Komponenty automatyki przemysłowej

Podstawowe elementy sprzętowe automatyki domowej

Typowy system automatyki domowej składa się z kilku grup różnych typów elementów. W zależności od rozmiaru i stopnia zaawansowania systemu dana grupa może być reprezentowana przez jeden lub więcej modułów. Sterownik systemu (BMS) – jest zazwyczaj centralnym elementem, który zarządza pracą wszystkich komponentów i realizuje komunikację z użytkownikiem np. przez panel. Do niego przewodowo lub bezprzewodowo dołączone są czujniki oraz urządzenia wejściowe. Na podstawie wskazań czujników oraz otrzymanych danych wejściowych system zarządza pracą elementów wykonawczych, takich jak np. ogrzewanie czy oświetlenie. Kolejny element to magazyn danych, np. historii wskazań czujników czy zapisu z kamer. Do tego wykorzystuje się głównie rozwiązania serwerowe. Do tego wszystkiego niezbędne jest zasilanie z reguły z instalacji elektrycznej ze wsparciem akumulatorowym. Czujniki mogą być zasilane z lokalnej baterii lub przez sieć komputerową w ramach SPE albo klasycznej wersji okablowania z opcją PoE.

Najważniejsze cechy brane pod uwagę przy kupnie komponentów do automatyki budynkowej

 

W przypadku komponentów automatyki budynkowej za najważniejszy aspekt uznano jakość i niezawodność produktów oraz zaawansowane parametry techniczne pozwalające na osiągnięcie wysokiej funkcjonalności. Istotna jest też kompatybilność i zgodność ze standardami, a także łatwość użycia i instalacji. Niska cena jest dopiero na 8. pozycji od góry i jest to zapewne rekord naszych zestawień. Cena zawsze była istotna, często najważniejsza, ale nigdy nie zdarzyło się, aby to kryterium oceniono aż tak nieznacząco. Z zestawienia wynika, że produkty są postrzegane bardzo utylitarnie, tj. liczy się to, że działają zgodnie z oczekiwaniami i nie sprawiają problemów. Można też wnioskować, że klienci nie są zainteresowani mozolnym konfigurowaniem ani złożoną instalacją. Automatyka ma być typu plug & play także dlatego, że często jest instalowana w warunkach niesprzyjających, tj. pod presją czasu, w niewygodnym miejscu dla człowieka, słabym oświetleniu itd.

Wiele różnorodnych komponentów

Podstawą systemu automatyki budynkowej i domowej są czujniki oraz elementy wykonawcze. W tej pierwszej grupie mieszczą się sensory temperatury i wilgotności (do sterowania HVAC), detektory gazów oraz dymu (do systemu ppoż, wentylacji mechanicznej), oświetlenia (do sterowania lampami). Uzupełniają je czujniki otwarcia okien/ drzwi, wstrząsów będące elementem systemu alarmowego. Są też czujniki poboru mocy, czyli watomierze dostarczające informacji na temat zużycia energii.

Typowe elementy wykonawcze obejmują przekaźniki załączające zasilanie w różnej formie: dopasowanej do oświetlenia LED, z gniazdem pozwalającym na włożenie wtyczki sieciowej lub do instalacji w szafie rozdzielczej na szynie DIN.

Najważniejsze trendy techniczne rynku komponentów do automatyki budynkowej

 

W zestawieniu najbardziej istotnych trendów zmieniających rynek automatyki budynkowej dwa kryteria wybijają się wyraźnie ponad resztę: prostota instalacji i zgodność ze standardami oraz możliwość obsługi z użyciem urządzeń mobilnych, czyli w praktyce ze smartfona. Inaczej mówiąc, liczy się funkcjonalność i łatwość użycia z wykorzystaniem aplikacji. Rola smartfonów w systemach automatyki jest duża i z pewnością będzie jeszcze się zwiększać, bo mają one duże możliwości (obliczeniowe, komunikacyjne) i zawsze mamy je przy sobie.

Poza komponentami z tego zakresu podstawowego w instalacjach automatyki pojawiają się kamery monitoringu będące elementem systemu monitoringu i ochrony obiektu oraz jako elementy czujnikowe (alarmowe), gdyż większość nowoczesnych kamer ma rozbudowaną funkcjonalność związaną z analizą obrazu i wykrywaniem osób. Liczba czujników i ich typów stosowanych w układach automatyki stale się zwiększa, przyspieszenie rozwoju przyniosą technologie AL/ML.

Wystarczy przejrzeć dowolną ofertę, aby uzmysłowić sobie, że katalog dostępnych komponentów jest bardzo szeroki, co ma zalety i wady.

Kablem dwużyłowo lub bezprzewodowo

Bezprzewodowość jest kluczowym czynnikiem przewagi rynkowej produktów do automatyki budynkowej, bo ułatwia instalację i obniża koszty. Często nie da się wykonać okablowania w sposób nieuciążliwy w obiekcie. Nawet jeśli rozwiązania przewodowe bazują na pojedynczej skrętce przewodów wykorzystywanych do zasilania i komunikacji jak SPE, dla wielu potencjalnych użytkowników jest to nie do przyjęcia z powodu estetyki. To z reguły jest domena dużych budynków użyteczności publicznej, biur i innych miejsc, gdzie instalację przewodów można przewidzieć na etapie budowy lub tam, gdzie są wydzielone kanały techniczne na instalacje. Często łączy się komunikację przewodową i bezprzewodową w ramach jednej instalacji, co daje elastyczność.

Popularne rozwiązania bezprzewodowe to ZigBee i Z-Wave, doskonale znane od lat, pod kątem właśnie takich zastosowań opracowane i wreszcie zdobywające rynek. Rosnąca popularność rozwiązań IoT promuje też w omawianym obszarze Bluetooth LE, bo interfejs ten jest sprzętowo zaszyty w większości platform sprzętowych do takich zastosowań i dostaje się go praktycznie gratis.

Główne czynniki sprzyjające rozwojowi rynku

 

Aktualnie głównym i najważniejszym czynnikiem sprzyjającym rozwojowi rynku komponentów automatyki budynkowej są szybko rosnące koszty związane z mediami (energią elektryczną, ogrzewaniem). Konieczność oszczędności spowodowała, że komfort i wygoda życia spadły na drugą pozycję i tym samym z systemów takich została zdjęta etykieta ekstrawagancji. Za istotne czynniki uznano ponadto coraz większą kompatybilność i interoperacyjność produktów pozwalających na mieszanie w instalacji różnych rozwiązań i marek, a także coraz większy rynek, który zaczyna osiągać potencjał przyspieszający rozwój przez analogię do kuli śnieżnej toczącej się z góry.

