o přenosové prioritě, která je uplatněna při vysílání více účastníků najednou. Dále je obsažen bit s informací, zdali je telegram již opakovaný pro případ, že některý z adresovaných účastníků nepodal informaci o přijetí. V tomto případě úspěšní příjemci již příkaz znovu nevykonávají. Zdrojová adresa - vždy odpovídá individuální adrese přístroje. Cílová adresa – 17-tý bit definuje druh adresy, o kterou se jedná. 1 - standardní skupinová adresa, telegram bude doručen všem předdefinovaným účastníkům. 0 – individuální adresa, využívá se pro doručení systémových telegramů jednomu účastníkovi Užitečná informace – obsahuje předávanou informaci. Nejjednodušší může být „0“ nebo „1“ pro povel zapnutí nebo vypnutí. Ověřovací byte – Kontrolní skupina paritních bitů ověřující správnost doručené informace Příčné zabezpečení – Každý znak užitečné informace je doplněn na sudou paritu tak aby součet datových bitů D7 až D0 a P dal hodnotu 0.

5 Telegram TP1

26

Podélné zabezpečení – zabezpečovací bity S nabývají takových hodnot, aby součet s příslušným datovým bytem byl 1.

5.2 Průběh Telegramy TP1 jsou vysílány na sběrnici rychlostí 9600bitů/s, průměrná potřebná doba pro odeslání a potvrzení telegramu je 25ms. Nastane-li nějaká událost (stisk tlačítka, nízká teplota) účastník vyhodnotí, a pokud není sběrnice obsazena, odešle telegram.

Obr. 5-2 Prúběh telegramu TP1 t1 – pokud není sběrnice po tuto dobu obsazena, bude odeslán telegram. t2 – čas pro potvrzení příjmu telegramu účastníky. Potvrzení – současné potvrzení správného příjmu všech oslovených účastníků podle ověřovacího bytu.

5 Telegram TP1

27

5.3 Zabránění proti kolizím V instalacích obsahujících velké množství účastníků může docházet k nechtěnému odesílání telegramů více účastníků najednou a případné ztrátě informace. Ve standardu KNX je proto implementován systém zamezující tomuto nechtěnému stavu CSMA/CA (Carrier sense multiple access with collision avoidance). Princip činnosti CSMA/CA je možné popsat vývojovým diagramem Obr. 5-3. Kdy účastník požadující vyslání telegramu na sběrnici si musí nejprve ověřit volnost sběrnice. V případě obsazení sběrnice jiným účastníkem je dána přednost členu s vyšší prioritou vysílaného telegramu (priorita je definována typem komunikačního objektu). V případě, že je sběrnice volná, je telegram odesílán, dojde-li ke kolizi v průběhu odesílání telegramu, přístroj dokončí odesílání a čeká na potvrzení oslovených účastníků. Až po potvrzení příjmu všech účastníků je sběrnice volná pro dalšího vysílajícího.

Obr. 5-3 Vývojový diagram přístupu ke sběrnici CSMA/CA [1]

28

6 Software

6 SOFTWARE Standart KNX obsahuje kromě principů a zásad komunikace i vlastní komplexní programovací prostředí pro vývoj aplikací. Jednotlivé programy jsou stupňovitě děleny podle účelu použití pro výrobce, projektanta a správce. Logické vstupy a výstupy (komunikační objekty) jsou standardizovány pro dosažení plné kompatibility programů. Prostředí programů je určeno pro operační systém MS Windows. Rozdělení softwaru KNX: Instalace KNX Použití

Projektantská činnost, správce systému ETS 3 Professional

Program Internet ETS (iETS)

Vývojové prostředí KNX Vývoj aplikací

Falcon Driver Library

Vývoj Prvků ETS+ for Manufaturers EITT Test Tool

ETS 3 Professional (Engineering Tool Software): Standartní program pro navrhování, uvedení do provozu, projektovou dokumentaci, diagnostiku a řešení problémů KNX systému. Jeho pomocí je možné měnit nebo spravovat, kterýkoliv KNX systém na světě. Obsahuje funkce pro navrhnutí použitých prvků, definování jejich funkcí v obvodu a uvedení systému do provozu. Program dle zadaných funkcí prvků automaticky generuje dílčí úkony (například filtrační tabulky, hlídání individuálních adres). Uvedení systému do provozu může probíhat pomocí USB rozhraní, připojení přes aktor nebo aplikace iETS server.

