primerjava klasiČnih in inteligentnih...
TRANSCRIPT
Šolski center Celje Srednja šola za kemijo, elektrotehniko in računalništvo
Matjaž Drame
PRIMERJAVA KLASIČNIH IN INTELIGENTNIH INŠTALACIJ
COMPARISON OF CONVENTIONAL AND INTELLIGENT INSTALLATIONS
Povzetek
Z razvojem tehnologije lahko z manjšimi posegi električne inštalacije spremenimo iz klasičnih
v inteligentne inštalacije. A preden se tega lotimo, moramo poznati pravilne inštalacijske
vezave, klasične inštalacije ter določene standarde, ki jih moramo pri inštalacijah upoštevati.
V prispevku je predstavljena teorija klasičnih in inteligentnih inštalacij ter klasične in
inteligentne inštalacije v praksi. Dijaki dobijo nalogo narediti svojo sobo »pametno« z
elementi, ki jih imajo na voljo na šolskem panelu. Nabor elementov je za vse dijake enak,
razlike se izrazijo v programiranju le‐teh. Poleg energetskih standardov morajo dijaki poznati
še angleški jezik, saj je ETS5, ki služi za programiranje aktuatorjev, v angleškem jeziku.
Ključne besede: EIB/KNX, inteligentne inštalacije, klasične inštalacije, standardi
Abstract
Due to technology development we can change electrical installations from classical to
intelligent with less interference. Before we do that we need to know regular installation
connections, classical installations and specified standards that need to be considered at
installations. In the article not only the theory on classical and intelligent installation is
presented but using them in practice as well. Students get the task to make their own
»intelligent« room with the elements that are available in school panel. Set of elements is
the same for all students; the difference is only seen in programming those elements. Beside
energetic standards students also need to know English language as ETS5, which is used for
programming actuators, is in English.
Key words: EIB/KNX, intelligent installation, classical installation, standards
1 Inštalacije
V vsakodnevnem življenju potrebujemo električno energijo in redukcij si ne znamo več
predstavljati. Ko nas je presenetil žled, je imela skoraj vsaka druga hiša generator električne
energije za zagotavljanje vsaj osnovnih potreb po električni energiji. Da se električna energija
pravilno porazdeli po objektu, je potrebno električne inštalacije načrtovati ter jih tudi
pravilno izvesti, kar je naloga energetikov; tako elektrotehniki in inženirji narišejo načrte,
elektrikarjem pa prepustijo izvedbo.
2 Klasične in inteligentne inštalacije
2.1 Teorija klasičnih inštalacij
Z razvojem tehnologije se spreminjajo tudi inštalacije. Še vedno so osnova klasične
inštalacije, za katere so določeni predpisi, ki jih moramo upoštevati. Včasih so se uporabljale
standardizacije JUS, DIN in VDE. Dandanes se v Sloveniji uporablja standard SIST, ki povzema
standarde EU z imenom CENELEC. Za izdelavo načrta dobi elektroenergetik načrt zgradbe, ki
je lahko stanovanjska, poslovna ali industrijska. V tlorisu načrta so vrisane stene, okna, vrata
in mere le‐teh. Po dogovoru z naročnikom se vrišejo razdelilna omara, doze, vtičnice, stikala
in luči. Držati se je treba načela, da električna napeljava v stanovanjski zgradbi ne sme
ustrezati samo trenutnim potrebam. Določene spremembe ali nadgradnje, ki bi jih želeli
narediti v prihodnosti, se morajo vsaj delno predvideti, da so takrat lahko izvedene brez
večjih inštalacijskih in gradbenih posegov. Obseg električne inštalacije je odvisen tudi od
želenega nivoja ugodja v stanovanju. Razporeditev vtičnic, posebej v kuhinji v bližini delovne
površine, mora biti dobro premišljena. Na določenih mestih, kot so antenske vtičnice, v
okolici postelje in v kopalnici, predvidimo vgradnjo dvojnih vtičnic. Vtičnice na terasi
zavarujemo pred nedovoljeno uporabo in vremenskimi vplivi. Na hodnikih, ki so daljši od
treh metrov, je montaža stikal priporočena pri vsakih vratih. Na podlagi dokumentacije se
naredi kosovnica uporabljenega materiala. Za določanje minimalnega števila vtičnic, izvodov
za svetila, telefonskih in mrežnih vtičnic ter priključkov za porabnike preko 2 kW si lahko
pomagamo s spodnjo tabelo.
