Inkopplingsprincipen

Inkopplingsprincipen

Många Z-wave-plattformar har stöd för trådbundna detektorer. De ansluts vanligtvis med kabel till en av de trådlösa Z-wave-komponenterna i nätverket. Principen för hur de ansluts är densamma som används för att ansluta detektorer till centralapparaten i ett larmsystem.

I grund och botten handlar allt i larmsammahang enbart om förändringar. Detta ­kapitel börjar med att gå igenom grundprincipen för inkoppling av detektorer genom ett ­förenklat exempel med en ringklocka.

Ringklockan

Symbol för likspänningsringklocka

Det finns många olika typer av detektorer som både ser olika ut och fungerar på helt skilda sätt. När det kommer till själva inkopplingen fungerar däremot alla på i ­princip samma sätt. Allt handlar om förändringar i en elektrisk krets. Detta illustreras i ­exemplet nedan, vilket utgår från den enklaste typen av larmsystem: en helt vanlig ringklocka. Ett sådant system består av tre komponenter:

  • Strömförsörjning: batteri
  • Detektor: tryckknapp
  • Larmdon: ringklocka

I normala sammanhang används ringklockan för att meddela när någon vill bli insläppt. När besökaren trycker på tryckknappen ger ringklockan ett ljud ifrån sig. Det enklaste tänkbara överfallslarmet fungerar på precis samma sätt, förutom att ringklockeknappen är ersatt med en panikknapp (ändamålsenlig tryckknapp). När någon trycker på panikknappen ger larmdonet ett ljud ifrån sig.

Det som är intressant i sammanhanget är tryckknappens funktion och inkoppling. Utan tryckknappen hade ringklockan varit direktkopplad till batteriet och gett ljud ifrån sig hela tiden.

Utan tryckknappen hade ringklockan gett ljud ifrån sig hela tiden.

För att ringklockan bara ska ge ljud ifrån sig vid rätt tillfälle seriekopplas tryckknappen i kretsen (läs mer om seriekoppling i El/elektronik 3.2). Tryckknappen har en slutande funktion i kretsen så att när knappen är opåverkad flyter det ingen ström, men när knappen trycks in börjar ringklockan ge ljud ifrån sig. När tryckknappen inte trycks in längre återgår den till sitt normaltillstånd och bryter kretsen igen. Därmed slutar också ringklockan att ge ljud ifrån sig.

Tryckknappen bryter kretsen.
När tryckknappen trycks in sluts kretsen och ringklockan ger ljud ifrån sig.

NO och NC

Den beskrivna kopplingen kallas NO (Normally Open). Kretsen är öppen (bruten) i normaltillstånd, men när detektorn (tryckknappen) påverkas blir kretsen sluten och ringklockan ger ljud ifrån sig. Motsatsen kallas NC (Normally Closed) och fungerar precis tvärtom. Hade en NC-kopplad tryckknapp använts i det tidigare exemplet hade ringklockan ringt oavbrutet, förutom när någon tryckt in knappen. I just exemplet med ringklockan är NC-kopplingen olämplig, men det är ett undantagsfall. NC-kopplingen används som standard i larmsystem och då kopplas inte heller tryckknappen direkt till något larmdon, utan istället till en centralapparat. Centralapparatens uppgift är att detektera förändringar i larmslingorna och det spelar ingen roll om det handlar om tillkoppling eller frånkoppling av strömflödet. Inträffar endera, vidtar centralapparaten lämplig åtgärd, exempelvis start av siren eller uppringning av telefonnummer.

Anledningen till att NC-kopplingen är den variant som används i larmsammanhang är att NO-kopplingen saknar sabotageskydd. Om en detektor ansluts med NO-koppling förlorar den sin funktion om inbrottstjuven klipper av anslutningskabeln. Då spelar det ingen roll om detektorn reagerar eftersom den ändå inte kan sluta larmkretsen.

Vid NO-koppling saknar kretsen sabotagesskydd.

Om detektorn däremot är inkopplad med NC-koppling är kretsen sabotageskyddad. Om inbrottstjuven då klipper av anslutningskabeln leder det till samma sak som om detektorn hade reagerat: slingan bryts, strömmen slutar flöda och centralapparaten ­reagerar.

Inkopplingen

Detektorer går normalt att koppla in i både NC- och NO-kretsar, även om NC-­kopplingen är den enda lämpliga kopplingen i larmsammanhang. En anledning till att det finns möjlighet att koppla in detektorer i NO-slingor är att de kan användas i ­andra sammanhang än i larmsystem. Om exempelvis en tryckknapp ska trigga en ringklocka eller om en rörelsedetektor ska tända en indikationslampa kan NO-kopplingen ­användas, men den bör som nämnts ovan inte användas i säkerhetskritiska sammanhang med risk för sabotage.

