Topologia instalacji :: Sposoby prowadzenia instalacji :: Punkty dystrybucyjne :: Systemy rackowe 19-sto calowe :: Rozdzielnice elektryczne :: Uwagi ogólne i integracja systemów

Systemy oraz instalacje kablowe inteligentnego budynku

Mamy do czynienia z dwoma typami okablowania - instalacje zasilające (na ogół 230V/400V AC, niekiedy także niskonapięciowe) oraz instalacje teletechniczne/teleinformatyczne (sieci komputerowe, CCTV, systemy sterujące, alarmowe, ...).

W przypadku instalacji zasilających kwestia okablowania jest prosta. Jako obwody rozprowadzające stosuje się najczęściej przewody o przekroju 1.5mm2 - instalacje oświetleniowe, 2.5mm2 - instalacje gniazd oraz grubsze (typowo 4 lub 6mm2) dla odbiorników większej mocy. Jako główne linie zasilające wykorzystuje się większe przekroje. Przewody wysokonapięciowe (230VAC) mogą być bez żadnych problemów wykorzystane do instalacji niskonapięciowych (np. 12VDC lub 24VDC).

Natomiast w przypadku przewodów sygnałowych sytuacja (nadal) jest trudniejsza - mamy linie niesymetryczne (przewód współosiowy), gdzie ochroną przed zakłóceniami jest ekranowanie i symetryczne (skrętka), gdzie najczęstszą ochroną przed zakłóceniami jest transmisja różnicowa, a także różne impedancje tych linii (najczęściej 75 i 100 omów). Najpowszechniej obecnie używanym jest okablowanie symetryczne 100 omowe kategorii 5e lub wyższej (ze złączami RJ45) - jest ono wykorzystywane przede wszystkim do sieci komputerowych (Ethernet), ale może być również wykorzystane do przesyłu innych sygnałów (instalacje alarmowe, telefonia, systemy sterujące, ...). Za wykorzystywaniem go w innych instalacjach niż sieci komputerowe przemawia ujednolicenie okablowania, przeciw argumenty ekonomiczne (jest ono lepsze ale i droższe od tego jakiego wymagają te systemy). Okablowanie to może być także wykorzystywane do przesyłu analogowego sygnału audio i wideo (AV), ale tutaj problemem jest dopasowanie systemów AV do korzystania z tego medium, systemy te dostosowane są do korzystania z niesymetrycznego kabla 75 omów (ze złączami F, BNC lub chinch (RCA)) i konieczne jest użycie specjalnych układów dostosowujących. Są to układy oparte o indukcję (balun/transformator wideo) lub też specjalizowane układy elektroniczne (wzmacniacze operacyjne typu MAX435/MAX436 czy też LT1190/1193, które umożliwiają przesył obrazu z wykorzystaniem skrętki nawet na odległości większe niż 1km). Na rynku dostępne są baluny pozwalające także na łatwe przesyłanie zasilania i audio tą samą skrętką. Dla takiego systemu transmisji danych z kamer i zasilania tych urządzeń warto rozważyć zastosowanie przełącznicy wideo, która realizowałaby funkcję centralnego zasilania wszystkich kamer, komasowała sygnały z par kamer w jednym złączu RJ-45 (możliwe po wyeliminowaniu zasilania) oraz posiadała obok wyprowadzeń zwykłych wyprowadzenia których przyporządkowanie do danej kamery ustalane jest poprzez RS485.

Topologia instalacji

Topologia fizyczna instalacji jest to zbiór zasad według których rozprowadzana jest dana instalacja, jej okablowanie. Do najważniejszych modeli topologii okablowania należy zaliczyć:

Każda z wspomnianych topologii ma swoje zalety i wady. Z punktu widzenia zarządzania infrastrukturą, awaryjności, itd. najlepszą wydaje się topologia gwiazdy (łączy punkt-punkt do poszczególnych urządzeń), natomiast z punktu widzenia kablowania optymalnym rozwiązaniem jest najczęściej magistrala. Ponadto specyfika wielu z interfejsów określa to jakiej topologi należy użyć budując sieć opartą na tym interfejsie - np. i2c, rs485 wymagają magistrali.