iETS server Aplikace zprostředkovávající komunikační bránu mezi systémem KNX a vnější sítí (LAN, internet). Pomocí aplikace je možné, aby byl systém spravován (při dostatečném oprávnění) dálkově bez nutnosti fyzického zásahu. Falcon driver Library Aplikace Falcon umožňuje jednoduchý přístup na sběrnici KNX/EIB z prostředí Windows. Obsahuje prostředí pro programování aplikací určených pro KNX. ETS+ for Manufacturers Nástroj pro vytvoření standardizovaných vstupů do databáze prvků KNX. EiTT EiTT je nástroj pro analýzu prvků a instalací KNX. Program je využíván výrobci a zkušebními laboratořemi pro monitorování, testování a řešení problémů vzájemné spolupráce výrobků KNX. Nástroj podporuje zkoušení přes dvě COM rozhraní zároveň, analýzu telegramu v reálném čase, testování stavů prvků a podobné funkce.

7 Diagnostika systému

29

7 DIAGNOSTIKA SYSTÉMU 7.1 Cíle diagnostiky Diagnostiku v systému KNX můžeme chápat jako sérii kroků pro vyhledání požadované funkce části nebo celé instalace v co nejkratší možné době. V tomto ohledu nabízí systém KNX nástroje přímo implementované v programu ETS3. Zde je možné pomocí diagnostických nástrojů vytipovat výskyt možné chyby a následně ji odstranit ze systému. Jednotlivé diagnostické metody budou rozdílné podle druhu a doby vzniklého problému. Člověk vyhledávající chybu v systému bude postupovat jinak, bude-li se jednat o chybu vzniklou při prvotním spuštění instalace nebo o nefunkční akční člen, který přestal fungovat v době rozsáhlé rekonstrukce v nižším patře budovy. Z tohoto příkladu plyne, že nejdůležitějším nástrojem v oboru diagnostiky jsou aktuální informace.

7.2 Nesprávná funkce systému Vzhledem k tomu, že práce pojednává o systému KNX nebudou dále rozebrány možnosti vzniku nesprávné funkce systému na silovém obvodu. Každý technik zabývající se diagnostikou by měl již při prvním kontaktu zjistit, zda příčina nespočívá v nefunkční žárovce. Je nutné si uvědomit, že díky provázanosti obvodu s programem ETS3 jsou softwarové chyby při projekci do jisté míry vyloučeny. Po vyloučení následujících možných příčin je chybu nutné hledat právě v oblasti silového obvodu. Jednotlivé příčiny nesprávné funkce systému můžeme rozdělit podle druhu jejího vzniku na poruchy vzniklé výhradně při realizaci a poruchy vzniklé v průběhu používání. Tyto poruchy vznikají výhradně lidským faktorem: •

Přepólování sběrnicového vedení u přístroje

•

Předprogramovaní účastníci zabudovaní do nesprávné linie

•

Nesprávně vyprojektovaní nebo parametrizovaní účastníci

•

Nesprávně naprogramovaní účastníci

Poruchy způsobené v průběhu užívání elektroinstalace: •

Přerušení vodiče sběrnice

•

Porouchaní účastnici na sběrnici


30

7.3 Diagnostické nástroje v programu ETS3 Na provádění diagnostiky v programu ETS slouží záložka „diagnostics“ v hlavní nabídce. Na obrázku Obr. 7-1 je vidět jaké nabízí program v tomto směru možnosti. Jednotlivé položky budou rozebrány dále.

Obr. 7-1 Možnosti diagnostiky v programu ETS3

Položka Check project slouží pro projektanta v době dokončení projektu k celkovému zkontrolování projektu. ETS3 v tomto směru dokáže „prohlédnout“ strukturu projektu a objevit nejzávažnější projektantovy chyby. Výsledek ukazuje Obr. 7-2. Kde systém odhalil chybnou skupinovou adresu vloženému přístroji do systému. Kromě této chyby dokáže systém dále odhalit nesprávné nebo chybějící systémové přístroje a chybějící přiřazení adres. Mezi systémové přístroje jsou počítány, liniové spojky, tlumivky, zdroje napájení. Omezení v zjišťování chyb je dáno lidským faktorem, algoritmus programu nedokáže odhalit chyby založené na nesprávné projektantově logice.


31

Obr. 7-2 Výsledek funkce check Device info slouží pro vyvolání okna s detailními informacemi o daném přístroji. Individual addresses funkce individuální adresy slouží ke kontrole, zda v instalaci existují přístroje s určitou individuální adresou, zda souhlasí s fyzickou adresou sběrnicových spojek nebo k nalezení přístroje v instalaci. Položky Group monitor (skupinový monitor) a Bus monitor (Sběrnicový monitor) slouží k nahrávání a detailní analýze komunikace na sběrnici. Podrobně bude jejich funkce popsána níže.

