Krátký pohled do historie systémových instalací
S rozvojem výpočetní techniky, navazující na rostoucí stupeň integrace polovodičových součástek, byly v mnohých zemích zkoumány i způsoby řízení různých funkcí, běžně používaných v budovách. Tak např. již v 60. letech minulého století byl v Japonsku předveden „inteligentní dům“, v němž řízení veškerých funkcí bylo svěřeno samočinnému počítači. Všechny tyto práce však nevedly k širokému nasazení do praxe. Vždyť ceny energií byly oproti současné cenové hladině zcela zanedbatelné a nebyl tedy ani žádný ekonomický důvod pro šetření provozních nákladů. Kromě toho, sálový počítač umístěný v klimatizované místnosti, byl zajisté dražší, než celý zbytek tohoto rodinného domu. Ale tehdy šlo skutečně jen o prověření možností výpočetní techniky

Energetická krize s prudkým růstem cen ropných produktů z počátku 70. let byla mohutným impulsem pro nastartování řady vývojových programů vedoucích k výraznému snižování energetické náročnosti výroby, ale i spotřeby energií na vytápění budov, na jejich osvětlování apod. Žádný z těchto programů však bohužel nebyl řešen u nás. Pamětníci si patrně ještě vybaví zcela neefektivní snahy centrálních orgánů o úspory energií, jichž mělo být dosaženo např. odstraněním neonových reklam, případně občasným vypínáním „zbytečně“ svítícího veřejného osvětlení – tedy šetřením na nepravých místech. Jejich nejdůležitějším kritériem byla totiž vnější viditelnost úsilí o dosažení úspor. Přesto se nadále rozvíjela výstavba neustále rostoucího počtu bytů i jiných objektů energeticky výrazně ztrátových. Neúměrně tak narůstaly nároky na produkci energie. Snahy vedoucích státních činitelů o dosažení úspor musely zákonitě vyznít naprázdno, neboť pro dosažení skutečných úspor je nutné nejdříve správně investovat. Kromě toho, úspory nesmí jít na vrub snížení kvality poskytovaných služeb, komfortu apod.

V prvé řadě je nutné měřit spotřebu, vyhodnocovat ji a na základě zpracování zjištěných údajů učinit příslušná úsporná opatření. Tuto cestu tehdy nastoupily mnohé firmy ve vyspělých průmyslových zemích, často za výrazné podpory státu.

Prvních výsledků bylo proto dosaženo poměrně rychle.

Takže i u nás, již v polovině sedmdesátých let, na mezinárodní konferenci Vytápění, větrání, klimatizace v Praze, mohly být prezentovány dosažené výsledky německých výrobců, a to nejen v oblasti kvalitnějších otopných systémů, ale i v nově koncipovaných elektrických instalacích. Rozvoj výpočetní techniky tehdy umožnil nasazení centrálního řídicího počítače (z první generace osobních počítačů) pro programové řízení provozu především vytápění. S centrálním počítačem byly propojeny snímače teploty z jednotlivých místností i obvody pro regulaci příkonu topných těles v těchto prostorách (elektrotepelné ventily apod.). Vysoké investiční náklady nedovolovaly obecné nasazení nového systému do běžné praxe. Nejčastěji byly tedy instalovány v objektech, jejichž provozní náklady byly kryty ze státního rozpočtu a v nichž bylo možné snadno dosáhnout vysokých energetických úspor, zpravidla v budovách školských, zdravotnických či státní správy. Právě v nich bylo možné celkem jednoduše stanovit harmonogram provozu jednotlivých místností v průběhu dne, týdne i celého roku a naprogramovat vytápění na obvyklou provozní teplotu jen v době jejich skutečného využívání, v ostatní době pak jen na pohotovostní teplotu. Praxe ukázala, že spotřeba energie pro vytápění zde klesla v každém případě nejméně o 30%. Prokázala se tak možnost dosažení skutečně významných úspor energie při nezměněném či dokonce vyšším komfortu, ovšem za předpokladu výrazně vyšší technické vybavenosti elektrických instalací. Projevily se však také nevýhody centrálně řízeného systému – jeho snadná zranitelnost a vysoká potřeba propojovacích vedení. Bylo totiž nutné vést samostatná vedení ke každému snímači, ke každému akčnímu členu. Kromě toho, určité typy poruch, především poruchy centrální jednotky, mohly způsobit nefunkčnost celé soustavy.

Obdobné systémy s centrálními řídicími jednotkami, zpočátku realizované osobními počítači, později programovatelnými automaty, byly zkonstruovány pro řízení i dalších funkcí obvyklých v budovách. Byly to jednotky pro řízení osvětlení, žaluzií, klimatizace atd.

Další rozvoj mikroelektronických prvků dovolil začlenit mikroprocesorové jednotky do jednotlivých snímačů a řídicích obvodů výkonových spínacích prvků, takže již bylo dosažitelné výrazné zjednodušení silové elektrické instalace a tedy snížení spotřeby vodičů tím, že přístroje mohly komunikovat po instalační sběrnici.

Systémy s řídicí centrálou
Vybavení jednotlivých účastníků programovatelnými mikroelektronickými obvody přispělo k výraznému zjednodušení silových elektrických instalací. To bylo umožněno adresnou komunikací jednotlivých přístrojů vzájemně mezi sebou. Aby nedocházelo ke konfliktním situacím, v nichž by svoje zprávy současně vysílalo více účastníků, bylo nutné zajistit postupné předávání zpráv. To zabezpečila centrální řídicí jednotka, přes niž musí probíhat veškeré informace a která také určuje, kdy a který účastník bude vysílat měřené hodnoty či přijímat příkazy. Jednoduchost zapojení takového systému vyplývá z příkladu:

Pro větší náhled kliknout.

