Diplomarbeit digitalSTROM 131027 · 2015. 8. 25. · Diplomarbeit digitalSTROM Andreas Kessler...

Diplomarbeit

digitalSTROM

eingereicht an der schweizerischen Fachschule TEKO in Olten

Projekt: digitalSTROM-Demonstrator

Autor: Andreas Kessler

Diplomlehrer Dieter Dahle

Diplomexperte: Franz Oel

Ort, Datum: Olten, 31.Oktober 2013

Ausbildung: dipl. Elektrotechniker HF

Andreas Kessler Kapellenweg 1

5015 Erlinsbach

Tel.: 079 270 33 86 Email:

[email protected]

Diplomarbeit digitalSTROM

Andreas Kessler Elektrotechniker HF 28. Oktober 2013 Seite 2 von 67

1 Management Summary Seit Entstehung der ersten Schaltung für Steuerungsanlagen wird in der Gebäudeautomatisation nach flexibleren und benutzerfreundlicheren Lösungen gesucht. Die Umgebung soll für Menschen so geschaffen werden, dass das Leben vereinfacht und der Luxus auf ein Maximum steigt. Nach solchen Lösungen sucht auch digitalSTROM mit ihrem System, welches über 230V, also ohne separatem Bus, funktioniert.

Die folgende Arbeit gibt Aufschluss über die Technologie von digitalSTROM und seinen Vorteilen gegenüber anderen Gebäudeautomatisationssystemen. Um sich ein Bild von digitalSTROM zu machen werden die Funktionen sowie die Möglichkeiten dieses Systems beschrieben. Es wird ein Vergleich gegenüber anderen, häufiger eingesetzten Gebäudeautomatisationssystemen gezogen sowie die Vor- und Nachteile der technischen Aspekte der einzelnen Systeme beschrieben. Zudem werden diese Technologien in ihren Kosten verglichen und ausgewertet.

In einem weiteren Abschnitt wird der praktische Teil dieser Diplomarbeit beschrieben. An einem realitätsnahen Beispiel wird das System von digitalSTROM aufgezeigt, um dieses potentiellen Kunden näher zu bringen. Im Weiteren soll dieses Modell den Programmierern und Entwicklern von digitalSTROM für Tests zur Verfügung stehen. Es werden neue Steuerungen und Komponenten auf diesem Demonstrator geladen / installiert, um die Funktionalität zu prüfen.

Eine Zusammenfassung rundet den Umfang dieser Diplomarbeit ab, welche auch die Schwierigkeiten dieser Arbeit beinhaltet.



2 Inhaltsverzeichnis 1 Management Summary ................................................................................................ 2

3 Einleitung ..................................................................................................................... 6

3.1 Vorwort ............................................................................................................. 6

3.2 Ausgangslage ................................................................................................... 7

3.3 Der Entscheidungsprozess ............................................................................... 7

3.4 Die Idee ............................................................................................................ 8

3.5 Analyse der Ausgangslage ............................................................................... 8

3.5.1 Firmenprofil ......................................................................................... 9

3.6 Ziel der Arbeit ..................................................................................................10

4 Arbeitsschritte .............................................................................................................11

4.1 Grobkonzept ....................................................................................................11

4.2 Terminplan .......................................................................................................12

4.2.1 IPERKA ..............................................................................................12

4.3 Meilensteine .....................................................................................................13

5 digitalSTROM ..............................................................................................................14

5.1 Was ist digitalSTROM ......................................................................................14

5.2 Wie entstand digitalSTROM .............................................................................15

5.3 Wie funktioniert digitalSTROM .........................................................................16

5.4 Informationsübertragung ..................................................................................17

5.5 Die Bausteine ..................................................................................................18

5.5.1 digitalSTROM-Farbenlehre .................................................................19

5.5.2 digitalSTROM-Filter (dSF) ..................................................................20

5.5.3 digitalSTROM-Meter (dSM) ................................................................21

5.5.4 digitalSTROM-Server (dSS) ...............................................................22

5.5.5 Busverbindung dS485 ........................................................................23

5.5.6 Licht ...................................................................................................24

5.5.7 Zugang ...............................................................................................26

5.5.8 Sicherheit ...........................................................................................27

5.5.9 Schatten .............................................................................................28

5.5.10 Joker ..................................................................................................29

5.6 Bausteine welche auf dem Markt noch nicht erhältlich sind ..............................30

5.6.1 Klima ..................................................................................................30

5.6.2 Audio - Video ......................................................................................31



5.7 Schaltgerätekombination ..................................................................................32

5.8 Installation........................................................................................................33

5.9 Steuerung von digitalSTROM...........................................................................34

5.9.1 Manuelle Bedienung ...........................................................................34

5.9.2 Steuerung und Visualisierung mit dem Computer ...............................35

5.9.3 Steuerung und Visualisierung mit einem Smartphone ........................36

6 Gebäudeautomation ....................................................................................................37

6.1 Gebäudeautomationssysteme..........................................................................38

6.1.1 KNX....................................................................................................38

6.1.2 LON (Local Operating Network) .........................................................39

6.2 Vorgestelle Gebäudeautomationssysteme im Vergleich mit digitalSTROM ......40

6.3 Kosten .............................................................................................................41

6.3.1 Fazit ...................................................................................................42

7 EnOcean .....................................................................................................................43

7.1 EnOcean Technologie .....................................................................................43

8 Modell für digitalSTROM .............................................................................................44

8.1 Entscheidung ...................................................................................................44

8.2 Realisierung .....................................................................................................45

8.2.1 Besprechungen mit Aizo AG ..............................................................45

8.2.2 Planung der Arbeiten ..........................................................................45

8.2.3 Erstellen von Apparateplan, Installationsplan und Elektroschema ......46

8.2.4 Materialorganisation ...........................................................................49

8.2.5 Modell aufbauen .................................................................................51

8.2.6 Modell verdrahten...............................................................................53

8.2.7 Programmierung des Modells .............................................................55

8.2.8 Testen ................................................................................................56

8.3 Einsatztauglichkeit ...........................................................................................57

9 Zusammenfassung ......................................................................................................58

9.1 digitalSTROM präsentiert sich..........................................................................58

9.2 Vor- und Nachteile gegenüber anderen Steuerungssystemen .........................58

9.3 Modell für digitalSTROM ..................................................................................58

9.4 Umstände und Schwierigkeiten meiner Arbeit ..................................................59

10 Schlusswort .................................................................................................................60

11 Danksagungen ............................................................................................................61

12 Dokumentationsanhang...............................................................................................62



12.1 Literatur- Quellenverzeichnis ...........................................................................62

12.2 Abbildungsverzeichnis .....................................................................................64

13 Erklärung .....................................................................................................................66

14 Anhang ........................................................................................................................67

14.1 CD-Rom ...........................................................................................................67



3 Einleitung

3.1 Vorwort

Starkstrom- und Schwachstromtechnik waren die klassischen Einteilungen der Elektrotechnik. Mit der Zeit wurden die Einteilungen umstrukturiert und neu definiert. So hat sich die Starkstromtechnik in die Energietechnik und der Antriebstechnik niedergeschlagen. Die Schwachstromtechnik formte sich zur Nachrichtentechnik um und mit der Messtechnik, Regelungstechnik sowie der Elektronik kamen neue Gebiete dazu. Zwischen den einzelnen Bereichen sind die Übergänge vielfach fliessend und mit zunehmender Verbreitung der Anwendungen ergaben sich zahllose weitere Spezialgebiete. In der heutigen Gesellschaft sind die meisten Abläufe und Einrichtungen elektrisch betrieben oder funktionieren unter grosser Beteiligung elektrischer Geräte und Steuerungen. Die Entwicklungen und Erneuerungen schreiten mit solch grosser Geschwindigkeit voran, dass man den Überblick leicht verlieren kann. Neue Technologien werden geschaffen, um die Arbeit noch effizienter und profitabler zu gestalten. Designs werden geändert um der Ästhetik gerecht zu werden und neue Gebäudeautomationssysteme werden entwickelt um den Tagesablauf noch flexibler zu gestalten. In der Gebäudeautomation wird seit Entstehung der ersten Schaltung für Steuerungsanlagen nach flexibleren und benutzerfreundlicheren Lösungen gesucht. Für die Menschen soll eine Umgebung geschaffen werden, in der sich das Leben vereinfacht und der Luxus auf ein Maximum steigt.

Ich freue mich, mein Wissen in der Entwicklung der Informationstechnologie einzubringen und hoffe, meinen Beitrag dazu leisten zu können und schaue gespannt auf die Umsetzung der Diplomarbeit.



3.2 Ausgangslage

Um den Abschluss an der höheren Fachschule TEKO in Olten zu erhalten, muss eine Diplomarbeit erstellt werden. Im Juli 2013 erhielten wir von der Schule den Auftrag, Themen für die Diplomarbeit zu suchen. Als kleine Hilfestellung gab uns die Schule einen Leitfaden zur Themenwahl vor, auf welchem die Ziele und Anforderungen klar definiert sind:

„Es soll sich dazu eignen, die gelernte Theorie der Schule mit dem praktischen Fall in Verbindung zu bringen. Nicht alle Fächer müssen darin reflektiert werden. Z.B. kann mit dem Gelernten der Organisationslehre betreffend Ablauforganisation die Prozesse einer Einkaufsadministration dargestellt und verbessert werden. Dazu wird anhand des Gelernten aus der Betriebswirtschaft und des Rechnungswesen der finanzielle Nutzen aufgezeigt. Zur Umsetzung braucht es ein Informationskonzept wie im Fach Führung gelernt. Oder die Entwicklung oder Verbesserung einer Maschine erfordert u.a. die Anwendung der naturwissenschaftlichen und mathematischen Kenntnisse. Bei der Planung kommt das Gelernte der Fächer Konstruktionsmethodik, Projektmanagement, Produktionstechnik usw. zur Anwendung.“1

Anhand dieses Leitfadens kann die Suche nach einem geeigneten Thema für die Diplomarbeit starten.

3.3 Der Entscheidungsprozess

Die Suche nach einem geeigneten Thema für die Arbeit erwies sich schwieriger, als vorerst angenommen. Viele Firmen sind nicht mehr bereit oder haben die Zeit nicht mehr, Arbeiten an Studenten abzugeben und diese zu betreuen. In der Schule haben wir mit dem Fach Robotik begonnen und zugleich die Siemens Step7 1200 bestellt. Die Arbeit mit dieser Steuerung fand ich sehr interessant und zog mich zugleich in seinen Bann. Somit suchte ich als erstes nach Firmen, welche für Programmierungen mit der Siemens Step7 arbeiten. Leider wurden mir immer wieder Absagen erteilt. Also schaffte ich eine Vision, welche mir beim Entscheidungsprozess für die weitere Suche helfen sollte: Das Thema für die Diplomarbeit soll ein aktuelles Thema sein, muss mich von Anfang an fesseln und soll in meiner beruflichen Ausübung als Elektroplaner von Vorteil sein.

1 Quellenangabe: Leitfaden für die Diplomarbeit von der Teko



3.4 Die Idee

Nach diversen Gesprächen mit Kollegen, Vertretern von Firmen und der Familie öffnete sich eine Tür. Ich konnte aufgrund eines Ausfalls eines Arbeitskollegen eine Sitzung für ein grosses Projekt übernehmen, bei welcher es um die Umrüstung auf digitalSTROM ging. Doch was ist digitalSTROM überhaupt? Ich begann mich im Internet schlau zu machen: Ein Gebäudeautomationssystem, welches verschiedene Geräte ohne Bussystem untereinander vernetzen kann weckte mein Interesse sofort. digitalSTROM ist ein System, welches das Licht, die Storen und die Sicherheit miteinander verknüpfen kann. Verschiedene Lichtstimmungen (z.B. Lesen, Essen, Fernsehen etc.) können programmiert werden. Die Leuchten und die Jalousien passen sich der entsprechenden Einstellung des Kunden an. Diese Chance wollte ich mir nicht entgehen lassen und fragte den Vertreter im Anschluss an die Sitzung gleich an, ob ihre Firma Diplomarbeiten an Studenten abgeben. Eine Zusage erfolgte noch am selben Tag.

