Kapitel 23
Gebäude- Automation
Licht Heizung Jalousie Kommuni-
kation Lüftung
Gebäudeüberwachung
Externe Dienste
Unterhaltung
Einbruchanlagen
Rauchmelder
Fern- steuerungen
Energie- management
Verbrauchs- messungen
Haushaltgeräte
Visualisierung Erneuerbare Energien
Klima-
steuerung Wind Optischer
Alarm
Verfasser:
Hans-Rudolf Niederberger Elektroingenieur FH/HTL Vordergut 1, 8772 Nidfurn
055 - 654 12 87
Ausgabe:November 2011
23 GEBÄUDEAUTOMATION
Inhaltsverzeichnis
23 GEBÄUDEAUTOMATION
23.1 Allgemeines
23.1.1 Sensortypen: Aktive und Passive 23.2 Zeptrion
23.2.1 Einführung 23.3 KNX 23.3.1 Einführung
23.3.2 Wie funktioniert KNX 23.3.3 Ein System nach Standard 23.3.4 Langfristige Investition 23.3.5 Zweckbauten
23.3.6 Übertragungsmedien bei KNX 23.3.7 Wohnungsbau
23.4 ETS5-Programmierung 23.5 LOGO8!
23.5.1 KNX und LOGO
BiVo
Probleme umfassend bearbeiten Verstehen und anwenden Erinnern
TD Technische Dokumentation
BET Bearbeitungstechnik
TG Technologische Grundlagen
EST Elektrische Systemtechnik
KOM Kommunikationstechnik
23 GEBÄUDEAUTOMATION 1 ZEPTRION
23 Gebäudeautomation 23.1 Allgemeines
23.1.1 Sensortypen: Aktive und Passive
Sensoren lassen sich anhand der Erzeugung oder Verwendung elektrischer Energie einteilen in aktive und passive Sensoren. Neben der nicht eindeutigen Definition des Begriffs Sensor sind hier sogar wi- dersprüchliche Bezeichnungen gebräuchlich, – je nachdem, ob der Aufnehmer aktiv ein elektrisches Signal erzeugt, oder ob durch äußere Energieaufnahme die Aktivität dazu entsteht.
23.1.1.1 Aktive Sensoren
Aktive Aufnehmer erzeugen aufgrund des Messprinzips ein elektrisches Signal, z. B. elektrodynamisch oder piezoelektrisch. Dabei wird keine elektrische Hilfsenergie benötigt; in Blick auf die Energieverwendung handelt es sich um passive Sensoren. Mit diesen Sensoren ist oft – be- dingt durch die physikalischen Prinzipien – jedoch nur eine Änderung der Messgröße detektierbar, da im statischen und quasistatischen Zu- stand keine Energie geliefert werden kann. Eine Ausnahme ist z. B. das Thermoelement, das auch bei konstanter Temperaturdifferenz ständig Spannung erzeugt. Außerdem sind aktive Aufnehmer in Umkehrung des physikalischen Messprinzips auch als Aktoren nutzbar, z. B. ein dynami- sches Mikrofon kann auch als Lautsprecher verwendet werden.
Beispiele
aktive Fotosensoren
aktive Temperatursensoren Drehzahl-Sensor
aktive Drucksensoren
aktive Stromsensoren Näherungssensor
23 GEBÄUDEAUTOMATION 1 ZEPTRION
23.1.1.2 Passive Sensoren
Passive Aufnehmer enthalten passive Bauteile, deren Parameter durch die Messgröße verändert werden. Durch eine Primärelektronik werden diese Parameter in elektrische Signale umgeformt. Dabei wird eine von außen zugeführte Hilfsenergie benötigt. Bei Zu- sammenfassung des Aufnehmers mit der umformenden Stufe in den Begriff Sensor kann von aktiven Sensoren gesprochen werden. Mit diesen ist es möglich, statische und quasistatische Messgrößen zu bestimmen. Aus diesem Grund ist die überwiegende Zahl der Auf- nehmer passiver Bauart. Beispiele sind Wägezellen oder Wider- standsthermometer. Passive Sensoren bestehen aus passiven Ele- menten wie Spulen, Widerstände, Kondensatoren, Schalter, etc.
