16. INSTALACJE ELEKTRYCZNE SYSTEMU SI ORAZ IHC 16.1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych właściwości technicznych i zasad budowy instalacji elektrycznych typu SI oraz IHC. 16.2. Wiadomości podstawowe Specyficzne wymagania dotyczące wykonania niektórych instalacji elektrycznych i sterowania poszczególnymi odbiornikami wymusiły zastosowanie nowoczesnej techniki. Potrzeba wykorzystania nowoczesnych rozwiązań instalacji elektrycznych staje się niezbędna przy realizacji instalacji przede wszystkim w obiektach użyteczności publicznej takich, jak: obiekty biurowe, domy handlowe, hale sportowe, szpitale, teatry, muzea itp. Za pomocą nowoczesnych instalacji można zrealizować wszystkie tradycyjne układy sterowania instalacji elektrycznej. Ponadto integrują one poszczególne funkcje: sterowanie oświetleniem, sterowanie żaluzjami i roletami, sterowanie urządzeniami ogrzewania elektrycznego, takimi jak: piece, grzejniki, zawory regulacyjne, pompy obiegowe; sterowanie napędami drzwi i klap przeciwpożarowych, sygnalizacji przeciwpożarowej i urządzeniami przeciwpożarowymi; sterowanie urządzeniami komputerowymi z centralnymi lub lokalnymi urządzeniami rezerwowego zasilania (UPS); sterowanie urządzeniami antywłamaniowymi i sygnalizacji obecności osób niepożądanych; sterowanie instalacjami i urządzeniami monitorującymi stan techniczny wybranych obwodów i odbiorników; zarządzanie energią.
Do prostszych, w pełni zintegrowanych rozwiązań instalacyjnych, realizujących wyżej wymienione funkcje należą systemy instalacyjne: SI, oferowany przez firmę Doepke-Norden, IHC (Inteligent House Control), opracowany przez ELSO GmbH Elektrotechnik. 16.2.1. System SI Instalacje elektryczne wykonane w systemie SI realizuje się w oparciu o tradycyjną technikę przekaźnikową. Dlatego też ze względu na zasadę działania i sposób wykonania posiadają one cechy instalacji konwencjonalnych. Jest to bardzo istotna cecha tego systemu, oprócz takich jeszcze zalet jak: - prostota projektowania, - prosty montaż i uruchamianie instalacji, - przejrzystość prowadzenia przewodów, - nieskomplikowany nadzór i użytkowanie, - duża elastyczność w razie potrzeby wprowadzenia zmian i rozbudowy, - wielostronne możliwości sprzężenia z różnego rodzaju nadajnikami, - wysoki poziom niezawodności działania. Takimi nadajnikami sygnałów sterujących do załączania i wyłączania mogą być przykładowo: - przyciski, - łączniki instalacyjne, - czujniki ruchu, - łączniki zmierzchowe, - łączniki czasowe, - czujniki temperatury, - łączniki reagujące na położenie drzwi, okien itp., - telefony. Możliwości systemu SI w instalacji obiektu budowlanego przedstawia rys. 16.1. Są one praktycznie ograniczone tylko zakresem produkowanych urządzeń, potrzebami i inwencją projektanta. Wszystkie objęte systemem urządzenia mogą być sterowane indywidualnie, grupowo lub centralnie. W instalacjach wykonanych w systemie SI rozdziela się obwody sterowania, zasilane ze specjalnych zasilaczy prądem stałym o napięciu 24 V, od obwodów mocy zasilających odbiorniki o napięciu znamionowym 230 V. Połączenie obwodów sterowania i mocy następuje za pośrednictwem zespołów przekaźników zainstalowanych na ogół w jednym miejscu, w rozdzielnicy.