3.5 Analyse der Ausgangslage

digitalSTROM ist erst seit April 2011 auf dem Markt erhältlich und etabliert sich nur langsam. Das System kann bereits mit dem Licht, den Jalousien und der Sicherheit verknüpft werden. Eine Anbindung an Enocean-Technologie und an die Heizsteuerung mittels Raumthermostaten ist bisher leider nicht möglich. Um an weitere Informationen und eine genaue Erläuterung der Technologie zu gelangen, nahm ich an diversen Sitzungen der Entwicklerfirma Aizo AG in Schlieren teil.



3.5.1 Firmenprofil

2001 ist aus der Idee heraus, elektrische Geräte auf günstige und ergonomische Art informationstechnisch zu vernetzen, die Aizo AG entstanden. Zur weiteren Entwicklung und Verbreitung des digitalSTROMs gründeten dessen Erfinder, Wilfried Beck und Ludger Hovestadt, zusammen mit Anita Beck und Katharina Schroeder-Boersch 2004 die Aizo AG. 2

digitalSTROM.org ist eine Non-Profit-Organisation,3 die am 7. Juli 2007 an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich gegründet wurde, um digitalSTROM zu einem weltweiten Standard zu entwickeln. Eine Allianz von Firmen, Organisationen und Forschungseinrichtungen arbeitet zusammen, um elektrische Geräte im Sinne der Energieeffizienz, dem Nutzerkomfort und der Sicherheit über die vorhandenen Stromleitungen zu vernetzen. Einfach, zuverlässig und ohne Mehrkosten. 4 2008 kam ein Sitz in Schlieren CH hinzu, welcher heute über 30 Mitarbeiter beschäftigt.

Nach Abschluss der Serienentwicklung und den Testphasen fand im April 2011 die Markteinführung in Deutschland und der Schweiz statt.

2 Quellenangabe: www.bs2.ch 3 Eine Organisation, welche nicht Gewinnorientiert handelt, sondern nur die eigenen Kosten decken will 4 Quellenangabe: www.bs2.ch

Abbildung 1 Aizo AG Sitz in Schlieren

Abbildung 2 Musterwohnung Aizo AG



3.6 Ziel der Arbeit

Meinen Vorschlag zur Diplomarbeit besprach ich am 13. August 2013 mit Herr Franz Oel. Die schriftliche Themeneingabe erfolgte am 20. August 2013 und beinhaltet folgende Beschlussfassung:

Das Bauen einer massstabgetreuen Demonstrationswand einer Musterwohnung. In dieser Demonstrationswand sollen alle bestehenden digitalSTROM-Funktionen (Licht, Schatten, Zugang und Panik) integriert werden. Zusätzlich soll sie eine Visualisierung der Heizung aufzeigen. Diese Hardware wird dann benötigt, um die Heizungsfunktionalität und ihre Integration ins System zu verifizieren. Die Arbeit wird Planung, Modellbau, Verkabelung, Programmierung und eine elektrische Verifikation der Demonstrationswand beinhalten.5

Das Thema wurde am 17. September 2013 von der Schule akzeptiert und zur Ausführung freigegeben. Der Start der Diplomarbeit ist der 18. September 2013.

5 Quellenangabe: Ziel der Arbeit, aus dem Themeneingabeformular



4 Arbeitsschritte

4.1 Grobkonzept

Das Grobkonzept bietet mir eine optimale Übersicht über den geplanten Arbeitsablauf. Es dient mir als Orientierungshilfe der einzelnen Arbeitsschritte und bei der Koordination meiner Termine mit dem Terminprogramm.

Abbildung 3 Grobkonzept

Ende Diplomarbeit

Diplomausstellung

Präsentation

Abgabe Dokumentation

Dokumentation fertigstellen und prüfen

Model programmieren und austesten

Model erstellen

Unterlagen für Model erstellen (Plan, Schema, Materialliste inkl. Kosten)

Start Dokumentation

Besprechung Aizo AG, Informationen auswerten

Terminprogramm erstellen

Definieren der Ziele

Start Diplomarbeit



4.2 Terminplan

Der Terminplan wurde anhand des Grobkonzeptes erstellt. Er zeigt eine strukturierte und detaillierte Ansicht des Arbeitsvorgehens. Mittels Terminprogramm kann ich mich genau über den Verlauf, Stand und noch zu erledigende Arbeiten informieren. Der Aufbau des Terminprogramms wurde gemäss IPERKA erstellt.

Der Terminplan befindet sich im Anhang.

4.2.1 IPERKA

I Informieren: - Gestellte Aufgabe verstehen - Bild vom Ziel machen - Systematische Informationsbeschaffung

P Planen: - Weg zum Ziel erstellen - Einzelne Arbeitsschritte aufzeigen - Im Arbeitsplan Hilfsmittel und geschätzter Zeitaufwand festhalten

E Entscheiden: - Erfolgt Information und Planung optimal, kommt dies bei den Entscheidungen entgegen - Lösungsvarianten mit Hilfe einer Entscheidungsliste bewerten und ausführen

R Realisieren: - Geplante Ziele umsetzen

K Kontrollieren: - Jede ausgeführte Arbeit kontrollieren - Schlusskontrolle

A Auswertung: - Arbeit nochmals Revue passieren lassen - Positives sowie Negatives vergegenwärtigen und Alternativen auflisten - Auflisten was noch zu erwarten ist



4.3 Meilensteine

Meilensteine dienen zur Kontrolle, ob sich die Diplomarbeit noch auf dem richtigen Kurs befindet und der Zeitplan eingehalten wird. Jedes Terminprogramm enthält solche festen Grössen, welche zum Erstellen und zur weiteren Planung einer Arbeit wichtig sind. Das Erstellen der Dokumentation wurde nicht separat in die Auflistung miteinbezogen, da diese immer wieder erweitert wird.

Abbildung 4 Meilensteine

18. Sept Start Diplomarbeit

19.Sept Terminprogramm erstellt

23. Sept Besprechung Aizo AG

24. Sept 1. Besprechung mit Diplomlehrer

26. SeptEvaluierung für die verschiedenen Systeme erstellt

27. Sept Installationsplan erstellt Schema erstellt

11. Okt Modell aufgebaut und verdrahtet

15. Okt 2. Besprechung mit Diplomlehrer

18. Okt Model ausgetestet

22. Okt Model programmiert

25. Okt 3. Besprechung Diplomlehrer

29. OktSchlusskontrolle / Dokumentation gedruckt und gebunden

31. Okt Abgabe der Diplomarbeit an der TEKO in Olten



5 digitalSTROM „Mit digitalSTROM präsentiert sich eine neue Technologie, welche Wohngefühl, Energiemanagement und Sicherheit neu definiert. Eine Entwicklung zur effizienteren Nutzung ihrer Wohnumgebung, damit auch Sie sich entspannt über die Weiterentwicklung der Technik freuen können.“ 6

5.1 Was ist digitalSTROM

Das wichtigste Bauteil der digitalSTROM-Technik ist ein Computer-Chip. Die Grösse dieses Chips lässt sich mit der Grösse einer Ameise vergleichen. Dieser kommuniziert über die 230V Stromleitung und kann so verschiedene Geräte miteinander verbinden. digitalSTROM bietet den Komfort, in Wohnungen oder im Büro das gesamte Licht, Jalousien, Heizungen etc. komplett über Taster, Tablet-PC oder ein Smartphone zu steuern und erspart einem somit den Weg zum nächsten Schalter. Unser Leben wird somit um einiges komfortabler indem man verschiedene Geräte über einen Taster bedienen kann. Diese Technik kann in Neubauten von Anfang an eingeplant werden, aber auch in Umbauten einfach nachgerüstet werden. Durch die Bedienung verschiedener Geräte über einen Taster wird unser Leben um einiges vereinfacht und komfortabler. Eine weitere mögliche Funktion wäre, dass beim Verlassen des Hauses sämtliche Lichter und Standby-Geräte ausgeschaltet werden und die ganze Küche stromlos geschaltet wird. Über einen Taster z.B. beim Hauseingang ist dies ganz einfach realisierbar. Ein weiterer Aspekt ist das Ambient Assisted Living (AAL). 7 Darunter versteht man die Unterstützung älterer oder gehandicapter Menschen durch die moderne Technik, sodass sie ein selbstbestimmtes Leben führen können. Es beginnt damit, dass die Elektronik dem Bewohner regelmässig Schaltfolgen abnehmen kann. Die digitalSTROM-Meter missen permanent den Stromverbrauch über alle Stromstränge. Dadurch entlarvt der digitalSTROM-Server sehr schnell unbekannte Stromfresser, wie etwa der etwas in die Jahre gekommene Kühlschrank in der Küche oder den alten Gefrierschrank im Keller. Somit lässt sich das Energiemanagement ganz einfach auswerten und verbessern. Kurz gesagt: Mit digitalSTROM wird der Wohnkomfort um ein vielfaches erhöht und 6 Quellenangabe: Fazit aus Fachzeitschrift Connected Home Ausgabe März / April 2013 7 Zu Deutsch: Innovationen fürs Leben im Alter

Abbildung 5 Der digitalSTROM Chip im Grössenvergleich



hilft dem Nutzer zugleich beim Energiesparen.

5.2 Wie entstand digitalSTROM

An der ETH Zürich8 machten sich die beiden Erfinder, Ludger Hovestadt und Wielfried Beck, 2005 auf die Suche nach einem neuen System, mit welchem man

Daten über das bestehende Stromnetz senden kann. Sie erkannten aber schnell, dass die neue Idee zu viel mehr fähig war, als nur einzelne Datenpakete über das Stromnetz zu transportieren; so gründeten die beiden zwei Jahre später die Non-Profit-Organisation „digitalSTROM.org“

Diese Firma hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Entwicklung weiter voran zu treiben, digitalSTROM als weltweiten Standard an die Öffentlichkeit zu bringen und natürlich die Zertifizierung der Produkte. Um digitalSTROM zum entsprechenden Durchbruch zu verhelfen und sich am Markt besser zu etablieren, suchte diese Allianz nach Firmen, Gesellschaften, Verbänden und Forschungsinstituten, welche man möglicherweise als Mitglieder gewinnen könnte. Die Aizo AG mit Sitz in Wetzlar DE wurde bereits 2004 gegründet und ist ein wichtiges Mitglied der „digitalSTROM.org“. 2008 kam der Sitz in Schlieren CH dazu (siehe Kapitel 3.5.1). In dieser Konstellation gewinnt digitalSTROM immer mehr an Bedeutung und kann bis heute auf viele grosse und bekannte Partner zählen. Die ersten Produkte konnten dann im März 2011 in Deutschland und im April 2011 in der Schweiz auf den Markt gebracht werden. In der Schweiz kann das Material von digitalSTROM beim Grosshändler Otto Fischer bezogen werden. Bis heute konnten noch nicht alle Ideen der digitalSTROM.org auf den Markt gebracht werden. Die Forschung wird jedoch stets weiter vorangetrieben. Ziel der Organisation ist es, dass eines Tages der Genuss von digitalSTROM für jedermann zugänglich ist. So sollen in Zukunft alle Geräte wie Leuchten und Taster, von Anfang an mit digitalSTROM ausgerüstet und geliefert werden.

