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TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN 06. Februar 2017 www.ibn.ch Version 1 Kapitel 23 Gebäude- Automation Licht Heizung Jalousie Kommuni- kation Lüftung Gebäudeüberwachung Externe Dienste Unterhaltung Einbruchanlagen Rauchmelder Fern- steuerungen Energie- management Verbrauchs- messungen Haushaltgeräte Visualisierung Erneuerbare Energien Klima- steuerung Wind Optischer Alarm Verfasser: Hans-Rudolf Niederberger Elektroingenieur FH/HTL Vordergut 1, 8772 Nidfurn 055 - 654 12 87 Ausgabe: November 2011

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    Kapitel 23

    Gebäude- Automation

    Licht

    Heizung

    Jalousie

    Kommuni-

    kation

    Lüftung

    Gebäudeüberwachung

    Externe Dienste

    Unterhaltung

    Einbruchanlagen

    Rauchmelder

    Fern-

    steuerungen

    Energie-

    management

    Verbrauchs-messungen

    Haushaltgeräte

    Visualisierung

    Erneuerbare

    Energien

    Klima-

    steuerung

    Wind

    Optischer

    Alarm

    Verfasser: Hans-Rudolf Niederberger Elektroingenieur FH/HTL Vordergut 1, 8772 Nidfurn

    055 - 654 12 87

    Ausgabe: November 2011

  • TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 2 23 GEBÄUDEAUTOMATION

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    Inhaltsverzeichnis

    23 GEBÄUDEAUTOMATION

    23.1 Allgemeines

    23.1.1 Sensortypen: Aktive und Passive

    23.2 Zeptrion

    23.2.1 Einführung

    23.3 KNX

    23.3.1 Einführung

    23.3.2 Wie funktioniert KNX

    23.3.3 Ein System nach Standard

    23.3.4 Langfristige Investition

    23.3.5 Zweckbauten

    23.3.6 Übertragungsmedien bei KNX

    23.3.7 Wohnungsbau

    23.4 ETS5-Programmierung

    23.5 LOGO8!

    23.5.1 KNX und LOGO

    BiVo Probleme umfassend bearbeiten Verstehen und anwenden Erinnern TD Technische Dokumentation BET Bearbeitungstechnik TG Technologische Grundlagen EST Elektrische Systemtechnik KOM Kommunikationstechnik

  • TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 3 23 GEBÄUDEAUTOMATION 1 ZEPTRION

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    23 Gebäudeautomation

    23.1 Allgemeines

    23.1.1 Sensortypen: Aktive und Passive Sensoren lassen sich anhand der Erzeugung oder Verwendung elektrischer Energie einteilen in aktive und passive Sensoren. Neben der nicht eindeutigen Definition des Begriffs Sensor sind hier sogar wi-dersprüchliche Bezeichnungen gebräuchlich, – je nachdem, ob der Aufnehmer aktiv ein elektrisches Signal erzeugt, oder ob durch äußere Energieaufnahme die Aktivität dazu entsteht.

    23.1.1.1 Aktive Sensoren Aktive Aufnehmer erzeugen aufgrund des Messprinzips ein elektrisches Signal, z. B. elektrodynamisch oder piezoelektrisch. Dabei wird keine elektrische Hilfsenergie benötigt; in Blick auf die Energieverwendung handelt es sich um passive Sensoren. Mit diesen Sensoren ist oft – be-dingt durch die physikalischen Prinzipien – jedoch nur eine Änderung der Messgröße detektierbar, da im statischen und quasistatischen Zu-stand keine Energie geliefert werden kann. Eine Ausnahme ist z. B. das Thermoelement, das auch bei konstanter Temperaturdifferenz ständig Spannung erzeugt. Außerdem sind aktive Aufnehmer in Umkehrung des physikalischen Messprinzips auch als Aktoren nutzbar, z. B. ein dynami-sches Mikrofon kann auch als Lautsprecher verwendet werden.