W praktyce największe zastosowanie mają topologie mieszane - pozwalają one korzystać z zalet topologi gwieździstej, jednocześnie ograniczając ilość okablowania (poprzez podział jednej gigantycznej gwiazdy na wiele mniejszych). Często ich zastosowanie jest pożądane także w przypadku systemów dla których naturalna wydaje się magistrala, czy nawet jest ona wymagana przez standard - topologie mieszane możemy wtedy wykorzystać do podziału jednaj magistrali na kilka zmniejszając tym samym jej obciążenie. W przytoczonym przykładzie i2c możliwe jest stosowanie switchy do podziału magistrali co umożliwia nam podpięcie większej ilości urządzeń, zamieniając jednocześnie topologię magistrali w topologię mieszaną.

Po mimo tradycyjnej naturalności realizacji instalacji elektrycznej w postaci magistral oraz znacznych ilości kabli wymaganych przy realizacjach gwieździstych końcowy odcinek (od ostatniej rozdzieli do urządzeń) w miarę możliwości warto (ze względu na wygodę sterowania) realizować w postaci gwiazdy. Natomiast na głównych liniach zasilających rozbicie typowej dla nich magistrali na kilka magistral wychodzących z rozdzielni umożliwia stosowanie mniejszych przekrojów (szyno-)przewodów.

W przypadku różnych instalacji hydraulicznych / rurowych często ciężko sobie wyobrazić coś innego niż magistrala, ale mimo to warto tutaj także w końcowym odcinku zastosować gwiazdę - umożliwi to łatwiejsze sterowanie i monitoring takiej instalacji, a także ułatwi ewentualne drobne poprawki (łatwy dostęp do połączeń rur które często znajdują się w ścianach lub podłogach).

Sposoby prowadzenia instalacji

Instalacje kablowe (z stosunkowo niewielką liczbą przewodów) mogą być prowadzone na kilka sposobów:

Na rynku dostępnych jest wiele systemów korytek kablowych (niestety niekompatybilnych ze sobą) umożliwiających budowę kompleksowych tras kablowych. Na systemy te oprócz samych kanałów instalacyjnych o różnych rozmiarach składają się także akcesoria takie jak: przegrody (zwykłe, umożliwiające montaż niezależnych pokryw, zapewniające powiększony odstęp, niekiedy są one częścią samego korytka), pokrywy (perforowane, pełne, zaczepiane od góry lub od boku kanału), różnego rodzaju łączniki, kolanka, narożniki, rozgałęźniki, reduktory rozmiarów, pokrywy elastyczne, klamry rozporowe, ... . Kanały posiadają wykonania podsufitowe/narożnikowe, przypodłogowe, elementy umożliwiające montaż osprzętu - zarówno standardowego, jak też modułowego typu S (18mm) czy też 45x45mm ("EuroMod"), a także urządzeń takich jak czujniki, lampy, itp, zarówno na kanale jak i obok niego. W przypadku kanałów podłogowych wybór systemów także jest spory i praktycznie każdy z nich zawiera wiele akcesoriów (różnego rodzaju puszki przyłączeniowe, kolumny elektroinstalacyjne, itd). Powszechne jest tez wykorzystywanie sufitów podwieszanych (zwłaszcza złożonych z szkieletu wypełnianego standardowymi płytkami) do utworzenia przestrzeni na prowadzenie instalacji i ich jednoczesnego zamaskowania.