7.4 Sběrnicový monitor (Bus monitor) Nástroj pro sledování aktuální komunikace (telegramů) na sběrnici popřípadě jejího zaznamenání s možností pozdější analýzy instalace. Zaznamenané telegramy jsou přehledně zobrazovány v tabulce viz. Obr. 7-3.

Obr. 7-3 Nástroj BusMonitor - pořadové číslo telegramu - čas odeslání telegramu na sběrnici + relativní čas přístroje - vlajky kde: S - označuje číslo sekvence R - značí tzv. repeat flag, opakovaný telegram P - telegram obsahoval chybný paritní bit viz. 5.1 P (Priority) - priorita telegramu L= low (nízká), H= High (vysoká), A= Alarm Src.addr - individuální adresa vysílajícího prvku Source - bude vyplněno pokud má odesílatel vyplněnu položku v Propeperities/general/ Dest. address - cílová adresa (skupinová adresa)

# Time BFlags

Description


Destination Rout. Type DPT Data IACK

32

- název skupinové adresy - routingové číslo - typ telegramu (Write, Read, Response) - datový typ - užitečná informace - potvrzení (ACK, NAK, BUSY)

7.5 Skupinový monitor (Group monitor) Nástroj umožňuje stejně jako sběrnicový monitor zaznamenávat a analyzovat telegramy, stím rozdílem, že je prioritně zaměřen na skupinové telegramy. Zatímco sběrnicový monitor analyzuje, co chodí po sběrnici, skupinový monitor se snaží odhalit, který účastník telegram vyslal a komu je určen. Mimo jiné je možné pomocí tohoto nástroje posílat hodnoty skupinových adres manuálně.

Obr. 7-4 Nástroj Group Monitor - pořadové číslo telegramu - čas odeslání telegramu na sběrnici + relativní čas přístroje - indikuje zda byl telegram vyslán ze sběrnice do ETS3 nebo z ETS3 na sběrnici - priorita telegramu L= low (nízká), H= High (vysoká), A= Alarm - individuální adresa vysílajícího prvku - bude vyplněno, pokud má odesílatel vyplněnu položku Description v Propeperities/general/ Dest. address - cílová adresa (skupinová adresa) Destination - název skupinové adresy Rout. - routingové číslo DPT - datový typ Type - typ telegramu (Write, Read, Response) Data - užitečná informace # Time Service P (Priority) Src.addr Source

Detailní popis jednotlivých polí je obsažen v nápovědě ETS3.

8 Programování systému KNX

33

8 PROGRAMOVÁNÍ SYSTÉMU KNX Na následujících stránkách bude popsán postup pro úspěšné uvedení laboratorního panelu s prvky inteligentní elektroinstalace do provozu podle zadaných požadavků na funkce. Panel je osazen přístroji firmy ABB, jejichž vývody jsou připojeny na pomocné svorky na čelní straně panelu. Pro potřeby laboratorní úlohy bude panel simulovat přístroje potřebné pro zabezpečení reálných funkcí v imaginární instalaci. Čtyři laboratorní úlohy jsou rozděleny do částí tak aby na sebe plynule navazovali. První úloha se zabývá prvními kroky s KNX a nastavením ovládání žárovkových svítidel, každý úkon je popsán zde detailně popsán krok po kroku. Druhá úloha se zabývá možnostmi ovládání žaluziového členu v instalaci KNX žaluziový člen je zde využit jak k ovládání žaluzií, tak i k ovládání topení a klimatizace. Třetí úloha obsahuje složitější funkce central stop a signalizaci stavu. Poslední čtvrtá úloha je zaměřena na vyzkoušení si diagnostických nástrojů (Bus Monitor, Group Monitor) a dále vymazání individuálních adres a programů přístrojů z laboratorního panelu tak aby byl panel připraven pro další výuku.


34

8.1 Laboratorní úloha č.1 - První kroky s KNX, světelné obvody 8.1.1 Úkol Zapojte panel dle schématu, a nastavte funkce pro světelné obvody. Žárovky budou zapínány a vypínány dvojtlačítkovým snímačem. Přitom budou krátkým stiskem zapnuty na 40% a dlouhým stiskem pomalu stmívány/rozsvěceny. Jednopólové schéma je na obrázku Obr. 8-1, schéma zapojení na obrázku Obr. 8-2

8.1.2 Schéma zapojení

Obr. 8-1 Jednopólové schéma přenosu 1. úlohy


Obr. 8-2 Schéma zapojení 1. úlohy

35

36


8.1.3 Použité přístroje: Poř.č

Název

Výrobní č.

