Czy system inteligentnego budynku musi być bardzo kosztowny? Bardziej i mniej znane standardy wykorzystywane w realizacjach inteligentnych budynków.

Transkrypt

1 Czy system inteligentnego budynku musi być bardzo kosztowny? Bardziej i mniej znane standardy wykorzystywane w realizacjach inteligentnych budynków. Andrzej Tomczak Artykuł zawiera przegląd popularnych i mniej znanych standardów wykorzystywanych do realizacji systemów inteligentnych budynków, domów i mieszkań. Spojrzymy na standaryzację okiem inwestora oraz wykonawcy. Odkryjemy fakty, które nie są powszechnie znane. Stosowanie rozwiązań standardowych daje z reguły wiele korzyści. Przypatrzmy się kilku standardom, które są związane z wykonywaniem inteligentnych instalacji. Wykorzystanie poszczególnych standardów pozwala na poszerzenie możliwości systemu a bardzo często na obniżenie kosztu instalacji. 1. Standardy bardziej lub mniej znane KNX Protokół KNX (dawniej nazywany EIB), propagowany przez organizację KONNEX, jest aktualnie najszerzej wspieranym standardem automatyki małych i średnich budynków. Obejmuje cztery media transmisyjne: magistralę opartą na skrętce miedzianej, magistralę opartą na sieci zasilającej, magistralę opartą o protokół IP oraz fale radiowe. Powstało wiele norm europejskich i międzynarodowych, które opisują standard KNX (zobacz też: Normy i standard KNX). Nic więc dziwnego, że urządzenia do systemów KNX produkuje ponad sto firm z całego świata. Wszystkie moduły są kontrolowane pod kątem kompatybilności ze standardem, co daje rzadko spotykane możliwości współpracy urządzeń produkowanych przez różne firmy. Elementy widoczne dla użytkownika charakteryzują się różnorodnym wzornictwem, które może zaspokoić gusta nawet najbardziej wymagających klientów. Dzięki temu, że na rynku jest już ponad stu producentów, należy rozprawić się z mitem, że system KNX musi być kosztowny. Nie musi być, ponieważ dostępne są aktualnie urządzenia produkowane w krajach, których gospodarka jest zbliżona do naszej, co powoduje że ceny urządzeń są dla nas łatwiej akceptowalne. Ale oczywiście każdy system domu inteligentnego będzie inwestycyjnie droższy od rozwiązań nie wyposażonych w inteligencję. Ale trzeba sobie również zdawać sprawę, że dobrze zaprojektowany i sprawnie działający system inteligentnego budynku, domu czy mieszkania, wpływa na zmniejszenie zużycia energii, której koszty stale rosną. Czyli zainwestowanie w taki system przyczynia się do realnego obniżenia kosztów eksploatacji, co w rezultacie powoduje po pewnym czasie zwrot nakładów poniesionych na inwestycję. 55 mm x 55 mm Zastanówmy się na początku, jak to możliwe, aby łączniki radiowe, wykonywane przez niezależnych dostawców, pasowały do wielu linii wzorniczych tradycyjnych łączników? Odpowiedź wymaga uchylenia rąbka tajemnicy, niezbyt chętnie zdradzanej przez producentów osprzętu wywodzących się zza naszej zachodniej granicy. 1

2 Czujniki parametrów otoczenia firmy Elsner Elektronik w ramkach z osprzętem firmy JUNG Otóż bardzo wiele firm produkuje kilka swoich linii wzorniczych osprzętu instalacyjnego, wykorzystując standardowe wymiary klawiszy (55 mm x 55 mm). Dzięki temu do standardowych wypełnień można zastosować ramki różnych producentów. Można pokusić się o wskazanie przynajmniej 20 linii wzorniczych, multiplikowanych o różne materiały i kolory wykończenia ramek, pasujących do wypełnień 55 mm x 55 mm. To dość spory potencjał gotowych propozycji dla odbiorców inteligentnych instalacji. Niemiecka firma Elsner Elektronik specjalizuje się w wykonywaniu czujników i sterowników parametrów otoczenia. Produkuje m.in. całą linię różnych czujników (pojedynczych, podwójnych lub potrójnych) pasujących do ramek 55 mm x 55 mm. Są tam różne konfiguracje wewnętrznych czujników (temperatury, wilgotności powietrza i zawartości CO 2, oraz najnowszy czujnik stężenia lotnych związków organicznych), z wyświetlaczem lub bez, jak również (opcjonalnie) z możliwością lokalnej regulacji temperatury. Czujniki są wykonywane w różnych kolorach, aby dopasować je do gustów klientów. Daje to szczególne możliwości osobom projektującym i aranżującym wnętrza. Przykłady czujników parametrów otoczenia firmy Elsner Elektronik, wykonanych w standardzie 55 mm x 55 mm Innym przykładem wykorzystania standardu 55 mm x 55 mm jest uzupełnienie czy wręcz wykonanie inteligentnej instalacji w oparciu o bezprzewodowe przyciski radiowe. Można je na przykład z powodzeniem stosować do sterowania oświetleniem, żaluzjami itp. 2