Większe instalacje kablowe (ale nie ma przeciwwskazań aby tymi rozwiązaniami posiłkować się także przy mniejszych instalacjach) możemy prowadzić z wykorzystaniem koryt lub drabin kablowych mocowanych przy użyciu konstrukcji wsporczych do ścian i sufitów. Zaleta tego rozwiązania jest także to iż kable typowo leżą na korycie lub drabinie - nie występuje problem wysypujących się z korytka kabli. W przypadku większych pomieszczeń technicznych bardzo użyteczna może być podniesiona podłoga techniczna, umożliwiająca łatwą dystrybucję dużej ilości kabli (i/lub tras kablowych budowanych z korytek kablowych) po znacznej powierzchni. Koryta kablowe pod podłoga techniczną nie są konieczne (zwłaszcza dla obwodów dedykowanych do konkretnego urządzenia, bądź "dużych" kabli), ale warto je stosować przede wszystkim dla obwodów ogólnego przeznaczenia - optymalnym miejscem dla prowadzenia takich tras kablowych wydają się być okolice ścian danego pomieszczenia. Warto także zwrócić uwagę na dodatkowe ekranowanie elektromagnetycznego jakie zapewniają koryta i kanały metalowe.

Jako podstawę dystrybucji należałoby przyjąć system drabin i perforowanych koryt stalowych (które mogą być układane zarówno na widoku jak i mogą być maskowane podłogą techniczną/sufitem podwieszanym). Natomiast na dalszych odcinkach warto zastosować metalowe kanały instalacyjne umożliwiające montaż osprzętu, uzupełnione kanałami podsufitowymi i mniejszymi listwami rozprowadzającymi pojedyncze obwody (np. do czujek). W pomieszczeniach technicznych bardzo praktyczne wydaje się uzupełnienie takiego systemu o korytka siatkowe (zapewniają łatwe wyprowadzanie przewodów, a także możliwość łatwego uzyskiwania łuków, redukcji, trójników itp bez korzystania z elementów prefabrykowanych - łatwe wycinanie z koryta podstawowego). W przypadku pomieszczeń technicznych istotne są bogate systemy mocowania ściennego i sufitowego (producenci oferują zazwyczaj całe konstrukcje nośne dla koryt, mocowane do sufitu czy nawet gołych belek, tak więc nie jesteśmy ograniczeni tylko do mocowania z wykorzystaniem prętów gwintowanych i tulejek rozprężnych z gwintem wewnętrznym / kołków rozporowych do śrub z gwintem metrycznym / dwugwintowej śruby (metryczny i wkręt) wraz z tulejką łączącą).

Dystrybucja najczęściej (obiekty biurowe, mieszkania, ...) ma charakter poziomy i dotyczy głównie obwodów między ostatnim punktem dystrybucyjnym a punktem końcowym instalacji (gniazdo, lampa, ...). Jednym z wyjątków (obok łączenia piętrowych punktów dystrybucyjnych w biurowcach) jest przypadek wielorodzinnego budynku mieszkalnego, gdzie dystrybucja mediów do lokali ma głównie charakter pionowy (niewielka powierzchniowo klatka schodowa z kilkoma lokalami na piętrze i sporo pięter). W takim wypadku najrozsądniejsze wydaje się prowadzenie dwóch pionów kablowych i łączenie ich podsufitową listwą (przechodzącą nad wejściami do wszystkich lokali), z której prowadzone są przepusty do wnętrza lokali i w której umieszczane są punkty styku instalacji wspólnej i wewnętrznej. Także w tej listwie (obok lokowanych tam gniazd styku instalacji wspólnej i wewnętrznej) należy zostawiać niewielki odcinek kabla jako zapas, podobnie jak przy każdym innym gniazdku końcowym.

Galeria zdjęć związanych z dystrybucją okablowania. Zobacz w Sieci: korytka siatkowe, katalog koryt stalowych BAKS, Łukasiak - Podłogi podniesione • Podłogi podwójne modułowe, PODŁOGA TECHNICZNA PODNIESIONA MSL-100 metalowa.