Moderne Sensoren verfügen oft über eine umfangreiche Sekundärelektronik, die über von außen zuge- führte Energie betrieben wird. Dennoch sind nicht alle diese Sensoren aktiv, vielmehr muss das Mess- verfahren selbst betrachtet werden.
Beispiele
Infrarot-Sensor Geschwindikeits-Sensor
Alkohol-Sensor Glasbruch-Melder
23 GEBÄUDEAUTOMATION 1 ZEPTRION
Übungsaufgabe
Welchem Sensor-Typ können folgende Sensoren zugeordnet werden?
Dehnungsmessstreifen Potentiometer
Temperaturabhängiger Widerstand Kapazitive Druckmessdose
Thermoelement
Kapazitiver Sensor (Näherung, Druck, Abstand)
Induktiver
Näherungsschalter
23 GEBÄUDEAUTOMATION 1 ZEPTRION
23.2 Zeptrion
23.2.1 Einführung
23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX
23.3 KNX (KNX ==> KoNneX , Verbund)
23.3.1 Einführung
Höhere Anforderungen an Flexibilität und Komfort in der Elektroinstallation, verbunden mit dem Wunsch nach Mi- nimierung des Energiebedarfs, haben zur Entwicklung der Gebäudesystemtechnik geführt. Basis der Gebäudesys- temtechnik ist die integrierte Gebäudeinstallationstechnik, die gewerkeübergreifend alle Funktionen der intelligenten Haus- und Gebäudetechnik zusammenfasst.
Der Konnex-Bus (KNX) ist ein Feldbus für die Gebäudeautomation. Er wurde aus dem europäischen Installations- bus (EIB), dem BatiBUS und dem European Home Systems (EHS) entwickelt und von der Konnex Association nach der europäischen Norm EN 50090 weiterentwickelt. Der Konnex-Bus soll der Nachfolger dieser Feldbusse werden und ist mit dem EIB-Bus abwärtskompatibel. Ziel ist die Entwicklung eines einheitlichen flexiblen Feldbus- ses, der den zukünftigen Anforderungen an eine flexible Gebäudeautomation gerecht wird.
Vom EIB-Bus hat der Konnex-Bus das Übertragungsmedium TP-Kabel (TP1) übernommen und die Kernelstruktu- ren der Netzwerk-, Transport- und Anwendungsschicht. Als alternative Übertragungsmedien können das im Batibus eingesetzte TP-Kabel (TP0) und das Powerline-Kabel (PL132) des European Home Systems benutzt werden. Dar- über hinaus sind Funk- und Infrarottechniken sowie "KNX over IP" vorgesehen.
Der Datentransfer kann auf dem Konnex-Bus als verbindungslose und verbindungsorientierte Punkt-zu-Punkt- Verbindung, in Multicast und als Broadcast erfolgen.
Der KNX-Bus unterscheidet zwischen drei Konfigurationskategorien: Geräte mit dem Automatic-Mode, dem A- Mode, sind selbstkonfigurierend, die des E-Modes, dem so genannten Easy Mode, haben vorprogrammierte Funk- tionen und müssen vom Anwender konfiguriert werden und die des S-Modes, was für System-Mode steht, haben keine Grundeinstellungen und müssen von technischem Personal installiert werden.
Das Konex-Bussystem wird von der Konnex-Association standardisiert.
KNX ist eine Abkürzung und steht für K O N NE X , (Konnex= Kontakt) dem EIB Nachfolger.
