Programovatelné elektroinstalační systémy – někdy se nesprávně označují jako systémy inteligentní či chytré (ve skutečnosti se nejedná a ani to není záměrem, aby se jednalo o umělou inteligenci) – se používají stále častěji nejen v komerčních a podobných objektech, ale také v budovách pro bydlení, a to jak pro méně rozsáhlé, tak i pro rozsáhlejší elektrické instalace.
Tyto systémy, pokud jsou správně navrženy a zhotoveny, výrazně zvýší energetickou efektivitu budov při značném zjednodušení obsluhy. Zajistí tak maximální pohodlí pro uživatele těchto objektů.
Nejrozšířenějším z těchto programovatelných soustav je celosvětově nejpoužívanější systém KNX – systém mezinárodně normalizovaný podle souborů norem, jako např. podle norem ČSN EN 50090 a ISO IEC 14543-3. Tento systém celosvětově zaujímá skutečně rozsáhlý trh s domovními automatizačními systémy.
Je zajímavé, jak rychle dokážeme přijímat novinky se stále vyššími stupni automatizace a se stále dalšími technickými vymoženostmi v komunikační technice, v bezhotovostních platbách, v satelitní navigaci, v nákupech zboží prostřednictvím internetu, v automobilové technice apod. Přitom ale velmi často lpíme na klasických elektrických instalacích, vymýšlíme si neustále další a další nelogické argumenty jen proto, abychom se vyhnuli automatizaci provozu elektrických instalací ve svých objektech. A to i přesto, že programovatelné instalace nám mohou přinést výrazné energetické úspory. Těch lze ale dosáhnout jedině provázáním řízení všech dílčích funkcí v objektu do jediného společného systému naprogramovaného tak, aby plnil všechny námi předem stanovené úkoly.
Očekávané funkce plní nejlépe právě KNX systém, protože je systémem sběrnicovým, se způsobem řízení nevyžadujícím jakoukoli centrální řídicí jednotku. Je totiž systémem stavebnicovým, využívajícím pouze ty prvky, které jsou nezbytné pro zajištění požadovaných činností.
Komunikační média v KNX instalacích
Všechny programovatelné prvky v KNX instalacích vzájemně komunikují prostřednictvím telegramů odesílaných na sběrnici. Tato sběrnice může být vytvářena několika způsoby.
Nejrozšířenější a také nejspolehlivější sběrnicí je tzv. kroucený pár vodičů (TP – Twisted Pair). Při komunikační rychlosti 9600 bit.s-1, která plně postačuje pro řízení funkcí v budovách, mohou veškeré KNX TP certifikované produkty spolehlivě komunikovat po společné síti sběrnic krouceného páru.
V některých případech (např. v určitých částech rekonstruovaných instalací, v nichž nelze do nových částí instalace ukládat nová sběrnicová vedení) lze využít stávajících silových elektrických rozvodů i pro přenos informací mezi použitými KNX PL přístroji. V tomto případě tvoří sběrnici zmíněné silové vedení. Pro komunikaci se používá klíčovaných signálů se středním kmitočtem 110 kHz.
Z obdobných důvodů je ale možné využití KNX RF přístrojů – sběrnice je v tomto případě bezdrátová – radiofrekvenční – použitý nosný kmitočet je 868 MHz.
KNX informace lze přenášet také jako telegramy zapouzdřené v IP telegramech, tedy po IP sítích.
Veškeré KNX instalace mohu podle potřeby používat pouze jedno, ale také třeba i všechna čtyři uvedená komunikační média. Potom ale jsou zcela nezbytná rozhraní zajišťující vždy převody telegramů z jednoho média na druhé.
Radiofrekvenční (RF) přenos v KNX instalacích
Nejen během rekonstrukcí elektrických instalací, ale také v nových objektech mnohdy vznikají situace, kdy na místo určené pro umístění přístroje KNX nelze skrytě přivést vedení sběrnice. Přitom však podstatnou část systémové instalace lze uskutečnit s využitím komunikačního média TP – s metalickou sběrnicí.
Představme si, že v objektu s celoskleněným pláštěm potřebujeme umístit ovládací KNX přístroje (tlačítkové snímače) právě na takovéto skleněné povrchy. Zde patrně nemáme jinou možnost, než na požadovaná místa připevnit ovladače, k nimž však nelze přivést potřebnou sběrnici zajišťující jak přenos informací, tak i napájení elektronických obvodů, jimiž je snímač vybaven.
Na obr. 1 je znázorněn princip jednosměrné RF komunikace, používaný již řadu let. Byl využívaný především v návaznosti na programovací softwary ETS3 a ETS4, které neumožňovaly přímé programování KNX RF přístrojů. Po sběrnici TP je v tomto případě možné naprogramovat pouze přijímací část, tedy RF/KNX rozhraní, které je jako jediný z RF přístrojů připojeno ke sběrnici. Toto rozhraní může spolupracovat s omezeným počtem vysílacích jednotek (např. nejvýše se 64 RF jednosměrnými tlačítkovými snímači). Přitom RF/KNX rozhraní je pouze jedním účastníkem na KNX TP sběrnici a je tedy vybaveno pouze jedinou fyzickou adresou, odpovídající topologickému umístění na sběrnici. Bude-li do projektu vloženo toto rozhraní např. do linie 1.5 jako 36. přístroj, bude vybaveno fyzickou adresou 1.5.36. Ovšem na sběrnici bude předávat telegramy ode všech RF snímačů, s nimiž spolupracuje.