Punkty dystrybucyjne

Pod pojęciem punktu dystrybucyjnego będę rozumiał miejsce w którym zlokalizowane są punkty centralne instalacji realizowanych w topologii gwiazdy, znajdują się urządzenia rozgałęziające magistrale czy też nimi zarządzające. Typowo punkty takie mieszczą panele krosownicze (RJ45, światłowodowe, F, BNC, ...), rozdzielnice elektryczne, urządzenia sterujące, osprzęt sieciowy, a nawet jakieś drobne serwery. W zależności od stopnia rozbudowania instalacji mogą to być szafki krosownicze powieszone gdzieś pod sufitem, albo całe dedykowane pomieszczenia. Podobnie poszczególne instalacje mogą mieć niezależne punkty dystrybucyjne, lub też różne instalacje mogą korzystać z wspólnych punktów dystrybucyjnych (co ma pewne zalety). Miejsca takie pełnia bardzo ważną, wręcz strategiczną rolę w strukturze okablowania, systemów sterujących, sieci komputerowych i innych sieci teleinformatycznych.

Koncepcja realizacji niewielkiego (jedno - dwa pomieszczenia) punktu dystrybucyjnego w postaci szafki z stelażem rack 19" o wysokości 6U lub 10U.

Systemy rackowe 19-sto calowe

Najpopularniejszą formą realizacji telekomunikacyjnych punktów dystrybucyjnych są szafki lub szafy krosownicze wykonywane w standardzie rack 19" (w przypadku mniejszych sieci można się spotkać z także z standardem 10 calowym). Jest to standard, który pozwala na montaż w jednej obudowie (szafie bądź stojaku) różnorodnego osprzętu, począwszy od paneli krosowych, osprzętu sieciowego, poprzez komputery przemysłowe, serwery i specjalistyczne urządzenia sterujące ..., po modułową aparaturę elektryczną. Urządzenia w tym standardzie charakteryzują się znormalizowaną szerokością (właśnie 19 cali czyli koło 48 cm) oraz wysokością w wielokrotnościach 1U (= 44,45 mm), nie posiadają natomiast zestandaryzowanej głębokości (na ogół nie przekracza ona 45 cm, ale potrafi być nawet 60 cm do 100 cm).

Ważną cechą szaf jest demontowalność boków szafy oraz przednie i tylne otwierane drzwi (co daje możliwość dostępu do urządzeń z dowolnej strony), producenci zapewniają też szeroki wybór rodzajów drzwi. Istnieje także możliwość zastosowania skróconych drzwi umożliwiające montaż na górze lub dole specjalnych przepustów kablowych, takowe mogą być też montowane w podłodze jak i suficie szafy (tam mogą być montowane też systemy wentylacji). W śród cech szaf wyróżnia się również spora gama szerokości (większa szerokość zapewnia większą przestrzeń z boku urządzeń, a także możliwość montażu ram obrotowych) Trzeba też wspomnieć o mniejszych od typowych stojących szaf wersjach przystosowanych do powieszenia na ścianie (tu warto zwrócić uwagę na szafy dzielone, które umożliwiają otwarcie "od tyłu" - przednia część połączona jest z tylną mocowaną do ściany zawiasami).

Jeżeli mamy do dyspozycji całe dobrze zabezpieczone pomieszczenie warto rozważyć użycie zamiast szaf 19" odpowiednich stojaków (jak szafa tyle że bez obudowy) - zapewnia to łatwiejszy dostęp do zamontowanych urządzeń. W przypadku gdy lokalizacja szafy uniemożliwia dostęp od tyłu warte rozważenia jest zastosowanie szaf z uchylną ramą montażową co umożliwia uzyskanie pełnego dostępu do zainstalowanych urządzeń poprzez obrócenie całej konstrukcji montażowej wraz z urządzeniami, natomiast w przypadku mniejszych (wieszanych na ścianie szafek) konstrukcji dzielonych. W przypadku szaf przeznaczonych do montażu serwerów wraz z osprzętem warto rozważyć szafy wyposażone w kółka jezdne, w połączeniu z wyposażeniem każdej takiej szafy w własne listwy PDU lub panel dystrybucji napięć (od przodu szyna do montażu zabezpieczeń, od tyłu gniazda podłączeniowe) oraz switch (co redukuje liczbę kabli dochodzących do szafy) ułatwia to znacznie reorganizację systemu.