    Beispiele

    aktive Fotosensoren

    aktive Temperatursensoren

    Drehzahl-Sensor

    aktive Drucksensoren

    aktive Stromsensoren

    Näherungssensor

  • TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 4 23 GEBÄUDEAUTOMATION 1 ZEPTRION

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    23.1.1.2 Passive Sensoren Passive Aufnehmer enthalten passive Bauteile, deren Parameter durch die Messgröße verändert werden. Durch eine Primärelektronik werden diese Parameter in elektrische Signale umgeformt. Dabei wird eine von außen zugeführte Hilfsenergie benötigt. Bei Zu-sammenfassung des Aufnehmers mit der umformenden Stufe in den Begriff Sensor kann von aktiven Sensoren gesprochen werden. Mit diesen ist es möglich, statische und quasistatische Messgrößen zu bestimmen. Aus diesem Grund ist die überwiegende Zahl der Auf-nehmer passiver Bauart. Beispiele sind Wägezellen oder Wider-standsthermometer. Passive Sensoren bestehen aus passiven Ele-menten wie Spulen, Widerstände, Kondensatoren, Schalter, etc.

    Moderne Sensoren verfügen oft über eine umfangreiche Sekundärelektronik, die über von außen zuge-führte Energie betrieben wird. Dennoch sind nicht alle diese Sensoren aktiv, vielmehr muss das Mess-verfahren selbst betrachtet werden. Beispiele

    Infrarot-Sensor

    Geschwindikeits-Sensor

    Alkohol-Sensor

    Glasbruch-Melder

  • TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 5 23 GEBÄUDEAUTOMATION 1 ZEPTRION

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    Übungsaufgabe Welchem Sensor-Typ können folgende Sensoren zugeordnet werden?

    Dehnungsmessstreifen

    Potentiometer

    Temperaturabhängiger Widerstand

    Kapazitive Druckmessdose

    Thermoelement

    Kapazitiver Sensor (Näherung, Druck, Abstand)

    Induktiver Näherungsschalter

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    Version 1

    23.2 Zeptrion

    23.2.1 Einführung

  • TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 7 23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX

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    23.3 KNX (KNX ==> KoNneX , Verbund)

    23.3.1 Einführung Höhere Anforderungen an Flexibilität und Komfort in der Elektroinstallation, verbunden mit dem Wunsch nach Mi-nimierung des Energiebedarfs, haben zur Entwicklung der Gebäudesystemtechnik geführt. Basis der Gebäudesys-temtechnik ist die integrierte Gebäudeinstallationstechnik, die gewerkeübergreifend alle Funktionen der intelligenten Haus- und Gebäudetechnik zusammenfasst. Der Konnex-Bus (KNX) ist ein Feldbus für die Gebäudeautomation. Er wurde aus dem europäischen Installations-bus (EIB), dem BatiBUS und dem European Home Systems (EHS) entwickelt und von der Konnex Association nach der europäischen Norm EN 50090 weiterentwickelt. Der Konnex-Bus soll der Nachfolger dieser Feldbusse werden und ist mit dem EIB-Bus abwärtskompatibel. Ziel ist die Entwicklung eines einheitlichen flexiblen Feldbus-ses, der den zukünftigen Anforderungen an eine flexible Gebäudeautomation gerecht wird. Vom EIB-Bus hat der Konnex-Bus das Übertragungsmedium TP-Kabel (TP1) übernommen und die Kernelstruktu-ren der Netzwerk-, Transport- und Anwendungsschicht. Als alternative Übertragungsmedien können das im Batibus eingesetzte TP-Kabel (TP0) und das Powerline-Kabel (PL132) des European Home Systems benutzt werden. Dar-über hinaus sind Funk- und Infrarottechniken sowie "KNX over IP" vorgesehen. Der Datentransfer kann auf dem Konnex-Bus als verbindungslose und verbindungsorientierte Punkt-zu-Punkt-Verbindung, in Multicast und als Broadcast erfolgen. Der KNX-Bus unterscheidet zwischen drei Konfigurationskategorien: Geräte mit dem Automatic-Mode, dem A-Mode, sind selbstkonfigurierend, die des E-Modes, dem so genannten Easy Mode, haben vorprogrammierte Funk-tionen und müssen vom Anwender konfiguriert werden und die des S-Modes, was für System-Mode steht, haben keine Grundeinstellungen und müssen von technischem Personal installiert werden. Das Konex-Bussystem wird von der Konnex-Association standardisiert.