- łączniki zdalnego sterowania, - czujniki ruchu, - łączniki zmierzchowe, - łączniki czasowe, - czujniki temperatury, - kontakty okienne i drzwiowe, - telefon, - urządzenia kontroli wejścia ( obecności ) SYSTEM SI OŚWIETLENIE WENTYLATORY SILNIKI ROLET URZĄDZENIA ZAMYKANIA OKIEN URZĄDZENIA ŁĄCZNOŚCI Rys.16.1. Schemat blokowy możliwości sterowania pracą instalacji w systemie SI. Ze względu na różnorodność urządzeń w instalacji oraz charakter ich pracy stosuje się różne elementy wykonawcze (przekaźniki) systemu SI, które przetwarzają sygnały sterujące małej mocy na działania łączeniowe wywołujące zmianę stanu pracy urządzeń mocy. Elementy wykonawcze systemu SI charakteryzują się następującymi zaletami: - mały pobór mocy przy wszystkich stanach pracy; - bardzo mała wrażliwość na zakłócenia; - urządzenia rozkazowe (nadajniki sygnałów sterowania) nie generują same prawie żadnych sygnałów zakłócających, które mogłyby mieć wpływ na inne urządzenia, zasilane z tej samej sieci sterowniczej; - konsekwentne zastosowanie bardzo niskiego napięcia bezpiecznego 24V DC do sterowania wszelkich wejść; - rozdzielenie między stroną bardzo niskiego napięcia bezpiecznego, a stroną niskiego napięcia; - utrzymywanie stanu łączenia elementów wykonawczych przy wypadnięciu napięcia sieci. Zestawienie wybranych elementów systemu SI przedstawiono w tab. 16.1.
Tab. 16.1. Zestawienie niektórych elementów systemu SI. Rodzaj elementu Oznaczenie Funkcja Zasilacz NT 24-120 Zasilacz o prądzie znamionowym 120 ma Elementy wykonawcze i przekaźniki Elementy sterownicze rozkazowe, czujniki Elementy dodatkowe i osprzęt pomocniczy SIR 16V SIRO SIRO-SL SIFD SIDS SIZ-30 SIFB SIB SIWK SIAT SISAM-6 SISAM-12 Przekaźnik wielofunkcyjny Przekaźnik sterowania roletami, praca w układzie nadrzędnym typu Master Przekaźnik sterowania roletami, praca w układzie nadrzędnopodrzędnym Master - Slave Przekaźnik zmierzchowy ze zdalnym pomiarem natężenia światła Przekaźnik zmierzchowy ze zdalnym czujnikiem (zewnętrznym) DLF przekaźnik czasowy z płynną nastawą od 0,25s do 30 min Nadajnik i odbiornik sygnałów podczerwieni Czujnik ruchu Zestaw pogodowy z czujnikami deszczu i wiatru Tablica sterowniczo-synoptyczna umożliwiająca realizację zdalnych łączeń oraz wizualną kontrolę stanu wszystkich odbiorników w systemie SI Listwy mostkujące odpowiednio dla 6 i 12 modułów 16.2.2. System IHC. Jest to scentralizowany system dla instalacji w małej i średniej wielkości budynkach. System IHC stanowi kompromis pomiędzy prostymi systemami takimi, jak system SI oraz bardziej zaawansowanymi technologicznie systemami np. EIB. Pozwala on w prosty sposób połączyć w jedną całość praktycznie wszystkie instalacje elektryczne obiektu, umożliwiając sterowanie żaluzjami, oświetleniem, ogrzewaniem itd. Nadaje się również do generowania alarmów, zdalnego odczytywania stanów systemu i zdalnego przełączania wyjść (obwodów) przez modem IHC Strukturę systemu pokazano na rysunku 16.2. Jest to system scentralizowany. Centralnym elementem systemu jest jednostka sterująca. Do niej przyłączone są promieniowo moduły wejściowe oraz wyjściowe. Wszystkie komponenty systemu wraz z zasilaczem instalowane są w rozdzielnicach na szynie typu TH 35. Możliwy jest montaż decentralny modułów w podrozdzielnicach.