W śród bogatego osprzętu wspomnieć należy o:

Galeria zdjęć związanych z szafami rack'owymi

Rozdzielnice elektryczne

Główną z instalacji, której punkty dystrybucyjne umieszczane są zazwyczaj poza szafami dystrybucyjnymi typu rack jest instalacja elektryczna - zasadnieniem takiego postępowania są specyficzne wymogi rozdzielic elektrycznych oraz oszczędność przestrzeni. W przypadku dużych rozdzielnic niskiego napięcia na prądy rzędu kilku tysięcy stosuje się rozdzielnie wykonywane pod zamówienie albo modułowe systemy rozdzielnic (np. Schneider Prisma Plus System P do 3200A) w wielu aspektach (także pod względem gabarytowym) przypominających szafy rackowe. W przypadku prądów wynoszącyh kilkaset amperów najczęsciej stosuje się mocowane do ściany obudowy o głębokości 250cm - tutaj także można wybierać pomiędzy realizacją na zamówienie a systemami modułowymi wielu producentów (np. Hager Orion+ do 630A albo Schneider Prisma Plus System G do 160A). Przy jeszcze mniejszych prądach często (ale raczej nie w poważnych zastosowaniach przemysłowych) spotykane są płytkie (10cm) rozdzielnie z kilkoma rzędami szyny DIN.

Aparatura zabezpieczająca, sterująca i pomocnicza małych prądów (do około 125A) jest zestandaryzowana w postaci modułów do montarzu na szynie DIN/TS-35 (tzw. aparatura modułowa). Niestety standaryzacja ta dotyczy tylko ogólnych wymiarów i próba łączenia szynami grzebieniowymi aparatów od różnych producentów może być uciążliwa, a stosowanie osprzętu pomocniczego (styki pomocnicze, wyzwalacze) od innego producenta jest niemożliwe. Za miarę pojemności rozdzielni przystosowanych do montarzu takich aparatów przyjeło się używać liczbę modułów o szerokości 17.5mm (typowy moduł S) Wyłączniki i inne aparaty większych prądów wymagają stosowania innego systemu montarzu.

Można jednak pokusić się o próbę realizacji rozdzielnicy elektrycznej niskiego napięcia i małych prądów (do 125A) w oparciu o (płyką - 350mm głębokości) szafkę rackową. Możliwa jest zatem próba unifikacji budowy punktu dystrybucyjnego w oparciu o jeden typ szaf/stelaży (a w przypadku małych punktów dystrybucyjnych nawet w oparciu o wspólną szafę - wystarczy umieścić tam także panel krosowniczy i switch). Wykorzystać do tego można panele do montażu aparatury modułowej na szynę TS-35 bezpośrednio w szafach rack ("paneli dystrybucji napięć", np. z otworem o szerokości 45.5mm co odpowiada 23 modułom).

Dzięki zastosowaniu dwudzielnej szafy rackowej możliwa jest realizacja rozdzielni elektrycznej składającej się z:

W szafie tej można (ale przy większych systemach lepiej w osobnej szafie) także umieścić panel RJ-45 na kable sterowania i część decyzyjna sterownika montowane od przodu (w przypadku szaf dzielonych panel RJ45 może być montowany od frontu tylnej części szafy). Optymalnym rozwiązaniem wydaje się zastosowanie szafy dzielonej - zapewniającej swobodny dostęp do złączek po założeniu w przedniej części aparatury modułowej oraz do modułów sterownika, bez jej demontowania. Dla obwodów <= 10A można rozważyć także zastosowanie rozłączalnych kostek łącznikowych (z bolcami - zobacz GP2,5 / WP2,5 w katalog złączek Spółdzielni "Pokój"), można by je zastosować nawet w formie typowych patchpaneli 1U (podłączenia instalacji) łączonych patchordami z modułami 3+1U (zabezpieczenia wraz z gniazdami podłączeniowymi). Oczywiście takie rozwiązania mają też pewne wady:

Zobacz też: zdjęcia przykładowej realizacji.