Wartość dodana

Główne korzyści, jakie przynosi automatyka budynkowa, to przede wszystkim większy komfort osób, który w takim budynku codziennie przebywają lub nim zarządzają. Ponadto pozwala poczynić znaczne oszczędności finansowe dzięki np. optymalizacji zużycia prądu, wyłączaniu zbędnych odbiorników oraz regulacji ogrzewania, co prowadzi do niższych kosztów eksploatacji. Teoria ta brzmi bardzo zachęcająco, ale trzeba przyznać, że opisane powyżej korzyści i realizowane funkcje nie są żadną nowością. Opis, czym jest automatyka budynkowa został wypracowany wiele lat temu i cały czas jest aktualny. Zmienia się tylko rozłożenie akcentów. Dawniej wynoszony na piedestał był głównie komfort, w ramach którego pojawiało się sterowanie roletami w oknach i wyłączanie oświetlenia w nieużytkowanych pomieszczeniach. Potem doszły zagadnienia związane z komunikacją, integracją komponentów automatyki w system połączony siecią komputerową i integracja z oprogramowaniem zapewniającym dostęp z dowolnego miejsca za pomocą urządzeń mobilnych i Internetu. Gdzieś po drodze pojawiło się bezpieczeństwo (kontrola dostępu, monitoring, alarmy).

Dzisiaj nacisk kładzie się na funkcjonalność oprogramowania, w tym tworzenie scenariuszy sterowania pod kątem minimalizacji zużycia energii elektrycznej i innych mediów. Powodem jest oczywiście gwałtowny wzrost cen, który skierował uwagę firm i zarządców budynków na to, aby w jakiś sposób ograniczyć koszty. Komfort zdecydowanie ustąpił miejsca ekonomii i paradoksalnie jest to dobra wiadomość dla rynku, gdyż nic tak dobrze nie przemawia do wyobraźni jak mniejszy rachunek. Poprawę komfortu trudno także opisać w czytelny sposób za pomocą wskaźników. Zdefiniowanie poprawy komfortu w odniesieniu do wydatku nie jest czytelne, natomiast to, co jest napisane w polu "do zapłaty", na pewno tak.

Czego najbardziej brakuje na rynku?

 

Zestawienie opinii wyrażonych w naszych ankietach jednoznacznie przekonuje, że na rynku automatyki budynkowej najwięcej problemów jest z brakiem wiedzy klientów na temat możliwości/ograniczeń technicznych produktów oraz tego, co można osiągnąć z ich wykorzystaniem. Drugim problemem jest kompatybilność programowa i razem te czynniki mogą być zniechęcające. Systemy automatyki budynkowej są wybierane nie tylko przez ludzi ze świata techniki. Często mają duże możliwości w zakresie platformy sprzętowej i systemowej, ale wykorzystanie ogranicza słabe oprogramowanie. Efektem bywa rozczarowanie kupujących, którzy myślą, że "kupują mercedesa, a dostają fiata".

Wsparcie techniczne zawsze jest potrzebne i cenne

Skomplikowanie materii technicznej związanej z automatyką budynkową eksponuje rolę wsparcia technicznego producenta. Wiadomo, że teoretycznie wszystko powinno działać i ze sobą współpracować, ale praktyka wskazuje, że mimo to problemy się pojawiają. Wówczas wsparcie producenta staje się cenną wartością dodaną do produktu. W naturalny sposób lokalny wytwórca ma w tym zakresie przewagę, gdyż nie tylko jest w stanie kompetentnie i szybko zareagować, ale również w ramach odpowiedzialności za rynek i produkt może pomóc bardziej, niż tylko świadcząc konsultację, np. modyfikując oprogramowanie, badając zachowanie urządzenia podczas pracy w skrajnych warunkach lub testując jego współdziałanie z innym (nietypowym) produktem.

Wsparcie techniczne oferowane przez producentów i integratorów systemów ma w obszarze automatyki budynkowej i przy dużych projektach znaczenie pierwszorzędne i jest ważnym czynnikiem przewagi nad firmami z Dalekiego Wschodu oraz rozwiązaniami (płytkami) DIY (open source i zrób-to-sam).

Zwiększająca się rola oprogramowania

Oprogramowanie systemów automatyki budynkowej pełni ogromnie ważną rolę w definiowaniu ich możliwości i funkcjonalności. Można pokusić się o stwierdzenie, że jest ono dzisiaj bardziej istotną częścią systemu automatyki niż warstwa hardware, gdyż decyduje o wartości dodanej tj. korzyści z posiadania.

Wiele rozwiązań sprzętowych czujników, przekaźników, siłowników i układów pomiarowych wchodzących w skład instalacji opiera się na relatywnie prostej realizacji układowej. Funkcjonalność elementu, komunikację (protokół i bezpieczeństwo) definiuje oprogramowanie firmware. Podobnie jest w warstwie wyższej instalacji, a więc w obszarze kontrolera zarządzającego pracą budynku – BMS (Building Management System), który monitoruje parametry pracy poszczególnych urządzeń, informuje o problemach i awariach. System taki udostępnia zazwyczaj interfejs graficzny, który w czytelny sposób pozwala na podgląd parametrów pracy oraz zmianę wartości nastawionych. Możliwości takiego rozwiązania też w znacznej części określa software.

Kolejne istotne części to dostęp zdalny z poziomu aplikacji na smartfonie lub z użyciem strony web urządzenia, a więc responsywny interfejs webowy, aplikacja na Androida i iOS. Pozwala to na kontrolowanie instalacji z dowolnego miejsca i na pewno ułatwia znacząco korzystanie i ustawianie dzięki możliwości zapamiętywania konfiguracji, ale nie wyczerpuje potrzeb klientów. W kolejnym kroku niezbędne jest więc zapisywanie danych o stanie obiektu w bazie danych (najlepiej umieszczonej w chmurze). Ułatwia to wizualizację (np. zużycia energii, alarmów, powiadomień), przeglądanie aktywności różnych procesów, takich jak ogrzewanie wody za pomocą energii słonecznej oraz oczywiście oszczędności.

Inne funkcje na tym poziomie to tworzenie raportów i wykresów, dostęp do danych historycznych pozwalający na porównywanie odczytów bieżących z historycznymi. Oprogramowanie analityczne nie jest potrzebne cały czas, stąd funkcje mogą być oddzielone od systemu. Analityka może być na żądanie, kupowana jako usługa itd.

Oddzielenie bazy danych z zapisem chwilowego staniu obiektu oraz funkcji analityczno-raportujących ułatwia wykonywanie kopii zapasowych, aktualizowanie i rozbudowę funkcjonalności takiego oprogramowania oraz możliwość użycia narzędzi od innego producenta/dostawcy itd. Jest to cenna możliwość, gdyż zapewnia większą elastyczność.

Analityka danych, a więc analiza chwilowego stanu obiektu po to, aby tworzyć i dopasowywać scenariusze użycia poszczególnych urządzeń, a następnie planować ich użycie/dezaktywację, jest zapewne najtrudniejszym zadaniem, które stoi przed inwestorem. Wykresy zużycia energii, plany zajętości pomieszczeń i inne informacje o stanie obiektu trzeba powiązać z taryfami za prąd, a dalej opracować schematy regulacji, co nie jest proste.

Niemniej jest to idealne zadanie dla systemów uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji (AI). Pojawienie się oprogramowania tego typu przeznaczonego do systemów automatyki budynkowej jest tylko kwestią czasu.

