13.4.5 KNX akční členy
Ing. Josef Kunc
Základním úkolem akčních členů je vykonávat příkazy odesílané snímači. Proto také, na rozdíl od snímačů, jsou zapojeny do silových obvodů jimi ovládaných elektrických předmětů. V závislosti na ovládané funkci, nebo také na principu řízení dané fyzikální veličiny, je možné akční členy rozdělit do čtyř základních skupin:
- - spínací akční členy (neboli binární výstupy),
- - stmívací akční členy,
- - žaluziové akční členy a
- - analogové akční členy.
Kromě toho jsou však důležitá i další kritéria pro posuzování akčních členů, která jsou rozhodující při jejich výběru. Na akční členy lze tedy dále nahlížet podle:
- konstrukce (pro montáž do rozvaděčů, pro zapuštěnou montáž do elektroinstalačních krabic, pro nástěnnou montáž, pro vestavění do elektroinstalačních kanálů, stropních podhledů nebo do svítidel či jiných spotřebičů),
- jmenovitého proudu,
- druhu proudu (stejnosměrného, střídavého),
- druhu zátěže (motorové, odporové, žárovkové, zářivkové, LED, transformátorové,…),
- násobnosti (s jedním nebo více výstupními obvody),
- využitelnosti (jednoúčelové, kombinované),
- rozsahu provozních teplot,
- stupně krytí, atd.
Každému ovládanému elektrickému předmětu je tedy v systémové elektrické instalaci předřazen akční člen. Ten svou integrovanou sběrnicovou spojkou, připojenou ke sběrnici KNX, zabezpečuje dekódování příkazu a předání potřebné informace svému aplikačnímu modulu k jeho vykonání.
Akční členy je výhodné umisťovat pokud možno co nejblíže ke spotřebičům, především s ohledem na spotřebu vodičů. Avšak pozor! Na pohled zcela stejné přístroje různých výrobců, tedy pro stejný způsob montáže, se shodnými jmenovitými hodnotami proudu i napětí, pro stejný druh zátěže, ve stejné cenové kategorii i ve stejné násobnosti, na rozdíl od klasických přístrojů mohou být někdy až diametrálně odlišné. Stejně jako u snímačů, i akční členy se mohou velmi výrazně lišit svými aplikačními programy. Před použitím je proto velmi důležité seznámit se s možnými způsoby jejich použití. Jinak by se mohlo stát, že zdánlivě nepatrně ekonomicky výhodnější řešení může být naopak dražším, protože namísto jednoho přístroje se specializovaným aplikačním programem od jednoho výrobce bude nutné použití i několika v souhrnu podstatně dražších přístrojů od jiných výrobců. Při nedostatečné znalosti aplikačních programů se tato potřeba může projevit až při oživování instalace.
Akční členy bývají montovány nejčastěji do rozvaděčů. Pro minimalizaci spotřeby silových vodičů (při optimálním návrhu lze dosáhnout běžně až 40% snížení potřeby kabelů a s tím souvisejícího snížení montážní pracnosti) a pro výrazné zvýšení přehlednosti, je vhodné použití vyšších počtů menších rozvaděčů, než použití jediného centrálního rozvaděče.
Spínací akční členy
Spínací akční členy reagují na přijaté příkazy odesílané tlačítkovým snímačem nebo jiným odesilatelem příkazového telegramu v zapojení podle obr. 1.
Obr. 1: Principiální schéma spínání v KNX systémové instalaci
Činnost spínání je založena na odesílání jednobitových příkazů, které mohou dosahovat pouze dvou hodnot. Odesílaná hodnota „0” znamená příkaz k vypnutí, zatímco hodnota „1” příkaz k zapnutí – obr. 2, kde levé tlačítko snímače s fyzickou adresou 1.1.1 odesílá střídavě zapínací a vypínací příkazy zakódované do skupinové adresy 1/1/1. Telegramy s touto adresou přijímá dvojnásobný spínací akční člen s fyzickou adresou 1.1.2, přičemž ke komunikačnímu objektu kanálu A je přiřazena shodná skupinová adresa. Tím je zajištěno spínání výstupu kanálu A. Obdobně je tomu v kanálu B, který je spínán telegramy se skupinovou adresou 1/1/2 odesílanými pravým tlačítkem snímače (obr. 2).