Struktura sběrnice, k níž jsou připojeni všichni účastníci i řídicí jednotka, musí umožňovat přímou komunikaci mezi touto řídicí jednotkou (např. Master) a kterýmkoliv účastníkem (Slave). Řídicí jednotka přijímá údaje snímačů a po jejich vyhodnocení vysílá odpovídající příkazy akčním členům k vykonání potřebné akce. Výhodou systémů s centrální řídicí jednotkou je bezkonfliktní provoz sběrnice při vysokých přenosových rychlostech. Přesto bývá kapacita takového systému omezena. Využívá se často pro řízení jednoho souboru funkcí, např. jen pro regulaci vytápění, nebo jen žaluzií, či pouze osvětlení.

Centralizované řídicí systémy nemusí být navrženy vždy jen pro řízení funkcí ve velkých objektech. Někteří výrobci nabízí i jednoduché, relativně levné anebo levně se tvářící systémy s malými řídicími jednotkami pro ovládání jedné nebo několika málo funkcí (např. osvětlování, chodu žaluzií apod.) a to zpravidla pro limitovaný počet ovládacích prvků i akčních členů. Na první pohled se takovéto systémy mohou jevit jako ekonomicky výhodné. Uvědomme si však, že i v malém objektu (např. v obytné vilce) bude nutné použití samostatných řídicích jednotek pro řízení různých funkcí, tedy jedné pro osvětlení, druhé pro žaluzie, třetí pro vytápění, …. A kromě toho, jen ve výjimečných případech musí být plně využita celá kapacita. Častější bude např. jen 60% nasazení možného počtu snímačů a akčních členů. Novější systémy však již bývají vícefunkční – mohou zabezpečit provoz i několika typů funkcí budov - jejich centrální řídicí jednotka může komunikovat po sběrnici s různými snímači i akčními členy.

Dalším nedostatkem takovýchto centralizovaných systémů bývá nemožnost podávání zpětných hlášení od akčních členů až ke snímačům. Centrální jednotka sice může obdržet hlášení o uskutečnění požadovaného příkazu, ale již je neodešle ke snímači. Ten tedy ani nemůže indikovat vykonání požadované akce. Zpětná kontrola je mnohdy velmi důležitá. U ručně ovládaných přístrojů - snímačů je běžným prvkem optického zobrazování stavu spotřebiče dvoubarevná dioda LED. Jedna barva indikuje zapnutý stav, druhá stav vypnutý. To je důležité především v těch případech, kdy je ovládaný spotřebič prostorově dislokován tak, že z místa ručně ovládaného snímače (obdobou v klasické elektrické instalaci je domovní spínač) není na spotřebič vidět, anebo charakter spotřebiče je takový, že na pohled nemusí být zřejmý jeho provozní stav (např. elektrické podlahové vytápění).

Decentralizované systémy
Potřeba řízení provozu různých funkcí i s možností zpětných hlášení, vizualizace, protokolování událostí, potřeba systému, který by bylo možné používat v malých i velkých objektech a který by připouštěl stavebnicový, postupný způsob jeho výstavby, vedla k intenzivním pracím na systémově odlišné soustavě. Bylo nutné zcela změnit způsob komunikace mezi jednotlivými účastníky (snímači, akčními členy a dalšími prvky systémové instalace). Zásadním krokem zde bylo opuštění koncepce s centrální řídicí jednotkou. Znamenalo to vybavit každý prvek na sběrnici, který má komunikovat s dalšími prvky na téže sběrnici, malou řídicí jednotkou, schopnou řídit k němu přiřazené snímací elementy nebo silová ovládací zařízení a současně si vyměňovat potřebné informace s dalšími prvky. K tomu bylo nutné vypracovat také software, jehož pomocí se programovaly nejen parametry jednotlivých přístrojů, ale i vzájemná komunikace.

Jednotlivé firmy tak začaly postupně nabízet plně decentralizované systémy. Vzhledem k tomu, že výrobci svoje přístroje vybavovali zpočátku vlastním softwarem, logickým důsledkem byla praktická nemožnost vzájemné komunikace prvků různých výrobců. Přitom vývoj a následná produkce jednotlivých přístrojů je technicky i technologicky velice náročná. Proto není snadné zajistit hospodárnou výrobu všech potřebných komponentů v jediném podniku, byť by se jednalo i o společnost s mnoha tisíci zaměstnanci. Čím dokonalejší systém řízení chceme vytvořit, tím vyšší počty různých specializovaných prvků je potřebné mít k dispozici.

Chceme-li vytvořit skutečně všestranný a dokonalý systém řízení všech funkcí v budovách, musí být vytvořen univerzální systém, pro který mohou dodávat svoje přístroje různí výrobci. Logickým důsledkem je nezbytná určitá dělba práce i mezi vzájemně si konkurujícími podniky, které si vyměňují určitou část svých výrobních programů, aby byla zajištěna maximální efektivita výroby.

Literatura:
1. Materiály z www.knx.org
2. Studijní materiály asociace KONNEX
3. Časopisy Elektroinstalatér, Sdělovací technika
4. Sborník přednášek z konference Vytápění, větrání, klimatizace
5. Archiv autora

Systémové elektrické instalace KNX/EIB – 2. část