Ozn. ve schematu

1

Jistič

S201-C 2A

-FA1

2

Nap. Zdroj

SV/S 30.320.5

-NZ

3

Spínací člen

UD/S 2.300.2

-SC

4

USB interface

USB/S 1.1

-USB

5

Sběrnicová spojka

6120 U-102-500

-SS1

6

Dvoutlačítkový snímač

6126

-SS1

Poznámka

Tab. 8-1 Tabulka použitých přístrojů pro laboratorní úlohu č.1

8.1.4 Teoretický rozbor: 1. Zapojte úlohu dle schématu zapojení laboratorního panelu Obr. 8-2 2. Zapojení nechejte zkontrolovat vyučujícím a zapněte jistič napájení. Vyzkoušejte funkčnost dvoutlačítkového snímače. Snímač by neměl být v tuto chvíli funkční. Tento bod vám v další fázi může ušetřit i 15 minut. V případě, že bude funkční, postupujte dle třetího bodu ve čtvrté úloze. 3. Založte nový projekt s názvem a dnešním datem „KNX x.x.xxxx“ pomocí záložky File/New project, z nabídky dále vyberte „Medium – TP1 (Twisted pair)“


37

Obr. 8-3 základní okno ETS3 Zobrazí se základní pohled programu ETS3, který je dělen na okna: Topologie, Budovy (Struktura), Skupinové adresy. Každé z oken je důležité v jiné fázi programování. Postupně budou popsána níže. 1. V záložce File/Project properties vyplňte vlastnosti projektu v záložce Common 2. Z jednopólového schématu jsou vidět místnosti dotčené naší instalací. Vytvořte tedy v okně Budovy odpovídající strukturu. Kliknutím pravým tlačítkem myši (RMB) na příslušný celek otevřete jeho nabídku. Strukturu projektu můžeme dělit na více funkčních celků a vytvářet tak struktury areálů, budovy, patra, místnosti, rozváděče. 3. Vložte přístroje uvedené v tabulce Tab. 8-1 na příslušná místa. Vložení proveďte pomocí nabídky z předchozího bodu položkou Add Devices. Podle potřeby zvolte doplňující kritéria vyhledávání.


38

Obr. 8-4 Vložení přístroje Při vyhledávání bez zadání kriterií se může stát, že má přístroj více než jeden vnitřní program, proto před vložením zkontrolujte správnost výběru vnitřního programu (panel je vybaven médiem TP1). 4. V okně Topologie zkontrolujte individuální adresy nově vytvořené linie. Popřípadě změňte dle potřeby v položce příslušné nabídky Properties/General/Phys.address Nyní máme panel zapojen, vytvořenu topologii, a zbývá nám nadefinovat parametry vnitřních programů a přiradit skupinové adresy pro komunikaci. 1. V okně Topologie otevřete prvek dvojnásobného tlačítkového snímače (6126 2f-Switch sensor). V Obr. 8-5 jsou vidět výrobcem přednastavené (defaultní) komunikační objekty. Pro naši potřebu jsou nedostatečné, je tedy nutné je přenastavit.

Obr. 8-5 Defaultní komunikační objekty dvojnásobného tlačítka 2. Z nabídky tlačítkového senzoru vyberte Properies/general/parameter a nastavte potřebné parametry.

39


Obr. 8-6 Nastavení parametrů stmívacího tlačítkového snímače V záložce BCU-Type nastavte režim na „FM-Dimming actuator“. Tímto se změní množství záložek a možností pro nastavení. Dále nastavte v nově vzniklých záložkách parametr Factor for passing the dimming range „20“, záložky Rocker 1 a Rocker 2 dle Obr. 8-6. Nově vzniklé výstupy by při správném nastavení měli odpovídat obrázku Obr. 8-7.

Obr. 8-7 Výstupy nastaveného dvojnásobného tlačítka 3. Z nabídky stmívacího členu (Universal dimming Properies/general/parameter a nastavte potřebné výstupy.

Actuator)

vyberte

V záložce General položku Parameter settings na „channel setting global (together)“. Nastavení bude tímto stejné pro oba výstupy stmívacího členu. Dále nastavte v záložce switch položku Switch ON via na „40%“. Zbývající funkce nastavte podle obrázku Obr. 8-8.


40

Obr. 8-8 Nastavení parametrů stmívacího členu

4. Na obrázku Obr. 8-9 vidíte strukturu okna skupinových adres, vytvořte tedy novou hlavní skupinu adres obsahující střední skupinu „povely svetla“ se čtyřmi skupinovými adresami.

