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HybridleitungenChainflex: Mehrfach verseilt hält besser

Das Chainflex-Programm umfasst alle Leitungstypen

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FachberichtIntelligente Gebäudeautomation mit und ohne Verdrahtung

Moderne Technologien für die Gebäudeautomation ermöglichen einfach zu installierende und flexible dezentrale Steuerungen selbst für komplexe Aufgabenstellungen. Der Trend geht dabei zu drahtlosen Übertragungsmedien, aber auch drahtgebundene Installationen haben weiterhin ihre Daseinsberechtigung, sodass häufig beide miteinander kombiniert werden.
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Drahtgebundene Netze verbreitet

Gebäudeautomation: Intelligente Gebäudeautomation mit und ohne Verdrahtung

Zur Zeit sind in der Gebäudeautomation drahtgebundene Netze wie BACnet, LON oder Ethernet am weitesten verbreitet. Hinzu kommen weitere, meist auf bestimmte Anwendungsbereiche spezialisierte Bussysteme und Lösungen, wie beispielsweise DALI. Wenn Daten in Gebäuden über Entfernungen von mehr als 30 m übertragen werden sollen, sind diese drahtgebundenen Busse bis heute nahezu alternativlos. Allerdings sind verkabelte Installationen relativ unflexibel bei Umbauten oder Erweiterungen. In diesen Fällen werden die Feldbusse daher zunehmend um Funktechniken ergänzt, wobei jeweils eine Schnittstelle zwischen den Kommunikationsstandards für eine zuverlässige Übertragung sorgen muss. Aus diesem Grund hat die Hesch Industrie-Elektronik GmbH mit der IMOD ECO Serie ein dezentrales und modulares I/O-System für die Gebäudeautomatisierung konzipiert. Dabei steht ECO sowohl für den Formfaktor der Gehäuse, als auch dafür, dass die Funktionalität speziell auf die Anforderungen der modernen Gebäudeautomation zugeschnitten ist. Eine breite Palette an Ein-/Ausgabebaugruppen eröffnet dabei zahlreiche Steuerungsfunktionen, mit denen die unterschiedlichen modernen seriellen Kommunikationsstandards und Funktechniken unterstützt werden. Durch die Kombination bzw. Erweiterung bestehender drahtgebundener Feldbusse mit neuen Kommunikationsstandards und Funktechniken lassen sich, die richtigen Schnittstellen vorausgesetzt, die Vorteile der neuen Standards mit relativ geringem Installationsaufwand realisieren.

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Alles unter Kontrolle

Dank fortschreitender Mikroelektronik und Prozessortechnik wandert innerhalb von Netzwerken zunehmend die "Intelligenz" weg von der zentralen Leittechnik hin zu lokalen Netzwerkkomponenten. So hat Hesch beispielsweise den Ethernet-Controller HE 5684-0 entwickelt. Die nach IEC 61131-3 frei programmierbare, multitaskingfähige Steuerung mit einer bis zu 450 MHz getakteten ARM9-CPU kann bis zu sechzehn I/O-Module der Serie direkt ansteuern und unterstützt die herstellerübergreifende Entwicklungsumgebung CoDeSys V3. Damit kann das Produkt sowohl autarke Steuerungsfunktionen übernehmen als auch die übergeordnete Leittechnik durch ausgelagerte Funktionen entlasten oder um zusätzliche Funktionen ergänzen. Der Feldbus-Controller mit integriertem 2-Port Ethernet-Switch überträgt Daten mit 10 oder 100 Mbit/s und stellt einen internen 512 kB großen Programmspeicher sowie 256 kB Datenspeicher zur Verfügung. Als Übertragungsprotokolle werden sowohl Modbus/TCP als auch Ethernet/IP unterstützt. Bei der Parametrierung kann der Anwender unter mehreren Möglichkeiten wählen: Der Ethernet-Controller kann wahlweise über den Feldbus oder die frontseitige Schnittstelle konfiguriert werden. Ergänzt werden die Schnittstellen des HE 5684-0 durch zwei USB 2.0 Host Interfaces sowie einen Steckplatz für eine microSD(HC)-Karte, die als Speichererweiterung, Programm- oder Rezepturspeicher genutzt werden kann. Dadurch lässt sich die Steuerung ohne erneute Programmierung und Konfiguration austauschen oder auch per Speicherkartenwechsel ein schneller Prozesswechsel vornehmen. Für webbasierte Anwendungen ist in die Steuerung ein Web-Server integriert, auf dem HTML-Code gespeichert werden kann. Montiert wird der 71,6 mm breite Controller durch Aufrasten auf eine 35 mm-Tragschiene.