Rys. 16.2. Schemat struktury systemu IHC Do działania systemu jest konieczna następująca minimalna konfiguracja: - zasilacz 24V DC, - jednostka sterująca, - moduł wejściowy, - moduł wyjściowy. System można rozbudowywać w miarę potrzeby o np.: - sterowanie czasowe, - modem, - ściemniacze, - łączniki zmierzchowe, - detektory ruchu. Jednostka sterująca jest to sterownik programowalny, dzięki któremu możliwe jest zarządzanie maksymalnie 128 obwodami wejściowymi ( sensorami ) i 128 obwodami wyjściowymi (wyjścia dwustanowe). Dysponuje on 128 zegarami tygodniowymi, każdy z jednym czasem załączania i jednym czasem wyłączania. Przyporządkowanie zegarów do wejść i ustawienia czasów odbywa się podczas programowania systemu za pomocą komputera PC poprzez interfejs RS 232. Moduły wejściowe są wykonane są w dwóch wersjach: 230 V AC i 24 V DC. Moduły te przetwarzają odpowiednio sygnał 230V AC lub 24V DC i przesyłają do jednostki sterującej informacje o zmianie stanu za pośrednictwem przewodu danych. Moduły wejściowe na 230 V AC posiadają 8 wejść ze wspólnym przewodem N. Wejścia są uaktywniane przy przyłączeniu przewodu fazowego (L1, L2, L3). Wejścia są odseparowane galwanicznie od napięcia roboczego 24V DC systemu IHC. Moduły wejściowe na 24V DC mają 16 wejść, które staja się aktywne po połączeniu 0V DC.
Do aktywacji wejść modułów wejściowych można stosować wszystkie rodzaje styków przycisków, łączników, przekaźników, termostatów itp. Moduły wejściowe rozpoznają różne czasy trwania sygnałów wejściowych. Dzięki temu można np. przyporządkować jednemu łącznikowi dwie funkcje: dla naciśnięcia krótkiego (<1s) i długiego (>1s). Moduły wyjściowe posiadające 8 wyjść przekaźnikowych o obciążalności 10 A każde, analogicznie do modułów wejściowych na 220V AC i 24V DC. Jedna jednostka sterująca ma możliwość podłączenia maksymalnie 8 modułów wejściowych oraz 16 modułów wyjściowych. Moduły wejściowe i wyjściowe można lokować centralnie lub decentralnie. Jeżeli moduły są ulokowane centralnie wraz z jednostką sterującą w rozdzielnicy, to wszystkie kable trzeba doprowadzić do tej centralnej rozdzielnicy. Przy decentralnym ulokowaniu modułów wyjściowych i wejściowych, np. w podrozdzielnicach lub indywidualnie w pobliżu przycisków i sterowanych odbiorników, zmniejsza się łączna długość potrzebnego oprzewodowania. Ograniczenie stanowi jedynie maksymalna długość przewodu 100 m. pomiędzy jednostką sterującą a modułem wyjściowym lub wejściowym. 16.3. Niezbędne przygotowanie studenta Studentów przystępujących do ćwiczeń obowiązuje znajomość materiału dotyczącego nowoczesnych instalacji elektrycznych zawartego w pracy [16.1]. 16.4. Opis stanowiska laboratoryjnego 16.4.1. Stanowisko do badania właściwości instalacji elektrycznych wykonanych w systemie SI. Stanowisko do badania właściwości instalacji w systemie SI zostało zbudowane w oparciu o osprzęt systemu SI firmy Doepke Norden. Na rys. 16.3 przedstawiono wygląd ogólny, a na rys. 16.4 schemat ideowy stanowiska laboratoryjnego [16.2] Stanowisko składa się z trzech zasadniczych części: pulpit sterowniczy, pulpit z przekaźnikami systemu SI, pulpit symulacji obciążenia wraz z wizualizacją.
Rys. 16.3. Widok ogólny stanowiska do badania właściwości instalacji w systemie SI. Pulpit sterowniczy składa się z następujących bloków: - blok przycisków sterowniczych, - blok diodowy, - blok zdalnej sygnalizacji. Blok przycisków sterowniczych służy do sterowania (podawania impulsów) napięciowych na odpowiednio przyłączone wejścia sterujące przekaźników SI. Składa się z 20 przycisków izostatycznych, podświetlanych, z wyprowadzonymi gniazdami bananowymi, umożliwiającymi wykonywanie połączeń. Przyciski od S1 do S16, koloru pomarańczowego są to przyciski astabilne (z siłą zwrotną) samopowrotne. Przyciski od S17 do S20, koloru czerwonego są to przyciski stabilne (bez samopowrotu). Wszystkie przyciski oprócz S18 służą do bezpośredniego podania na gniazda bananowe potencjału +24V, umożliwiającego sterowanie wejściami przekaźników. Przycisk S18 posiada wyprowadzone oba swe bieguny, stanowiące styk czynny. Przycisk ten należy wykorzystać podczas realizowania funkcji alarmowej.
