Domótica – Montagem e Colocação em Serviço de Instalações Automatizadas com Sistemas de Bus KNX/EIB – Tutorial –

by admin

Curso Profissional de Electrónica, Automação e Comando
Disciplina de Automação e Comando
Módulo de Domótica

Este tutorial é composto de duas partes.
Na primeira será referido como se procede à montagem de instalações automatizadas e que utilizam o sistema de bus KNX/EIB. Serão mencionadas algumas das regras mais importantes a respeitar, e serão apresentadas algumas dicas práticas.
Num segundo artigo serão apresentados vários exemplos de circuitos domóticos, de controlo de iluminação, de persianas e toldos, de aquecimento e ar condicionado, de controlo de cargas, alarmes, de monitorização do sistema, etc.

O índice deste tutorial em duas partes vai já aqui abaixo.

Mais tarde publicaremos um tutorial complementar a este, em que serão executados os projectos correspondentes aos exemplos do presente tutorial, em software específico, o ETS-3.

Estejam pois atentos.

Índice

1. Montagem de instalações automatizadas com sistemas de bus KNX/EIB
A – Aplicações Básicas do Sistema KNX/EIB
. Controlo de iluminação, persianas e toldos
. Controlo de temperatura. Controlo de aquecimento/ar condicionado
. Controlo de cargas
. Monitorização, visualização e registo
B – Projecto da Instalação KNX/EIB/TP1
. Determinação das funcionalidades pretendidas
. Tipos de Instalação no edifício
C – Cablagem do Bus de Instalação KNX/EIB/TP1
D – Selecção e Montagem de Componentes de Bus KNX/EIB/TP1
. Representação esquemática da instalação
E – Instalação e Montagem do Controlo de Iluminação
. Funcionamento da Instalação
. Componentes e endereços de grupo (botões de pressão, detector de movimento, saída binária)
F – Instalação e Montagem do Controlo do Aquecimento
. Funcionamento da Instalação
. Componentes e endereços de grupo (botão de pressão quádruplo, saída binária, entrada binária, termostato)
G – Instalação e Montagem do Controlo de Persianas
. Funcionamento da Instalação
. Componentes e endereços de grupo (botão de pressão simples individual, botão de pressão simples centralizado, entrada binária, actuador de persianas)
H – Instalação e Montagem do Controlo dos Alarmes Técnicos (Inundação e Gás)
. Funcionamento da Instalação
. Componentes e endereços de grupo (entrada binária, saída binária, botão de pressão simples)

1. Montagem de instalações automatizadas com
sistemas de bus KNX/EIB

As instalações automatizadas com dispositivos KNX podem-se realizar através de um ou mais de entre os três sistemas líderes na automatização de vivendas e edifícios: Batibus, EIB e EHS.

A rede de dispositivos KNX permite que todos os dispositivos se agrupem para poder formar aplicações distribuídas, no sentido estrito da palavra. Inclusivamente, numa mesma aplicação é possível uma combinação de dispositivos de quaisquer fabricantes. Tudo isto é viável graças a modelos potentes de interoperabilidade, que dispõem de tipos de dados e objectos de blocos funcionais standardizados.

O sistema KNX possui uma ferramenta de software para a execução dos projectos, o ETS-3, que funciona no Windows e é independente de qualquer fabricante, tendo capacidade para unir diferentes dispositivos individuais e de fabricantes distintos, dentro de uma única instalação e integrando os diferentes meios e modos de configuração do sistema.

Os dispositivos do sistema KNX podem-se adaptar de forma flexível para solucionar qualquer aplicação ou instalação. Mais ainda, tem a capacidade de poder ligar-se a redes de elevada largura de banda, sobre IP (Internet Protocol), que aumentam a capacidade de comunicação da nossa vivenda, oficina ou edifício inteligente. Ou seja, podemos comunicar com a nossa instalação KNX a partir do nosso smartphone ou PC portátil ou de escritório, desde que ligado à internet.

Os membros da Associação Konnex estão convencidos de que o mercado de vivendas e edifícios requer soluções abertas, flexíveis e interoperáveis nas comunicações entre controladores, actuadores e sensores, para aplicações standard a nível de bus de campo nas instalações eléctricas. O standard KNX é o primeiro que responde a estas necessidades.

O sistema de instalação de bus europeu KNX/EIB permitir dar resposta à procura de funcionalidade nas instalações eléctricas actuais e futuras, tanto para edifícios residenciais como para edifícios de oficinas e do sector terciário: precisa de um menor número de componentes, facilita a instalação da cablagem e reduz os custos de instalação e tempos de planeamento.

O sistemas KNX/EIB permite a utilização de vários meios de transmissão, sendo o mais utilizado o par trançado (TP1). A transmissão de dados realiza-se através de dois fios, naquilo que se chama bus, que percorrem toda a instalação e que oferecem uma grande segurança.

Recomenda-se a sua utilização para instalações de raiz, assim como nas remodelações e ampliações.