Detekcja obecności, a nie ruchu

Ważną funkcją systemu automatyki jest ustalenie, czy w pomieszczeniu ktoś jest. Dla oświetlenia, systemu alarmowego, ogrzewania i klimatyzacji informacja o przebywającej osobie jest kluczowa z punktu widzenia poprawności regulacji, stąd czujnik obecności można uznać za komponent kluczowy w omawianym obszarze. Ustalenie obecności człowieka nie jest wcale proste i przez lata odbywało się za pomocą detektorów ruchu w postaci czujek PIR, wspomaganych informacjami nt. otwieranych drzwi, z systemów kontroli dostępu z użyciem kart RFID, barier optycznych i podobnych. Dokonując fuzji danych z takich sensorów, można było wypracować stan obiektu (zajętość), ale faktem jest, że działanie czujek PIR nie jest w tym zadaniu najlepsze, bo co do zasady wykrywają one ruch. Nieruchomo siedząca osoba dla takiego detektora przestaje istnieć i może się okazać, że aby światło nie zgasło w pokoju, trzeba co jakiś czas machać rękami.

Rozwiązaniem przynoszącym nową jakość i podejście będą wchodzące właśnie na rynek radary mikrofalowe. Są to czujniki dopplerowskie działające na częstotliwości 24‒60 GHz. W tym zakresie radar jest w stanie wykrywać mimowolne (niedostrzegalne okiem) drżenie ciała lub oddychanie i pozwala na zbudowanie czujnika obecności obejmującego całe pomieszczenie, w tym na wykrywanie obecności człowieka znajdującego się za przeszkodą (np. meblem) dzięki odbiciu fal od ścian.

Domowa automatyka, czyli DIY

Mówiąc o komponentach automatyki budynkowej i domowej, nie sposób pominąć konstrukcji hobbystycznych i półprofesjonalnych bazujących na gotowych platformach z mikrokontrolerami (DIY, Do It Yourself). Popularność takich rozwiązań jest największa w systemach o niewielkiej skali działania, stąd raczej ograniczonych do domu niż budynku i zastosowań amatorskich, a nie profesjonalnych. Siłą napędową jest tutaj darmowe oprogramowanie open source o relatywnie dużych możliwościach i uniwersalności. Dzięki temu nakład pracy i potrzebne umiejętności nie są wcale duże. W ramach systemów open source są też dostępne darmowe aplikacje i duże systemy kontrolne pełniące funkcję BMS. Przykładem może być Domoticz lub Pi Home Assistant.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku

 

Najważniejszym czynnikiem negatywnym dla rynku komponentów automatyki jest brak wiedzy, prawdopodobnie wywołany bardzo dużą liczbą rozwiązań, produktów, systemów, marek, stowarzyszeń i dostawców. Przez wiele lat automatyka domowa i budynkowa była obszarem techniki, na którym wiele firm chciało zaistnieć, a najlepiej zdobyć dominującą pozycję. Co kilka miesięcy pojawiały się nowe pomysły, zawsze określane jako rewolucyjne i tak samo szybko odchodzące w niepamięć. Nie pomagała też polityka dużych koncernów, które mamiły rynek swoim zainteresowaniem tematyką i zaangażowaniem po to, aby za dwa, trzy lata wycofać się z segmentu na skutek braku efektów. Skutki tego to m.in. słaba orientacja w aktualnych możliwościach, przeszkadzająca w rozwoju.

Open source czy system własnościowy?

Rozwiązania dostępne na rynku automatyki budynkowej nie są dla wielu osób zrozumiałe w sensie możliwości, konfiguracji, zdolności współpracy w ramach systemu oraz możliwości użycia produktów od innych producentów. Kryteria doboru też nie są proste. Jest wiele sposobów i dróg budowy systemu, także własnego z użyciem komputerów i oprogramowania open source i setek różnych modułów, znajdujących się w handlu.

Wielu producentów tworzy własne systemy, hermetyczne, a więc z założenia zamknięte. Jest to po części efekt braku wiodącego standardu, który mógłby scalić produkty pod wspólnym "parasolem", a po części kwestia podejścia do biznesu, w którym standard dla wielu firm oznacza "moje rozwiązanie". Kompatybilność jest pojęciem mało znanym w branży, przez co potencjalny inwestor lub użytkownik tak naprawdę nie wybiera produktu, ale decyduje się na wizję inteligentnego domu danego producenta. Ma to swoje dobre i złe strony, np. takie, że produkty wchodzące w skład całości zostały przetestowane pod kątem bezproblemowej współpracy, są obsługiwane przez spójne oprogramowanie itp. Minusem jest to, że potrzeby użytkownika muszą być zaspokojone w ramach dostępnego asortymentu, tak samo możliwości rozbudowy.

Z reguły systemy takie są tworzone jako instalacje długo działające, zatem pozycja danego producenta na rynku w perspektywie kilku lat oraz stopień zaangażowania mają znaczenie.

Rozwój i przyszłość

Podstawowymi wymogami stawianymi obecnie systemom automatyki budynkowej są skalowalność i kompleksowość. Zastosowany system powinien obejmować wszystkie występujące w budynku podsystemy monitorujące i nadzorujące pracę poszczególnych elementów. Chodzi o rozwiązania obejmujące: systemy przeciwpożarowe, kontroli dostępu, klimatyzacji, telewizji dozorowej i sieci komputerowej. Alians nowoczesnej automatyki z IT daje możliwości stworzenia zaawansowanej struktury o dużej autonomii.

Obserwując rynek można stwierdzić, że systemy automatyki budynkowej rozwijane są i będą głównie w kierunku możliwości integracji niezależnych systemów, takich jak systemy sygnalizacji pożaru, dźwiękowego systemu ostrzegania, itp. Ważnym elementem jest również zdolność wykorzystywania przez systemy automatyki budynkowej wspólnej platformy okablowania strukturalnego i komunikacji poprzez Ethernet, w tym ten perspektywiczny jednoparowy.

Potrzeba chwili związana z drożejącą energią powoduje, że coraz większe znaczenie ma oprogramowanie wysokiego poziomu, a więc to realizujące funkcje analityki danych oraz optymalizujące koszty. Do niedawna użytkownicy zadowalali się tym, że mogli zdalnie wyłączyć odbiornik, taki jak na przykład drukarka lub oświetlenie w korytarzu. Dzisiaj chcą mniej więcej tego samego, tylko w odwróconej kolejności – a więc włączyć oświetlenie tylko wówczas, gdy ktoś będzie go potrzebował. Ta zmiana akcentów może wydawać się drobna, niemniej definiuje na nowo systemy automatyki i rynek.

Ethernet jednoparowy

Ethernet jednoparowy (SPE – Single Pair Ethernet) umożliwia jednoczesną transmisję danych oraz zasilania za pomocą jednej pary przewodów. Standard ten znajduje zastosowanie w przemyśle, automatyce oraz motoryzacji, jest przy tym jednym z kluczowych elementów technologii Internetu Rzeczy oraz jego przemysłowej wersji.