3 Przykłady kompatybilności ramek standardu 55 mm x 55 mm różnych producentów Radiowe przyciski zasilane z baterii w standardzie 55 mm x 55 mm oraz wersje pasujące do linii wzorniczych firmy ABB (Busch-Jaeger) - B5 kompatybilną z ramkami Reflex SI, Reflex SI Linear, Busch-Duro 2000 SI, Busch-Duro 2000 SI Linear oraz B6 kompatybilną z ramkami carat, solo, Busch-axcent, future Linear, produkuje niemiecka firma Eldat. Wyposażone w długowieczną baterię, świetnie uzupełnią instalację w sytuacji, w której nie można czy też nie opłaca się układać dodatkowych przewodów. Firma dostarcza również interfejsy radiowe pozwalające na bezpośrednią komunikację radiowych przycisków bezprzewodowych z magistralami KNX i LonWorks. Urządzenia radiowe firmy ELDAT podłączone do magistrali KNX 3

4 EnOcean Niemiecka firma EnOcean GmbH jest właścicielem patentu samo zasilającej się technologii radiowej, z którego korzysta ponad 100 producentów z całego świata. Bezprzewodowe przyciski wykonane w standardzie EnOcean (np. przez niemiecką firmę Peha, która produkuje m.in. przyciski EnOcean w standardzie 55 mm x 55 mm) dla prawidłowej pracy nie potrzebują zasilania bateryjnego. Do ich zasilania używana jest energia odzyskiwana w czasie naciskania przycisku. Są droższe od przycisków bezprzewodowych zasilanych z baterii, ale za to nie musimy pamiętać, aby co kilka lat wymieniać baterię. Kilka firm produkuje interfejsy pomiędzy magistralą KNX i EnOcean. Są to na przykład: niemiecka firma Weinzierl, hiszpańska Intesis czy austriacka Loxone. Bezprzewodowy system EnOcean do sterowania klimatyzacją i inteligentnym domem KNX, oparty o interfejsy firmy Intesis 1-wire Magistrala 1-wire jest bardzo popularna jako tanie rozwiązanie do realizacji pomiarów temperatury, sprawdzania stanu wejść (np. z przycisków) czy realizacji kontroli dostępu w oparciu o pastylki ibutton (standard opracowany przez firmę Dallas Semiconductor, włączoną obecnie do Maxim IC). Dzięki zastosowaniu tej magistrali można w znaczący sposób obniżyć koszt wykonania instalacji inteligentnego domu, ponieważ ceny czujników 1-wire są bardzo niskie. Interfejs 1-wire znajduje się m.in. w ofercie firmy Loxone. Czujnik temperatury 1-wire stosowany w instalacjach inteligentnego domu RS485, RS232 RS485 to znany od wielu lat standard komunikacji, używany w automatyce przemysłowej, systemach alarmowych i kontroli dostępu, określony przez Electronics Industry Association jako EIA-485. Bardzo stabilna komunikacja na odległość nawet powyżej 1 km (do 1200 m), przy prędkościach transmisji do 100 Kbit/s. Na magistrali można zainstalować do 32 niezależnie adresowanych urządzeń. Nadaje się więc świetnie tam, gdzie jest potrzebna pewność transmisji przy niezbyt dużej ilości transmitowanych danych. W systemach automatyki budynkowej świetnie nadaje się do komuni- 4