Obr. 8-9 Topologie adres 5. Nyní spárujte výstupy tlačítkového senzoru se vstupy stmívacího aktoru. ETS3 poskytuje více možností přiřazení skupinové adresy. Pokud si v okně topologie kliknete pravým tlačítkem na příslušný výstup, který chcete přiřadit, v našem případě to bude „rocker 1 long – dimming“ dvou tlačítkového senzoru, vyberte z nabídky možnost


41

„link with“, do textového pole Link with existing group adress vepište „0.1.1“ a potvrďte tlačítkem „OK“. Další možností jak přiřadit skupinovou adresu, je držením levého tlačítka myši přetáhnout vstup stmívacího členu „Output B – Relative dimming“ do příslušné skupinové adresy v okně skupinových adres. Systém automaticky rozpoznává, jestli komunikační objekty (vstupy/výstupy) obsažené v adrese jsou kompatibilní, v opačném případě je nedovolí vložit. 6. Bod 5. opakujte pro zbývající tři skupinové adresy. Výsledek by měl odpovídat Obr. 8-10

Obr. 8-10 Schéma skupinových adres stmívacího členu

Obr. 8-11 Nástroj check bez zjištěných chyb 7. Vyberte Diagnostics/check project. Systém prohlédne strukturu projektu a objeví nejzávažnější chyby. Pokud jste postupovali správně, objeví se vám tabulka s předpokládanou spotřebou instalace. V opačném případě může vypadat tabulka podle obrázku Obr. 8-12

Obr. 8-12 Chybové hlášení nástroje „check“


42

Nyní máme vytvořenu topologii naší budovy v programu ETS3, musíme programu ukázat, kde na sběrnici přístroj fyzicky najde. Jinými slovy přiřadíme každému přístroji unikátní individuální adresu. 8. Ze záložky commissioning vyberte „download“ Otevře se vám komunikační tabulka mezi ETS3 a fyzickým systémem nabízející několik možností.

Obr. 8-13 komunikační tabulka 9. Zvolte „Program adress & application“ Program ETS se nyní připojí přes USB rozhraní do sběrnice KNX a zjistí, jaké přístroje jsou fyzicky připojeny.

43


10. Program vás po chvíli vyzve, abyste přiřadili individuální adresu z jeho seznamu přístroji, který mu fyzicky odpovídá. Přiřazení se po výzvě provádí stiskem programovacího tlačítka, které obsahuje každý přístroj. Kde tlačítko naleznete, ukazuje Obr. 8-14.

Obr. 8-14 Umístění programovacích tlačítek na přístrojích Tento krok není již při programování funkcí a skupinových adres nutné opakovat. Při dalších změnách budete využívat „partial download“. (Platí pro tuto úlohu, při přidání nového přístroje je nutno individuální adresu přiřadit vždy.) Program dále umožňuje dělat změny vybraných přístrojů přes záložku View/Project views/Modified device zde je možné vidět přístroje, které jsou nějakým způsobem změněny. Označením požadovaných přístrojů se po stisku pravého tlačítka myši dají příkazem „download“ změnit jen vybrané přístroje. Popřípadě je takto možno odstranit individuální adresy ze systému. Máte-li přiřazeny jednotlivé přístroje, naprogramovaných funkcí.

je

panel připraven pro

vyzkoušení doposud


44

8.2 Laboratorní úloha č.2 - Funkce žaluziového členu, krokování, ovládání topení a chlazení 8.2.1 Úkol Zapojte panel dle aktualizovaného schématu, a nastavte funkce pro žaluziový člen. Žaluziový člen bude přes čtyř tlačítkový snímač spínat signálky zastupující pohyb žaluzií. Při dlouhém stisku první kolébky vypínače, žaluzie vyjedou/sjedou do koncové polohy, při krátkém stisku budou posunuty krokově. Druhá kolébka bude ovládat signálky topení/chlazení a třetí rozsvítí při stisku na určitý časový interval dvě signálky, které zastupují funkci odvětrávání. Poslední kolébka zůstane nyní nevyužita.


Obr. 8-15 Jednopólové schéma přenosu 2. Úlohy



45

46



Název

Výrobní č.

Ozn. ve schematu

1

Žaluziový člen

JA/S 4.230.1

-ZC

2

Sběrnicová spojka

6120 U-102-500

-SS2

3


6127MF

-SS2

Poznámka


8.2.4 Teoretický rozbor: Pro všechny potřebné funkce budeme potřebovat přidat a nastavit žaluziový aktor a čtyřnásobný tlačítkový senzor. Prvním tlačítkem budeme ovládat pohyb žaluzií, druhý bude sloužit k vytápění a spuštění klimatizace. Třetím tlačítkem budete ovládat ventilaci s dobou spuštění na 10 sekund. 1. Nejdříve nastavíme parametry tlačítkového senzoru. V záložce BCU-Type „FM bus coupler“. Dále rocker 1 a 2 jako „Shutter sensor“ a rocker 3 jako „switchning sensor“ zbývající položky nastavte podle uvážení. Výsledné komunikační objekty by měli odpovídat obrázku Obr. 8-17.