Ethernet jest współcześnie najpopularniejszym przewodowym standardem komunikacyjnym dla aplikacji Przemysłowego Internetu Rzeczy, zapewniającym wysoką wydajność oraz niezawodność połączenia. Standard ten oferuje ponadto możliwość transmisji sygnału zasilania (PoE, Power over Ethernet), co istotnie ogranicza liczbę, masę oraz koszt przewodów połączeniowych niezbędnych do uruchomienia systemu. Ethernet zyskuje również na popularności w branży motoryzacyjnej – w wielu współczesnych rozwiązaniach zastępuje on standard CAN, przez długi czas stanowiący podstawowy protokół wymiany danych pomiędzy poszczególnymi komponentami pojazdu. Ethernet pozwala na transfer większej ilości danych, niezbędny do realizacji wielu funkcjonalności związanych z rosnącą autonomicznością pojazdów.

Do realizacji połączenia pomiędzy dwoma elementami w klasycznym standardzie Ethernet konieczne było zastosowanie czterech lub dwóch par przewodów. W niektórych rozwiązaniach, jak wspomniane już sieci przemysłowe oraz pojazdy, duża liczba elementów w systemie prowadziła do istotnego wzrostu liczby oraz masy przewodów połączeniowych. Problem ten stawał się bardzo poważny – przewody zajmują sporo miejsca (będącego często bardzo cennym zasobem), generują koszty podczas montażu oraz późniejszego utrzymania systemu. Dodatkowa masa przewodów istotnie wpływa na parametry pracy urządzeń, szczególnie w przypadku pojazdów, takich jak samochody, samoloty czy pociągi.

Wyniki badania globalnego rynku przemysłowego pod kątem popularności sieci komunikacyjnych wykorzystywanych w fabrykach (źródło: HMS Industrial Networks, 2022)

Problemy związane z rosnącą liczbą oraz masą przewodów połączeniowych były (i wciąż są) na tyle istotne, że zdecydowano się na opracowanie wersji standardu Ethernet korzystającej tylko z jednej pary przewodów. Ethernet jednoparowy (SPE, Single Pair Ethernet) pozwala na transmisję danych z szybkością do 1 Gbit/ s, zapewniając jednocześnie dostarczenie do 50 W zasilania (technologia PoDL – Power over Data Lines) – to wszystko wymaga zaś tylko jednej pary przewodów.

SPE a konwencjonalny ethernet

Jak już wspomniano, Ethernet jest obecnie najpopularniejszym standardem komunikacyjnym dla przemysłowych oraz biurowych sieci typu LAN. Standard ten ma kilka różnych wersji. Do najczęściej używanych zaliczyć można 10/100Base-T Ethernet, który korzysta z dwóch par przewodów do transmisji danych, a także Gigabit Ethernet korzystający z czterech par przewodów. Wraz z postępem technologicznym sieci automatyki przemysłowej wymagają coraz większych prędkości przesyłu danych, zatem coraz częściej korzystają z Ethernetu w wersji gigabitowej. Powszechnie korzysta się również z możliwości zasilania urządzeń poprzez linie Ethernet, co zapewnia tzw. technologia PoE. Zestaw Gigabit Ethernet + PoE sprawdza się szczególnie dobrze w przypadku konstruowania sieci przemysłowych integrujących wiele różnego typu czujników.

Przewody Ethernetowe wykonane są zazwyczaj z drutu miedzianego o średnicy 24 AWG (ok. 0,51 mm). Wszystkie osiem przewodów (w przypadku wersji Gigabit Ethernet) umieszcza się wewnątrz kabla kategorii CAT5e, dodatkowo ekranowanego. W dużych obiektach przemysłowych zauważyć można kilometry tego typu kabli porozmieszczane niemal wszędzie. Biegną one zazwyczaj wzdłuż ścian i sufitów, aby w możliwie jak najmniejszym stopniu zakłócać przebieg ciągów komunikacyjnych, jednocześnie zaś zminimalizować ryzyko ich przerwania lub uszkodzenia.

Penetracja Ethernetu jednoparowego w branżach profesjonalnych

Masa tych przewodów wynosić może setki kilogramów, zatem wprowadzane przez nie obciążenie musi być uwzględniane przy obliczeniach wytrzymałości struktur budynków oraz urządzeń. Nadmierne obciążenie przewodami prowadzić może do powstawania uszkodzeń, zarówno elementów konstrukcyjnych budynków, jak i połączonych nimi urządzeń.

Konwencjonalne przewody ethernetowe mają ograniczony zasięg – umożliwiają realizację bezpośredniego połączenia na dystansie do 100 m. W przypadku dłuższych linii konieczne jest stosowanie dodatkowych urządzeń wzmacniających sygnał. Zwiększa to stopień złożoności oraz koszt konstrukcji i utrzymania całego systemu.

SPE pozwala na dwukierunkowy transfer danych oraz dystrybucję zasilania za pomocą jednej pary przewodów. Maksymalny zasięg połączenia to 1000 m, co umożliwia komunikację z oddalonymi urządzeniami, np. czujnikami umieszczonymi w różnych częściach hali produkcyjnej, bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń wzmacniających. To wszystko wpływa na znaczącą redukcję wagi okablowania, ułatwia proces instalacji systemu, a także zmniejsza koszt jego konstrukcji i późniejszego utrzymania. Zalety te powodują, że standard SPE coraz powszechniej wykorzystywany jest w rozwiązaniach przemysłowych oraz motoryzacyjnych.

Specyfikacje standardu

Oficjalna specyfikacja SPE w wersji dla prędkości do 10 Mbit/s określona jest w dokumencie IEEE 802.3cg. Wersja ta pozwala na wymianę danych na dystansie do 1000 metrów.

Dokument IEEE 802.3bw opisuje wersję pozwalającą na transfer danych z prędkością do 100 Mbit/ s na dystansie do 50 m. Wersja ta znajduje zastosowanie szczególnie w branży motoryzacyjnej oraz w przypadku konieczności komunikacji z czujnikami wymagającymi większych przepustowości łącza.

W dokumencie IEEE 802.3bp opisano wersję SPE pozwalającą na transmisję danych z prędkością do 1000 Mbit/s na dystansie do 15 m. Tak krótki dystans sprawdza się w przypadku niektórych systemów przemysłowych, standard ten znajduje jednak szczególne zastosowanie w przypadku konieczności transmisji obrazu z kamer wysokiej rozdzielczości, a także w różnego typu pojazdach.

Standard IEEE 802.3ch opisuje wersję SPE pozwalającą na transfer z prędkością do 10 Gbit/s na dystansie do 15 m. Jest bardzo podobny do wersji IEEE 802.3bp, zawiera jednak dodatkowo opis warstwy fizycznej.

Możliwość zasilania urządzeń końcowych poprzez interfejs SPE (technologia PoDL) opisana została w publikacji IEEE 802.3bu, wydanej w 2016 roku. Zdefiniowano tam 9 klas urządzeń końcowych, różniących się maksymalną mocą zasilania – wartości dostępnych parametrów zasilania dla poszczególnych klas przedstawiono w tabeli 1. W przypadku urządzeń klasy 9, najwyższej, możliwe jest uzyskanie do 50 W. W 2020 roku wydano nową wersję standardu, IEEE 802.3cg, która wprowadza 6 dodatkowych klas urządzeń końcowych i nieznacznie zwiększa dostępną moc maksymalną do 52 W.