5 kacji ze stacjami pogodowymi np. firmy Elsner Elektronik (stacje pogodowe z interfejsem RS485 należą do najtańszych na rynku) oraz (po prostym przekonwertowaniu z symetrycznego RS485 na powszechnie znany niesymetryczny RS232) do sterowania większością bardziej wyrafinowanych urządzeń audio-video (AV) takich jak amplitunery wielokanałowe, odtwarzacze, telewizory czy projektory. Interfejs RS232 można wykorzystać również do integracji pomiędzy systemem automatyki inteligentnego domu a systemem zabezpieczeń. Stosowanie w systemach inteligentnego budynku transmisji RS485 i RS232 (RS od angielskiego Recommended Standard) wymaga nieco wyższych kompetencji od osoby programującej system (np. znajomości odpowiednich komend sterujących urządzeniami AV różnych producentów). Interfejsy RS485 i RS232 znajdują się m.in. w ofercie firm Loxone i Wago. Stacja pogodowa z GPS firmy Elsner Elektronik, podłączana do magistrali RS V Prosty standard sterowania, wykorzystywany przez wiele tanich urządzeń automatyki inteligentnego domu. Pozwala np. na sterowanie natężeniem oświetlenia, głośnością a także na przyjmowanie informacji z sensorów. W przypadku sterowania jasnością lamp elektroluminescencyjnych przyjmuje się sterowanie 1-10 V, gdzie 1 V to minimalne oświetlenie a 10 V maksymalne. Za wyłączenie odpowiada stan 0 V. Wejścia i wyjścia 0-10 V znajdują się m.in. w urządzeniach zarządzających inteligentnym domem austriackiej firmy Loxone i w urządzeniach większości firm oferujących produkty na magistralę KNX. Czujnik obecności (binarny) i czujnik natężenia oświetlenia (0 10 V), zasilany napięciem 24 VDC firmy Peha DALI Magistrala DALI, opracowana przez DALI AG (z ang. Digital Addressable Lighting Interface Activity Group) i jest opisana w standardzie IEC Appendix E (w Polsce PN-EN 60929:2011), powstała ze względu na potrzebę sterowania wieloma źródłami światła (w szczególności ich ściemniania) jako rozwiązanie wygodniejsze od indywidualnego sterowania oświetleniem przy pomocy interfejsu 0-10V lub 1-10V (interfejsy te nie pozwalają na indywidualne adresowanie). Urządzenia wyposażone w interfejs DALI są podłączane do dwużyłowej magistrali, która może osiągać długość na- 5

6 wet do 300 m (jeśli zastosuje się przewód o przekroju co najmniej 1,5 mm 2 ). Na magistrali może znaleźć się do 64 indywidualnie sterowanych urządzeń, które można podzielić maksimum na 16 grup i zaprogramować maksimum 16 scen. Interfejsy DALI znajdują się w ofercie m.in. firmy Intesis, Jung i Gira. Interfejs KNX DALI firmy Jung DMX512 Standard komunikacji DMX512 został opracowany na potrzeby sterowania oświetleniem i do realizacji efektów scenicznych przez United States Institute for Theatre Technology (USITT DMX512/1990). Opiera się na standardzie RS485, a więc magistrala osiąga długość 1200 m i można do niej podłączyć do 32 urządzeń. W systemach inteligentnego domu wykorzystuje się interfejs DMX do sterowania oświetleniem LED-owym. Interfejsy DMX znajdują się m.in. w ofercie firmy Loxone. Sterowanie linijkami LED przy pomocy interfejsu DMX firmy Loxone 2. Wykorzystanie różnych standardów do obniżenia kosztów inteligentnych instalacji Znajomość aktualnie wykorzystywanych standardów pozwala na optymalne zbudowanie systemu o bardzo dobrym wskaźniku możliwości do ceny. Wymieniana już w tym artykule firma Loxone świetnie wyczuła możliwości i potrzeby rynku, i wykorzystała większość omówionych powyżej standardów do zbudowania własnej propozycji systemu sterującego inteligentnym domem. Urządzenie sterujące (Miniserver) jest wyposażone w port KNX, wejścia i wyjścia binarne, wejścia i wyjścia 0-10 V oraz możliwość podłączenia modułów rozszerzeń i interfejsów RS485, RS232, DMX512, 1-wire, EnOcean. Miniserver Loxone posiada również port TCP/IP (który, ze względu na powszechność występowania nie był omawiany w tym artykule należy jednak wspomnieć, że bardzo dużo aktualnie produkowanych urządzeń wykorzystuje port sieciowy do sterowania m.in. urządzenia audio-video), przez który może komunikować się ze wszystkimi urządzeniami pracującymi w kompute- 6