8 Eidgenössische Technische Hochschule

Abbildung 7 Architekt Ludger Hovestadt

Abbildung 6 Chipdesigner Wilfried Beck



5.3 Wie funktioniert digitalSTROM

digitalSTROM hat der Konkurrenz etwas voraus: Er kommt, im Gegensatz zu vielen anderen Bussystemen, ohne Funk aus und es müssen gleichzeitig, nicht wie bei den etablierten Standards, keine zusätzlichen Leitungen verlegt werden. Die Informationen werden durch kurzes Aus- und Einschalten in der Nähe des Nulldurchgangs transportiert. Mit diesem Verfahren wird die Frequenz nicht verschmutzt und es werden zwei Kurzschlüsse pro Halbwelle erzeugt, welche je zwei Bit an Daten transportieren können. Die Bausteine empfangen diese Informationen und kodiert die Spannung für die angeschlossenen Geräte.

Hinkanal (dSM): Definierte Spannungseinbrüche in der Nähe des Spannungsnulldurchgangs. Rückkanal (Klemmen): Klemmen modellieren ihre Stromaufnahme gemäss einem FSK9-Verfahren.

Abbildung 8 Funktionsweise Sinuskurve mit digitalSTROM

9 Frequenzumtastung



5.4 Informationsübertragung

In den beiden unten aufgeführten Schritten wird das Prinzip kurz schematisch dargestellt und kurzen Sätzen erklärt.

Schritt 1: Durch das Betätigen eines Tasters ruft man die gewünschte Lichtstimmung auf. Die Tasterklemme sendet die Daten mit der negativen Halbwelle an den dSM.

Schritt 2: Mit der positiven Halbwelle sendet der dSM den Befehl der gewünschten Stimmung (z.B. Stimmung 1) an alle Bauteile. Alle Geräte, welche auf die Stimmung eins programmiert wurden, schalten ihren voreingestellten Parameterwert. ein

Abbildung 9 Funktionsweise digitalSTROM Schritt 1

Abbildung 10 Funktionsweise digitalSTROM Schritt 2



5.5 Die Bausteine

Für das Weiterleiten und Auswerten der Befehle von digitalSTROM sind die einzelnen Komponenten verantwortlich, welche in drei Funktionsarten unterschieden werden. Die Sensoren nehmen die Datenpakete auf und leiten diese weiter (Taster, Bewegungsmelder etc.). Für das Auswerten sind die Systemgeräte (dSM, dSS) zuständig, welche weitere Befehle zu den Aktoren senden. Die Aktoren verarbeiten die empfangenen Befehle und führen die entsprechenden Funktionen aus. Aktoren sind die Klemmen vor den Betriebsgeräten (z.B. Klemme vor der Leuchte). Da die Anwendungsmöglichkeiten von digitalSTROM sehr vielfältig sind, werden die dS-Geräte in verschiedene Farbgruppen unterteilt. Somit bietet sich ein guter Überblick der Installation und die Arbeiten bleiben einfach. Jede Farbgruppe bezeichnet einen bestimmten Anwendungsbereich: digitalSTROM-Geräte des Anwendungsbereichs Joker (schwarz) können als Universalklemme auf eine beliebig andere dS-Klemme (z.B. gelb für Licht) umgewandelt werden. Wird ein dS-Gerät für den Anwendungsbereich Joker konfiguriert, so reagiert das dS-Gerät nur auf übergeordnete Aktivitäten. Mit dieser Anwendung lassen sich somit auch Verbraucher in ein digitalSTROM-System einbinden, die nicht mit den verfügbaren Farben abgedeckt werden können, jedoch auf übergeordnete Aktivitäten reagieren sollen (typischerweise Geräte, die im Betrieb konstant mit Strom versorgt werden müssen, jedoch bei Abwesenheit abgeschaltet werden sollen).

Abbildung 11 Farbcode von digitalSTROM



5.5.1 digitalSTROM-Farbenlehre

Farbe Gruppe Beispiele

Gelb Licht Decken-, Wand- und Stehleuchten

Rot Sicherheit Schutzfunktionen, Brand & Einbruchmelder

Grün Zugang Klingel, Türöffner, Gehen-Funktion

Grau Schatten Jalousien, Rolladen, Sichtschutz

Blau Klima Heizung, Lüftung, Klima

Cyan Audio Radio, CD-Player

Magenta Video Fernseher, DVD-Player, Projektor

Schwarz Joker Zur freien Verwendung

Auf dem Markt sind momentan erst die Klemmen für Licht, Schatten, Sicherheit, Zugang und die Joker-Funktion erhältlich. Die restlichen Klemmen sind noch in der Test- und Programmierphase.



5.5.2 digitalSTROM-Filter (dSF)

Durch den Einbau von digitalSTROM-Filtern in der Verteilung wird das Netz so konditioniert, dass es für die Kommunikation zwischen den Komponenten optimal genutzt werden kann. Er bereitet die 230V Leitung für digitalSTROM vor. Der dSF ist ein Tiefpass-Filtermodul, welches die digitalSTROM-Signale filtert und somit verhindert, dass diese nicht nach aussen oder nach innen dringen können. Die Netzkommandos (Oberwellen) und Powerline-Signale10 lässt er passieren. Durch das Einsetzen eines Filtermoduls pro Polleiter wird auch ein unerlaubter Fernzugriff durch z.B. einen Nachbar unmöglich.

Abbildung 12 digitalSTROM-Filter

Abbildung 13 Schema Anschluss an Dreiphasensystem

10 System für das Übertragen von Daten mittels hochfrequenten Signalen durch das 230V Netz



5.5.3 digitalSTROM-Meter (dSM)

Für das Umwandeln einer normalen Sinuskurve und somit das Netz digitalSTROM fähig zu machen, ist der digitalSTROM-Meter zuständig. Der dSM wird wie der Sicherungsautomat in die Verteilung eingebaut und stellt die Kommunikation zu den einzelnen, ihm nachgeschalteten, Stromkreisen sicher. Ausserdem ist er für das Messen deren Leistung zuständig. Innerhalb einer Installation können maximal 62 dSM miteinander über eine Busverbindung miteinander kommunizieren. Sie funktionieren nur mit einem vorgeschalteten digitalSTROM-Filter. An einen solchen dSM können 128 digitalSTROM-Geräte angeschlossen werden.

Abbildung 14 digitalSTROM-Meter

Abbildung 15 Schema eines dSM



5.5.4 digitalSTROM-Server (dSS)

Der digitalSTROM-Server ist für den Betrieb des digitalSTROM-Systems optional. Wird er jedoch nicht eingesetzt, sind nicht alle Anwendungen wie z.B. die Timer-Funktionen verfügbar und die Installation muss mühselig vor Ort bei den jeweiligen Tastern programmiert werden. Mit diesem dSS kann die Anbindung an ein übergeordnetes System, wie das Internet oder ein lokales Netzwerk ermöglicht werden. Ist diese Verbindung erstellt, ist der Zugriff via Smartphone auch von ausserhalb des Gebäudes möglich. Dank der Anbindung an das Internet kann der dSS verfügbare Firmware-Updates für den dSS und dSM abrufen und diese nach Bestätigung des Nutzers automatisch installieren. Dieser Server wird mit einer externen 24V DC Spannungsversorgung betrieben, welche eine Ausgangsleistung von 10W benötigt.

Abbildung 16 digitalSTROM-Server (dSS)

Abbildung 17 Schema eines dSS



5.5.5 Busverbindung dS485

Für die Kommunikation zwischen den digitalSTROM-Metern und dem digitalSTROM-Server ist eine standardisierte dS485 Busverbindung erforderlich, welche zwischen den Bus-Teilnehmern maximal 100m betragen darf. An beiden Enden der dS485-Busverbindung muss je ein Abschlusswiderstand von 120 Ohm angeschlossen werden. Diese Abschlusswiderstände werden in den Verpackungen der einzelnen Komponenten jeweils mitgeliefert. Es können an dieser Verbindung maximal 62 digitalSTROM-Meter betrieben werden, aber nicht mehrere digitalSTROM-Server. Für die Verbindung wird ein normales paarverseiltes Kabel verwendet (z.B. Kabeltyp G51).

Abbildung 18 Schema Busverbindung dS485



5.5.6 Licht

Dank digitalSTROM wird die Lichtinstallation nun ganz einfach gehandhabt. Die komplizierte und zum Teil aufwändige Installation mit Schema 6 Schaltungen etc. wirn nun erheblich vereinfacht. Keine mühsamen Drahteinzüge mit mehreren Lampendrähten oder korrespondierenden Drähte für die Steuerung. Mit digitalSTROM werden an den Schalt- und Lichtstellen nur noch die Polleiter, Neutralleiter und Schutzleiter an die gelben Lichtklemmen angeschlossen. Nun sind die Leuchten intelligent und werden bei der Inbetriebnahme vom dSM automatisch auf den passenden Taster programmiert. Jede Klemme verfügt über eine eigene feste Adresse (ID). Dank dieser ID kann zum Beispiel eine Stehleuchte vom Wohnzimmer ins Arbeitszimmer verlegt werden und diese dort erneut an der Steckdose eingesteckt werden. Das System erkennt die Stehleuchte wieder und hinterlegt die konfigurierten Parameter. Die Klemmen für die Leuchten können entweder an der Anschlussstelle oder in der Leuchte direkt montiert werden. Die Tasterklemmen werden hingegen direkt hinter den Tastern im Kästchen platziert. Wir unterscheiden also zwischen Tasterklemmen für die Taster und den Lichtklemmen für die Leuchten. Weitere Optionen sind die Schnurdimmer und die Zwischenstecker. Der Schnurdimmer gibt es in zwei Ausführungen: Schnurdimmer M, welcher für Stehleuchten eingesetzt wird und Schnurdimmer S, welcher für Nachttischleuchten benutzt wird. Beide werden bei einer konventionellen Steckdose eingesteckt. Die Intelligenz ist direkt in beiden integriert. Der Zwischenstecker wird ebenfalls in eine konventionelle Steckdose eingesteckt und kann z.B. zur Schaltung einer alten Steh-/ Nachttischleuchte verwendet werden. Ein weiterer grosser Vorteil ist, dass dieser Zwischenstecker bis zu 10A schalten kann. Somit kann man ihn für das Ein- und Ausschalten einzelner Geräte verwenden kann, wie z.B. den Fernseher oder den Radio. Hinzu kommt, dass er die Standby-Leistung angeschlossener Geräte von den ursprünglichen 2.5 bis 5 Watt auf unter 0.4 Watt senkenkann, diese Geräte aber trotzdem bei Bedienung der Fernsteuerung starten kann.

Abbildung 20 Schnurdimmer M

Abbildung 19 Zwischenstecker

Abbildung 21 Schnurdimmer S



Abbildung 22 Tasterklemme Klemme L 1400W Schaltvermögen Klemme M 150W Schaltvermögen

Abbildung 23 Lichtklemme



Abbildung 25 Klemme Zugang (Klingel Aktor)

5.5.7 Zugang

Der Zugang wird in zwei Grundfunktionen unterteilt: Einerseits die Funktion „Klingeln und anderseits die Funktion Kommen / Gehen.“ Wird eine Zugang-Tasterklemme hinter der Türklingel montiert, kann diese auf die Klingel in der Wohnung programmiert werden. Das Ganze kann aber auch durch erweiterte Funktionen programmiert werden. So können z.B. in Wohnungen von Gehörlosen die Leuchten so programmiert werden, dass die komplette Beleuchtung in der Wohnung zweimal aufblinkt, sobald jemand an der Haustür klingelt. Die zweite Funktion „Kommen / Gehen“ wurde als Stromsparmodus entwickelt. Verlässt man das Haus, wird dieser Taster für drei Sekunden gedrückt und alle programmierten digitalSTROM-Komponenten gehen aus. Jedoch können auch hier sinnvolle Ausnahmen, wie der Kühlschrank oder ein Wecker, aus dieser Programmierung ausgeschlossen werden. So erspart man sich den letzten Gang durch das Haus, um sich zu vergewissern, dass alle Leuchten und der Kochherd ausgeschalten sind. Kommt man wieder nach Hause, wird dieser Taster kurz gedrückt und der Befehl „Kommen“ wird aufgerufen. So wird alles eingeschaltet, was auf diesen Befehl programmiert wurde (z.B. die Leuchten im Korridor und dem Wohnen schalten sich nebst der Musikanlage ein).