Liczba aplikacji w obszarze budynku korzystająca z okablowania sieciowego w latach 1980–2020 i prognoza

Złącza SPE

W przypadku sieci przemysłowych opartych na standardzie SPE nie stosuje się złączy typu RJ45 (powszechnie wykorzystywanych m.in. w sieciach biurowych lub w gniazdach komputerów). Wymagania odnośnie do złącza dla interfejsu SPE w aplikacjach przemysłowych opisane są w standardzie IEC 63171. Do standardu wprowadzono sześć różnych propozycji obudów. Różnią się one parametrami takimi jak maksymalna szybkość transmisji danych, poziom przesyłanej mocy, a także kompatybilnością z różnymi typami przewodów. Rodzaje złączy zawarte w standardzie przedstawiono w tabeli 2.

Zastosowanie

Jak już wspomniano, standard SPE jest jednym z fundamentów technologii Przemysłowego Internetu Rzeczy i może znaleźć zastosowanie we wszystkich systemach, dla których konieczne jest połączenie ze sobą dużej liczby rozproszonych elementów. Do najbardziej typowych obszarów stosowania technologii SPE zaliczyć można: systemy przemysłowe, systemy automatycznej obsługi budynków, pojazdy (w tym pojazdy elektryczne), rozległe systemy sterowania (inteligentny budynek, inteligentne miasto), handel, a także usługi publiczne (systemy transportu publicznego, biletomaty).

Energia odnawialna

Energia elektryczna w ostatnim roku znacznie podrożała, przez co opłacalność budowy instalacji odnawialnych stale się poprawia, a okres amortyzacji jest dzisiaj o kilka lat krótszy niż wcześniej. Komponenty wykorzystywane w instalacjach są też coraz tańsze i lepsze, bo na przestrzeni lat zostały one dopracowane i są już wytwarzane masowo. Falowniki biją rekordy sprawności, są mniejsze i tańsze, co jest wynikiem zaawansowania technologii półprzewodnikowych oraz dużej konkurencji na rynku. W kolejnych latach wszyscy specjaliści spodziewają się dalszego, dynamicznego wzrostu sektora PV, który mimo niełatwej sytuacji legislacyjnej i logistycznej notuje kolejne, rekordowe wyniki.

Bezsprzecznie największym zagrożeniem dla harmonicznego rozwoju rynku była i jest polityka. Opłacalność budowy mikroinstalacji determinuje wsparcie z funduszy rządowych, ceny urzędowe i system rozliczeń dla odkupywanej energii, a także stopy procentowe kredytów. Stabilne prawo i dobre regulacje są podstawą do wypracowania długoterminowej decyzji na temat inwestycji, a każda niestabilność, czego przykładem może być projekt ustawy o regulacji lokalizacji farm wiatrowych lub zmiany rozliczeń kupowanej z instalacji energii, odbija się negatywnie na sprzedaży.

Najważniejsze cechy ofert brane pod uwagę przy kupowaniu komponentów do energii odnawialnej

 

Instalacje związane z wykorzystaniem energii odnawialnej projektuje się na wiele lat działania stąd jakość i trwałość ma w tym obszarze największe znaczenie dla klientów. Wysoka ocena terminu i logistyki dostawy, a więc dostępności produktów, to znak obecnych czasów, gdyż determinuje ona często możliwość realizacji inwestycji. Trzeci ważny czynnik wyboru to doradztwo sprzedawcy, gdyż pomysł zawsze kiedyś zderzy się z rzeczywistością i lepiej, aby test nie zakończył się rozczarowaniem. Mniejsze znaczenie dla klientów, ale nadal duże, gdyż wskazania na wykresie mówią o prawie połowie przypadków, mają parametry techniczne, marka producenta oraz potwierdzone certyfikatami spełnianie norm.

Opłacalność inwestycji w instalację energii odnawialnej jest definiowana w długim horyzoncie czasowym, np. sięgającym 20 lat. Dla sprzętu, który w tym czasie musi pracować na zewnątrz, jest to spore wyzwanie jakościowe, bowiem wpływ środowiska w tak długim okresie na produkty jest silny. Promieniowanie ultrafioletowe niszczy tworzywa sztuczne, wilgoć i rosa, duże zmiany temperatury w cyklu dzień–noc, wszechobecny kurz itd. tworzą trudne warunki eksploatacji wymagające użycia produktów o gwarantowanej w długim terminie jakości. W obszarze energii odnawialnej jest to zagadnienie kluczowe, bo inwestorzy, kalkulując opłacalność, zakładają w praktyce brak serwisowania.

Komponenty instalacji energii odnawialnej

Najważniejszą częścią instalacji są źródła energii, a więc panele i ogniwa fotowoltaiczne, generatory wiatrowe i mechaniczne oraz ogniwa paliwowe. Różnią się one wielkością (mocą), sprawnością, ceną w odniesieniu do generowanej mocy i przeznaczeniem. Moduły fotowoltaiczne są przeważnie płaskie i zawierają od 18 do 180 monokrystalicznych lub polikrystalicznych ogniw krzemowych. Moc wyjściowa pojedynczego panelu wynosi ok. 250 Wp. Sprawności modułów komercyjnych zwiększają się z roku na rok wraz z poprawą technologii.

Na rynku znajduje się szeroki wachlarz modułów PV o różnej wielkości i tym samym mocy. Wytwarza się specjalne moduły, które są zintegrowane z dachami lub fasadami budynków. Produkowane są również wersje szczególnie odporne na korozję wywołaną słoną wodą morską. Znajdują one zastosowanie na łodziach żaglowych, znakach nawigacyjnych i latarniach morskich, gdzie muszą być szczególnie odporne na oddziaływanie słonej wody. Ostatnim osiągnięciem w tej dziedzinie jest wytworzenie półprzezroczystego modułu, który może być używany jako okno w budynkach, na przystankach w postaci kropek nałożonych na szybę.

TytułWażne i poszukiwane produkty

 

W obszarze komponentów do instalacji energii odnawialnej poszukiwane produkty to przede wszystkim złącza, przekaźniki, przewody, które razem z panelami PV i falownikami pozwalają stworzyć instalację. Wynika z tego, że największe znaczenie na rynku mają systemy zasilania energią słoneczną i całe otoczenie, które się z nimi wiąże. Dotyczy to też instalacji off-grid, czyli niepołączonych z siecią energetyczną, na co padło prawie 30% wskazań związanych z akumulatorami.

