Automatyka do bram garażowych. Napędy i sterowanie

Coraz większa liczba samochodów wymusza konieczność zapewnienia odpowiedniej ilości miejsc parkingowych, które w optymalny sposób zapewniają garaże. Niezbędnym elementem pomieszczenia garażowego jest właściwie dobrana brama. Wyposażenie jej w automatyczny napęd mechaniczny wraz ze sterowaniem usprawnia logistykę transportu, zwiększa bezpieczeństwo oraz poprawia warunki użytkowania garażu.

Spis treści

1. Rodzaje bram garażowych
2. Automatyka bram - napędy i urządzenia sterujące
3. Normy i wynikające z nich wymagania
4. Napędy mechaniczne
5. Automatyczne sterowanie

Rodzaje bram garażowych

Bramy służą do otwierania i zamykania otworów wjazdowych w budynkach i głównie dzielą się na przemysłowe oraz garażowe. Te drugie stosowane są w garażach indywidualnych, przeznaczonych dla domów jednorodzinnych (jedno lub dwa stanowiska do parkowania) oraz zbiorczych (wiele miejsc postojowych) usytuowanych w budynkach wielorodzinnych, biurowcach, hotelach, galeriach handlowych itp.

Rynek oferuje wiele rozwiązań konstrukcyjnych, a podstawowym ich wyróżnikiem jest sposób otwierania bram garażowych. Dostępne są bramy:

• podnoszono-uchylne – otwierane w wyniku uchylenia skrzydła w taki sposób, iż jego górna część chowa się we wnętrzu garażu, zaś dolna wysuwa ukośnie ku przodowi. Następnie wskutek podnoszenia brama układa się równolegle do podłoża. Jest to prosta konstrukcja, wymagająca jednak wolnej przestrzeni przed wjazdem do garażu i w jego wnętrzu pod stropem;
• segmentowe – ich skrzydło ma formę płaszcza tworzonego przez połączenie specjalnych segmentów, przesuwających się w trakcie otwierania po prowadnicach w górę, aż pod strop lub sufit garażu. Poziomy sposób otwierania pozwala na pełne wykorzystanie miejsca do parkowania w garażu i na podjeździe;
• rolowane – wyposażone w skrzydło w postaci płaszcza składającego się z profili/lameli, które przesuwa się w prowadnicach bocznych i nawija na wał usytuowany w kasecie instalowanej zwykle w nadprożu. Rozwiązanie to jest przeznaczone dla małych garaży, w których nie ma możliwości umiejscowienia skrzydła pod sufitem albo stropem;
• rozwierane – konstrukcja złożona z dwóch skrzydeł rozwieranych (zawieszonych na zawiasach przymocowanych do pionowych słupków ościeżnicy) i wyposażonych m.in. w zamek z wkładką bębenkową oraz rygiel. Brama wymaga dość dużej przestrzeni przed wjazdem do garażu;
• przesuwne – występują jako bramy ze skrzydłem przemieszczającym się równolegle do fasady budynku (głównie w garażach zbiorczych) oraz boczne (w garażach indywidualnych).

Skrzydło w drugim z rozwiązań składa się z segmentów, które przesuwają się w poziomie wzdłuż prowadnic zamontowanych równolegle w posadzce i stropie garażu. Brama może być otwierana częściowo, dzięki czemu spełnia także rolę drzwi przejściowych.

Automatyka bram - napędy i urządzenia sterujące

Automatykę bram (w tym garażowych) stanowią mechaniczne napędy oraz urządzenia sterujące. Ich wybór zależy od rodzaju bramy, wymiarów gabarytowych skrzydła, jego masy i zakładanego poziomu komfortu użytkowania. Wszystkie rodzaje napędów i układów sterujących powinny zapewniać bezpieczne działanie w każdej fazie otwierania i zamykania bramy oraz zatrzymywać ruch skrzydła natychmiast po napotkaniu na przeszkodę.

Standardowy napęd składa się z zespołu elementów, z których głównym jest siłownik wprawiający w ruch ramię przymocowane do skrzydła. Ramię może być ciągnione lub pchane i jest zwykle połączone z wózkiem poruszającym się po szynie jezdnej zamocowanej na suficie albo ścianie garażu. Pracą siłownika kieruje – tworzący z nim jedną całość – moduł sterujący, wyposażony we włącznik, wyłącznik oraz klawiaturę służącą do programowania funkcji napędu. Występują także rozwiązania napędów z niezależnym od siłownika sterownikiem, co umożliwia jego usytuowanie w dowolnie wybranym miejscu garażu.