Drahtlos Daten übermitteln

Mit der EnOcean-Technologie lassen sich Sensoren und Aktoren mit geringem Energiebedarf ohne Batterie oder externe Stromversorgung betreiben. Diese nutzen per sogenanntem "Energy Harvesting" stattdessen die thermische oder kinetische Energie der Umgebung. Diese Technologie wird vor allem für die drahtlose Steuerungs-Anbindung von Sensoren und Aktoren verwendet. Das neue EnOcean-Mastermodul HE 5670 von HESCH empfängt oder sendet diese Funksignale und kommuniziert per Feldbus mit der angeschlossenen Steuerung. Mit einer Reichweite von 30 m im Raum bzw. bis zu 300 m im Freifeld vereinfacht die Technologie die Vernetzung in der intelligenten Gebäudeautomation ungemein. Der M-Bus ermöglicht die Fernauslesung von Energie-Verbrauchszählern. Für die drahtlose Kommunikation wurde das Protokoll unter dem Namen Wireless M-Bus oder kurz wM-Bus ergänzt und standardisiert, um die Anforderungen des Smart Meterings zu erfüllen. Mit dem HE 5673 hat Hesch ein wM-Bus-Modul entwickelt, das als Master drahtlos die Daten von wM-Bus-fähigen Verbrauchszählern für Strom, Wasser, Wärme oder Gas empfängt und an den Feldbus übermittelt. Damit fungiert das Modul als drahtloser Datensammler.

Licht effizient einsetzen

Modernes Lichtmanagement bedeutet weit mehr als ein automatisches zeit- oder sensorgesteuertes Ein- und Ausschalten von Lichtquellen. So können neben tätigkeitsabhängigen Szenarien wie Schreibtischarbeit, Präsentation oder Pause mit ihren jeweils optimalen Lichtspots, Helligkeitswerten und Farbtemperaturen auch tageslichtabhängige Ergänzungsbeleuchtungen automatisch geregelt werden. Vor allem letzteres bietet ein hohes Einsparpotenzial beim Stromverbrauch, indem immer nur so viel künstliches Licht das Tageslicht ergänzt, dass das gewünschte (und zuvor definierte) Beleuchtungsniveau erreicht wird. Für solch ein modernes, effizientes Lichtmanagement sorgt der herstellerübergreifende Industriestandard DALI (Digital Addressable Lighting Interface). Dieser legt die Kommunikation zwischen dem Steuergerät - dem Master - und den DALI-Betriebsgeräten, wie elektronischen Vorschaltgeräten (EVGs) oder DALI-Elementen, fest. Die Schnittstellen dazu wurden in der DIN EN 60929 VDE 0712-23 und in der neueren DIN IEC 62386 VDE 0712-0 definiert. Als Spezialist für die Industrie-Automation hat Hesch I/O-Module für die Gebäudeautomation entwickelt, die den DALI-Standard unterstützen oder dessen Funktionalität erweitern. Der große Vorteil des DALI-Systems ist die Steuerung der gesamten Beleuchtungsinstallation eines Gebäudes durch lediglich ein einziges Kabelpaar. Das bedeutet, das Schalten und Überwachen jedes einzelnen Elements (Leuchtstofflampe, LED-Lampe, Notbeleuchtung etc.) wird zentral und/oder dezentral durch das Gebäudemanagementsystem übernommen. Dabei können die Elemente völlig frei verdrahtet werden ¿ die Konfiguration geschieht erst bei Inbetriebnahme der Installation. Eine Rekonfiguration ist ohne Änderung der Verdrahtung jederzeit möglich, außerdem wird die Erweiterung durch neue Elemente mittels eines erneuten Scans der Installation nach wenigen Minuten am Rechner erkannt und eingebunden.