Obr. 2: Průběh spínání v KNX systémové instalaci
Představme si vícenásobný spínací akční člen, například pro jmenovitý proud 16A, určený především pro spínání odporové zátěže, ale současně dovolující i spínání kapacitních zátěží, tedy z praktického hlediska vhodného i pro spínání obvodů se svítidly vybavenými zářivkovými světelnými zdroji.
Ve svém základním programu akční člen reaguje jako prostý spínač. Po příchodu zapínacího telegramu zapíná, vypínacím příkazem vypíná. Mnohdy je však nutné svázat spínací funkci logickou vazbou nebo časovým zpožděním.
U starších akčních členů byly aplikační programy velmi jednoduché. A bylo-li zapotřebí poněkud upravit použitý aplikační program, mnohdy nepostačila pouhá změna parametrů, byla nutná změna aplikačního programu. Všechny výstupy téhož přístroje ale musely pracovat ve stejném režimu provozu.
Novější přístroje, vybavené již dokonalejšími aplikačními programy, mají kombinace jednotlivých spínacích režimů vázány pouze na změnu parametrů daného aplikačního softwaru. To umožňuje nastavit jednotlivé výstupní kanály podle potřeby, pro různé spínací režimy. Základní podmínkou pro použití jakéhokoli vícenásobného akčního členu je tedy možnost parametrického programování každého výstupu nezávisle na výstupech ostatních. Potřebné technické detaily jsou k dispozici v podrobných technických příručkách vydávaných jednotlivými výrobci obvykle v elektronické podobě. Projektanti je snadno naleznou na webových stránkách každého z výrobců.
Obr. 3: Příklad čtyřnásobného spínacího akčního členu s manuálním ovládáním
Na stavbách různých budov je možné se poměrně často setkat se situací, kdy přístroje v rozvaděčích jsou sice již osazeny a zapojeny do silových obvodů, ale příslušné ovládací přístroje na KNX sběrnici ještě nejsou namontovány. To znamená, že by nebylo možné spínat osvětlení a další potřebná elektrická zařízení. Jsou-li však použity spínací akční členy s přídavným manuálním ovládáním, lze příslušné silové obvody spínat přímo z rozvaděče. Spínací akční členy jsou zhusta elektronickými přístroji, v jejichž jednotlivých koncových obvodech, jako výkonové spínací elementy, jsou použita elektrická relé s elektromechanicky ovládanými silovými kontakty. Vhodnými manuálně ovládanými mechanismy lze potom tyto kontakty přímo spínat. V běžném pracovním provozu však tento ovládací element slouží jako optický ukazatel okamžitého pracovního stavu. Příklad takového spínacího akčního členu je na obr. 3.
U některých aplikací je výhodné použití akčního členu v těsné blízkosti spínaného předmětu. Např. pro spínání silové zásuvky může být použit spínací akční člen uložený v hluboké elektroinstalační krabici přímo pod spínanou zásuvkou. Možný vzhled dvojnásobného spínacího akčního členu pro zapuštěnou montáž je na obr. 4.
Obr. 4: Spínací akční člen pro zapuštěnou montáž
Pro některé specifické úkoly mohou být použity spínací akční členy vybavené úzce specializovanými aplikačními programy. Takovými přístroji jsou např. regulátory konvektorů (fan-coilů). Konvektory jsou vybaveny ventilátory napájenými přes vestavěné transformátory. Přepínáním odboček transformátoru se regulují otáčky ventilátoru a tím také množství tepla předávaného přes výměník konvektoru do okolního prostoru. Kdybychom chtěli tento úkol splnit kterýmkoli vícenásobným spínacím akčním členem, museli bychom zajistit, aby se nikdy nemohlo stát, že by v jednom okamžiku bylo sepnuto více kontaktů. V případě současného sepnutí dvou nebo více kontaktů by totiž došlo ke zkratování některých sekcí vinutí transformátoru, což by mohlo vést k jeho zničení. Proto jsou k dispozici také specializované akční členy, jejichž aplikační programy jsou zpracovány tak, aby k naznačené kritické situaci nemohlo dojít. To znamená, že při příkazu pro přepnutí musí nejdříve sepnutý kontakt rozepnout a teprve poté sepnout kontakt jiný.