Uwagi ogólne i integracja systemów

Przy tworzeniu kompleksowej instalacji budynku warto zorganizować ją tak aby od centralnego punktu dystrybucyjnego (w którym znajduje się punkt styku z instalacjami zewnętrznymi) nie były prowadzone żadne obce instalacje. Wszystkie media zewnętrzne powinny być wpuszczane w odpowiednie podsystemy tej instalacji wewnętrznej. Instalacja wewnętrzna powinna stanowić spójną, dobrze zintegrowaną całość opartą na podobnej architekturze - zarówno na tej samej fizycznej topologii i wspólnych punktach dystrybucyjnych, jak również podobnych mechanizmach działania - wykorzystaniu sieci komputerowych, warto tu rozważyć utworzenie dedykowanych systemów (np. telekomunikacyjny i bezpieczeństwa).

Konieczne jest także zapewnienie odpowiednich warunków dla urządzeń pracujących w punktach dystrybucyjnych (zwłaszcza w głównej serwerowni), a także odpowiedniego bezpieczeństwa tych pomieszczeń. Należy zapewnić także aby opisywane systemy (zwłaszcza system sterowania) były dobrze zintegrowane z pozostałymi instalacjami technicznymi (wodno-kanalizacyjną, centralnego ogrzewania, ciepłej wody, klimatyzacjo-wentylacyjną, centralnego odkurzacza, ...).

W tworzeniu zintegrowanego systemu zarządzania obiektem (Building Management Systems) zachodzi konieczność integracji różnego rodzaju sieci przemysłowych, idealną platformą wydaje się być od strony logicznej warstwa IP, a od elektrycznej Ethernet. Przyjęcie za wspólną płaszczyznę dla wszystkich instalacji nadzorczych i wykonawczych właśnie IP over Ethernet umożliwia łatwą komunikację z dowolnym urządzeniem nie tylko bardziej złożonym sterownikom (potrafiącym programowo obsługiwać poszczególne protokoły), a także tym prostszym poprzez podłączenie stosownych bramek. Ponadto w siec taka można bezpośrednio włączać różnego rodzaju moduły wejść i wyjść cyfrowych lub analogowych - zarówno indywidualne, jak i oparte na wspólnych kasetach.

W tym miejscu chciałbym też uspokoić wszystkich martwiących się o zbyt duże zużycie prądu przez działające non stop systemy automatyki - mocny zestaw komputerowy działający na "jałowym biegu" z wyłączonym monitorem, bez funkcji oszczędzania energii zużywa około 3,36KWh na dobę (przy obecnych cenach mniej niż 1,2 PLN zatem mniej niż gazeta ... oszczędnym czytelnikom pozostawiam wybór); ten sam zestaw w stanie czuwania zużywa około 0,84kWh (mniej niż 30 gr); natomiast switch wraz z systemem sieciowym opartym na mikrokontrolerze ATMega128 wykazał sie tak małym zużyciem prądu że było ono niemierzalne dla używanego do testów licznika.



Copyright (c) 1999-2015, Robert Paciorek (http://www.opcode.eu.org/), BSD/MIT-type license


Redystrybucja wersji źródłowych i wynikowych, po lub bez dokonywania modyfikacji JEST DOZWOLONA, pod warunkiem zachowania niniejszej informacji o prawach autorskich. Autor NIE ponosi JAKIEJKOLWIEK odpowiedzialności za skutki użytkowania tego dokumentu/programu oraz za wykorzystanie zawartych tu informacji.

This text/program is free document/software. Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification, ARE PERMITTED provided save this copyright notice. This document/program is distributed WITHOUT any warranty, use at YOUR own risk.

Valid XHTML 1.1 Dokument ten (URL: http://www.opcode.eu.org/installations) należy do serwisu OpCode. Autorem tej strony jest Robert Paciorek, wszelkie uwagi proszę kierować na adres e-mail serwisu: webmaster@opcode.eu.org.
Data ostatniej modyfikacji artykulu: '2015-10-10 11:34:27 (UTC)' (data ta może być zafałszowana niemerytorycznymi modyfikacjami artykułu).