Zmíněné RF snímače byly zpravidla vytvořeny za použití techniky EnOcean, tedy přístroje nevybavené jakoukoli baterií. Pro svoji činnost (pro odeslání informace o stisku tlačítka) samozřejmě vyžadovaly vhodný zdroj energie. Každé tlačítko proto bylo vybaveno vestavěným elektromagnetickým, příp. piezoelektrickým miniaturním generátorem. Po stisku tlačítka byl vygenerován napěťový puls s energií postačující k vybuzení elektronických obvodů včetně vysílače a tedy k odeslání příkazu k vykonání požadované akce.
Vzhledem k tomu, že v době mimo stisk tlačítka jsou tyto bezbateriové přístroje bez napájení, tedy ve stavu „spánku“, nejsou schopny přijímat telegramy a také nemohou zobrazovat aktuální provozní stav ovládaného předmětu (např. sepnutý stav příslušného kanálu spínacího akčního členu). To ovšem bývá nejčastěji zajišťováno svitem dvou nebo vícebarevné LED.
Požadujeme-li i zpětná hlášení (potvrzení o přijetí telegramu) a také telegramy se stavovými hlášeními, potřebujeme již obousměrné KNX RF přístroje. K tomu je důležité zajistit trvalé napájení bezdrátových ovladačů – vybavit je napájecími bateriemi.
Software ETS5 již umožňuje i programování KNX RF přístrojů – za použití KNX/RF převodníku připojeného k PC. Ke sběrnici KNX mohou být připojena jednotlivá KNX/RF rozhraní (s funkcí liniových spojek), takže je snadné vytváření smíšené topologie systémové instalace obsahující TP linie i linie RF. Každá RF linie vytváří tzv. doménu s nejvýše 256 KNX/RF přístroji. Do kteréhokoli projektu vytvářeného v softwaru ETS5 (nebo v jeho vyšší verzi) lze vkládat linie s různými komunikačními médii, jak je znázorněno na obr. 2, kde přístroje na linii 1.1 využívají přenos po metalické sběrnici TP. Linie 1.2 bude tvořena přístroji pro komunikaci po silovém vedení – KNX PL110, k níž software ETS samočinně přiřadil systémové ID=100. Třetí linie – linie 1.3 – je tvořena KNX RF doménou – ETS přiřadil adresu domény 00FA:341BA06A.
Každá linie musí být připojena k nadřazené linii (v tomto případě k hlavní linii oblasti 1) prostřednictvím vhodných spojek. Pokud by hlavní linie byla linií TP, potom bude linie 1.1 připojena prostřednictvím TP liniové spojky, linie 1.2 prostřednictvím TP/PL systémové spojky a linie 1.3 prostřednictvím TP/RF rozhraní.
Nyní je ale nadřazená linie velmi často vytvořena IP sítí, jak je schematicky znázorněno na obr. 3.
KNX/RF přístroje jsou v současnosti dodávány nejen pro jednosměrnou, ale také pro obousměrnou komunikaci vždy s vestavěnou baterií. To umožňuje umístění snímačů, popř. akčních členů do míst problematických z hlediska připojení k pevným rozvodům. Takže např. tlačítkový snímač nebo snímač pohybu může být umístěn na skleněné stěně, ale také na stěnách památkově chráněných objektů, kde nelze zasáhnout do historických omítek apod. Přístroje mohou pracovat také ve výtazích, na přepravních vozících a v jiných mobilních zařízeních pohybujících se uvnitř budov, v dosahu jiných přístrojů, pevně připojených do KNX systémové instalace. Určitou nevýhodou těchto prvků je nezbytnost jejich vybavení vestavěnou napájecí baterií, kterou je nutné vyměnit za novou po určité době. Výhodou obousměrných přístrojů je možnost jejich provozu jako retranslační stanice dovolující zvýšení dosahu RF přístrojů.
Všechny přístroje předávající telegramy musí být vybaveny vysílacími i přijímacími částmi, na rozdíl od naznačeného řešení na obr. 1, kde je naznačena pouze jednosměrná komunikace. Potom také bude možné, aby např. po odeslání RF příkazu tlačítkovým snímačem k zapnutí konkrétního spotřebiče, se určená barva indikační LED snímače rozsvítila nejen po odeslání telegramu, ale také po změně stavu způsobenou příkazem od jiného přístroje.
Přístroje připojené ke sběrnici a současně určené k RF komunikaci (KNX/RF rozhraní) jsou nejčastěji umístěny v rozvaděčích. Pro jednu instalaci s nejvýše 256 RF přístroji může vystačit jeden takovýto přístroj. Dosah vysílačů na volném prostranství bývá až kolem 300 m. Ovšem v železobetonových budovách a v objektech, v nichž je použito větší množství kovových konstrukčních prvků, mohou nastávat určité komplikace při RF přenosu.
Aby nemohlo docházet k případným nežádoucím přenosům vf telegramů do jiných (blízko umístěných) systémových instalací, rovněž vybavených RF přenosem, při programování softwarem ETS je všem prvkům společné instalace přiřazován konkrétní společný kód – adresa domény, který zabrání tomu, aby s telegramy pracovali účastníci z jiné části instalace – z jiné domény.
RF přístroji mohou být také akční členy. Jelikož jsou zpravidla určeny pro řízení silových obvodů napájených ze silové sítě nn, jsou zcela logicky obvykle napájeny ze sítě 230 V. Všechny přijímače v KNX musí být schopny dále přenášet, takže touto jedinečnou schopností KNX signál obsáhne systém jako celek.