Tabela 1: Najmanjše število vtičnic, izvodov za svetila, telefonskih in mrežnih vtičnic in
priključkov za porabnike preko 2kW
(Elektrotehniški priročnik, Tehniška založba Slovenije, str. 294)
2.2 Teorija inteligentnih inštalacij
Zaradi varčevanja pri električni energiji, tudi do 40 %, in zaradi ugodja, ki nam ga ponujajo
inteligentne inštalacije, se število stavb s temi inštalacijami počasi veča. V Sloveniji je že tudi
precej izvajalcev, ki nam našo hišo naredijo »pametno«. Za razliko od standardnih električnih
inštalacij pri KNX inštalacijah stikalo za luč ni direktno povezano z lučjo, ki jo vklaplja. Stikala
in porabniki so povezani z BUS vodilom. Izvedba inštalacije je enostavna in zelo fleksibilna,
tako da lahko kasneje kadarkoli enostavno izvedemo spremembo načina delovanja, ne da bi
pri tem morali narediti spremembo ožičenja.
Poznamo več vrst BUS povezav, vendar je v Evropi najbolj razširjena EIB/KNX povezava.
Trenutno so aktuatorji za protokol KNX še precej dragi, zato se s tem tudi inštalacija podraži
do štirikrat v primerjavi s klasično inštalacijo. Pred načrtovanjem inštalacije moramo
pridobiti odgovore na vprašanja o vrsti in namenu uporabe stavbe, o funkcijah, ki jih je
potrebno izvesti, izboru in namestitvi posameznih KNX elementov in določitvi topologije, ki
se bo uporabila za inštalacijo, saj lahko v primeru, da izberemo napačne aktuatorje, s tem
inštalacijo še podražimo. Za vse elemente je najbolje, da se jih vgradi v večjo električno
omaro, v katero vgradimo tudi RCD stikala, varovalke, katodne odvodnike in različne
aktuatorje. Od teh aktuatorjev so speljani močnostni kabli do vseh vtičnic, luči, žaluzij,
ventilov …
Najbolj razširjen medij za prenos informacij v KNX/EIB tehnologiji je tako imenovani Twisted
Pair. Po krmilnem vodniku YCYM 2x2x0.8 mm2 poteka komunikacija z izmenično napetostjo
5 V in 28 V enosmerne napetosti za napajanje aktuatorjev. Za prenos podatkov uporabljamo
še medije, kot so obstoječa 230 V napeljava, radijska zveza (868 MHz), IR in internetni
protokol. Programiranje aktuatorjev se izvaja samo v programu ETS (5) za vse naprave
EIB/KNX. V novejši različici programa je demo licenca, ki nam sedaj omogoča delo s petimi
namesto tremi aktuatorji.
Slika 1: Shema mrežne in napetostne povezave
(http://www.light‐and‐magic.com/knx.html)
Tipkalo Sobni termostatUpravljanje z
roletami Časovno stikalo LCD na dot
Napajalna enota
Razsvetljava Ogrevanje
Žaluzije Hlajenje
Aktuator za vklapljanje in
di l či
Aktuator za Aktuator za žaluzije Aktuator
hlajenj
2.3 Klasične inštalacije v praksi
Pri pouku dijaki najprej spoznajo vsa stikala, impulzne releje, različne stopniške releje, RCD
stikala, varovalke in katodne odvodnike ter vtičnice. Ko osvojijo vse vezave s stikali
(enopolno, dvopolno, serijsko, menjalno, serijsko menjalno in križno), se lotijo vezav z
impulznimi releji, ki se jih vklaplja in izklaplja s tipkami in nam nadomeščajo določene vezave
s stikali. Po osnovnih vezavah se lotijo bolj kompleksnih primerov. Vse zgoraj naštete
elemente morajo uporabiti v eni vezavi. V razdelilni elektro omarici imajo na voljo vse
elemente, ki so potrebni za elektroinštalacijo manjšega stanovanja. Na podlagi enopolne
sheme si za lažje razumevanje narišejo izvedbeno oz. vezalno shemo, po kateri slednje
elemente tudi povežejo. Vezalna shema prikazuje funkcije in delovanje električnih naprav v
električnih inštalacijah.