Drugi ważny element to falownik solarny. Jest to specjalizowany konwerter przetwarzający napięcie stałe generowane przez panele na przemienne napięcie o parametrach takich samych jak sieć energetyczna. Aby możliwe było dostarczanie energii do sieci, falownik musi działać synchronicznie i generować napięcie trójfazowe. Regulacja mocy realizowana jest różnymi metodami, np. przez regulację amplitudy napięcia wyjściowego z falownika, fazy lub przez zmianę obu tych wartości. Na wejściu falownik akceptuje napięcie stałe zmieniające się w szerokim zakresie i zawiera układ balansowania obciążenia panelu, aby pracował on w punkcie zapewniającym największą wydajność (MPP). Różnic pomiędzy falownikiem solarnym a np. takim do zasilania silnika jest w praktyce więcej, bo urządzenia solarne zawierają wiele dodatkowych obwodów kontrolnych i zabezpieczających. Gdy w instalacji jest przewidziany magazyn energii, czyli akumulator, układ staje się jeszcze bardziej skomplikowany, gdyż do jego obsługi wymagany jest dodatkowy konwerter 2-kierunkowy.

Falowniki przeznaczone do pracy w instalacjach mniejszej mocy, takich niepołączonych z siecią energetyczną, są oczywiście prostsze konstrukcyjnie. Często są one nazywane mikroinwerterami, czyli urządzeniami współpracującymi z pojedynczymi panelami, dobranymi do mocy pojedynczego modułu.

Istotne nowości w obszarze komponentów OZE

 

Poszukiwana przez klientów nowości komponentowe w zakresie energii odnawialnej to systemy pozwalające zapewnić instalacjom pracę autonomiczną, czyli zdalne sterowanie i monitorowanie. Liczą się też rozwiązania specjalizowane, a więc takie, które do omawianych aplikacji są dopasowane pod względem funkcjonalności, a nie wybrane z wielu takich o ogólnym przeznaczeniu. Zawsze istotne i poszukiwane są rozwiązania wysokosprawne (panele, falowniki), gdyż one w dużej mierze decydują o opłacalności instalacji.

Te same rozważania dotyczą aplikacji, gdzie panele PV lub generator wiatrowy wyłącznie ładuje akumulator. Za każdym razem urządzenie to jest kluczowym elementem instalacji, odpowiedzialnym za sprawność i wydajność konwersji energii.

W przypadku generatorów wiatrowych problemy są podobne, gdyż napięcie generowane przez takie źródła nie nadaje się w większości przypadków do bezpośredniego wykorzystania praktycznego, gdyż waha się w dużym zakresie oraz nieliniowo zmienia się wraz z oświetleniem i siłą wiatru i obciążeniem.

Trzecia grupa to magazyny energii, takie jak akumulatory i superkondensatory, pozwalające przechwycić nadwyżkę mocy wytwarzanej nad zużywaną, wspomagające chwilę, gdy obciążenie jest bardzo duże. Gdy instalacja nie jest połączona z siecią energetyczną, akumulator jest praktycznie niezbędny i od jego pojemności i niezawodności zależy w dużym stopniu dostępność energii zasilającej.

Oferta rynku szybko się rozwija i dzisiaj mamy również wiele produktów o mniejszych wymiarach i mocy niż te standardowe jednostki o mocy 250 W, z których najczęściej zestawia się duże instalacje i montuje na dachach. Są też generatory wiatrowe o mocy poniżej kilowata, a nawet specjalizowane zasilacze na ogniwach paliwowych przeznaczone do zastosowań specjalnych (wojsko). Takie rozwiązania pozwalają zapewnić pewne zasilanie tam, gdzie nie ma dostępu do energii elektrycznej. Najbardziej widać je w urządzeniach montowanych przy drogach (znaki, zasilanie kamer monitoringu, lamp ostrzegawczych, reklam).

Komponenty specjalizowane

Na rynku dystrybucji jest coraz więcej komponentów specjalizowanych, a więc zaprojektowanych specjalnie pod kątem pracy w instalacjach energii odnawialnej. Głównie chodzi tutaj o wersje do instalacji fotowoltaicznych (PV), do których potrzebne są przewody o dużym przekroju i odpornej na wpływ środowiska izolacji, po to, aby zapewnić małe straty mocy i upływy, a więc bezpieczeństwo podczas wielu lat pracy. Kolejny element, gdzie widoczna jest specjalizacja aplikacyjna, to złącza o minimalnych stratach, łatwe w montażu itd. Są to złącza kabel-kabel o dużej odporności na czynniki środowiskowe. Złącza solarne mają specjalną konstrukcję mechaniczną, bo instalatorzy wykonują swoją pracę często w niewygodnych pozycjach. Oczekiwana jest także możliwość łączenia za pomocą tego samego elementu przewodów o szerokim zakresie przekrojów.

Do instalacji niezbędne są ponadto przekaźniki i styczniki umożliwiające przełączanie obwodów stałoprądowych o dużej mocy, komponenty sieciowe do zdalnego zarządzania, elementy systemów pomiarowych, mierniki mocy, układy akwizycji danych, rejestratory napięć i prądów. Obowiązkową częścią instalacji są też komponenty zabezpieczające, głównie chodzi o ograniczniki przepięć od wyładowań atmosferycznych.

Ocena potencjału biznesowego grup produktowych

 

Jeśli chodzi o potencjał biznesowy, to największy kryje się w dużych farmach PV i małych rozwiązaniach specjalistycznych. Te pierwsze są w czołówce z uwagi na skalę, wielkość inwestycji i związaną z nią sprzedaż kilometrów kabli, setek złączy, elementów zabezpieczających i innych części. Te profesjonalne zapewniają większe marże handlowe, trafiają w wartościowe rynkowe nisze i pozwalają konkurować na rynku firmom o różnej wielkości. Trzecia grupa obejmuje instalacje hybrydowe, a więc takie, gdzie np. panele PV łączy się z generatorem wiatrowym, akumulatorem, agregatem rezerwowym w spójny system autonomicznego zasilania do zastosowań specjalnych.

Akumulatory w systemach energii odnawialnej

Coraz więcej instalacji energii odnawialnej zawiera akumulatory, czyli ma lokalny magazyn energii, który jest remedium na największą wadę źródeł OZE, czyli nieprzewidywalność dostępnej mocy. Akumulator to niestety element kosztowny o ograniczonej trwałości, przez co magazynów energii w instalacjach OZE większej mocy i podłączonych do sieci jest relatywnie mało. Natomiast w rozwiązaniach specjalistycznych, małej mocy, obecność akumulatora jest oczywistością. Praca w instalacji to dla akumulatorów duże wyzwanie, bo duża zmienność wartości mocy generowanej przez system fotowoltaiczny przenosi się na skrajnie różne tempo ładowania akumulatorów. Prądy ładowania i rozładowywania mogą chwilowo kilkukrotnie przekraczać wartość pojemności znamionowej, co nie każda jednostka jest w stanie znieść bez wpływu na żywotność. Akumulatory mają określoną liczbę cykli ładowania, po której ich parametry w znaczący sposób ulegają pogorszeniu (maleje pojemność), aż do całkowitej utraty zdolności magazynowania energii. W przypadku, gdy cykle rozładowania i ładowania są częste i pełne, na ogół trudno jest osiągnąć okres eksploatacji przekraczający kilka lat dla akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Ogniwa litowo-jonowe mają lepsze parametry żywotnościowe, ale są też droższe, a więc trudno o kompromis.