7 rowej sieci lokalnej. Zaimplementowano w nim również obsługę systemów multiroom, takich jak: Sonos, CasaTunes, SqueezeBox, Pioneer i Denon oraz nadajników sygnału podczerwieni IR-Trans i własnego modułu rozszerzeń o nazwie IR Extension. Proste funkcje pozwalają sterować głośnością, kolejnością odtwarzania i listami utworów domowego systemu audio a komunikacja z nadajnikami IR-Trans lub IR Extension daje możliwość wydawania rozkazów wszystkim urządzeniom obsługiwanym przez piloty zdalnego sterowania. Schemat blokowy możliwości połączeń elementów pasujących do różnych standardów do systemu firmy Loxone Trzeba przyznać, że wybór możliwości realizacji systemu jest duży. W rękach sprawnego integratora system oparty o te urządzenia jest bardzo elastyczny i może być zrealizowany w bardzo konkurencyjnej cenie. Jeśli do zalet doda się bezpłatne, dostępne w języku polskim, aplikacje sterujące na ios (ipad, iphone, ipod Touch) i Android oraz bezpłatne oprogramowanie konfiguracyjne dla integratora, wtedy będzie można w pełni docenić podejście firmy Loxone do rynku systemów inteligentnego budynku. 3. Podsumowanie Powyższy materiał miał na celu przybliżenie niektórych standardów stosowanych w instalacjach inteligentnych domów i pokazanie, że system inteligentnego budynku nie musi być bardzo drogi (ponieważ mamy w zasięgu ręki ekonomiczne, a jednocześnie standardowe rozwiązania). Sprawny integrator jest w stanie tak dobrać odpowiednie urządzenia do potrzeb klienta, aby uzyskać odpowiedni efekt za rozsądną cenę. Jeżeli do tego dochodzą argumenty obniżenia przyszłych kosztów eksploatacji budynków związanych z wykorzystaniem inteligentnych instalacji, liczba takich realizacji powinna się stale zwiększać. Przy rosnących kosztach pozyskiwania energii nie ma już chyba odwrotu od budowania inteligentnych mieszkań, domów i budynków. Nazwy i symbole użyte w tekście w celach informacyjnych mogą być zastrzeżonymi znakami towarowymi odpowiednich producentów lub posiadaczy praw 7

8 Normy i standard KNX W grudniu 2003, protokół KNX wraz z dwoma mediami komunikacyjnymi, magistralą opartą na skrętce miedzianej TP (z ang. Twisted Pair) i magistralą opartą na sieci zasilającej PL (z ang. Power Line) został zatwierdzony przez europejskie komitety narodowe i ratyfikowany przez Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki CENELEC jako normy europejskie grupy EN (w Polsce normy grupy PN-EN 50090). Fale radiowe RF (z ang. Radio Frequency) jako medium komunikacyjne dla standardu KNX zostały zatwierdzone w maju Stowarzyszenie KONNEX przedstawiło specyfikację KNX również Europejskiemu Komitetowi Normalizacyjnemu CEN celem zatwierdzenia jej jako europejskiego standardu dla systemów automatycznego sterowania budynkami. CEN opublikował specyfikację KNX jako normy EN :2006 i EN :2006 (w Polsce PN-EN :2007 i PN-EN :2007). Ze względu na duże zainteresowanie poza Europą technologią oraz produktami kompatybilnymi ze standardem KNX podjęto również odpowiednie kroki w kierunku zatwierdzenia standardu KNX na szczeblu międzynarodowym. Pod koniec roku 2004 kraje aktywne w pracach CENELEC zaproponowały normę europejską EN jako standard ISO/IEC. W listopadzie 2006 protokół KNX wraz ze wszystkimi mediami komunikacyjnymi (TP, PL, RF i IP) został zatwierdzony przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną ISO oraz Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną IEC jako normy międzynarodowe grupy ISO/IEC To spowodowało, że KNX stał się jedynym na świecie otwartym standardem dla instalacji sterowania domami i budynkami. Duże zainteresowanie Chin technologią KNX skłoniło KONNEX do przetłumaczenia standardu międzynarodowego ISO/IEC na język chiński. Chiński narodowy komitet techniczny SAC/TC 124 (SAC skrót ang. Standardization Administration of China) wprowadził standard KNX do Chin i opublikował go w lipcu 2007 jako chińską normę GB/Z Również łączenie systemu KNX z innymi systemami automatyki zostało unormowane na szczeblu międzynarodowym. Amerykańska norma, zatwierdzona wspólnie przez American National Standards Institute ANSI i American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers ASHRAE pod numerem ANSI/ASHRAE 135, jak i dokumenty ISO określają m.in. zasady łączenia pomiędzy standardem KNX ze standardem BACnet. (za oficjalną stroną Stowarzyszenia KNX - uzupełnienia dokonane przez autora) 8