Abbildung 24 Zugangsklemme



Abbildung 26 Tasterklemme Panik

5.5.8 Sicherheit

Mehr Sicherheit für wenig Geld, das ist heutzutage ein grosses Thema. Viele Eigentümer möchten sich in ihren Wohnungen / Häusern sicher fühlen, dafür aber keine teuren Überwachungsinstallationen oder Alarmanlagen einsetzen. Mit digitalSTROM wird nun eine Lösung kostengünstig angeboten. Hierfür sind die roten Tasterklemmen notwendig. Am häufigsten wird ein Taster mit dieser Klemme oberhalb des Bettes installiert. Wird man durch ein verdächtiges Geräusch aus dem Schlaf gerissen, kann dieser Paniktaster drei Sekunden gedrückt werden. Je nach Programmierung wird dann zum Beispiel das ganze Licht in der Wohnung eingeschaltet und falls vorhanden, ein akustisches Signal aktiviert. Um wieder den zuvor verwendeten Modus zu aktivieren, wird der Paniktaster einmal kurz gedrückt. Diese Sicherheitsklemme ist ebenfalls für die Einbruchmelder sowie Brandmelder einsetzbar.



5.5.9 Schatten

Für die Steuerung der Schattengruppe, welche Jalousien, Markisen und Rollläden beinhaltet, sind die grauen Klemmen zuständig. Da die Funktionen gleich wie bei allen anderen digitalSTROM-Komponenten nur mit den drei Hauptleitern, L, N und PE installiert werden, erspart dies den Einzug der separaten Steuerdrähten, welche ansonsten direkt vom Schalter zu den Jalousien gezogen werden müssen. Ein weiterer grosser Vorteil ist, dass keine Parallelrelais für den gleichzeitigen Betrieb zweier Jalousien ab einem Taster mehr eingebaut werden müssen. Im Weiteren können diese Klemmen wie beim Licht etc., in Szenen eingebunden werden. Möchte man sich zum Beispiel mit Freunden ein Fussballspiel im Fernseher anschauen, kann die Stimmung „Sport“ auf einem Taster programmiert werden. Bei dieser Stimmung würde dann das Licht im Wohnzimmer gedimmt werden, der Fernseher würde einschalten und die Jalousien würden herunter gefahren werden.

Abbildung 27 Schattenklemmen

Abbildung 28 Installation Schattenklemmen



Abbildung 29 Relaisklemme Joker

Abbildung 30 Tasterklemme Joker

5.5.10 Joker

Die schwarzen Joker-Klemmen können überall und für alles eingesetzt und dementsprechend programmiert werden. Aktuell ist der Joker als Tasterklemme 2-fach und 4-fach sowie ein Relais-Schalt-Aktor auf dem Markt erhältlich. Dieser Schaltaktor gibt es in gelb (Licht) und schwarz als Joker. Ein weiteres Jokermodul ist die 1-fach, 2-fach und 4-fach Automatisierungsklemme M. Diese verwendet man für den Anschluss von Sensoren mit Schaltausgang, wie zum Beispiel Bewegungsmelder oder Wind- und Regensensoren.



5.6 Bausteine welche auf dem Markt noch nicht erhältlich sind

Die in diesem Kapitel behandelten Bausteine sind auf dem Markt bisher noch nicht erhältlich. Jedoch können ihre Funktionen mittels Joker ersetzt werden.

5.6.1 Klima

Für das Klima sind die blauen Klemmen vorgesehen. Diese können in Zukunft als Schaltaktor für Heizungsventile von Radiatoren, für Fussbodenheizungen oder als Temperatursensoren eingesetzt werden. So kann das Klima auf persönlichen Wunsch dem Raumtyp angepasst werden. Im Weiteren wäre es möglich, diese Klemmen über den Taster Gehen bei der Türe zu programmieren. Dies würde bedeuten, dass beim verlasse des Hauses die Temperatur auf 18 Grad runter gekühlt wird. Um nach dem Feierabend nicht in eine kalte Wohnung heimzukehren, kann bereits auf dem Nachhauseweg die Heizung mittels Smartphone ganz komfortabel aktiviert werden. Eine einfache Möglichkeit Strom zu sparen. Weiter könnte man diese Klemmen mittels Fensterkontakten steuern. Werden nachts die Fenster geöffnet, passt sich die Heizung automatisch an.

Abbildung 31 Klimaklemmen

Abbildung 32 Schema der Installation einer Klimaklemme



5.6.2 Audio - Video

Mittels Audio-Klemmen (hellblau) kann, die Audio-Anlage noch besser in die Gebäudesteuerung integriert werden. Diese können an einer beliebigen Schaltstelle installiert werden, um von dort aus zum Beispiel die Audio-Anlage in Betrieb zu nehmen, oder die Lautstärke zu regeln. Auch diese Klemmen kann man in die übliche Installation mittels Szenen integrieren. So könnte eine Schaltstelle im Bad installiert werden und bei zweimaligem Betätigen des Tasters werden zum Beispiel die dortigen Lautsprecher eingeschaltet. Dasselbe Prinzip gilt für Video-Klemmen, welche die Farbe Magenta tragen.

Abbildung 33 Audioklemmen

Abbildung 34 Installation Radiomodul



5.7 Schaltgerätekombination

Durch die Anwendung der für den digitalSTROM vorgesehenen Systemgeräte, wird das Netz digitalSTROM fähig. Die Systemgeräte sind schnell eingebaut, da man diese nur auf die Hutschiene schnappen kann. Im Weiteren benötigen der digitalSTROM-Filter und der digitalSTROM-Server nicht mehr Platz, als ein Leitungsschutzschalter (LS). Die digitalSTROM-Filter benötigen den doppelten, aber immer noch sehr geringen Platzbedarf. Diese sollen wiederum möglichst nahe bei der Einspeisung montiert werden. Die gesamte Länge der Anschlussleitung zum dSF (Schleife L-N) sollte maximal 2m betragen. Es müssen nur die Aussenleiter mit einem dSF ausgerüstet werden, bei welchen auch ein digitalSTROM-Meter zum Einsatz kommt. Die beiden anderen Geräten dSM und dSS können so angeordnet werden, wie der Platz es gerade zulässt. Der Einbau dieser Systemgeräte darf gemäss Niederspannungs-Installations-Norm (NIN 2010) nur von Fachpersonal vorgenommen werden. Unten abgebildet ist eine Übersicht, wie eine solche Schaltgerätekombination, die komplett mit digitalSTROM ausgerüstet ist, aussehen könnte.

Abbildung 35 Übersicht Schaltgerätekombination mit digitalSTROM Systemgeräten



5.8 Installation

Bei der konventionellen Hausinstallation wird die komplette Installation auf die drei Hauptleiter; Polleiter, Neutralleiter und Schutzleiter aufgeteilt. Um eine optimale Lastverteilung zu gewährleisten, wird die Installation auf die drei Polleiter aufgeteilt. Dasselbe Prinzip gilt auch bei digitalSTROM. Somit muss nur noch die passende und gewünschte Klemme dazu eingesetzt werden. Ist ein dSM installiert, kann bereits über den digitalSTROM-Bus kommuniziert werden. Im unten aufgeführten Beispiel wird die einfache Installation mit digitalSTROM und den zugehörigen Komponenten dargestellt.

Abbildung 36 Installationsprinzip einer dS-Leitung



5.9 Steuerung von digitalSTROM

Das Motto von digitalSTROM: „Einfach und flexibel“ wiederspiegelt auch die Steuerung und Programmierung von digitalSTROM. digitalSTROM kann in drei Grundarten bedient werden. Damit man die Steuerung und Programmierung selbst vornehmen kann, ist keine Schulung notwendig. Weiter ist für die Programmierung keine teure Software nötig. In den weiteren Unterkapiteln werden die drei Grundarten für die Bedienung beschrieben.

5.9.1 Manuelle Bedienung

Ist ein Haus mit digitalSTROM ausgerüstet, unterscheidet sich dies optisch nicht von einer konventionellen Ausrüstung und ein Besucher würde den Unterschied der Bedienung nicht bemerken. Drückt er im Wohnzimmer den Taster für das Deckenlicht, wird das Licht normal angehen. Neugierde wird geweckt, wenn er den Taster dann aber zweimal hintereinander drückt und das Licht gedimmt wird und die Musik aus den Deckenlautsprechern ertönt. Nun wird er ganz begeistert nach dem System und dessen Raffinessen nachfragen. Beim Licht können bis zu vier verschiedene Szenen aufgerufen werden. Diese werden durch einmaliges Drücken des Tasters Szene 1 aufrufen. Bei zweifachem Drücken wechselt man zur Szene 2 usw. Ein kurzer Tasterdruck schaltet das Licht dann wieder aus. Somit kann bei jedem Taster die entsprechend programmierte Szene aufgerufen werden. Die verschiedenen Stimmungen können auch manuell programmiert werden. Durch kurzes und langes Betätigen des Tasters werden die angewählten Leuchten sichtbar und der Kunde kann die für ihn passenden Szenen selber programmieren (siehe Abbildung im Text). Möchte man aber für einen Taster mehrere Stimmungen programmieren, muss man mit einem hohen Zeitaufwand rechnen. Im Weiteren stehen dem Kunden so nicht alle Anwendungsmöglichkeiten zur Verfügung und man verliert schnell den Überblick über die eigene Programmierung.

Abbildung 37 Kurzbedienungsanleitung



5.9.2 Steuerung und Visualisierung mit dem Computer

Die Anbindung an das digitalSTROM-Netzwerk ist für den dSS kein Problem. Alle Geräte, welche digitalSTROM tauglich sind, werden sofort im Programm angezeigt, so dass der Kunde die gewünschten Szenen und Einstellungen konfigurieren kann. Die Geräte können vom Computer aus bedient werden.Im Weiteren wird der Stromverbrauch der einzelnen Stromkreise im Programm dargestellt. Die komplette Bedienung wird mittels Webapplikation mitgeliefert und es muss somit keine Software im Internet heruntergeladen oder gekauft werden. Wird der dSS an einem Router mit Wireless angeschlossen, ist eine direkte Anbindung an einen Laptop mittels Wireless-Code möglich. Somit können nun auch zusätzliche Apps11 (Funktionen), wie die Zeitschaltuhr die nicht nur die Uhrzeit, sondern auch Sonnenauf- und –untergang berücksichtigen oder gar ein Anwesenheitssimulator für meine Abwesenheit, benutzt werden. Das Angebot wächst stetig und wird automatisch von der Plattform geladen. Jede Person, welche über genügend Programmierungserfahrung verfügt, kann dank der Zugänglichkeit zu Open Source selber Applikationen und Anwendungsbausteine erstellen. Die Firma Aizo AG erhofft sich dadurch, dass möglichst viele Personen neue Apps erstellen und diese danach auf der Plattform anderen digitalSTROM Anwendern zur Verfügung stellen. Somit wird die Entwicklung der Software stetig vorangetrieben. Der Konfigurator hat noch weitere Funktionen, wie z.B.: Passwörter und Räume verwalten, Diagnosen erstellen, Fehlerbehebungen anzeigen oder übernimmt übergeordnete Funktionen für Netzwerkeinstellungen.