Za razliko od preostalih stanovanjskih prostorov, kjer se uporablja RCD stikalo 25/0.3 A, za
kopalnico zaradi varnosti uporabimo 25/0.03 A stikalo. Za varnost pred preveliko napetostjo
(strelo) so v zunanji omarici prenapetostni odvodniki tipa B in v notranji omarici tipa C. Za
varovanje inštalacij in porabnikov pred kratkimi stiki uporabljamo inštalacijske odklopnike
(varovalke). To so zaščitne nadtokovne naprave, ki jih lahko po izklopu ponovno vklopimo.
Inštalacijske odklopnike tipa B uporabljamo za zaščito inštalacije, tipa C pa za zaščito
porabnikov z večjimi zagonskimi tokovi. Odklopniki imajo vgrajen bimetalni in
elektromagnetni sprožnik. Pri preobremenitvenem toku se bimetalni trak segreje in sproži
izklop. Pri okvarnem toku elektromagnetni sprožnik sprosti izklopno zagozdo, ki odpre glavni
kontakt preden kratkostični tok doseže največjo vrednost. Za vtičnice uporabijo inštalacijske
odklopnike C16A ter vodnike H07V‐U 2,5 mm2 in za razsvetljavo B10A ter vodnike H07V‐U
1,5 mm2, kot je razvidno iz spodnje preglednice. Vodniki so za polaganje v cevi.
Tabela 2: Označevanje izoliranih vodnikov
(Elektrotehniški priročnik, Tehniška založba Slovenije, str. 299)
2.4 Inteligentne inštalacije v praksi ali projekt »Moja soba«
Pri šolski prenovi programov smo izbrali modul »Izvajanje inteligentnih inštalacij«. Za
izvajanje tega modula je potrebna tudi določena oprema. Na šoli imamo osem delovnih
mest, razporejenih na štiri panele. Na vsakem delovnem mestu imamo po osem aktuatorjev.
Ti aktuatorji so senzor prisotnosti, žaluzijski aktuator, dvojni močnostni rele, aktuator za
regulacijo napetosti 1‐10 V, aktuator za regulacijo jakosti svetlobe, vremenska postaja in dve
različni stikali.
Slika 4: Panel za izvajanje inteligentnih inštalacij
Glede na število aktuatorjev na panelu dijaki naredijo seminarsko nalogo, v kateri
predstavijo, kako bi v svoji sobi uporabili elemente, ki so na panelu. Glede na to, da imajo vsi
na voljo enake aktuatorje, se pojavijo razlike v programiranju. Dijaki na spletu najprej
poiščejo gonilnike za vsak aktuator posebej. Gonilnike si nato naložijo v svoj projekt v
programu ETS. Nato naprave uvozijo v okno »Topology«.
Slika 5: Elementi v topologiji
Ko imajo v oknu »Topology« (topologija) vse elemente, ki jih potrebujejo, se lotijo
parametriranja. Vsak aktuator ima na izbiro veliko funkcij, odločitev pa je dijakova ali kasneje
strankina, katere funkcije bo uporabil oz. katere potrebuje za svoj projekt.
V nadaljevanju je podrobneje opisan aktuator z dvema močnostnima izhodoma (Switching
actuator 2fold 16A DRA), ki ga na panelu uporabljamo za vklop gretja in hlajenja. Ima pa še
nekaj drugih funkcij.
Slika 6: Splošni parametri izbranega aktuatorja
Aktuator je sestavljen iz povezave s KNX/EIB (1), tipke za programiranje (2), priključkov za
zunanjo povezavo (3) ter drsnih tipk za ročno opravljanje (4).
Slika 7: Sestavni deli aktuatorja
(http://download.gira.com/data2/10403190.pdf)
Na izhodu aktuatorja lahko priključimo različne faze in napetosti. Stanje položaja releja je
označen z drsnima stikaloma na sprednji strani naprave. Stikala so poleg programiranega
delovanja predvidena tudi za ročno preklapljanje in jih je mogoče aktivirati z ustreznim
orodjem. Ročno preklapljanje relejev je neodvisno od BUS vodila. V tem primeru ni povratnih
informacij.
Slika 8: Priklop aktuatorja
(http://download.gira.com/data2/10403190.pdf)
Če aktuator prejme telegram iz senzorjev in drugih naprav preko BUS vodila, preklopi
porabnike električne energije s pomočjo svojih kontaktov releja, ki sta neodvisna drug od
drugega. Vsak preklopni izhod ima ločen bistabilni preklop. Stanje na stikalih se ohrani tudi v
primeru izpada električne napetosti.