Einfache und sichere Kommunikation

Jedes Element im DALI-Bus wird im Master-Slave-Modus betrieben, dabei operiert das Vorschaltgerät als Slave und die Steuereinheit wie das HE 5671 von Hesch als DALI-Master. Als Übertragungscode wird der sogenannte Manchester-Code verwendet (bidirektional, Halb-Duplex). Für das Datentelegramm sind ein Start- und zwei Stoppbits mit einer Übertragungsrate von 1200 bit/s implementiert. Da das Datenprotokoll keine Mechanismen zur Korrektur oder Fehlererkennung vorsieht, erfolgt die Prüfung der Datenintegrität durch das Redundanzprinzip. Dabei werden bestimmte Konfigurationsbefehle für das DALI-Betriebsgerät innerhalb von 100 ms ein zweites Mal vom Master gesendet und vor ihrer Ausführung verglichen. Im Falle einer Divergenz wird das Datentelegramm ignoriert. Insgesamt werden nur sehr geringe Anforderungen an das Übertragungsmedium gestellt. Prinzipiell kann jeder Kabeltyp mit Isolation für Netzspannung verwendet werden. Da Netzversorgung und Steuerleitung im gleichen Kabel geführt werden dürfen, kann man beispielsweise ein fünfadriges NYM-Kabel zum Anschluss der DALI-Elemente einsetzen. Bei der Kabelauswahl sollte darauf geachtet werden, dass der Spannungsabfall auf der Leitung bei 300 m maximaler Leitungslänge zwischen der Spannungsversorgung und dem am weitesten entfernten DALI-Verbraucher 2 V bei 250 mA nicht überschreitet. Diese Anforderung wird jedoch bereits bei einem Kabelquerschnitt von 1,5 mm2 erfüllt. Die Topologie der Verdrahtung darf frei erfolgen, nur ein geschlossener Ring muss vermieden werden. Beim HE 5671 ist die Versorgung des DALI-Busses bereits im Modul integriert, die Spannung beträgt 22,5 V DC mit einem maximalen Ausgangsstrom von 250 mA. Durch die galvanische Trennung dürfen alle Systemteilnehmer des DALI-Busses an unterschiedlichen Außenleitern (Phasen) betrieben werden. Die Polarität der Steuerleitung muss dabei nicht beachtet werden.

Mit I/O-Modulen weitere Funktionen nutzen

Durch den Einsatz von IMOD ECO Controllern wie dem HE 5684-0 Ethernet Controller von Hesch kann die laut DALI-Standard auf 64 limitierte Anzahl der Slaves pro Bus quasi aufgehoben werden, da jeder Controller mehrere DALI-Master betreiben kann. Die gesamte Funktionalität des Systems wird beispielsweise als Subsystem im Gebäudemanagement positioniert oder kann als selbständiges Beleuchtungssystem operieren. Die Konfiguration und Wartung kann entweder vor Ort oder online nach der Authentifizierung durch ein verschlüsseltes Web-Interface erfolgen. Im DALI-Konzept sind alle Aufgaben der modernen Beleuchtungsteuerung vorgesehen. Hierzu zählen beispielsweise die Optimierung des Energieverbrauchs durch den Einsatz von Anwesenheitsmeldern, Fehlermanagement und Wartung durch automatische Element-Ausfallmeldungen, Terminplanung für Beleuchtungsszenarien sowie Beleuchtungen mit automatischer Erhaltung des Helligkeitswertes. Für sämtliche Wartungs- und Servicedienste reicht damit die Standardsoftware aus. IMOD ECO ist außerdem ein technisch übergreifendes System. Es integriert zusätzliche Standards wie z. B. EnOcean für die Anbindung von Funksignalen der Beleuchtungsteuerung an das DALI-System. Weiterhin ist ein GSM/GPRS-Modem als Gateway für Management oder Fernwartung im Produktprogramm. Eine Vielzahl an Modulen für digitale und analoge Normsignale ermöglicht die Erfassung von Werten wie z. B. Temperatur, Leistung und Spannung bis hin zum kompletten Energiemanagement des Gebäudes. Als komplexe Erweiterung des DALI-Standards bietet das IMOD ECO System somit eine vielfältige Anwendungsmöglichkeit im Gebäudemanagement. Darüber hinaus hat Hesch auch IMOD ECO Mastermodule für IO-Link, Schnittstellen bzw. Controller für RFID und Ethernet sowie zahlreiche individuell konfigurierbare Steuerungs-Terminals im Produktprogramm. lg

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