11 Applikation(Programm) für ein Smartphone

Abbildung 38 digitalSTROM Konfigurator



5.9.3 Steuerung und Visualisierung mit einem Smartphone

Mittels einer App können alle digitalSTROM fähigen Geräte ferngesteuert werden. Im Weiteren kann der Energieverbrauch der einzelnen Stromkreise dargestellt werden. So lässt sich bequem auf der Arbeit nachprüfen, ob alle Geräte ausgeschalten sind oder welchen Standby Verbrauch das Haus gerade vorweist. Diese App stellt digitalSTROM kostenlos dem Kunden zur Verfügung und kann mit einigen wenigen Klicks heruntergeladen werden. Weiter kann zum Beispiel kurz vor der Heimkehr die Stereoanlage eingeschaltet und das Licht im Wohnzimmer bereits in gedimmter Form eingeschaltet werden, so dass man zu Hause eine gemütliche Stimmung vorfindet.

Die Programme installieren sich nach dem Herunterladen selbst auf dem digitalSTROM-Server, wo diese dann zur Verfügung stehen.

Abbildung 39 Bedienung per Smartphone

Abbildung 40 Anzeige der App auf dem Smartphone



6 Gebäudeautomation Die Gebäudeautomatisation ist die Gesamtheit von Überwachungs-, Steuer-, Regel- und Optimierungseinrichtungen in Gebäuden. Damit sind sie die wichtigsten Bestandteile im Anlagemanagement. Die Aufgabe ist, Funktionsabläufe gewerksübergreifend selbstständig, nach vorgegebenen Einstellwerten durchzuführen oder deren Bedienung bzw. Überwachung zu vereinfachen. Technische Einheiten wie Bedienelemente, Sensoren, Aktoren und Verbraucher werden miteinander vernetzt. Verschiedene Abläufe können in Szenarien zusammengefasst und ausgeführt werden. Ziele eines solchen Gebäudeautomationssystems sind:

• Steigerung des Komforts • Erhöhte Sicherheit im Notfall durch Alarmierung • Einsparung des Energieverbrauchs durch einfache Überprüfung und

automatisches Ausschalten • Einfache Einbindung weiterer Komponenten in das Leitsystem

Managementebene, Automationsebene und die Feldebene bilden die drei Funktionsebenen eines jeden Gebäudeautomationssystems.

Managementebene: Als Managementebene wird die Ebene bezeichnet, mit deren Hilfe die Anlage überwacht und ihre Betriebsweise optimiert wird.

Automationsebene: Diese Ebene ist für den Austausch von Daten verantwortlich.

Feldebene: Die Verkabelung der Sensoren, Aktoren und deren Funktionen werden als Automationsebene bezeichnet.

Abbildung 41 Die drei Gebäudeautomations-Ebenen



6.1 Gebäudeautomationssysteme

Die heute gängigsten Gebäudeautomatisationssysteme, welche im Wohn- und Bürobereich eingesetzt werden, werden nachfolgend vorgestellt und miteinander verglichen. Um den Vergleich zu erweitern, habe ich die Systeme anhand meines Grundrisses der Diplomarbeit berechnet und ausgewertet.

6.1.1 KNX

Im Frühjahr 2002 wurde die Spezifikation von KNX als Nachfolger von EIB veröffentlicht. Die Steuerfunktionen der Energieverteilung sind mit den herkömmlichen elektrischen Installationen fest verbunden. Somit können nachträgliche Änderungen nur schwer realisiert werden. Auch übergeordnete Steuerfunktionen, wie ein Zentralschalter für das komplette Licht in einem Gebäude, können nur mit sehr grossem Aufwand vorgenommen werden. Dies zu vereinfachen ist das Ziel von KNX. Es trennt die Steuerfunktionen von der Energieverteilung. Alle Geräte werden mittels Bus untereinander verbunden und können so Daten austauschen. Durch die Programmierung, welche leicht verändert werden kann, werden die einzelnen Funktionen den Busteilnehmer zugeordnet. Es spielt keine Rolle, welche Geräte von welchem Hersteller im System eingesetzt werden; wichtig ist, dass diese die entsprechende KNX-Zertifizierung haben. Für die Datenübermittlung wir ein Twisted- Pair Kabel12, YCYM, 2x2x0,8mm verwendet, welches nun die Datenpakete zu den jeweiligen KNX-Komponenten sendet. Die Feldgeräte werden mit einer Spannung welche auf DC 30V gedrosselt wurde, betrieben. Für das Schalten der Kontakte wird dieser Bus verwendet. Der Betrieb der Leuchten, Storen etc. wird weiterhin über das 230V Netz versorgt. Somit benötigen diese Endgeräte nebst dem Buskabel ebenfalls eine 230V Einspeisung. Um allenfalls Änderungen in der Programmierung vornehmen zu können, muss eine zusätzliche Software gekauft werden. Wird die Programmierung von einer geschulten Fachperson durchgeführt, ist diese mit der entsprechenden Software bestens vertraut. Die Programmierung des Systems wurde nicht für Laien konzipiert. Zu den Vorteilen von KNX zählen die hohe Flexibilität, die einfache Nachrüstung zusätzlicher Komponenten und die Vielzahl an technischen Geräten, welche spezifisch für das KNX System entwickelt wurden (Jalousieaktor, Wetterstationen, Alarmierungszentralen, etc.). Die Nachteile sind die teure Anschaffung der Feldgeräte, die Abhängigkeit eines Programmierers und die separate Schwachstrom-Verkabelung.

12 Kabel mit verdrillten Aderpaaren

Abbildung 42 KNX Prinzip



6.1.2 LON (Local Operating Network)

Local Operating Network (LON) ist ein Standard für einen Feldbus, der vorwiegend in der Gebäudeautomatisierung eingesetzt wird. Der ursprüngliche Kerngedanke des im Jahre 1990 in den USA entwickelten LON-Feldbussystems war die dezentrale Automatisierung in flachen unterteilten Systemen. Die Kommunikation dieses Systems erfolgt mit einem Bus. Der gedankliche Ansatz der dezentralen Automatisierung mit LON sieht eine Unterteilung der Knoten in Sensoren, Aktoren und Controller vor. Als Knoten werden die Feldgeräte bezeichnet, welche auch ohne Zentrale miteinander kommunizieren können. Nur lokal benötigte Informationen sollen dabei möglichst an „Ort und Stelle“ verarbeitet werden. Dieses Konzept steht im Gegensatz zu hierarchisch orientierten Systemen, in welchen ein übergeordneter Rechner (in der Regel eine Speicherprogrammierbare Steuerung) alle Dateien einsammelt. Hardwareseitiges Kernstück dieses Feldbussystems sind die drei CPUs (auch Neutron genannt). 13

• Auf der Application CPU läuft die vom Anwender programmierte Software, welche die eigentliche „Intelligenz“ eines Knotens repräsentiert.

• Die Network-CPU ist für die Kodierung und Dekodierung der Netzwerknachrichten verantwortlich.

• Die Media Access CPU kontrolliert die physikalische Verbindung zum Netzwerk.

Weltweit einmalig ist die 48 Bit lange ID-Nummer, welcher jeder Neutron-Chip enthält. Mit deren Hilfe ist jeder Bus-Knoten im Netz eindeutig identifizierbar. Der Vorteil der dezentralen Steuerung liegt darin, dass keine teuren Zentralen benötigt werden. Es ist möglich, Knoten auch ohne Zentrale miteinander kommunizieren zu lassen,

somit können sie Aktionen selbstständig untereinander auslösen. Für die Übertragung der Daten können verschiedene Medien, wie z.B. Leitungen, Funk, LWL14 etc., genutzt werden. Alle Informationen und Befehle, welche auf dem Bus übertragen werden, werden auf einem Kommunikationsprotokoll, das sogenannte LonTalk, aufgezeichnet. Dank den

standardisierten Netzwerkvariablen ist es möglich, dass das System mit anderen Geräten von anderen Herstellern miteinander kommunizieren kann. Vorteil dieses Systems ist, dass keine teure Zentrale benötigt wird, sowie auch die Flexibilität und die Möglichkeit der einfachen Nachrüstung. Nachteilig wirken sich jedoch der immense Personalaufwand und die damit verbundenen Kosten aus. Auch die Materialkosten bewegen sich auf hohem Niveau.

13 Quellenangabe: Wikipedia über LON (http://de.wikipedia.org/wiki/Local_Operating_Network) 14 Lichtwellenleiter

Abbildung 43 LON Prinzip



6.2 Vorgestelle Gebäudeautomationssysteme im Vergleich mit digitalSTROM

Um den Überblick nicht zu verlieren, sind in den untenstehenden Tabellen wiederholt die wichtigsten Punkte der Systeme aufgeführt.

KNX

+ - Hohe Flexibilität Hohe Anschaffungskosten Dank Bussystem geringerer Installationsaufwand

Geschultes Personal zur Programmierung und Anpassung nötig

Vielzahl an technischen Geräten (Wetterstation, Jalousieaktor, etc.)

Separate Schwachstrom-Verkabelung

Einfache Nachrüstung von zusätzlichen Geräten

Eher langsames Steuerungssystem

Integration mehrerer Gewerke Umfang der Verteilung wird grösser Energiemanagement

LON

+ - Hohe Flexibilität Anschaffungskosten sind sehr hoch Dank Bussystem geringerer Installationsaufwand

Geschultes Personal zur Programmierung und Anpassung nötig

Schnellere Übertragung als KNX Separate Schwachstrom-Verkabelung Einfache Nachrüstung LON-Bus ist nicht so weit verbreitet wie

KNX Platzsparende Installation durch dezentrale Automation

digitalSTROM

+ - Hohe Flexibilität Geringe Datenübertragung Kann selber programmiert und angepasst werden

Noch nicht alle Funktionen auf dem Markt erhältlich

Keine separate Schwachstrominstallation Komponenten momentan noch teuer Geringer Aufwand für Nachrüstung weiterer digitalSTROM-Komponenten

Ist dSM defekt, ist eine manuelle Steuerung nicht möglich

Benötigt keine teuren Lizenzen Installationsaufwand ist gering Integration mehrerer Gewerke Energiemanagement



6.3 Kosten

Was nun jedermann interessiert, ist die Frage, welches dieser Systeme die höchsten Kosten mit sich bringt. Um dies zu beantworten habe ich anhand meiner Diplomarbeits-Wohnung einen Kostenvergleich erstellt. Das LON habe ich nicht berücksichtigt, da dieses in einem Wohnungs- Hausbau nicht eingesetzt wird. Man muss dabei jedoch beachten, dass das KNX-System für grössere Anlagen gedacht ist. Somit könnte man in grösseren Anlagen einen vergleichbar besseren Preis erhalten als im Wohnungsbau. Die Wohnung meiner Diplomarbeit ist eine grosszügige 2½-Zimmer Wohnung. Ausgerüstet mit Küche, Wohn-Essbereich, Schlafzimmer, Balkon, Bad und zwei kleinen Nebenräumen. Nicht nur die Kosten für Licht- und Starkstrominstallationen werden berücksichtig, sondern auch die Radio-TV-, Telefon- und Sonnerieinstallation, damit auch ein realistischer Preis zum Vergleich vorhanden ist.

KNX Die Bedienung der Leuchten und geschalteten Steckdosen erfolgt mittels elektronischen KNX-Tastern15. Für das Licht, die Jalousien und die Markise wurde eine Zentralfunktion vorgesehen. Für den Einbau der Systemgeräte und der Schaltaktoren in der Verteilung muss genügend Platz vorgesehen werden.

digitalSTROM Jeder Taster und jede Leuchte wurde mit den entsprechenden Klemmen ausgerüstet. Die Jalousien und die Markise wurden mit Schattenklemmen erschlossen und können, wie das Licht, zentral gesteuert werden. Für mein Projekt habe ich an drei Schaltorten die etwas teureren Joker-Klemmen eingesetzt, welche ich auch entsprechend in den Kosten berücksichtigt habe.

Konventionelle Installation Leuchten und Schalter werden mittels Schema 0 bis Schema 6 erschlossen. Die Jalousien/Markise können nur ab der entsprechenden Schaltergruppe bedient werden. Zentralfunktionen wurden keine geplant.