Obr. 8-17 Komunikační objekty čtyř tlačítkového senzoru

2. Nastavte parametry žaluziového členu. V sekci A nastavte následující parametry: Operating mode – „Blinds“ Total travel time – „10“ V sekci B: Operating mode – „shutter“ Total travel time – „50“ Pause on change in direction – „1500“ (Blokování mezi přepínáním chlazení/topení) Sekce C: Operating mode – „Ventilation flaps / switch mode Position on bus voltage failure – „open / on“ Position on bus voltage recovery – „open / on“ Position after programming or after a bus reset – „open / on“


47

Obr. 8-18 Komunikační objekty žaluziového členu

3. Vytvořte střední skupinu adres nazvanou „Povely ovladani“ s adresami odpovídajícími Obr. 8-19

Obr. 8-19 Schéma skupinových adres žaluziového členu 4. V záložce commissioning/download požijte tlačítko „partial download“ a nahrajte nové funkce do laboratorního panelu. 5. Vyzkoušejte funkčnost panelu


48

8.3 Laboratorní úloha č.3 - Složitější funkce obvodu, signalizace stavu, funkce central stop. 8.3.1 Úkol Připojte zbývající přístroje do obvodu. Nastavte nové funkce systému a to následovně: čtvrtá kolébka multifunkčního tlačítkového snímače bude zapínat a vypínat obě světla zároveň, a bude přes žaluziový člen signalizován zapnutý/vypnutý stav žárovky připojené v sekci „A“. Na jednokolébkovém snímači bude při stisku nastavena centrální stop funkce, která při stisku vypne všechny spotřebiče, a žaluzie vyjedou do vrchní pozice.


Obr. 8-20 Jednopólové schéma přenosu 3. úlohy



49

50



Název

Výrobní č.

Ozn. ve schematu

1

Sběrnicová spojka

6120 U-102-500

-SS3

2


6126

-SS3

Poznámka


8.3.4 Teoretický rozbor: Nastavení první částí úlohy: 1. Nejdříve nastavte na čtyřnásobném tlačítkovém snímači (6127MF) funkci pro poslední kolébku (Rocker 4). Kolébka bude mít stejné funkce jako senzor v úloze č.1 tj. „Dimming sensor“ s nastavením kolébky na „left=brighter/ON, right=darker/OFF“. Výsledné komunikační objekty jsou na obrázku Obr. 8-22

Obr. 8-22 Komunikační objekty pro čtvrtou kolébku tlačítkového snímače

2. Ve střední skupině adres Povely svetla vytvořte nové 2 skupinové adresy „Obe zarovky Zap/Vyp“ a „Obe zarovky long Zap/Vyp“, které budou na popud snímače spínat obě žárovková svítidla zaráz. Komunikační objekty obsažené v adresách ukazuje obrázek Obr. 8-23

Obr. 8-23 Skupinové adresy čtvrtou 3. úlohy


51

3. Nyní je potřeba nastavit, žaluziový člen (JA/S4.230.1) aby spínal „D“ výstup jako signalizaci rozsvícení žárovky v sekci „A“. Potřebné funkce a nové komunikační objekty jsou uvedeny níže. Sekce D: Operating mode – „Ventilation flaps / switch mode“ Staircase lighting function – „deactivated“ Ostatní položky není nutné upravovat.

Obr. 8-24 Komunikační objekty pro žaluziový člen 4. Nyní je nutno nastavit na stmívacím členu (UD/S2.300.2) aby odesílal telegram obsahující informaci o změně stavu žárovky zapojené na sekci A. Potřebné nastavení ukazuje obrázek Obr. 8-25.

Obr. 8-25 Nastavení funkce status switch V této úloze můžeme signalizovat pouze jednáno svítidlo na jeden komunikační objekt. Program neumí nastavit společný komunikační objekt pro obě svítidla. Můžete vyzkoušet


52

přiřadit do skupinové adresy i komunikační objekt 36: Output B – status switch a vyzkoušet odezvy panelu. 5. Pro 3. Úlohu vytvořte novou střední skupinu adres s názvem „Signaly“ a v ní skupinovou adresu „Rozsvicene svetlo“, která bude obsahovat následující komunikační objekty.