Właściwy dobór automatycznej bramy z napędem mechanicznym zapewnia działanie zgodne ze ściśle określonymi parametrami techniczno-użytkowymi. Jest to szczególnie ważne w przypadku bram do garaży zbiorczych, które powinny charakteryzować się zdolnością do wykonywania od kilkudziesięciu do kilkuset cykli otwarć i zamknięć dziennie, w zależności od liczby miejsc parkingowych.

Przykładowo do garażu z 50 miejscami parkingowymi niezbędna jest brama z konstrukcją oraz napędem ze sterowaniem pozwalającymi na minimum 100 otwarć i zamknięć dziennie, czyli ok. 36 500 cykli rocznie. Producenci bram do garaży zbiorczych deklarują zazwyczaj 250 000 cykli, co gwarantuje przynajmniej 7 lat bezawaryjnej pracy. Niedopuszczalne jest instalowanie w nich bram z napędem przeznaczonym do indywidualnych garaży. Zwykle ich żywotność to 10 000 cykli, a to oznaczałoby, że w garażu zbiorczym, np. z 50 miejscami parkingowymi, działałyby prawidłowo tylko przez ok. 3 miesiące.

Do sterowania automatycznymi bramami garażowymi służą urządzenia mobilne oraz stacjonarne. Jednostkami mobilnymi określa się głównie nadajniki fal radiowych, tzw. piloty, które wysyłają stosowne sygnały do odbiornika wbudowanego w siłownik napędzający bramę. Następnie sygnał jest przekazywany do centrali sterującej pracą silnika, a w konsekwencji ruchem bramy. Piloty mogą być jedno- lub wielofunkcyjne, umożliwiające obsługę wielu sprzętów.

Dostępne są także modele z kodem dostępu (blokadą użycia przez nieuprawioną osobę) oraz z funkcją zdalnego sprawdzania stanu bramy.Stacjonarne mechanizmy do automatycznego otwierania i zamykania bram garażowych montowane są na zewnątrz lub wewnątrz obiektów, w których znajdują się miejsca parkingowe. Standardowo stanowią je radiowe sterowniki kodowane oraz radiowe czytniki linii papilarnych. Obsługa tych urządzeń może być realizowana przy pomocy sterownika na klucz albo odbywać się poprzez wprowadzenie kodu liczbowego czy odczyt odcisku linii papilarnych.

Przeczytaj również:

• Przemysłowe bramy przeciwpożarowe. Rodzaje bram i zasady eksploatacji
• Systemy kontroli dostępu w budynkach – przegląd rozwiązań

Normy i wynikające z nich wymagania

Wymagania dotyczące bram (w tym także garażowych) są dość szczegółowo określone w normach europejskich. Podstawowy dokument normalizacyjny stanowi zharmonizowana norma PN-EN 13241-1+A1:2012 „Bramy. Norma wyrobu. Część 1: Wyroby bez właściwości dotyczących odporności ogniowej lub dymoszczelności”, zawierająca m.in. wymagania eksploatacyjne i związane z bezpieczeństwem urządzeń z napędem mechanicznym.

Problematyka napędu bram została również uwzględniona w normach:

• PN-EN 12453:2002 „Bramy. Bezpieczeństwo użytkowania bram z napędem. Wymagania”,
• PN-EN 12604:2002 „Bramy. Aspekty mechaniczne. Wymagania”,
• PN-EN 12605:2002 „Bramy. Aspekty mechaniczne. Metody badań”,
• PN-EN 12978+A1:2012 „Drzwi i bramy. Urządzenia zabezpieczające do drzwi i bram z napędem. Wymagania i metody badań”,
• PN-EN 61000-6-2:2003 „Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 6–2: Normy ogólne. Odporność w środowiskach przemysłowych”,
• PN-EN 61000-6-3:2004 „Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 6–3: Normy ogólne. Norma emisji w środowiskach mieszkalnych, handlowych i lekko uprzemysłowionych”.