Abbildung 44 Kostenzusammenstellung diverser Systeme der Wohnung aus Diplomarbeit

15 Elektronischer Taster, welcher beim KNX-System eingesetzt werden muss



6.3.1 Fazit

Wenn man auf Luxus und Flexibilität verzichten möchte, entscheidet man sich für die konventionelle Lösung, welche zugleich die kostengünstigste ist. Möchte man mehr Komfort und Flexibilität, entscheidet man sich für eine der beiden anderen Varianten. Jedoch ist aus der Kostenberechnung deutlich ersichtlich, dass das KNX System, welches für grössere Objekte ausgelegt wurde, um ein Vielfaches teurer ist - in unserem Fall 56.8%! Dies spricht klar für digitalSTROM; es wurde auf Bauvolumen von Wohnungen und Häusern ausgelegt. Setzt man also dieses System in der Diplomarbeits-Wohnung ein, hat man Zugriff auf Flexibilität und Komfort, muss aber trotzdem einen Mehraufwand von CHF 6`000 in Kauf nehmen, welcher man in der konventionell ausgeführten Variante nicht hat.



7 EnOcean Unter EnOcean versteht man die Grundtechnologie der batterielosen Funk-Sensorik.

7.1 EnOcean Technologie

Die EnOcean-Technologie beruht auf der Idee, dass möglichst geringe Mengen an Energie, für das Senden von kurzen Funksignalen, benötigt werden. Um dies zu erreichen, verwendet man zur Datenübermittlung die Piezoelektrizität der Sender, die Energie von Solarzellen oder die Bewegungsenergie mittels elektrodynamischer Energiewandler. Diese Energie reicht aus, um Sender batterielos und somit wartungsarm zu betreiben. Um die Daten energiearm und mit hoher Zuverlässigkeit zu übertragen, wurde das Funkprotokoll darauf ausgerichtet. In Europa wird dafür die Frequenz von 868 MHz verwendet. Sicherheitskonzepte, wie die Verschlüsselung der Funkdaten verhindern, dass die Datenpakete von EnOcean unbemerkt abgegriffen werden. Zudem wird das Senden eines Datenpakets von den originären EnOcean-Komponenten nur unter Verwendung festgelegter IDs erlaubt, sodass die Manipulation von Aussen kaum möglich ist. Die Geräte werden bis heute in Sensoren (Bewegungsmelder, Schalter, Temperaturfühler, Helligkeitssensoren, digitale und analoge Eingange und Wetterstationen sowie in Aktoren, wie Relais, digitale und analoge Ausgänge, Dimmer etc.) eingeteilt und angewendet.

Abbildung 45 Batterieloses- Funksensormodul mit Solarzelle



8 Modell für digitalSTROM Das Erstellen und Programmieren eines möglichst realistischen Modells ist das Hauptziel meiner Diplomarbeit. Die Firma Aizo AG wird dies zukünftig für Ihre Tests von Steuerungen und neuen Programmierungen nutzen. Ein weiteres Hauptziel ist es, die Anbindung an die EnOcean-Technologie zu ermöglichen und zu programmieren. Zudem wird das Modell für die Vorstellung der digitalSTROM-Funktionen benötigt, um das System potentiellen Kunden näher zu bringen.

8.1 Entscheidung

Durch das Gespräch mit Herr Miguel Rodriguez erfuhr ich, dass ein ähnliches Modell bereits vor zwei Jahren erstellt wurde, welches aber nicht mehr dem heutigen Stand entspricht. Deshalb soll ein weiterer Typ mit neuen Technologien erstellt werden. Da ein Modell mit allen neuen Komponenten und Technologien noch nicht vorhanden ist, und die Veröffentlichung dieser Komponenten mit dem Ende meiner Diplomarbeit (Anfang Dezember 2013) zusammenfällt, habe ich mich dazu entschlossen, diese Arbeit zu machen. Die Idee, Datenpakete über 230V-Netz zu versenden, faszinierte mich und zog mich sogleich in seinen Bann. Die Möglichkeit, an dieser Neuentwicklung etwas beizutragen reizte mich ungemein. Ein weiterer Punkt ist die Zusage de FA Aizo AG, dass sie mich tatkräftig unterstützen werden, mir bei der Beschaffung von digitalSTROM-Komponenten helfen und das dafür benötigte Material beisteuern werden.



8.2 Realisierung

Um ein solches Projekt zu realisieren, bedarf es an vielen Abklärungen, und Besprechungen damit ein Erfolg erzielt werden kann. Als erstes erstellte ich mir einen Leitfaden für die diversen Arbeitsschritte im groben:

• Erste Besprechung mit Aizo AG

• Planung der Arbeiten • Erstellen von Schema, Apparateplan und Installationsplan (im Büro) • Zweite Besprechung mit Aizo AG

• Materialorganisation • Medellaufbau (vor Ort) • Verdrahtung des Modells (vor Ort) • Programmierung des Modells (vor Ort)

• Testlauf (vor Ort) • Ergänzungen

8.2.1 Besprechungen mit Aizo AG

Meine erste Besprechung mit Herr Miguel Rodriguez fand bereits Ende September (25. September) statt, bei welchem wir die Grundstruktur der Arbeiten festlegten. Zu diesen gehören zum Beispiel die Komponentenvorgabe, das Ausmass der Arbeit, wie auch der Aufbau der Dokumentation. Am 2. Oktober, nur eine Woche später, erfolgte bereits die zweite Besprechung vor Ort. Zu diesem Termin wurden von Seiten der Aizo AG Herr Samuele di Lernia, welcher das Projekt betreut und Herr Reto Flütsch, welcher die neue Software entwickelt hat, beigezogen. Wir besprachen alle Einzelheiten wie auch zukünftige Termine für die Realisierung des Modells.

8.2.2 Planung der Arbeiten

Um den Überblick über alle Informationen aus den Besprechungen nicht zu verlieren, erstellte ich gleich nach den Besprechungen ein Terminprogramm. Diese Termine flossen dann später in das definitive Terminprogramm ein (Terminprogramm im Anhang)



8.2.3 Erstellen von Apparateplan, Installationsplan und Elektroschema

Grundriss

Die Firma Aizo AG schlug Grundriss vor, der einer grosszügigen 2½ - bis 3½- Zimmer Wohnung entspricht. Auf der Suche nach einem geeigneten Grundriss befragte ich einige Arbeitskollegen und durchkämmte meine aktuellen Projekte. Ich habe in einem eigenen Projekt dann ein passendes Beispiel gefunden und besprach dies gleich mit Herr Rodriguez. Da der Grundriss doch etwas zu grosszügig ausfiel, strich ich ein Zimmer und ergänzte es mit den Einrichtungen, um einer reellen Wohnung gerecht zu werden. Die Installation in der Wohnung wird konventionell ausgerüstet und ich kann somit aufzeigen, was mit digitalSTROM alles möglich ist.

Apparateplan

Kaum war mein Grundriss abgesegnet, begann ich mit dem Erstellen eines Apparateplans. Die Wahl der diversen Komponenten und dessen Platzierungen erstellte ich nach meinen eigenen Vorstellungen. Den Plan sendete ich an Herr Di Lernia, der ihn vor der Besprechung am 02. Oktober begutachtet und beurteilt. An diesem Treffen legten wir weitere Komponenten fest, welche als feste Grössen auf

den Plan mussten. Die Wahl der Standorte durfte ich selber entscheiden. Gewisse Komponenten, wie zum Beispiel die Anzeige der Markisen wurden mir aber vorgegeben. Nachdem ich die genannten Punkte ergänzt hatte, durfte ich den Plan erneut an Herr Di Lernia zur Kontrolle zustellen.

Abbildung 46 Grundriss des Modells

Abbildung 47 Apparateplan des Modells (Format A3 im Anhang)



Installationsplan

Als ich die Zusage zum Apparateplan erhielt, begann ich mit dem Erstellen des Installationsplans. Da mit digitalSTROM alle Komponenten einfach miteinander verbunden werden können, stellt das Zeichnen kein Problem dar. Einzig die Frage der Darstellung der digitalSTROM-Komponenten bereitete mir Kopfzerbrechen. Ich konnte mich noch an die Diplomausstellung 2011 der TEKO in Olten erinnern. In einer damals vorgestellten Arbeit wurden die Komponenten als kleine, farbige Quadrate mit Buchstaben entsprechend den Bausteinen – dargestellt.

Abbildung 48 Installationsplan des Modells (Format A3 im Anhang)

Das komplette Modell wird in drei Stromkreise unterteilt. Diese sind horizontal angeordnet, damit man die Vernetzung der Gruppen auch untereinander aufzeigen kann. Erstellt habe ich die Pläne im Programm Nova der Firma Plancal, erstellt, welches ich im Geschäft benutzen durfte.

Abbildung 49 Abbildung der Stromkreisaufteilung (Format A3 im Anhang)



Schema

Zum Schluss galt es, ein entsprechendes Schema zu erstellen, welches mir die Arbeit beim Ausführen der Verteilung erleichtern soll. Das Schema durfte ich ebenfalls in unserer Firma mit dem Programm EPLAN Electric P8 erstellen. Die grösste Herausforderung für dieses Schema stellten die im Programm fehlenden digitalSTROM Komponenten dar, welche in diesem Programm nicht ganz einfach zu realisieren waren. Ein Arbeitskollege, der das Programm hervorragend beherrscht, erklärte mir kurz, wie ich dies am effektivsten und schönsten umsetzen kann. So habe ich diese Komponenten mit Hilfe von Bildern aus dem Internet (www.aizo.com) erstellt. Normalerweise hat eine Wohnung in dieser Grösse etwa vier bis fünf Sicherungen für die Lichtgruppen. Da das Modell nur zum Testen diverser Steuerungen, Programmierungen und für den Vorführeffekt gebraucht wird, reichten mir drei Sicherungen völlig aus. Die Erschliessung der digitalSTROM-Komponenten durch L und N ist immer gleich. Aus diesem Grund habe ich pro Stromkreis ein Prinzip der Verdrahtung dargestellt. (Das komplette Schema befindet sich im Anhang)

Abbildung 50 Beispiel der selbst gezeichneten Komponenten



8.2.4 Materialorganisation

Die Bedienfläche meines Modells habe ich mit einer Forexplatte16 erstellt, da dieses Material leicht zu bearbeiten und zu bedrucken ist. Ein grosser Teil des Materials wurde mir vorgegeben. So wurden die Pfeilleuchten, die 230V Sonnerietaster sowie die Panik- und Zugangstaster gleich auf die Materialliste geschrieben. Für die Leuchten suchte ich im Internet nach einer anderen Lösung, welche

einfacher eingebaut werden können und bereits mit Anschlussdrähten versehen sind, was mir einige Zeit einspart, die ich ansonsten für das Anlöten der Drähte hätte aufwenden müssen. Ich wurde auf der Internet Seite von Distrelec fündig und schrieb die Materialnummer auf die Liste. Bei den Storentastern entschied ich mich für gewöhnliche FLF-Storentaster der FA Feller. Das selbe gilt auch für die

Steckdosen und den Schalter 2-fach Schema 0, mit welchem dargestellt werden soll, dass auch für einen 2-fach Schalter eine digitalSTROM-Klemme reicht. Die Markisen werden als Pfeilleuchten dargestellt. Für die Funktionsanzeige der Jalousien hat Herr Rodriguez jedoch einen Entwickler beauftragt, eine Platine mit 8

LED`s zu entwerfen. Diese wurden für mich erstellt, so dass ich diese nur noch anschliessen musste. Auf der nächsten Seite ist eine detaillierte Auflistung der benötigten Materialen inkl. Bezugsort aufgeführt.