Obr. 8-26 Komunikační objekty skupinové adresy „Rozsvicene svetlo“ 6. Spusťte Check , je možné že vám přenastavení některých prvků způsobilo změnu komunikačních objektů. Bude tedy nutné některé skupinové adresy opravit. 7. Nahrajte nové funkce do panelu a vyzkoušejte funkčnost. 8. V této části si vytvoříme centrální stop funkci na vypnutí požadovaných přístrojů. Principielně se jedná o přiřazení více vstupů jedné skupinové adrese. Přidejte tedy do systému přes funkci „add device“ jednokolébkový tlačítkový snímač (6125 1f-switch sensor), který bude umístěn v nové místnosti s názvem „Hala“ 9. Nastavte parametry jednonásobného tlačítkového senzoru v záložce BCU-Type na „FMBus coupler(TP)“, ostatní položky dle Obr. 8-27

Obr. 8-27 Nastavení Jednonásobného tlačítkového senzoru


53

10. Do střední skupiny adres „Signaly“ vložte novou skupinovou adresou „central stop“ Stisknutí jednonásobného tlačítka provede následující funkce: -

Žaluzie vyjedou do vrchní pozice

-

Vypne se topení nebo klimatizace,

-

Vypne se ventilátor a světla.

Výslednou skupinovou adresu ukazuje Obr. 8-28

Obr. 8-28 Skupinová adresa central stop 11. Nahrajte novou funkci do panelu a vyzkoušejte


54

8.4 Laboratorní úloha č.4 - Možnosti diagnostiky, vymazání prvků ze systému. 8.4.1 Úkol Vyzkoušejte některé diagnostické funkce programu ETS3, a poté vymažte celý projekt z panelu.

8.4.2 Teoretický rozbor: 1. Spusťte „Busmonitor“, který najdete v záložce diagnostics. Busmonitor sleduje veškerou komunikaci na sběrnici. Pokud spustíte červený symbol pro nahrávání, začne být veškerá komunikace mezi přístroji zaznamenávána. Vypojte nyní stmívací člen (UD/S2.230.1) ze sběrnicových svorek a zkuste rozsvítit. Busmonitor začne ukazovat chybová hlášení zobrazená žlutě a zeleně. Takto se dá jednoduše najít vadný prvek v systému. 2. Druhý nástroj, kterým ETS3 disponuje je „GroupMonitor“. Tento nástroj na rozdíl od Busmonitoru sleduje vysílané skupinové adresy. Taktéž je zde vidět, že vypojený přístroj nereaguje na sběrnici. Groupmonitor a Busmonitor nemohou nahrávat současně, proto je nutné nejdříve jeden z nich vypnout. Kliknutím na tlačítko Read/Write získáte možnost dálkově vysílat telegramy na sběrnici. Stačí vybrat skupinovou adresu a vyslat hodnotu. 3. V této části je nutno vymazat všechny naprogramované prvky z panelu, aby byl panel připraven pro další hodiny. V okně topologie označte všechny prvky a pravým tlačítkem myši vyberte „unload“. Objeví se dialogové okno, zde vyberte možnost „program& individual adresses“ a potvrďte. ETS by měl vymazat všechny vámi přidané přístroje. O tom že je panel prázdný je nutné se přesvědčit. Spusťte diagnostics/Individual addresses tento nástroj umožňuje spravovat jednotlivé individuální adresy. V části List all existing addresses in a line zadejte linii „1.1“ a „scan“ program by zde neměl najít žádný přístroj, v opačném případě je nutno dotčený přístroj vymazat ze systému za pomocí „unload“.