Do takich aplikacji wykorzystuje się głównie akumulatory bezobsługowe kwasowo-ołowiowe typu AGM oraz różnego typu ogniwa litowo-jonowe. W ostatnich latach szybko popularyzują się LiFePO₄ – z chemią litowo- żelazowo-fosforanową. Są one żywotniejszym i bezpieczniejszym wariantem akumulatora litowo-jonowego, który dodatkowo ma napięcie znamionowe takie jak wersja kwasowo-ołowiowa. Umożliwia to zastąpienie jednego typu drugim, co jest sensowne zwłaszcza w małych instalacjach buforowych i rozwiązaniach mobilnych.

Sytuacja na rynku akumulatorów zmienia się dynamicznie, a kolejne inwestycje gigantów przemysłowych w budowę fabryk przesuwają progi dostępności, opłacalności i często sprawiają, że to, co dzisiaj wydaje się niemożliwe, jutro już niekoniecznie będzie prawdą.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rozwoju rynku komponentów OZE

 

Najważniejszym czynnikiem pozytywnie wspierającym rozwój rynku komponentów do instalacji energii odnawialnej są rosnące ceny energii ze źródeł tradycyjnych. Czynnik ten stał się wyjątkowo ważny w ostatnich miesiącach, razem ze znacznymi podwyżkami taryf oraz wojną. Wyraźnie mniejsze oddziaływanie ma świadomość ekologiczna społeczeństwa i to, że decyzje zakupowe są często jej pochodną. Tak uważa co drugi pytany przez nas w ankietach specjalista. Trzeci czynnik to zapotrzebowanie rynku na rozwiązania specjalistyczne, a więc możliwość realizacji zasilania w warunkach, gdzie nie ma sieci energetycznej lub konieczne jest stworzenie specjalnych warunków.

Wysokie napięcie stałe w instalacjach wymaga bezpieczeństwa

Wspólną cechą instalacji fotowoltaicznych jest to, że bazują na napięciach stałych. Panele PV dostarczają na wyjściu napięcia o wartości zmieniającej się w szerokim zakresie zależnej od stopnia obciążenia, oświetlenia, temperatury oraz konstrukcji wewnętrznej panelu, tj. tego ile zawiera on połączonych ogniw. Napięcie panelu bez obciążenia wynosi kilkadziesiąt woltów, pod obciążeniem napięcie jest mniejsze, można zgrubnie przyjąć, że wynosi ono około 30 V. Panele łączy się w łańcuchy szeregowe lub szeregowo-równoległe, aby prądy płynące w obwodach przy kilowatowej mocy były możliwie jak najmniejsze. Minimalizacja strat przesyłania oznacza więc w praktyce pracę instalacji przy kilkusetwoltowym napięciu roboczym, które generuje zestaw paneli i które jest dalej przetwarzane przez falownik.

Wysokie napięcie stałe, np. 600‒700 V, wymaga specjalnego podejścia technicznego i często komponenty solarne takie jak złącza, przewody, zabezpieczenia, właśnie tym się różnią od rozwiązań ogólnego przeznaczenia, że mogą pracować przy wysokim napięciu stałym.

Typowa wartość napięcia generowanego przez ogniwa polikrystaliczne wynosi 0,5‒0,6 V (krzemowe złącze p-n), czyli w jednym panelu trzeba połączyć około 60 ogniw w szeregowy łańcuch, aby otrzymać napięcie znamionowe 30 V. Stąd przy mocy wyjściowej 250 W prąd dostarczany przez jeden panel to ok. 8 A przy pełnym nasłonecznieniu. Po połączeniu szeregowym 20 paneli na wejściu falownika pojawi się napięcie 600 V, a moc szczytowa sięgnie 5 kW. Dwie takie gałęzie połączone równolegle dla mocy 10 kW oznaczają pracę z napięciem 600 V i prądem 16 A. To już nie są małe moce, co oznacza, że gdyby gdzieś pojawił się niepewny styk, łuk elektryczny spaliłby instalację w kilka sekund.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku komponentów OZE

 

Główne czynniki przeszkadzające w rozwoju to długie terminy dostaw i zawirowania w łańcuchach wywołane pandemią i wojną. Na trzecim miejscu uplasowały się wysokie ceny tych rozwiązań, które tworzą dla inwestycji ekonomiczną barierę opłacalności. Tak zarysowane kryteria nie są zaskakujące, stąd warto zerknąć na dół wykresu. Nie mamy problemów ze świadomością rynku, ani z wielką konkurencją. Klientów nie trzeba przekonywać do rozwiązań ekologicznych, wystarczająca jest zapewne perspektywa oszczędności lub to, że w niesprzyjających warunkach instalacja i działanie będzie możliwe.

Zjawisk, na które trzeba uważać w instalacjach stałonapięciowych jest wiele, w tym trudność gaszenia łuku elektrycznego, elektromigracje jonowe metali, starzenie się tworzyw sztucznych pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ze słońca, narażenie na wyładowania atmosferyczne, wilgoć oraz niską i wysoką temperaturę, zanieczyszczenia organiczne, bezpieczeństwo związane z możliwością porażenia i podobne. Komponenty muszą zapewniać zdolność do wieloletniej pracy w takich warunkach, stąd w obszarze techniki tworzą one oddzielną kategorię wyrobów.

Do tej niepełnej listy dochodzi problem równomierności oświetlenia w poszczególnych gałęziach. Zaciemnienie jednego panelu np. przez cień wywołuje w tym miejscu sieci wzrost impedancji, skok napięcia i wyłączenie całej gałęzi szeregowej. Stąd konieczne jest dodanie diody bocznikującej, zapewniającej działanie reszty łańcucha. Taki dodatkowy element wywołuje straty mocy, więc kwestią czasu jest pojawienie się na rynku wersji zelektronizowanych takich diod, a zawierających tranzystor mocy ze sterownikiem o równoważnym działaniu.

Komponenty na szynę DIN

Szyna DIN to bardzo popularny system montażu w układach automatyki budynkowej, aplikacjach przemysłowych i wielu innych specjalistycznych obszarach techniki. Możliwość montażu na szynie zapewnia coraz więcej, sterowników, zasilaczy, układów nadzorczych, czujników i przetworników. Z roku na rok takich komponentów jest więcej, stąd na rynku istnieje spore zapotrzebowanie na rozwiązania pozwalające na tworzenie aplikacji.

Szyna DIN jest w zasadzie odpowiednio uformowanym paskiem metalu, który stanowi główny element standardu używanego powszechnie na całym świecie podczas montażu urządzeń elektrycznych oraz elektronicznych w szafach sterowniczych. Szyna pozwala na bezpieczny montaż całej gamy różnych elementów wykorzystywanych w rozwiązaniach przemysłowych. Do najczęściej spotykanych rodzajów układów zaliczyć można bezpieczniki, złącza (bloki terminali), zasilacze czy wzmacniacze. Tak naprawdę do szyny DIN przymocowany może jednak zostać każdy układ, pod warunkiem że umieszczony zostanie w obudowie przystosowanej do takiego montażu.