16 Leicht geschäumte und stabile Hartschaumstoffplatte

Abbildung 54 Anzeige der Jalousien (Vor- und Rückseite)

Abbildung 51 Pfeilleuchten

Abbildung 53 Panik und Zugangstaster

Abbildung 52 230V Sonnerietaster



Abbildung 55 Stückliste für das Modell 17 RT: Abkürzung für Raumthermostat 18 Klemme zur Verbindung von Litzen und Drähten

Stk. Material Lieferant 1 AP Verteiler Aizo AG 3 FI / LS 13A, 30mA Hager (Otto Fischer) - Kleinmaterial für Verteilung Aizo AG 1 Stecker T12 (Netzkabel) Feller (Otto Fischer) - Verdrahtungskanal Otto Fischer 1 EnOcean Box Aizo AG 1 Router Aizo AG 1 Netzteil für dSS Aizo AG 3 digitalSTROM-Meter Aizo AG 1 digitalSTROM-Filter Aizo AG 1 digitalSTROM-Server Aizo AG 2 digitalSTROM Schnurdimmer Aizo AG 33 digitalSTROM Lichtklemmen Aizo AG 15 digitalSTROM Tasterklemmen für Licht Aizo AG 4 digitalSTROM Klemme für Bewegungsmelder Aizo AG 2 digitalSTROM Tasterklemme Zugang Aizo AG 1 digitalSTROM Zugangsklemme Aizo AG 1 digitalSTROM Panikklemme Aizo AG 3 digitalSTROM Schatten-Relaisklemme Aizo AG 3 digitalSTROM Schatten Tasterklemmen Aizo AG 3 digitalSTROM Klimaklemmen für RT17 Aizo AG 3 digitalSTROM Klimaklemmen Aizo AG 2 digitalSTROM Zwischenstecker Aizo AG 2 Schirmleuchten Aizo AG 31 Kleine Leuchten Boss Indicators (Distrelec) 1 Transparente Pfeilleuchte RAFI (Distrelec) 1 Rote Pfeilleuchte RAFI (Distrelec) 12 Sonnerietaster Feller (Otto Fischer) 1 FLF Schalter 2x Schema 0 Feller (Otto Fischer) 2 FLF Steckdose T13 Feller (Otto Fischer) 1 FLF Steckdose 3xT13 Feller (Otto Fischer) 4 FLF Jalousietaster Feller (Otto Fischer) 1 Roter Leuchtdrucktaster EAO (Distrelec) 1 Grüner Leuchtdrucktaster EAO (Distrelec) 4 Bewegungsmelder EnOcean Aizo AG 3 Raumthermostat EnOcean Aizo AG 3 Ventile Aizo AG 2 Fensterkontakte EnOcean Aizo AG 1 Sonnerie Feller (Otto Fischer) 1 Wetterstation Aizo AG 2 Jalousieanzeige Aizo AG - Material (Kabel, Litzen, Lüsterklemmen18 etc.) Aizo AG



8.2.5 Modell aufbauen

Am Montag 07. Oktober habe ich meine Arbeiten für das Modell in der Firma Aizo AG in Schlieren aufgenommen. Nachdem mir die wichtigsten Ansprechpersonen vorgestellt wurden, gingen wir in einen örtlichen Baumarkt, um Holz und zusätzliches Material, welches ich für den Aufbau benötigt wurde, einzukaufen. Danach habe ich mit dem Grundgerüst aus Holz begonnen. Damit die Installation auch nach Vorschriften installiert wird, habe ich die innere Seite meines Holzgerüstes mit einer feuerdämmenden Platte ausgekleidet. Die Forexplatte, welche vorgängig bedruckt wurde, konnte nun mühelos angebracht werden. Da die Forexplatte ein sehr weicher Baustoff ist, habe ich einige Distanzstücke aus Holz mit der Platte verbunden, um ein Durchhängen meines Modells zu vermeiden. Nach diesen Arbeitsschritten konnte mit dem Anzeichnen der Komponentenstandorte gemäss Installationsplan und mit den geplanten Bohrungen begonnen werden.

Abbildung 56 Modell beim Anzeichnen der Komponenten



Tags darauf ging es um das Einsetzen der einzelnen Komponenten. Bei gewissen Bauteilen, wie Pfeilleuchten, Panik- und Zutrittstastern musste ich die Litzen vor dem Anbringen auf der Platte anlöten, da diese nach dem Einbau kaum noch zu erreichen wären. Nachdem alle Apparate eingesetzt waren, konnten auf der Rückseite die Verdrahtungskanäle zugeschnitten und angebracht werden. Da die digitalSTROM-Komponenten für das Modell noch nicht geliefert wurden erstellte ich zuerst die Verteilung und montierte diese gleich auf die Forexplatte. Der Einbau konnte ohne Mühe vollzogen werden, da das Innenleben (Hutschienen etc.) für die Verdrahtung ohne Mühe aus dem Gehäuse genommen werden konnte. Die Systemgeräte konnten leicht auf die Hutschiene geschnappt werden. Nicht zu vergessen war dabei die Einkalkulierung einer EnOcean-Box. Den Einbau des Routers war eigentlich in der Verteilung geplant. Jedoch konnte der bereits vorhandene Router aus platztechnischen Gründen nicht in die Verteilung eingebaut werden. So wurde dieser auf der Rückseite des Modells angebracht.

Abbildung 57 Rückseite des Modells ohne Verdrahtung



8.2.6 Modell verdrahten

Als am Mittwochmorgen die digitalSTROM-Komponenten geliefert wurden, konnte ich diese Anbringen und auf die zugehörigen Taster etc. verdrahten. Leider handelte es sich hierbei nur um eine Teillieferung. Somit konnte ich erst ein Teil dieser Arbeit ausführen. Ich achtete darauf, dass wenigstens diese Gruppe der Sicherung mit L1 komplett war, damit ich mit der Verdrahtung beginnen konnte. Die Verdrahtung war der aufwändigste Schritt, da aufgrund meiner seriellen Ausführung viel mit Lüsterklemmen gearbeitet werden musste. Leider können maximal 2 Litzen unter eine digitalSTROM-Klemme geklemmt werden. Das Verdrahten erwies sich als eine reine Fleissarbeit, welche sich dank meines Installationsplans erheblich erleichterte. Ich war froh, dass das Prinzip der Erschliessung bei digitalSTROM, im Gegensatz zu anderen Systemen, eher leicht ausgeführt werden kann. Diese Abreiten waren sehr zeitaufwändig und ich benötigte die restlichen Tage der Woche für die Verdrahtung meines Modells.

Beim Anziehen der digitalSTROM-Klemmen war Vorsicht geboten; man muss darauf achten, dass man die Klemmen nicht zu fest anzieht, ansonsten brechen die Kontakte ab. Von Seiten Aizo AG wird an einer besseren Lösung gearbeitet.

Abbildung 58 Rückseite des Modells inkl. Verdrahtung

Abbildung 59 digitalSTROM-Klemme ohne Gehäuse



Am Montag und Dienstag der folgenden Woche konnte ich dann endlich den Rest der Installationen ausführen. Auch alle EnOcean-Geräte waren nun angekommen und konnten montiert werden. Bei gewissen EnOcean-Komponenten musste darauf geachtet werden, dass die Entfernung der Anordnung zu der Empfangsbox in der Verteilung für die Initialisierung nicht zu lang war. So mussten gewisse Geräte zuerst initialisieren und konnte diese erst danach auf das Modell installieren. Am Schluss dieser Arbeiten montierte ich eine transparente Kunststoffscheibe auf die Rückseite, mit der Aufgabe, Personen vor gefährlichen Zufallsberührungen einzelner Klemmen zu schützen falls das Modell unter Spannung steht. Die Scheibe ist allerdings transparent, so dass ein freier Blick auf die Installation gewährleistet ist..

Abbildung 60 Fertige Rückseite des Modells inkl. Router



8.2.7 Programmierung des Modells

Am Dienstag 22. Oktober konnte nach einer kurzen Kontrolle und einigen Tests des internen Elektrikers mit der Programmierung begonnen werden. Dank dem Router, den ich an der Rückseite des Modells installiert und mit dem dSS verbunden habe, konnte ich nun mit dem Laptop und dem Smartphone auf das Modell zugreifen. Das Initialisieren der Demonstrationswand in den Konfigurator lief reibungslos. Das Programm, welches im Konfigurator mit einer Bedienungsanleitung beschrieben ist, hat mich am Anfang vor einige Fragen gestellt und so traten diverse Zufallsschaltungen auf. Nach der ersten Fehlersuche wurde mir bewusst, dass eine klare Raumzuteilung unumgänglich ist. So erstellte ich alle Räume erneut und zudem detaillierter. Der digitalSTROM-Konfigurator ist gut strukturiert und wenn man den Dreh einmal raus hat, ein einfach zu bedienendes Werkzeug.

Vor ein grösseres Problem stellte mich die Jalousieanzeige. Es spielte keine Rolle, wie ich sie programmierte, sie funktionierten nicht richtig. Dies führte dazu, dass ich die Schaltung am Modell nochmals auseinander nehmen musste, um auf Fehlersuche zu gehen. In der Verdrahtung haben sich keine Fehler eingeschlichen und so machte ich mich mit dem Elektroniker, der diese Anzeigen erstellt hatte, auf Fehlersuche der Platinen. Nach unzähligen Messungen und Tests haben wir den Verursacher der Störung gefunden. Ein kaum zu erkennender Widerstand wurde falsch berechnet. So hatten wir die ganze Zeit wenige mV über den Schaltkontakten, welche so als Geschlossen funktionierten.

Abbildung 61 digitalSTROM Konfigurator währen der Programmierung

Abbildung 62 Fehlersuche auf der Platine



8.2.8 Testen

War die Programmierung fertig konnte ich es kaum erwarten, alle Funktionen auf ihre fehlerfreie Ausführung zu prüfen. Es war geschafft; nach diversen Tests, kleinen Ausbesserungen und etlichen Stunden war mein Modell nun fertig. Die komplette Steuerung läuft einwandfrei und ist ebenfalls auch via Smartphone bedienbar und es kann jederzeit auf den dSS zugegriffen werden. Beim Testen ist mir noch aufgefallen, dass wenn man die Zuleitung auf die dSM`s unterbricht und wieder einschaltet, muss man zuerst bei jedem Stromkreis einen Taster einmal betätigen, bevor die normale Bedienung aufgerufen werden kann.

Abbildung 63 Fertiges Modell steuerbar per iPhone



8.3 Einsatztauglichkeit

Aufgrund der stabilen Bauart meines Modells war es nun möglich, dies in die Programmier- und Testabteilung zu transportieren. Dort wird es benötigt, um programmierte Klemmen, neue Steuerungen, neue Apps etc. auszutesten. Dank der Netzwerkschnittstelle am Router kann nun jeder Programmierer sein zu testendes Programm über ein Netzwerkkabel auf die Installation laden und testen. Weiter wird das Model auch für Vorstellungen der digitalSTROM-Technik verwendet und kann gut transportiert und aufgestellt werden. Dank der EnOcean Box, welche ich in der Unterverteilung installiert habe, können in Zukunft weitere Geräte dieser Technologie auf die Box programmiert und weitere Tests durchgeführt werden.



9 Zusammenfassung Damit die sachbezogenen Punkte dieser Arbeit besser ersichtlich sind, werden diese hier zusammengefasst. Dieses Kapitel beinhaltet meine persönlichen Erfahrungen und Ansichten und ist nicht als Fakt zu betrachten.

9.1 digitalSTROM präsentiert sich

digitalSTROM präsentiert sich als eine neue Technologie für die Steuerung von Gebäudeautomation, welche an der ETH Zürich entwickelt wurde. Der Austausch der Datenpakete erfolgt mittels 230V Leitung und bedarf somit keiner Schwachstrominstallation. Mit seinen Funktionen für Licht, Sicherheit, Schatten, Zugang, Klima und Audio bietet es dem Kunden eine komfortablere Lösung. Da sich digitalSTROM nur langsam auf dem Markt etabliert, sind die Preise der einzelnen Komponenten noch zu hoch. Leider sind noch nicht alle Funktionen auf dem Markt erhältlich, was sicher zur langsamen Etablierung beiträgt. Trotzdem bin ich zuversichtlich, dass digitalSTROM weiter auf dem Vormarsch ist und somit eine gängige Grösse in der Gebäudeautomation wird.