A – Aplicações básicas do sistema KNX/EIB

Entre as aplicações mais comuns que são permitidas pela utilização do KNX/EIB encontram-se as seguintes:

. Controlo de iluminação, persianas e toldos;
. Controlo de temperatura. Controlo de aquecimento/ar condicionado;
. Controlo de cargas
. Monitorização, visualização e registo

– Controlo de Iluminação, persianas e toldos

A comutação e a regulação destes elementos pode ser levada a cabo de forma local ou centralizada, através de infravermelhos, realizar-se em função da luminosidade, da hora, da temperatura, do vento, etc.

– Controlo da Temperatura. Controlo do Aquecimento/Ar Condicionado

Permite um maior conforto e uma redução do consumo energético, controlando, por exemplo, os períodos de funcionamento do aquecimento em função de uma programação horária e possibilita o ajuste individual da temperatura a cada uma das divisões da casa.

– Controlo de Cargas

O controlo de cargas permite uma poupança energética, evita as sobrecargas eléctricas, e regista e visualiza o estado de ligação das mesmas, isto é, se estão ligadas ou desligadas.

Além disso, o KNX/EIB permite uma adaptação simples a mudanças do modo de funcionamento, sem necessidade de modificar a cablagem.

– Monitorização, Visualização e Registo

O sistema permite registar e obter informação do estado em que se encontram os diversos elementos da instalação.

Através do bus podem-se, por exemplo, enviar medições de temperatura, avisos e indicações de alarme e sinais de detecção de movimento, para a empresa de segurança/vigilância, assim como receber informação do estado de abertura/fecho ou de ligação/não ligação de componentes distintos do sistema.

Todos esses valores podem ser recolhidos, modificados e supervisionados através de sistemas de visualização que se ligam ao bus por meio de interfaces do tipo série RS-232, como, por exemplo, o software de visualização EIB da Siemens ou, no caso dos edifícios residenciais, o sistema de gestão das funções para casas Home Assistant.

B – Projecto da Instalação KNX/EIB/TP1

Para planear/projectar uma instalação deve-se definir em primeiro lugar quais vão ser as necessidades e que funcionalidades são exigidas pelo utilizador/dono da obra. Para isso teremos de elaborar uma lista de especificações.

– Determinação das Funcionalidades Pretendidas

É muito importante ter, antecipadamente, clara a funcionalidade ou funcionalidades desejadas para a instalação. Ela determinará o tipo e o número de componentes necessários, assim como os programas de aplicação (software) necessários que devem ser carregados com eles.

Deve ter-se em conta que combinações vão existir entre os distintos componentes, por exemplo, se a regulação de iluminação vai ser alguma vez combinada com o controlo de persianas; se o controlo do aquecimento vai ser controlado por programadores horários, funcionando de acordo com a hora e a estação do ano; se se vão visualizar ou alterar temperaturas ou fazer a sua comutação/controlo a partir de outras zonas ou salas remotas, etc.

Também se poderão estabelecer medidas para economizar energia ou medidas de segurança contra intrusão, para o controlo e estado de funções telefónicas, etc.

Em certas ocasiões será necessário estabelecer comunicação com outros sistemas ou redes, por exemplo, com sistemas de visualização e controlo, com redes RDSI, com redes de automatização ligadas a autómatos programáveis, com a Internet, etc.

– Instalações do Edifício

As instalações distintas (iluminação, climatização, segurança, etc.) do edifício podem desenhar-se e instalar-se de forma separada e pôr-se depois em funcionamento também de forma separada, inclusivamente por instaladores diferentes e em alturas diferentes.

A integração na instalação KNX/EIB/TP1 pode-se fazer de formas distintas:

. Utilizando instalações distintas KNX/EIB/TP1 para cada aplicação, de modo que haja independência entre elas e não haja intercâmbio de informação;
. Utilizando um único bus KNX/EIB/TP1 mas dividido em linhas específicas, cada uma para cada tipo de aplicação, de forma que seja possível a intercomunicação e a transmissão de informação entre os aparelhos de cada uma delas através dos acopladores;
. Utilizando um único bus KNX/EIB/TP1 com linhas em que se incorporem simultaneamente as distintas aplicações, de forma a reduzir o número de cabos e de componentes.

C – Cablagem do Bus de Instalação KNX/EIB/TP1

A cablagem representa o estender das linhas do bus KNX/EIB/TP1 ao longo do edifício. Deve fazer-se de forma adequada, para assegurar o cumprimento das necessidades actuais e de futuras ampliações ou alterações. Essa distribuição dos cabos pode fazer-se por meio de roços abertos nas paredes, por baixo do piso, ou através de tecto falso, em canalizações separadas da linha de energia principal, de 230 V da rede eléctrica.
A instalação do cabo de bus e a rede de potência será feita através de caixas de derivação independentes ou com uma partição tal que assegure o isolamento entre ambas as redes.

Fig. 1 – Caixas de Derivação

Também se deve definir se as linhas de bus se distribuem de modo radial partindo do quadro de distribuição, ou se são implantadas de forma linear realizando depois bifurcações nas diversas divisões.