Obr. 5: Princip činnosti regulátoru konvektoru
Tyto regulátory mohou být pro třístupňové nebo pětistupňové řízení otáček ventilátorů (+ ventilátor ve vypnutém stavu). Navíc bývají vybaveny dalšími vázaně nebo volně programovatelnými spínacími výstupy, při vázaném použití určenými pro spínání elektrotepelných hlavic teplovodních ventilů. Na obr. 5 je znázorněn princip činnosti regulátoru konvektoru. Termostat předává po KNX sběrnici informace o aktuální a nastavené teplotě a odesílá také spínací příkazy k činnosti topení nebo chlazení. V závislosti na rozdílu nastavené a měřené teploty akční člen přepíná rychlost otáček ventilátoru.
Spínací akční členy nemusí být vždy s reléovými výstupy. Mohou být také plně elektronické – s výkonovými polovodičovými spínači (triaky) na výstupech. Výhodou je jejich zcela bezhlučný chod a také vyšší životnost ve srovnání s kontaktními přístroji. Jsou tedy výhodné především v aplikacích vyžadujících vysokou hustotu spínání. Určitou nevýhodou je však značné omezení jmenovitých proudů těchto přístrojů (což je dáno vyšší tepelnou ztrátou na spínacím prvku).
Vícenásobné polovodičové spínací akční členy jsou zpravidla koncipovány pro montáž do rozvaděčů, zatímco jednonásobné pro zapuštěnou montáž do elektroinstalačních krabic v blízkosti ovládaného předmětu. Nejčastěji jsou určeny pro řízení provozu elektrotepelných hlavic ventilů topení a chlazení. Jednonásobný polovodičový spínací akční člen pro zapuštěnou montáž, vybavený dvojnásobným binárním vstupem pro připojení okenních a podobných kontaktů, je na obr. 6.
Obr. 6: Jednonásobný polovodičový spínací akční člen pro zapuštěnou montáž
Před použitím každého akčního členu je zcela nezbytné detailní seznámení se s jeho aplikačními programy, aby v průběhu montáže a oživování nemohlo dojít k překvapujícímu zjištění, že nakoupený přístroj nedokáže splnit všechny původně předpokládané úkoly. To by potom mělo za následek doplnění instalace o další, přídavné přístroje anebo jeho záměnu za přístroj vyhovující všem požadavkům.
Systémové elektrické instalace si nelze vůbec představit bez realizace široké škály logických vazeb, jimiž jsou svázány jednotlivé funkce tak, aby jejich činnost zajišťovala maximální úspory energií a současně i požadovanou úroveň komfortu. Současné spínací akční členy jsou ve svých aplikačních programech běžně vybaveny možností využití některých logických vazeb. Tím se snižují požadavky na počty jinak nezbytných samostatných logických prvků.
Další možností některých spínacích akčních členů je detekce protékajícího proudu. Tento parametr je možné využít pro blokování spotřebičů a pro podobné účely.
Před volbou spínacího akčního členu je nezbytné zjistit také velikost zatěžovacího proudu a charakter přípustných zátěží (odporová, induktivní, kapacitní). V katalogové dokumentaci bývá zpravidla uvedena tabulka s přehledem možných druhů zátěže a také povolené spínací režimy (AC-1, AC-3 apod.). Vhodnou pomůckou bývají také přípustné počty předřadníků spínané zářivkové zátěže, počtů spínaných výbojkových světelných zdrojů atd.
V některých případech bývá výhodné využití kombinovaného přístroje, který slučuje funkci snímače i akčního členu. Takovouto kombinací je např. sběrnicová spojka pro zapuštěnou montáž do elektroinstalační krabice a určená pro propojení s vhodným aplikačním modulem (designovým prvkem) a současně i k silovému spínání zátěže. Znamená to tedy, že přístroj je připojen nejen ke sběrnici KNX obvyklou sběrnicovou svorkovnicí, ale je vybaven i silovými svorkami pro jmenovité napětí do 250 V. Jako aplikační modul lze zpravidla použít prakticky kterýkoliv tlačítkový snímač, snímač pohybu nebo přítomnosti a podobný prvek, který ovšem musí být od téhož výrobce, od něhož nakoupíme zmíněnou kombinaci.
Při rekonstrukcích anebo při doplňování systémových elektrických instalací o nové prvky je mnohdy potřebné vyhnout se náročným a současně i nežádoucím stavebním zásahům. Přitom, např. ve stropních podhledech lze využít možnosti připojení ke stávajícímu silovému vedení (které však také může být předem připraveno, právě s ohledem na možné budoucí úpravy). Takovéto akční členy mohou být v těsné blízkosti spínaných elektrických předmětů (svítidla apod.) anebo mohou být do nich vestavěny.