9.2 Vor- und Nachteile gegenüber anderen Steuerungssystemen

digitalSTROM schliesst die Lücke zwischen konventioneller Installation und einem überteuerten Gebäudeautomationssystem. Einer der grössten Vorteile gegenüber einem anderen Gebäudeautomatisations-System ist zum Beispiel die einfache Nachrüstung / Installation und ihre Bedienung. Sind die fehlenden Komponenten erst mal auf dem Markt erhältlich, wird sich die Etablierung auf dem Markt rasant beschleunigen und digitalSTROM wird in aller Munde sein.

9.3 Modell für digitalSTROM

Für das Testen der neuen Funktionen und Programmierungen sowie als Vorzeigeobjekt wurde ein Modell erstellt. Durch die realistische Ausführung des Modells wird diese Technologie dem Kunden näher und verständlicher gemacht.Dank der Anbindung mittels RJ45 Schnittstelle können die Programmierer und Entwickler ihre neuen Programme etc. auf das Modell übertragen und austesten. Das Erstellen dieses Modells war für mich sehr interessant und lehrreich.



9.4 Umstände und Schwierigkeiten meiner Arbeit

Die Informationsbeschaffung für meine Arbeit war der umständlichste, wie auch der schwierigste Teil meiner Arbeit. Häufig wurde an das Firmengeheimnis erinnert, welches mir den Zugang zu bestehenden Daten und Information verwehrte. Für neutrale Informationen über digitalSTROM musste ich viel Zeit aufwenden. Im Internet ist einiges zu finden, jedoch nicht wirklich viel Nützliches. So musste ich vertieft suchen und verschlang somit viel Zeit, welche ich in meinem Terminprogramm nicht eingerechnet hatte. Im Weiteren hat das Modell einige Zeit mehr in Anspruch genommen als geplant, da häufig das Material nicht pünktlich erschien. Mit der EnOcean-Technologie hatte ich am Anfang der Programmierung ebenfalls zu kämpfen, da die in der Verteilung eingebaute Box erst in der Entwicklung ist und somit noch über keine nützlichen Dokumentationen über die Inbetriebnahme etc. enthält.



10 Schlusswort Die vorliegende Arbeit war eine grosse Herausforderung, welche viel Zeit und Fleiss forderte. Die richtige Terminierung und Umsetzung der einzelnen Arbeitsschritte erforderte Einsätze teils bis tief in die Nacht hinein. Hatte ich jedoch einmal die richtigen Informationen zuhanden, war die schriftliche Formulierung für mich kein Problem und stellte mich jedes Mal nach einem abgeschlossenen Kapitel wieder auf. Rückblickend bin ich stolz auf meine Diplomarbeit, ein solches Projekt in so kurzer Zeit zu realisieren war für mich neu. Die Arbeit mit digitalSTROM bereitete mir von Anfang an grosse Freude, da mich die Gebäudeautomation aufgrund meines Berufs, wie auch privat sehr interessiert. Mit dieser Dokumentation erhoffe ich mir, einer guten Diplomarbeit gerecht zu werden, werde mich sicherlich weiterhin mit digitalSTROM auseinandersetzen und schauen gespannt auf die weitere Entwicklung der Komponenten wie auch auf die Etablierung am Markt.

Oktober 2013, Andreas Kessler



11 Danksagungen Eine solche Arbeit zu erstellen erfordert viel Zeit und ist alleine (fast) nicht zu bewerkstelligen. Folgende Personen standen mir zur Seite bei Fragen, Bereitstellen ihrer Ressourcen oder beim Korrekturlesen.

Herzlichen Dank

Miguel Rodriguez (Aizo AG)

Samuele Di Lernia (Aizo AG)

Mitarbeiter von Aizo AG

R+B engineering ag

Daniel Kessler

Simone Küng

Franz Oel (Diplomexperte)

Dieter Dahle (Diplomlehrer)



12 Dokumentationsanhang

12.1 Literatur- Quellenverzeichnis

1. Aizo AG Schweiz, Brandstrasse 33, 8952 Schlieren – Zürich

www.aizo.com

2. digitalSTROM.org, Brandstrasse 33, 8952 Schlieren – Zürich

www.digitalSTROM.org

3. Fachzeitschrift Connected Home Ausgabe März/April 2013

4. digitalSTROM Komponenten

http://www.aizo.com/de/support/Technische_Dokumentation_D.php

5. digitalSTROM Planerhandbuch

http://www.aizo.com/de/support/documents/digitalSTROMPlanerhandbuch_A1

121D003V002_DE_2013-05-06.pdf

6. digitalSTROM Anwenderhandbuch

http://www.aizo.com/de/support/documents/Anwenderhandbuch_A1121D001

V009_DE_2013-05-22.pdf

7. digitalSTROM Installationshandbuch

http://www.aizo.com/de/support/documents/digitalSTROMInstallationshandbuc

h_A1121D002V009_DE_2013-05-22.pdf

8. Grundriss aus der Überbauung Skattlen in Bern

9. Informationen über das LON System von Wikipedia

http://de.wikipedia.org/wiki/Local_Operating_Network

10. Informationen über KNX System von der offiziellen Webseite

http://www.knx.org/

11. Internetplattform für die Bildsuche

https://www.google.ch



12. Informationen über Elektrotechnik und Gebäudeautomatisationssysteme

http://de.wikipedia.org/wiki/Geb%C3%A4udeautomation

13. Bilder und Informationen über die Materialien welche bestellt wurden

https://www.distrelec.ch/home

http://www.ottofischer.ch/



12.2 Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Aizo AG Sitz in Schlieren ................................................................................... 9 Abbildung 2 Musterwohnung Aizo AG ................................................................................... 9 Abbildung 3 Grobkonzept .....................................................................................................11 Abbildung 4 Meilensteine .....................................................................................................13 Abbildung 5 Der digitalSTROM Chip im Grössenvergleich ..................................................14 Abbildung 6 Chipdesigner Wilfried Beck ...............................................................................15 Abbildung 7 Architekt Ludger Hovestadt ..............................................................................15 Abbildung 8 Funktionsweise Sinuskurve mit digitalSTROM ..................................................16 Abbildung 9 Funktionsweise digitalSTROM Schritt 1 ............................................................17 Abbildung 10 Funktionsweise digitalSTROM Schritt 2 ..........................................................17 Abbildung 11 Farbcode von digitalSTROM ...........................................................................18 Abbildung 12 digitalSTROM-Filter ........................................................................................20 Abbildung 13 Schema Anschluss an Dreiphasensystem ......................................................20 Abbildung 14 digitalSTROM-Meter .......................................................................................21 Abbildung 15 Schema eines dSM .........................................................................................21 Abbildung 16 digitalSTROM-Server (dSS) ............................................................................22 Abbildung 17 Schema eines dSS .........................................................................................22 Abbildung 18 Schema Busverbindung dS485 .......................................................................23 Abbildung 19 Zwischenstecker .............................................................................................24 Abbildung 20 Schnurdimmer M ............................................................................................24 Abbildung 21 Schnurdimmer S .............................................................................................24 Abbildung 22 Tasterklemme Klemme L 1400W Schaltvermögen Klemme M 150W Schaltvermögen ...................................................................................................................25 Abbildung 23 Lichtklemme ...................................................................................................25 Abbildung 24 Zugangsklemme .............................................................................................26 Abbildung 25 Klemme Zugang (Klingel Aktor) ......................................................................26 Abbildung 26 Tasterklemme Panik .......................................................................................27 Abbildung 27 Schattenklemmen ...........................................................................................28 Abbildung 28 Installation Schattenklemmen .........................................................................28 Abbildung 29 Relaisklemme Joker........................................................................................29 Abbildung 30 Tasterklemme Joker .......................................................................................29 Abbildung 31 Klimaklemmen ................................................................................................30 Abbildung 32 Schema der Installation einer Klimaklemme ...................................................30 Abbildung 33 Audioklemmen ................................................................................................31 Abbildung 34 Installation Radiomodul ...................................................................................31 Abbildung 35 Übersicht Schaltgerätekombination mit digitalSTROM Systemgeräten ...........32 Abbildung 36 Installationsprinzip einer dS-Leitung ...............................................................33 Abbildung 37 Kurzbedienungsanleitung ...............................................................................34 Abbildung 38 digitalSTROM Konfigurator .............................................................................35 Abbildung 39 Bedienung per Smartphone ............................................................................36 Abbildung 40 Anzeige der App auf dem Smartphone ...........................................................36 Abbildung 41 Die drei Gebäudeautomations-Ebenen ...........................................................37 Abbildung 42 KNX Prinzip ....................................................................................................38 Abbildung 43 LON Prinzip ....................................................................................................39



Abbildung 44 Kostenzusammenstellung diverser Systeme der Wohnung aus Diplomarbeit .41 Abbildung 45 Batterieloses- Funksensormodul mit Solarzelle ...............................................43 Abbildung 46 Grundriss des Modells ....................................................................................46 Abbildung 47 Apparateplan des Modells (Format A3 im Anhang) .........................................46 Abbildung 48 Installationsplan des Modells (Format A3 im Anhang) .....................................47 Abbildung 49 Abbildung der Stromkreisaufteilung (Format A3 im Anhang) ...........................47 Abbildung 50 Beispiel der selbst gezeichneten Komponenten ..............................................48 Abbildung 51 Pfeilleuchten ...................................................................................................49 Abbildung 52 230V Sonnerietaster .......................................................................................49 Abbildung 53 Panik und Zugangstaster ................................................................................49 Abbildung 54 Anzeige der Jalousien (Vor- und Rückseite) ...................................................49 Abbildung 55 Stückliste für das Modell .................................................................................50 Abbildung 56 Modell beim Anzeichnen der Komponenten ....................................................51 Abbildung 57 Rückseite des Modells ohne Verdrahtung .......................................................52 Abbildung 58 Rückseite des Modells inkl. Verdrahtung ........................................................53 Abbildung 59 digitalSTROM-Klemme ohne Gehäuse ...........................................................53 Abbildung 60 Fertige Rückseite des Modells inkl. Router .....................................................54 Abbildung 61 digitalSTROM Konfigurator währen der Programmierung ...............................55 Abbildung 62 Fehlersuche auf der Platine ............................................................................55 Abbildung 63 Fertiges Modell steuerbar per iPhone .............................................................56



13 Erklärung Hiermit erkläre ich, die vorliegende Arbeit selbständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen oder Hilfsmittel verwendet zu haben. Wörtliche, sowie sinngemässe Zitate sind als solche gekennzeichnet und sind im Literatur- / Quellenverzeichnis angegeben.

Ort Datum Name Unterschrift

Erlinsbach 31. Oktober 2013 Andreas Kessler ………………………..



14 Anhang

• Terminplan

• Apparateplan (A3) • Installationsplan (A3) • Schema

• Zusammenfassung der gerechneten Kosten diverser Systeme

14.1 CD-Rom

• Dokumentation digitalSTROM (PDF) • Terminplan (PDF)

• Apparateplan (PDF) • Installationsplan (PDF) • Schema (PDF)

• Komplette gerechnete Kosten diverser Systeme

Diplomarbeit digitalSTROM 131027 · 2015. 8. 25. · Diplomarbeit digitalSTROM Andreas Kessler...

Documents

Transcript of Diplomarbeit digitalSTROM 131027 · 2015. 8. 25. · Diplomarbeit digitalSTROM Andreas Kessler...