Quando se projecta a instalação KNX/EIB/TP1 será necessário seguir todas as limitações que impõe a topologia do bus quanto a distâncias máximas da linha (1000 m), distância máxima entre fonte de alimentação e um aparelho de bus (350 m) e distância mínima entre duas fontes em paralelo numa linha (200 m).

As linhas de bus distribuir-se-ão ao longo da instalação segundo uma divisão em zonas e linhas que se tenham planeado para a instalação. Devem respeitar-se sempre as regras de topologia de cada linha e é aconselhável não carregar as linhas com o número máximo de aparelhos permitido, deixando uma percentagem de reserva para ampliações futuras.

No percurso das linhas aplicar-se-ão as protecções apropriadas contra raios e sobretensões, tanto para as linhas de força como para o bus KNX/EIB.

Existem tipos distintos de cabos para ter a linha de bus, em função das condições do lugar por onde passa. O tipo mais usado é o YCYM 2 x 2 x 0,8, que dispõe de quatro fios de cor: roxo (+) e preto (-) para a linha de bus, e os dois fios restantes (amarelo e branco), que podem usar-se para aplicações adicionais, incluindo como linha de bus adicional.

O estender da linha de bus far-se-á mediante os passos seguintes:

. Os dois fios do cabo de bus devem ser descarnados uns 10 mm e ligar-se aos blocos terminais para ligação/bifurcação (máximo quatro linhas por bloco). A protecção que sobrar deverá ser retirada. Os dois fios adicionais de bus e o traçador não se cortam e recolhem-se sobre o mesmo cabo.

Figura 2 – Cabo de Bus Etiquetado.

. Todas as linhas do bus devem estar correctamente marcadas e identificadas.
. Preparam-se os quadros de distribuição com os conectores/terminais montados sobre os perfis de dados, fixados a uma calha DIN.
. Devem respeitar-se as limitações topológicas das linhas.
. Não se podem ligar componentes pertencentes a zonas distintas ou linhas, a não ser através dos acopladores correspondentes.
. Deve-se confirmar com um voltímetro que a tensão e polaridade de todos os finais de linha e terminais de ligação estão correctas.

D – Seleccção e Montagem de Componentes do bus KNX/EIB/TP1

As linhas KNX/EIB são alimentadas por uma fonte de alimentação, montada em calha DIN, que utiliza também uma bobina para a ligação ao bus, com a finalidade de evitar interferências entre os pacotes de dados e a fonte.

Figura 3 – Quadros de Distribuição Normalizados

Os dispositivos de bus da instalação escolhem-se dependendo da funcionalidade desejada (ter-se-ão de escolher os aparelhos com o número de canais e com o programa de aplicação apropriados) e da situação prevista para os mesmos na instalação:

. Montagem em calhas DIN em armários;
. Montagem em calha universal;
. Montagem em superfície, como, por exemplo, em tectos falsos.

Tabela 1 – Lista de Aparelhos

Tabela 2 – Listas Funcionais

No caso de dispositivos para montagem em calha DIN, montar-se-ão em armários de distribuição junto com outros dispositivos convencionais de força. Deve-se sobredimensionar o armário para permitir a ligação de novos módulos em possíveis ampliações futuras.

Para a correcta colocação física dos componentes do bus e da configuração dos endereços de grupo atribuídos, elaboram-se as listas de aparelhos (onde se especifica o endereço físico, o nome do componente, o fabricante, a sua localização dentro do edifício, o número de canais, os grupos enviados e recebidos, etc.) a as listas funcionais para as ligações lógicas de sensores e actuadores (onde se especifica o endereço de grupo e que objectos de comunicação se lhes atribui).

– Representação Esquemática da Instalação

Uma vez determinados os componentes necessários, desenham-se os esquemas com a finalidade de simplificar e clarificar o projecto.

Utilizando a simbologia própria do sistema KNX/EIB, representa-se a instalação com os símbolos dos aparelhos de bus utilizados, ligando-os às zonas e linhas correspondentes. Também se representam as ligações da linha de tensão (linha de força, linha de energia da rede ou linha de potência) com os actuadores que dela precisem. Exemplo:

Figura 4 – Representação esquemática do sistema KNX/EIB

Depois de representar e planificar a instalação com todos os componentes necessários, desenha-se o projecto no software ETS-3 Professional.

Os exemplos que vamos propor de instalações de diversas aplicações com o sistema KNX/EIB/TP1 iremos realizá-los com a simbologia do sistema.
Como sabemos, os componentes que podemos utilizar podem ser de diferentes fabricantes, como, por exemplo, Siemens, ABB, Jung, Merten, etc.

Ainda que todos os componentes sejam compatíveis no bus KNX/EIB, os terminais de ligação das entradas ou saídas variam de um fabricante para outro, pelo que recomendamos a utilização de catálogos de fabricante para conhecer a forma de ligação dos seus terminais.

Qualquer instalação montada com o sistema KNX/EIB/TP1 oferece a maior gama de aplicações que possamos imaginar, graças à facilidade que apresenta a sua configuração.