Rys. 16.4. Schemat wewnętrznych połączeń stanowiska laboratoryjnego do badania instalacji elektrycznych systemu SI: BD blok diodowy, BZ blok zasilania, BSI blok przekaźników systemu SI, BSO blok symulacji obciążenia wraz z wizualizacją, BST blok przycisków sterowniczych, BZS blok zdalnej sygnalizacji.
Blok diodowy jest złożony z 6 diod prostowniczych, które służą do rozdzielenia sygnałów sterowniczych przy realizacji układów ze sterowaniem indywidualnym, grupowym oraz centralnym. Blok zdalnej sygnalizacji składa się z 6 diod typu LED koloru czerwonego. Blok ten umożliwia wyprowadzenie sygnałów z wyjść sterujących podłączonych przekaźników w celu obserwacji stanu ich pracy. Pulpit z przekaźnikami systemu SI Widok pulpitu przedstawiono na rys. 16.5. Na pulpicie zainstalowane zostały następujące przekaźniki systemu SI: zasilacz NT 24-120, przekaźnik do sterowania żaluzjami SIRO+, 4 przekaźniki do sterowania żaluzjami SIRO-SL, 4 przekaźniki SIR 16V, przekaźnik czasowy SIZ 30, przekaźnik zmierzchowy SIDS z czujnikiem natężenia oświetlenia DLF. Przekaźniki mają wyprowadzone na gniazda bananowe swoje wejścia i wyjścia. Układ zasilania przekaźników jest natomiast połączony na stałe, aby uniknąć uszkodzenia przekaźników w przypadku popełnienia błędów łączeniowych. Oprócz przekaźników na pulpicie znajdują się także: włącznik głównego zasilania, gniazdo bezpiecznikowe dla obwodu 220V umieszczone nad wyłącznikiem, gniazdo bezpiecznikowe 24V DC umieszczone pod wyłącznikiem zasilania. Rys. 16.5. Widok pulpitu z przekaźnikami SI.
Pulpit symulujący obciążenia wraz z wizualizacją Widok pulpitu wizualizacji przedstawiono na rys. 16.6. Pulpit ten składa się z dwóch elementów. Pierwszym jest listwa z gniazdami bananowymi, na które wyprowadzone są wyjścia elementów symulujących odbiorniki, które będą sterowane przekaźnikami systemu SI. Drugim elementem jest tablica wizualizacyjna, ze zdjęciem domku jednorodzinnego, na widoku którego rozmieszczone są symulowane odbiorniki, opisane jako: O1 O7 odbiorniki oświetleniowe, M1 dioda liniowa symulująca otwieranie/zamykanie bramy garażowej, M2 M4 diody liniowe symulujące otwieranie/zamykanie rolet (żaluzji) okiennych, S układ akustyczny symulujący syrenę alarmową. Rys. 16.6. Widok pulpitu wizualizacji. 16.4.2. Stanowisko do badania właściwości instalacji elektrycznych wykonanych w systemie IHC. Stanowisko do badania właściwości instalacji w systemie SI zostało wykonane w oparciu o osprzęt firmy ELSO. Schemat elektryczny stanowiska przedstawiono na rys. 16.7 [16.3].
Rys. 16.7. Schemat połączeń stanowiska laboratoryjnego do badania instalacji systemu IHC.