V splošnih parametrih lahko nastavljamo zamudo telegramov po BUS vodilu in zakasnitveni
čas med dvema telegramoma. Omogočimo ali onemogočimo vlogo centralne funkcije.
Parameter določa ali izmerjeni telegram prenašamo AKTIVNO (povratna informacija v
primeru spremembe) ali PASIVNO (odgovor na zahtevo) ter časovni zamik povratnega
telegrama po vrnitvi napetosti na BUS vodilu. Z ukazom lahko nastavljamo utripanje izhodov
v intervalih 1, 2 , 5 ali 10 sekund.
Pri časovnih nastavitvah nastavimo čas cikličnih sprememb za vse izhode, čas cikličnega
prenosa telegramov povratnih informacij in določimo čas cikla za vse izhode. V splošnih
nastavitvah vsakega kanala posebej pa lahko nastavljamo, ali priklopljena naprava deluje, ko
je kontakt sklenjen ali razklenjen. Nastavi se lahko zaprt ali odprt kontakt brez reakcije,
delovanje v primeru breznapetostnega stanja na BUS vodilu, reakcija po vrnitvi napetosti na
BUS vodilu, nastavitev za ohranitev predhodnega stanja na vodilu, določanje centralne
funkcije, določanje povratne informacije in časovni zamik povratnih informacij po vrnitvi
napetosti na vodilu. Nastavimo tudi zakasnjeni čas vklopa ali čas zakasnjenega izklopa,
stopniški avtomat in opozorilo za izklop stopniškega avtomata, nastavitev scene in števec
delovnih ur.
Po določitvi parametrov si dijaki v oknu »Group Addresses« naredijo skupine po funkcijah in
v te skupine povlečejo funkcije po prej nastavljenih parametrih določenih aktuatorjev.
Slika 9: Razdelitev funkcij po skupinah
V praksi vsakemu aktuatorju določimo fizični naslov že pred montažo, saj si s tem olajšamo
delo, predvsem če je objekt večji in so aktuatorji montirani pod stropom. Po določitvi vseh
parametrov z enim klikom naložimo program in že lahko preizkusimo delovanje. Na našem
učnem panelu pa lahko izberemo opcijo in naložimo fizične naslove in program hkrati.
Program nas v tem primeru vodi, kdaj moramo pritisniti programsko tipko na določenem
aktuatorju za določitev fizičnega naslova.
Slika 10: Prenos aplikacije na panel
3 Zaključek
Dijaki se v začetku šolanja naučijo električne vezave s klasičnimi inštalacijami, pri čemer
morajo upoštevati standarde in predpise za izvajanje električnih inštalacij. Praktično delo je
razgibano, saj morajo vstavljati vodnike v cevi in jih po načrtu tudi pravilno priklopiti. Kot bi
rekli: »Učijo se hoditi, da bodo lahko tekli.«
Pametne oz. inteligentne inštalacije so nadgradnja klasičnih inštalacij in jih spoznajo v višjih
letnikih. Dijaki pridobijo več znanja in ga s pridom izkoristijo pri praktičnem pouku. Pri
praktikumu inteligentnih inštalacij dijaki programirajo na računalniku in izbirajo pravilne
parametre, ki jih nato naložijo na določene aktuatorje. Delo je sedeče in zahteva več
razmišljanja.
V prihodnosti bi bilo dobro, da bi klasičnim panelom dodali še aktuatorje, ki jih uporabljamo
pri inteligentnih inštalacijah. Tako bi lahko najprej izvedli klasično inštalacijo in jo nato
nadgradili v inteligentno inštalacijo na istem panelu. Tako bi lahko na delovnem mestu
naredili primerjavo med zmožnostmi klasičnih in inteligentnih inštalacij, primerjavo
prednosti in slabosti tako enih kot drugih.
4 Viri in literatura
1. ELEKTROTEHNIŠKI priročnik. 1. atis. Ljubljana: Tehniška založba Slovenije. 2013.
2. KNX. [Online]. Dostopno na spletnem naslovu: http://www.knx.org.
3. SWITCHING actuator 2fold 16A DRA. Gira. [Online]. Dostopno na spletnem
naslovu: http://download.gira.com/data2/10403190.pdf.