Poniżej przedstawiono wymagania dotyczące napędów, wynikające z norm wyrobu.

Trwałość mechaniczna

Osiągi mechaniczne bramy powinny być zapewnione pod warunkiem przestrzegania wymaganych zabiegów konserwacyjnych, w odniesieniu do liczby cykli pracy deklarowanej przez producenta zgodnie z normą PN-EN 12604:2000. Nawiązując do trwałości zawarto w niej postanowienie, że producent powinien określić (na żądanie) liczbę cykli wykonywanych przez bramę danego typu w badaniach trwałościowych według normy PN-EN 12605:2002.

Bezpieczne otwieranie

Bramy o ruchu pionowym w razie awarii pojedynczego elementu ich zawieszenia (łącznie z napędem z przekładnią) lub układu równoważącego powinny być zabezpieczone przed spadnięciem lub przed niekontrolowanym niezrównoważonym ruchem, zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 12604:2002.

Siły wywierane

Siły wywierane przez skrzydła bram lub drzwi przejściowych uruchamianych napędem i ograniczone w celu ochrony przed zgnieceniem, ścinaniem lub uderzeniem powinny być utrzymane na bezpiecznym dla użytkownika poziomie, określonym w normie PN-EN 12453:2002.

Bezpieczeństwo elektryczne

Napęd, urządzenia sterujące oraz ich elementy powinny być tak zaprojektowane i skonstruowane, aby po ich zainstalowaniu, w czasie normalnego użytkowania i przy dającym się przewidzieć niewłaściwym użytkowaniu, zagrożenia elektryczne były wyeliminowane (lub aby istniała ochrona przed tymi zagrożeniami).

Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC)

Zaburzenia elektromagnetyczne, generowane przez bramy uruchamiane napędem, nie mogą przekraczać poziomów określonych w normie PN-EN 61000-6-3:2004. Skrzydło uruchamiane napędem powinno działać zgodnie z przeznaczeniem, nawet gdy jest narażone na różne typy i poziomy zaburzeń określone w normie PN-EN 61000-6-2:2003.

Napędy mechaniczne

Przy wyborze automatycznej bramy garażowej i jej parametrów techniczno-użytkowych bardzo istotnym zagadnieniem jest miejsce zainstalowania oraz ścisłe określenie wymagań eksploatacyjnych.

W celu dokonania właściwego doboru urządzenia, szczególnie do garaży zbiorczych (wielu użytkowników), należy wziąć pod uwagę m.in. następujące czynniki:

• bezpieczeństwo użytkowania;
• łatwość obsługi;
• częstotliwość i tryb pracy;
• zakres i częstotliwość przeprowadzania zabiegów konserwacyjnych;
• stopień automatyzacji;
• sposób usytuowania bramy w budynku.

Do najważniejszych parametrów charakteryzujących napęd bramy garażowej należą:

• deklarowana liczba cykli otwarć i zamknięć, która powinna mieścić się w granicach od 10 000 cykli (garaże indywidualne) do 250 000 (garaże zbiorcze);
• siła ciągnięcia i nacisku, dostosowana do masy skrzydła; standardowo dla bram do garaży indywidualnych wynosi ona powyżej 400 N, dla bram stosowanych w garażach zbiorczych może osiągać nawet 1200 N;
• prędkość przesuwu napędu – wynosząca przeciętnie 12 cm/s (choć dostępne są także bramy o większej prędkości napędu, co powoduje szybsze zamykanie; czas otwierania przeważnie zawiera się w granicach 15–30 s).

Dla garaży indywidualnych, jedno- lub dwustanowiskowych, najczęściej przeznaczone są bramy uchylno-podnoszone oraz segmentowe, o maksymalnej szerokości skrzydła 4,0 m i wysokości do 2,5 m. Zazwyczaj mają one napędy z szyną jezdną z wózkiem, napędzanym łańcuchem albo paskiem zębatym. Główny ich element stanowi głowica siłownika z wbudowanym modułem (centralą) sterującym oraz coraz szerzej stosowanym odbiornikiem systemu zintegrowanego sterowania, np. Smart Home.

W bramach segmentowych nowej generacji występują dodatkowe funkcje, m.in. obsługi trzech wysokości otwarcia bramy: całkowite, częściowe oraz wentylacyjne (uchylenie górnego segmentu). Przy nadmiernym wzroście poziomu wilgotności w garażu następuje jego automatyczne wietrzenie.