Stanowisko składa się z trzech głównych elementów: rozdzielnicy, panelu sterowania, panelu symulacji obciążenia. Rozdzielnica stanowi model rozdzielnicy głównej budynku w systemie ICH, przy centralnym sposobie montażu modułów wejściowych i wyjściowych. W rozdzielnicy umieszczono następujące elementy systemu IHC (rys. 16.7): - jednostka sterująca; - zasilacz 24V/0,6A; - moduł wejściowy, 16 wejść dla styków bezpotencjałowych; - moduł wyjściowy, 8 wyjść przekaźnikowych w 2 grupach (max. 10A na grupę); - ściemniacz tyrystorowy 40-350W (obciążenie rezystancyjne i indukcyjne; - złącze RS 232 do podłączenia komputera w trakcie programowania systemu. Moduły wejściowy i wyjściowy zostały podłączone do jednostki sterującej odpowiednio do jej portów z numerem 1. Całość zasilana jest z zasilacza 24V DC. W module wejściowym z 16 możliwych do wykorzystania wejść zostało wykorzystanych 10. Na wejścia od numeru 1 do 8 podłączono przyciski instalacyjne, wyposażone w styk zwierny, monostabilny. Na wejście 11 podłączony został czujnik ruchu, natomiast na wejście 13 zaciski laboratoryjne do podłączenia zewnętrzych elementów sterujących. W module wyjściowych wykorzystano wszystkie 8 wyjść. Panel sterujący, którego widok przedstawiono na rys. 16.8 zawiera przyciski instalacyjne wyposażone w styk zwierny monostabilny oraz czujnik ruchu. Zastosowano przyciski pojedyncze (numery 5,8,11,13), podwójny (numery 6,7) oraz poczwórny (numery 1,2,3,4). Numery przycisków i czujnika ruchu (13) odpowiadają numerowi połączonego wejścia na module wejściowym. Panel symulacji obciążenia przedstawiony został na rys. 16.9. Umieszczono na nim gniazdo wtykowe z równolegle połączonymi zaciskami laboratoryjnymi, pozwalającymi podłączyć zewnętrzny odbiornik o mocy max. 2 kw, 5 lampek kontrolnych symbolizujących różne obwody oświetleniowe oraz żarowe źródło światła podłączone do ściemniacza tyrystorowego.
Rys. 16.8. Widok panelu sterującego stanowiska laboratoryjnego instalacji systemu IHC: 1 4 przycisk poczwórny; 6 7 przycisk podwójny; 5,8,11,13 przyciski pojedyncze; 12 czujnik ruchu. Rys. 16.9.Widok panelu symulacji obciążenia instalacji systemu IHC: 1 gniazdo z równoległymi zaciskami laboratoryjnymi do podłączenia odbiornika 2 kw; 2 6 lampki kontrolne, 8 żarowe źródło światła. 16.5.1. Instalacja w systemie SI. 16.5 Program ćwiczenia 1. Zapoznać się z budową stanowiska oraz z rozmieszczeniem poszczególnych elementów składowych.
2. Na podstawie dokumentacji zrealizować zadane przez prowadzącego układy połączeń i sprawdzić poprawność ich działania. Stanowisko umożliwia realizację następujących układów połączeń i sterowania: łączenie miejscowe oświetlenia i rolet; łączenie pojedyncze, grupowe i centralne; łączenie pojedyncze, grupowe i centralne z równoległą sygnalizacją i sterowaniem z pulpitu; łączenie oświetlenia schodowego; sterowanie oświetleniem za pomocą łącznika zmierzchowego; łączenie pojedyncze z funkcją alarmowania. 16.5.2. Instalacja w systemie IHC. 1. Zapoznać się z budową i konfiguracją stanowiska modelowego. 2. Po uruchomieniu systemu sprawdzić funkcje poszczególnych przycisków sterowniczych. 3. Zapoznać się z trybem serwisowym oprogramowania systemu IHC i zrealizować wybrane operacje serwisowe: wskazywanie wejść/wyjść wymuszone wysterowywanie wyjść. 4. Zapoznać się z trybem programowania systemu IHC i dokonać zadanej przez prowadzącego zmiany funkcji wybranego przycisku sterowniczego. 16.6. Opracowanie wyników badań 1. W sprawozdaniu przedstawić schematy i opis działania zmontowanych układów połączeń instalacji SI. 2. Zamieścić opis działania zmontowanego układu instalacji w systemie IHC (opisać funkcje poszczególnych przycisków sterowniczych). 3. Opisać zrealizowane funkcje serwisowania i programowania instalacji w systemie IHC. 4. Porównać we wnioskach właściwości instalacji w systemie SI i IHC. 16.7. Literatura [16.1] Markiewicz H. Instalacje elektryczne, WNT Warszawa 2002 r. [16.2] Siemczonek M. Opracowanie i wykonanie modelu instalacji elektrycznej w systemie SI. Inżynierska praca dyplomowa, PWr, Wrocław 2003.
[16.3] Kowalewski M. Opracowanie stanowiska laboratoryjnego do modelowania właściwości instalacji elektrycznych typu IHC, Inżynierska praca dyplomowa, PWr, Wrocław 2001.