Inkopplingsexempel av mikrobrytare. S1 står för Sektion 1 och G står för Ground (sv. jord/minus).

Mikrobrytaren på bilden kan sitta i exempelvis ett larmskåp för att detektera öppning av dess lucka. Den har tre kopplingspunkter vid namn NC, NO och COM. COM är förkortning för common (sv. gemensam) och den ska alltid vara inkopplad. Därför går alltid en av de två ledarna i larmkretsen till den kopplingspunkten. Den andra ledaren går till antingen NC eller NO beroende på önskad funktionalitet.

NC-kopplad mikroströmbrytare i opåverkat respektive påverkat tillstånd.
NO-kopplad mikroströmbrytare i opåverkat respektive påverkat tillstånd.

I övriga detektorer är anslutningsprincipen nästan identisk, även om kopplings­punkterna kan ha varierande placering. I rörelsedetektorn på bilden finns det ­visserligen betydligt fler kopplingspunkter, men det beror på att detektorn är aktiv och därför även behöver ingångar för strömförsörjningen (vilket sker från centralapparaten). De två ­ledarna kopplas till ALARM oavsett om detektorn ska vara en del i en NO- eller NC-slinga. Inställningen av detta görs med den markerade bygeln.

Exempel på inkoppling av rörelsedetektor i en slinga (strömförsörjning ej ansluten)

Seriekoppling av detektorer

En centralapparat har en eller flera ingångar för detektorer (sektioner). Ju fler sektioner (ingångar) som finns desto bättre, eftersom varje detektor i så fall kan få en egen sektion och därmed hanteras individuellt av centralapparaten.

Nackdelen med att koppla flera detektorer till samma sektion är att centralapparaten då inte kan avgöra vilken av detektorerna som har löst ut (reagerat på rörelse, ­dörröppning eller liknande). Det är dock den enda lösningen i de fall då antalet sektioner inte räcker till. Lösningen används i vissa fall även i situationer då två närliggande detektorer ska kopplas in, och avståndet mellan dem och centralen är för långt för att dra dubbla kabel­uppsättningar. Det kan exempelvis handla om två magnetkontakter som sitter nära varandra och det varken finns behov av att kunna styra dem individuellt eller att kunna se vilken av dem som har löst ut.

Två detektorer som är seriekopplade till samma sektion (S1 = Sektion 1).

Om flera NC-kopplade detektorer ska anslutas till samma sektion, seriekopplas de efter varandra eftersom de ska bryta hela slingan. Hade de kopplats parallellt hade slingan aldrig brutits, med undantag för om alla detektorer hade reagerat samtidigt.

Parallellkoppling av detektorer

I situationer då detektorer ska användas för något annat än anslutning till larmsystem kan de parallellkopplas (under förutsättning att de kan kopplas in i NO-slingor). Om exempelvis en ringklocka ska ringa när det trycks på någon av husets två knappar ska knapparna parallellkopplas.

Två detektorer som är parallellkopplade till samma sektion (S1).

Om knapparna hade seriekopplas hade inget hänt om bara en av knapparna tryckts in. För att få ringklockan att ringa hade båda knapparna behövt tryckas in för att sluta kretsen.

Detektorers sabotageskydd

För att säkra systemet säkert är det viktigt att detektorerna har någon form av inbyggt sabotageskydd. Det kan exempelvis vara en mikrobrytare (”tamper”) som känner av ifall locket på detektorn plockas av. Vissa detektorer är utrustade med dubbla brytare av denna typ för att varna både ifall någon lyfter av locket och om någon plockar ned hela detektorn från väggen.

Exempel på sabotageskyddsinkoppling.

Anslutningen för sabotageskydd ser olika ut beroende på modell av detektor och central­apparat. I detektorn på bilden finns en separat anslutning för sabotageslinga. Den kopplas till motsvarande ingång på centralapparaten. Då går det hela tiden en ström i slingan, men om någon öppnar locket på detektorn bryts slingan och central­apparaten reagerar på förändringen i den elektriska slingan. I och med att sabotageslingan är kopplad till centralapparatens dedikerade ingång (den så kallade 24h-slingan), reagerar centralapparaten oavsett om larmsystemet är till- eller frånkopplat. Centralapparaten informeras också om att det handlar om sabotage och inte exempelvis otillåten dörröppning eller rörelse.

Sabotageskydd av ledningarna

I ett trådbundet larmsystem bör även ledningarna skyddas på något sätt. Det simplaste sättet är att alltid använda NC-koppling, eftersom kablarna då inte bara går att klippa av. Det finns dock andra sätt att sabotera systemets funktionalitet, exempelvis genom att helt enkelt koppla förbi detektorerna. Det är lite mer invecklat än att bara klippa av kabeln, men fortfarande fullt möjligt.