Szyna DIN służy przede wszystkim do czysto mechanicznego mocowania oraz łączenia elementów, nie pełniąc zazwyczaj żadnej elektrycznej roli w systemie. System montażu komponentów oparty na szynie DIN ma wiele zalet:

• Skrócenie oraz uproszczenie procesu montażu. Przymocowanie poszczególnych elementów nie wymaga użycia żadnych narzędzi, dzięki kształtowi szyny oraz obudowy są one po prostu zatrzaskiwane, następnie mogą być zaś przesuwane w obrębie szyny w celu umieszczenia w odpowiednim miejscu.
• Oszczędność miejsca. Poszczególne komponenty umieszczone na szynie DIN ściśle do siebie przylegają, co pozwala zminimalizować ilość zajmowanego przez nie miejsca. Tego typu rozwiązanie gwarantuje również niezbędną przestrzeń na umieszczenie wewnętrznych oraz zewnętrznych połączeń kablowych.
• Wysoka opłacalność, zarówno ze względu na niską cenę samej szyny DIN, jak i wysoką wydajność tego systemu, co pozwala w efekcie ograniczyć wymaganą ilość wolnej przestrzeni oraz zużycie okablowania.
• Uporządkowanie całego systemu. Dostarcza to nie tylko walorów czysto estetycznych, ale zapewnia również łatwość dostępu do poszczególnych elementów oraz połączeń systemu, co upraszcza i przyspiesza czynności serwisowe oraz konserwacyjne.
• Uniwersalność oraz skrajnie wysoka kompatybilność, co przekłada się na możliwość korzystania z rozwiązań wielu różnych producentów.

Największą siłą systemu montażowego opartego na szynie DIN jest wysoki poziom standaryzacji. Rozwiązanie to było projektowane oraz rozwijane z myślą o całkowitej kompatybilności urządzeń pochodzących od różnych producentów. Decydując się na skorzystanie z tej technologii, zarówno projektant układu, jak i jego instalator mogą mieć praktycznie stuprocentową pewność, że poszczególne elementy systemu montażowego będą ze sobą kompatybilne, bez względu na nazwę ich producenta. Dzięki temu z ogromną łatwością korzystać można z komponentów oferowanych przez różnych wytwórców, integrując je wszystkie w jeden system.

zdefiniowana w normie EN 50022) o szerokości 35 mm jest prawdopodobnie najbardziej rozpowszechnionym standardem montażowym, szczególnie w aplikacjach przemysłowych. Ten typ wykorzystywany jest powszechnie do montażu szerokiej gamy układów elektronicznych oraz elektrycznych stosowanych w przemyśle, jak różnego typu urządzenia sterujące, bezpieczniki, porty wejścia/wyjścia, transformatory, sterowniki oraz wiele innych. Nazwa top hat odnosi się do charakterystycznego kształtu poprzecznego szyny, przypominające przekrój kapelusza. Szerokość szyny (odległość od krawędzi do krawędzi) wynosi 35 mm.

Komponenty na szynę DIN

Komponenty na szynę DIN to jednostki, które wyróżniają się specjalną obudową, w której tylnej części umieszczony jest zaczep pozwalający na zamocowanie. Mocowanie polega na przyciśnięciu obudowy do szyny. Zamocowanie następuje automatycznie i nie wymaga narzędzi. Poszczególne elementy tego typu mają taką samą wysokość obudowy i głębokość, a w zależności od mocy złożoności różnią się tylko szerokością. Mają one przyłącze śrubowe w dolnej i górnej części obudowy, a podłączenie do instalacji odbywa się za pomocą przewodu. Natomiast szerokość jest wielokrotnością 17,5 mm. Najmniejsze jednostki mają właśnie tyle i często określa się to symbolem U (unit). 1 U to jeden unit, czyli jeden moduł, a więc 17,5 mm. Często nie podaje się innych wymiarów, bo są praktycznie nieistotne.

Złącza dla szyny DIN

Jednym z komponentów niezbędnych w każdej realizacji wykonanej z użyciem szyny DIN są złącza, czyli moduły służące do tworzenia połączeń elektrycznych pomiędzy dwoma lub więcej przewodami. Za pomocą złączek (terminal block) możliwe jest szybkie tworzenie bezpiecznych i niezawodnych połączeń pomiędzy obwodami.

Do głównych typów złączy zaliczyć można złącze pojedyncze (single-level terminal block), złącze uziemiające (grounding terminal block) oraz złącze złożone (multi-level terminal block). Złącza pojedyncze oraz złożone występować mogą w wersji z bezpiecznikiem lub bez. Złącza pojedyncze służą do łączenia dwóch przewodów, złącza złożone pozwalają połączyć ze sobą kilka par obwodów (zależnie od typu złącza – w konfiguracji jeden-do-jednego lub jeden-do-wielu), zaś złącza uziemiające pozwalają na połączenie przewodów z uziemieniem, którą to rolę pełni wtedy szyna DIN. Za pomocą odpowiednich akcesoriów, takich jak mostki, można łączyć ze sobą kilka złączy, tworząc systemy dystrybucji sygnału, np. w celu rozprowadzenia zasilania w systemie. Do tego samego celu można też wykorzystać gotowe moduły zawierające większą liczbę wyprowadzeń.

Złącza różnią się również typem połączenia przewodów wejściowych – do najpopularniejszych sposobów zalicza się rozwiązania oparte na śrubach, sprężynach oraz zaciskach. W przypadku tych ostatnich do utworzenia połączenia nie ma konieczności używania żadnych narzędzi (w pozostałych przypadkach wymagane jest zastosowanie śrubokrętu).

W ofercie producentów znaleźć można bloki złączy dostępne w całej gamie kolorystycznej, co ułatwia organizację systemu oraz utrzymanie wysokiej czytelności połączeń. Niektóre złącza wyposażone są również w etykiety, co pozwala odpowiednio oznaczyć wszystkie obwody w układzie.

Na rynku znaleźć można wiele akcesoriów przeznaczonych do stosowania razem ze złączami. Do najbardziej popularnych należą pokrywki końcowe (wszystkie złącza są z jednej strony "otwarte", czyli pozbawione plastikowej ścianki tworzącej obudowę), elementy blokujące (unieruchamiające blok w określonym miejscu szyny – małe bloki często nie mają połączeń śrubowych do zamocowania ich na szynie), taśmy z oznaczeniami oraz wspomniane już mostki wtykowe (pozwalające tworzyć połączenie elektryczne pomiędzy kilkoma złączami).

Zawory elektromechaniczne

Wiele systemów przemysłowych steruje pracą elementów pneumatycznych lub hydraulicznych. W celu obsługi tego typu komponentów opracowano przeznaczone do montażu na szynie DIN zawory, jak również złącza pozwalające łączyć tego typu linie. Zawory elektromechaniczne pozwalają sterować przepływem sygnału nieelektrycznego (jak ciecz lub gaz) za pomocą sygnału elektrycznego (w szczególności poprzez przepływ prądu, który indukuje pole magnetyczne kontrolujące mechanizm).