Das KNX-System hat damit seinen Siegeszug begonnen - in Deutschland und Europa und mittlerweile weltweit. Mit dem Übergang von EIB zu KNX trat die Verbreitung dieses führenden Standard-Bussystemes für alle Gewerke in eine neue Phase. Die EIB-Installationen blieben zu KNX voll kompatibel, gleichzeitig ergeben sich erweiterte Mög- lichkeiten durch vereinfachte Parametrierung sowie neue Industriepartner, z.B. für HLK- und Sicherheitsanwendun- gen oder Haushaltgeräte.
Bei einem Bus-System tauschen alle Geräte über ein Buskabel, Funk oder übers Starkstromnetz Daten aus. Das
System funktioniert natürlich nur, wenn sich alle Geräte an Regeln (Buszugriffsverfahren) halten. Ein grosser Anteil
der übertragenen Daten sind keine Nutzdaten (z.B. Licht an/Licht aus), sondern Adress- und Sicherheitsinformatio-
nen.
23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX
23.3.2 Wie funktioniert KNX
Bei einem Bus-System gibt es zwei unterschi edliche Verfahren:
- Die Intelligenz ist zentral in einem Rechner, die Sensoren liefern Schaltbefehle oder Messignale, die Aktoren beispielsweise schalten bzw. dimmen Lampen.
- Das KNX-System hat dezentrale Intelligenz in jedem Sensor und Aktor. Eine zentrale Intelligenz ist nur notwendig, wenn Funktionen übers „Normale“ realisiert werden.
Ein Vorteil einer dezentralen Anlage liegt darin, dass bei Ausfall eines Gerätes die übrigen Geräte weiter arbeiten. Es sind nur jene Funktionen gestört, die das ausgefallene Gerät betreffen. Dies gilt allerdings nur solange die Bus-Speisung bei einer Kabelanlage intakt ist!
Aktoren (Befehlsempfänger)
Sensoren (Befehlsgeber)
Ein KNX-System besteht im Wesentlichen aus:
■ Sensoren (z.B. Tastern, Schaltern, Temperatur- Fühlern, Windmessern), die Befehle in Form von Telegrammen erzeugen.
■ Aktoren (z.B. Schaltrelais für Licht, Jalousien usw.), welche die empfangenen Telegramme in Aktionen umsetzen.
■ Einer Busleitung, die alle Sensoren und Aktoren für den Telegrammverkehr miteinander verbin- det.
Eine Zentrale ist dabei nicht nötig. Jedes Gerät enthält einen eigenen Mikroprozessor. Durch die entsprechende Parametrierung, die jederzeit ver- änderbar ist, lernt das Gerät, was es zu tun hat.
Dadurch ist KNX sehr flexibel und jederzeit an
neue Bedürfnisse anpassbar.
23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX
23.3.3 Ein System nach Standard
Die erste internationale Norm für Haus- und Gebäudetechnik ist die EN50090. Erfüllt wird sie durch das KNX-System und dessen Hersteller. Ihr Kern ist das Bussystem KNX, das nun seit bald 20 Jahren in Europa auf dem Markt ist.
Licht Jalousie
Heizung Gebäudeüberwachung
Externe Dienste Unterhaltung
Einbruchanlagen Rauchmelder
Fernsteuerungen Energiemanagement
Verbrauchsmessungen Haushaltgeräte
Visualisierung Kommunikation
Erneuerbare Energien Lüftung
Klimasteuerung
Wind Optischer Alarm
23.3.4 Langfristige Investition
Durch die konstante Weiterentwicklung von KNX sind frühere EIB-Projekte immer noch mit den neues-
ten Geräten kompatibel - ein Investitions-Schutz, den vor allem Bauherren und Betreiber sehr schätzen,
und ein Garant für die Weiterentwicklung und die Zukunft des Systems KNX.
23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX
23.3.5 Zweckbauten
Bei der Planung und Realisierung von Zweck- und Gewerbebauten sind der spätere störungsfreie, funk- tionsübergreifend vernetzte und bedarfsgerechte Betrieb sowie der sparsame Umgang mit Energie wichtige Kriterien für die Wirtschaftlichkeit der Kapitalanlage Immobilie.