V částech systémových instalací umístěných ve venkovním prostředí se používají akční členy vyhovující tomuto způsobu montáže. Jsou v krytech s postačujícím stupněm krytí (např. IP 55) a s rozsahem provozních teplot často již od -25°C, na rozdíl od přístrojů pro vnitřní použití, u nichž dolní hranice provozní teploty bývá kolem +5°C.
Každý programovatelný přístroj pro instalaci KNX je vybaven tzv. programovacím tlačítkem a programovací LED, používanými při programování individuální adresy a během diagnostických postupů při oživování instalace a odstraňování chyb. Tyto prvky jsou obvykle snadno přístupné, avšak u přístrojů s vyšším stupněm krytí jsou zpravidla umístěny pod krytem. V průběhu programování fyzické adresy a během některých diagnostických postupů je proto nezbytné kryt odstranit. V běžném provozu však musí být opět řádně připevněn.
Žaluziové akční členy
Základní princip řízení provozu žaluzií je schematicky znázorněn na obr. 7. Tlačítkový snímač odesílá dva typy příkazů, jejichž význam závisí na délce stisku ovládacího tlačítka. Ovladač musí mít parametricky nastavenou časovou hranici mezi krátkým a dlouhým stiskem (optimální hodnota bývá kolem 0,5 s).
Obr. 7: Princip řízení žaluzie v KNX systémové instalaci
Dlouhým stiskem tlačítka snímače bude generován telegram se skupinovou adresou 2/1/12. Hodnotou „0” je žaluzie odesílána do horní mezní polohy, hodnotou „1” do dolní polohy. Komunikační objekty pro krátkou dobu běhu pohonu nebo pro zastavení pohybujícího se pohonu jsou svázány skupinovou adresou 2/1/13 – reakce na krátký stisk tlačítka. Prioritní komunikační objekt akčního členu má přiřazenu skupinovou adresu 2/1/99, odesílanou snímačem rychlosti větru. Při překročení nastavené meze (např. 25 m.s-1) bude žaluzie automaticky svinuta do zabezpečené polohy jako ochrana před mechanickým poškozením. Pokud se vítr neutiší, činnost pohonu bude zablokována, žaluzie tedy nelze žádným způsobem ovládat. Na obr. 8 je naznačena ještě vazba na snímač slunečního svitu. V případě, že Slunce svítí na okno s touto žaluzií, telegram se skupinovou adresou 3/1/31 zajistí zastínění okna, aby nedocházelo k oslnění osob v místnosti tímto přímým slunečním světlem. Není-li okno ozářeno, žaluzie bude svinuta, aby nebránila přístupu denního světla.
Obr. 8: Průběh komunikace při řízení žaluzií v KNX systémové instalaci
Tento typ akčních členů můžeme považovat za zvláštní variantu spínacích akčních členů. Jsou specializovány na řízení chodu vybraných elektrických pohonů. Jsou především určeny pro ovládání prostředků stínicí techniky, ale také oken, dveří, vrat apod., což znamená řízení motorických pohonů (nikoliv ventilátorů, pro jejichž řízení postačí obyčejné spínací akční členy), tedy pohonů s reverzací smyslu otáčení. Tyto přístroje mohou být koncipovány pro řízení provozu stejnosměrných pohonů obvykle malého napětí (často využívaných pro otevírání a zavírání střešních oken) anebo pro přepínání vinutí střídavých motorů nízkého napětí, využívaných pro reverzaci motorů ve většině ostatních případů.
Výrobcem zpracované aplikační programy musí zajistit, aby nikdy nemohlo dojít k současnému sepnutí kontaktů pro oba smysly otáčení. Pokud pohon stínicího prostředku není v činnosti, spínací kontakty jsou v rozepnutém stavu, na rozdíl od spínacích akčních členů, u nichž kontakty musí zůstat v sepnutém stavu po celou dobu, po kterou je potřebná činnost spínaných předmětů.
Žaluziové akční členy mohou ponechat pohon v provozu pro celý chod jedním nebo druhým směrem (otevření nebo zavření okna, spuštění nebo vytažení rolety) a také přerušovaně ovládat jeho chod pro ukončení pohybu, krokování…