Inbrottstjuven hittar ett lämpligt ställe på kabeln och kortsluter de två ledningarna i larmslingan där så att detektorns roll sätts ur funktion. Slingan fortsätter då att vara sluten även om detektorn bryter den på sitt ställe.

Balanserad slinga

Att balansera slingan är ett enkelt sätt att säkra slingan så att det inte obemärkt går att koppla bort detektorerna i den. Då identifierar centralapparaten inte bara på- och avslag av ström utan även mindre förändringar i larmslingan. För att åstadkomma en balanserad slinga, seriekopplas detektorn med ett ändmotstånd (även kallat "EOL-­motstånd" från engelskans End Of Line). I följande exempel används en resistor på 2,2 kΩ. Vilket motstånd som ska användas bestäms av centralapparaten (om den har stöd för balanserade slingor).

I en obalanserad slinga används ingen resistor. Det gör att normaltillståndet i slingan är nära 0 Ω.
Genom att koppla in en resistor blir slingan balanserad. Normaltillståndet i slingan är 2,2 kΩ.
När detektorn reagerar bryter den slingan. Resistansen i slingan blir då oändlig (∞ Ω). Centralapparaten reagerar eftersom det avviker från normaltillståndet (2,2 kΩ).
Om slingan skulle kortslutas för att koppla bort detektorns funktion blir resistansen i slingan 0 Ω. Centralapparaten reagerar eftersom det avviker från normaltillståndet (2,2 kΩ).

Bara genom att detektera förändringar i slingans elektriska egenskaper kan central­apparater (med stöd för balanserade slingor) avgöra om detektorerna befinner sig i normalläge eller larmar. De kan också identifiera om en inbrottstjuv försöker sabotera någon av slingorna genom att kortsluta ledningarna och på så vis sätta detektorerna ur funktion.

Det krävs bara två ledningar för att åstadkomma en enkelbalanserad koppling. Det krävs dock ytterligare två ledare för att även få med detektorns egna sabotageskydd (tamper). Utan ett extra sådant ledarpar märker nämligen inte centralapparaten om någon plockar ned detektorn från väggen eller öppnar höljet på den.

Det går att koppla flera detektorer till samma sektion med en balanserad slinga. De NC-kopplade detektorerna kopplas då i serie efter varandra och hela serien avslutas med ett ändmotstånd (EOL). Det ska alltså inte sitta en resistor vid varje detektor.

Två seriekopplade detektorer i en balanserad slinga.

Dubbelbalanserad slinga

För vanliga inbrottslarm i hemmiljö är dubbelbalanserade slingor normalt onödigt ­eftersom risken för sabotage är liten. En fördel med dubbelbalansering är att central­apparater (med stöd för dubbelbalanserade slingor) kan skilja mellan sabotage och larm, utan att behöva fyra ledare inkopplade till varje detektor. Det räcker med en ­ledare fram till detektorn och en tillbaka från den. Utöver det krävs även två ­resistorer: ett ändmotstånd (EOL) och en resistor som parallellkopplas över larmbrytaren i ­detektorn.

I följande exempel används två resistorer à 5,6 kΩ. Larmbrytaren och sabotagebrytaren (tamper) i detektorn kopplas i serie efter varandra.

I normalläge är både larmbrytaren och sabotagebrytaren slutna. Slingans totala resistans är 5,6 kΩ, vilket i detta fall är normaltillståndet.
När detektorn reagerar tvingas strömmen att gå genom båda resistorerna. Det ger en total slingresistans på 11,2 kΩ (5,6 kΩ + 5,6 kΩ). Centralapparaten reagerar eftersom det avviker från normaltillståndet (5,6 kΩ).
Om detektorn skulle reagera på sabotage (någon öppnar dess hölje eller plockar ned den från väggen) öppnas sabotagebrytaren. Slingresistansen blir då oändlig. Centralapparaten reagerar eftersom det avviker från normaltillståndet (5,6 kΩ). Samma sak inträffar om någon skulle klippa av kabeln.
Om någon skulle försöka koppla bort detektorns funktion genom att kortsluta larmslingan kommer de två resistorerna att kopplas bort samtidigt. Resistansen blir då inte 5,6 kΩ (vilket centralapparaten i detta fall ser som normalt) utan 0 Ω. Därmed vet centralapparaten att någon har saboterat slingan.

Med en dubbelbalanserad slinga kan en kompatibel centralapparat se skillnad på larm och två olika typer av sabotage. Om resistansen är alltför hög eller alltför låg så har något saboterats. Sedan finns två resistansområden för det som centralapparaten anser vara slingans normalläge respektive larmläge.

Det går även att koppla flera detektorer i serie efter varandra i en dubbelbalanserad slinga. Varje detektor ska då ha en egen resistor och hela slingan avslutas med ett ändmotstånd.

Två seriekopplade detektorer i en dubbelbalanserad slinga
Senast ändrad: 2015-11-17