Herkömmliche Elektroinstallationen allein können diese Forderungen nur noch bedingt und mit erhöh- tem Arbeits- und Materialaufwand erfüllen. Planer und Investoren entscheiden sich deshalb immer häu- figer für die Haus- und Gebäude-Systemtechnik im weltweit einheitlichen KNX-Standard.
Dabei werden gewerkeübergreifend die Beleuchtung, die Heizung, das Klima und die Sicherheitseinrich- tungen in einem vernetzten und jederzeit erweiterbaren System komfortabel und äußerst flexibel betrie- ben - immer unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten.
Der Einsatz von KNX bietet Ihnen:
■ Hohe Flexibilität bei der Planung und Elektroinstallation durch modularen Systemausbau
■ Integration verschiedener Gewerke und Hersteller
■ Kurze Montagezeiten durch übersichtliche Verdrahtung und Leitungsführung
■ Verringerte Brandlast durch Reduktion der Energieleitungen
■ Einfache Handhabung durch komfortable Projektierungs-, Inbetriebnahme- und Diagnosehilfsmittel Vorteile
- Flexibilität der Automation durch einfache Umprogrammierung - Raumautomation mit hohem Standard
- Kosten werden durch höhere Funktionalität reduziert - Verkabelung vereinfachung durch dezentrale Aktoren
- Energieeinsparungen durch Last- und Steuerungsmanagement - Geschwindigkeit bei der Installation durch einfache Installation - Facility Management durch Datenaustausch möglich
- Erweiterbarkeit durch Parametrierung neuer Geräte am vorhandenen Bus
- Zertifiziert nach EN Norm 50090 und ISO/IEC14543-3
23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX
23.3.6 Übertragungsmedien bei KNX
23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX
23.3.7 Wohnungsbau
Kein Zuhause ist wie das andere. Schließlich sind auch die Ansprü- che an Komfort, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit so individuell wie die Menschen selbst.
Wer sich heute entscheidet zu bauen oder eine bereits fertig gestell- te Immobilie erwerben möchte, will vor allem eines: die Sicherheit, eine Investition zu tätigen, die Bestand hat und weiter im Wert steigt.
Mit KNX setzen Sie auf ein System und einen Standard. Die Tech- nologie, die sich seit über 10 Jahren bewährt und auch für die Zu- kunft bestens gerüstet ist, kann die Wünsche des Intelligenten Wohnens heute und in Zukunft optimal erfüllen.
Vorteile
- Beleuchtung dimmen (stufenlos regulierbar) auch über Funk
- Beschattung von Jalousien oder Markisen - Wind oder Regen machen keine Sorgen und
Schäden
- Sonnenlicht optimal einsetzen
- Heizung, Radiatoren, Luft und Sonne steuern - Anzeige aller wichtiger Daten auf Display oder
Handy
- Designeauswahl bei 5000 Geräte - Fernzugriff
- Information - Mehr Komfort - Mehr Sicherheit
- Mehr Wirtschaftlichkeit
23 GEBÄUDEAUTOMATION
23.4 ETS5-Programmierung
Das KNX IP Interface 730 dient als Schnittstelle zum KNX/EIB. Das Gerät kann als Program- mierschnittstelle für die ETS3 und ETS4 ver- wendet werden. Von jedem Punkt im LAN kann auf den KNX/EIB Bus zugegriffen werden. Mit dem KNX IP Interface 730 ist auch eine Bus- Programmierung über das Internet möglich. Die IP-Adresse kann durch einen DHCP-Server bzw. durch manuelle Konfiguration, als ETS- Parameter, zugewiesen werden. Die Span- nungsversorgung erfolgt extern mit 12 V bis 24 V oder alternativ über Power-over-Ethernet (IEEE 802.3af).
Schnittstelle zwischen EIB/KNX Bus und Ethernet (REG)
KNXnet/IP Tunnelling
23 GEBÄUDEAUTOMATION