Przedstawione przykładowe rozwiązanie cechują następujące osiągi:

• liczba cykli dzień/godzina – 25/10;
• siła ciągnięcia i nacisku – 600 N;
• maksymalna prędkość otwierania i zamykania – 20 cm/s.

Warto dodać, że nawet w garażach bez przyłącza elektrycznego możliwa jest instalacja bramy z automatycznym napędem. Pozwala na to mechanizm współpracujący z akumulatorem przystosowanym do łatwego przenoszenia. Czas ładowania baterii trwa zwykle od 5 do 10 godzin, a podłącza się go do gniazdka przy pomocy załączonej ładowarki, w sposób podobny jak w telefonie komórkowym. Czas eksploatacji prezentowanego napędu wynosi ok. 40 dni, przy średnio 4 cyklach otwarcia i zamknięcia bramy dziennie. Ponadto charakteryzuje się on siłą ciągnięcia i nacisku na poziomie 350 N oraz maksymalną prędkością otwierania wynoszącą 13 cm/s. Istnieje również możliwość zastosowania modułu solarnego. Dostępne są także awaryjne akumulatory do napędów bram garażowych, które dają możliwość zasilania w przypadku zaniku napięcia sieciowego trwającego do 18 godzin. Ich moc wystarcza na wykonanie maksymalnie 5 cykli otwarć i zamknięć bramy. Awaryjny akumulator ładuje się samoczynnie w trakcie normalnej eksploatacji.

W garażach indywidualnych stosowane są również bramy przesuwne, w tym boczne. Ich zaletami są minimalne wymagania w zakresie miejsca pod zabudowę, szybkie i wygodne częściowe otwieranie oraz ułatwiony dostęp do elementów podlegających konserwacji. Brama boczna składa się ze skrzydła, ościeżnicy, prowadnic oraz napędu mechanicznego, który może być mocowany do ściany lub stropu garażu. Napędy są zwykle wyposażone w automatyczne mechanizmy zabezpieczające, umożliwiające natychmiastowe zatrzymanie w przypadku napotkania przez skrzydło na przeszkodę w obszarze otwierania lub prowadnic zainstalowanych na ścianie.

Standardowe napędy charakteryzują się następującymi parametrami:

• siła ciągnienia i nacisku – 600 N;
• prędkość otwierania – od 10 do 18 cm/s;
• szerokość bramy – od 2 do 5 m.

Napędy bram garaży zbiorczych powinny spełniać określone w poprzednich akapitach wymagania dla wszystkich rodzajów bram. Ze względu na występujące, znaczne obciążenia mechaniczne ich siła ciągnienia i nacisku nie może być niższa niż 1000 N. Ponadto zastosowane materiały powinny cechować się wysoką jakością i odpornością na działanie niekorzystnych warunków atmosferycznych, aby zapewnić długoletnią żywotność i bezawaryjne działania napędu przez wymaganą liczbę cykli. Istotne jest również zwiększenie bezpieczeństwa, np. poprzez wyposażenie bramy w fotokomórki rozpoznające bezdotykowo obecność osób i przedmiotów. Dostępne są konstrukcje automatycznych napędów np. z sygnalizacją świetlną i sterowaniem pasem ruchu czy też ze zintegrowanym oświetleniem z fabrycznie ustawionym dwuminutowym czasem.

Automatyczne sterowanie

W automatycznym sterowaniu można wyróżnić dwa podstawowe zagadnienia – systemy sterowania oraz urządzenia umożliwiające ich realizację. Obecnie dostępne są w szerokim zakresie systemy tzw. inteligentnego domu, określane także angielską nazwą smart home, pozwalające na zintegrowane sterowanie różnymi funkcjami budynku. Ich celem jest zaspokojenie zmieniających się potrzeb użytkowników przy jednoczesnej minimalizacji kosztów. Te nowoczesne rozwiązania potrafią obsługiwać elementy, takie jak bramy garażowe i wjazdowe, drzwi wejściowe, żaluzje oraz markizy, co zwalnia ich posiadaczy z licznych obowiązków i czyni dom bezpieczniejszym.