Obr. 8-29 Chybové telegramy zobrazené v nástroji Busmonitor


Obr. 8-30 Chybové skupinové adresy v nástroji Groupmonitor

55

9 Závěr

56

9 ZÁVĚR V dnešní době kdy stále přibývá nových a modernějších technologií, bude také růst poptávka po inteligentních elektroinstalacích. Z uvedených výhod a nevýhod vyplývá, že systém KNX nebude nejspíše naplno využit v domácnostech, ale ve velkých provázaných celcích kde pro provozovatele nepředstavuje problém pořizovací cena ale funkčnost a provoz. Těmito celky se v dnešní době stávají velké administrativní budovy, letiště, výrobní haly, sportovní stadiony (Sazka Aréna v Praze). Nároky na technické znalosti se tak přesouvají z montéra, který v klasické elektroinstalaci mohl při realizaci do jisté míry vynahradit projektantovu neznalost, na projektanta. Malá dostupnost informací o systému KNX a vysoké pořizovací náklady na přístroje pro zkoušení a programy navíc stěžuje tuto úlohu pro jednoduché osvojení si práce s prvky inteligentní elektroinstalace. Bakalářská práce obsahuje základní poznatky pro práci a programování v systému KNX. Z práce je patrné, že hlavním rozdílem mezi klasickou a inteligentní elektroinstalací je v rozdílném přístupu k topologii systému, kde oddělení silové a komunikační části dává nové možnosti při řešení požadavků na funkce instalace. Nezanedbatelný rozdíl zde dále představuje komunikace prvků systému pomocí „telegramu“. Kdy je v krátké době, pro uživatele nepostřehnutelné, možné přenášet po sběrnici velké množství různorodých informací. Nejzákladnějšími informacemi mohou být „1“ a „0“ až po řetězce textů. V klasické elektroinstalaci by tohoto bylo možné do jisté míry dosáhnout v kombinaci dalších složitějších technologií. Jiný rozdíl je možné vidět v přístupu k diagnostice systému. ETS3 obsahuje sadu nástrojů pro vzdálený monitoring instalace s možností nahrávání a ovládání instalace. Problémy tak mohou být do jisté míry vyřešeny i bez potřeby fyzické přítomnosti na místě poruchy. Pro praktickou část bakalářské práce bylo nutné vytvořit laboratorní úlohy na dostupném laboratorním panelu tak aby mohl být využit pro laboratorní výuku předmětu BPSD (Projektování silových a datových rozvodů) vzhledem k tomuto účelu jsou i jednotlivé úlohy koncipovány tak aby první úloha studenta seznámila s každým „pohybem myši“ v programu a v dalších postupoval po jednotlivých krocích. Pro každou laboratorní úlohu je vytvořeno schéma přenosu a druhý výkres přesného zapojení jednotlivých svorek. Dokumentace by měla být dostatečně srozumitelná studentům tohoto předmětu. Samotné úlohy jsou pak rozděleny tak aby na sebe navazovali, přitom v první úloze je cílem zprovoznit ovládání světelných okruhů, druhá pak řeší možnosti ovládání žaluziového členu a třetí úloha použití složitějších funkcí, signalizace rozsvícených světel a funkce central stop. Poslední čtvrtá úloha je zaměřena tak aby si mohl student vyzkoušet nástroje diagnostiky Bus monitor a Group monitor. Zbývající část popisuje jak vymazat vytvořenou instalaci z laboratorního panelu a připravit tak panel pro další vyučovací hodinu. Původním záměrem bylo využít v laboratorních úlohách i instalovanou liniovou spojku a vytvořit tak druhou nezávislou linii. Ukázalo se však, že liniová spojka jako taková by neměla při připojení své výraznější opodstatnění. Způsob jak ji využít, by bylo v úloze diagnostiky simulovat výpadek linie, což není možné vzhledem k napájení obou zdrojů z jednoho jističe. V tomto směru by bylo vhodné doplnit na panel před druhý zdroj jistič S201-C 2A a dále zajistit aby měl panel krytí minimálně IP20, namísto dosavadních IP00, toho by mohlo být docíleno například vydrátováním panelu na čelní straně vodičem CYY s využitím svorek phoenix-contact UT2,5 s konektory na výstupních svorkách.

57

POUŽITÁ LITERATURA [1]

BÁTORA, B.; MACHÁČEK, J.; TOMAN, P. Modern wiring system as building management system. In Proceedings of the 11th International Scientific Conference Elecric Power Engineering 2010. 1. Brno University of Technology. 2010. p. 791 - 794. ISBN 978-80-214-4094-4.

[2]

HANSEMANN, Thomas, HÜBNER, Christof. Automatizované systémy budov. Praha : Grada Publishing, a.s., 2008. 264 s. ISBN 978-80-247-2367-9.

[3]

KUNC, Josef. ABB I-BUS® KNX/EIB Inteligentní elektroinstalace - Popis systému

[4]

[online]. c2005, [cit. 2009-01-22]. 22 s. URL .

[5]

KUNC, Josef. ABB: Krátký pohled do historie systémových instalací-elektrika.cz [online]. 2008, [cit. 2008-10-13]. URL

[6]

MAŠEK, J. Počítačové řízení a programování prvků inteligentní elektroinstalace KNX. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2010. 29 s. Vedoucí semestrální práce Ing. Branislav Bátora.

[7]

PĚCHA, J. Tvorba vzorových úloh pro model systémové elektroinstalace. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2009. 41s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Jan Macháček.

[8]

KNX Association. KNX Základní kurs. [s.l.] : [s.n.], [200-?].

[9]

Konnex Association. Topology. [s.l.] : [s.n.], 2005. URL: . s. 1-4.

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE PRÁCE:

Recommend Documents