Podstawowym urządzeniem w systemach typu smart home jest bramka (zwana także centralą sterującą) łącząca pozostałe komponenty. Stanowi ona centralny sterownik całego systemu, umożliwiając obsługę napędów i nadajników radiowych (pilotów) przez nawet 10 użytkowników, przy czym każdy z nich ma do dyspozycji kilkanaście funkcji.

Istotną cechą przedstawianych systemów jest fakt, iż w przypadku rozbudowy nie wymagają żadnych modyfikacji w pomieszczeniach. Jest to związane m.in. z tym, że urządzenia łączą się ze sobą drogą bezprzewodową, co eliminuje potrzebę realizacji okablowania. Do bramki – oprócz napędów bram i drzwi – można podłączyć różnego typu instalacje (np. elektryczne, oświetleniowe, gazowe), czujniki dymu, ruchu, a także systemy alarmowe i pojedyncze urządzenia.

System można obsługiwać poprzez zastosowanie nadajnika radiowego (pilota), za pomocą aplikacji zainstalowanej w urządzeniu mobilnym (np. smartfon albo tablet) lub panelu sterującego zlokalizowanego w bramce. Aby skorzystać z systemu, wystarczy mieć dostęp do internetu, przy czym użytkowanie nie jest w żaden sposób zagrożone, gdyż szyfrowanie odbywa się na poziomie zbliżonym do zabezpieczeń transakcji bankowych. Ponadto, dla zwiększenia ochrony, każdy użytkownik może mieć inny poziom dostępu do funkcji. Pozwala to administratorowi (właścicielowi) posiadać pełną kontrolę nad tym, którymi urządzeniami mogą sterować pozostali użytkownicy. Dotyczy to np. sytuacji, kiedy przekazujemy dostęp do otwierania bramy wjazdowej i sterowania oświetleniem osobie trzeciej, ale nie będzie ona mogła otwierać lub zamykać drzwi wejściowych do budynku.

Z zasady wszystkie dostępne systemy inteligentnego domu umożliwiają zdalne i bezprzewodowe zarządzanie bramami garażowymi, jak również wjazdowymi, drzwiami wejściowymi oraz oświetleniem posesji. Najbardziej przydatnymi wydają się być systemy z zakresu smart home, oferowane przez producentów bram i napędów, jak np. BiSecur SmartHome lub TaHoma®. Pozwalają one na sterowanie działaniem urządzeń z każdego miejsca w budynku i w jego obrębie przy pomocy nadajnika radiowego, a przy użyciu smartfonu lub tabletu z aplikacją również z miejsc odległych od budynku. Konieczne jest zainstalowanie bramki i podłączenie jej do routera oraz zazwyczaj bezpłatne zarejestrowanie się na stronie producenta systemu. Sterowanie cechuje łatwa obsługa i stabilny zasięg, a także odporność na zakłócenia. Ponadto obsługa zdalna pozwala użytkownikowi na sprawdzenie z każdego miejsca i w każdym momencie, czy brama jest zamknięta. Umożliwia także symulowanie swojej obecności w domu o każdej porze poprzez włączanie i wyłączanie oświetlenia, odstraszając tym samym potencjalnych złodziei.

Automatyzację obsługi bram garażowych umożliwiają także urządzenia stacjonarne, głównie radiowe sterowniki kodowane. Do wprowadzenia kodu numerycznego otwierającego bramę służy niewielka klawiatura, odporna na działanie warunków atmosferycznych. Może być ona instalowana na specjalnych kolumnach w obrębie wjazdu na posesję lub do garażu, dzięki czemu nie trzeba wysiadać z auta, aby wpisać odpowiedni kod.

Otwieranie bramy garażowej można również zainicjować za pomocą radiowego czytnika linii papilarnych z zapisem nawet 100 odcisków palców. Dostępne są zaawansowane technicznie rozwiązania, stosowane głównie w systemach kontroli dostępu, oparte na czytnikach dalekiego zasięgu. Moduł takiego urządzenia wykrywa znacznik w postaci naklejki RFID, umieszczonej na przedniej szybie auta, i po potwierdzeniu uprawnienia daje sygnał do otwarcia. Dzięki zastosowaniu specjalnej kamery skanującej rozpoznawane mogą być także numery tablic rejestracyjnych.

inż. Zbigniew Czajka