    KNX ist eine Abkürzung und steht für KONNEX, (Konnex= Kontakt) dem EIB Nachfolger.

    Das KNX-System hat damit seinen Siegeszug begonnen - in Deutschland und Europa und mittlerweile weltweit. Mit dem Übergang von EIB zu KNX trat die Verbreitung dieses führenden Standard-Bussystemes für alle Gewerke in eine neue Phase. Die EIB-Installationen blieben zu KNX voll kompatibel, gleichzeitig ergeben sich erweiterte Mög-lichkeiten durch vereinfachte Parametrierung sowie neue Industriepartner, z.B. für HLK- und Sicherheitsanwendun-gen oder Haushaltgeräte. Bei einem Bus-System tauschen alle Geräte über ein Buskabel, Funk oder übers Starkstromnetz Daten aus. Das System funktioniert natürlich nur, wenn sich alle Geräte an Regeln (Buszugriffsverfahren) halten. Ein grosser Anteil der übertragenen Daten sind keine Nutzdaten (z.B. Licht an/Licht aus), sondern Adress- und Sicherheitsinformatio-nen.

  • TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 8 23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX

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    23.3.2 Wie funktioniert KNX Bei einem Bus-System gibt es zwei unterschiedliche Verfahren: - Die Intelligenz ist zentral in einem Rechner, die Sensoren liefern Schaltbefehle oder Messignale, die

    Aktoren beispielsweise schalten bzw. dimmen Lampen. - Das KNX-System hat dezentrale Intelligenz in jedem Sensor und Aktor. Eine zentrale Intelligenz ist

    nur notwendig, wenn Funktionen übers „Normale“ realisiert werden. Ein Vorteil einer dezentralen Anlage liegt darin, dass bei Ausfall eines Gerätes die übrigen Geräte weiter arbeiten. Es sind nur jene Funktionen gestört, die das ausgefallene Gerät betreffen. Dies gilt allerdings nur solange die Bus-Speisung bei einer Kabelanlage intakt ist!

    Aktoren(Befehlsempfänger)

    Sensoren(Befehlsgeber)

    Ein KNX-System besteht im Wesentlichen aus: ■ Sensoren (z.B. Tastern, Schaltern, Temperatur-

    Fühlern, Windmessern), die Befehle in Form von Telegrammen erzeugen.

    ■ Aktoren (z.B. Schaltrelais für Licht, Jalousien usw.), welche die empfangenen Telegramme in Aktionen umsetzen.

    ■ Einer Busleitung, die alle Sensoren und Aktoren für den Telegrammverkehr miteinander verbin-det.

    Eine Zentrale ist dabei nicht nötig. Jedes Gerät enthält einen eigenen Mikroprozessor. Durch die entsprechende Parametrierung, die jederzeit ver-änderbar ist, lernt das Gerät, was es zu tun hat. Dadurch ist KNX sehr flexibel und jederzeit an neue Bedürfnisse anpassbar.

  • TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 9 23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX

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    Version 3

    23.3.3 Ein System nach Standard Die erste internationale Norm für Haus- und Gebäudetechnik ist die EN50090. Erfüllt wird sie durch das KNX-System und dessen Hersteller. Ihr Kern ist das Bussystem KNX, das nun seit bald 20 Jahren in Europa auf dem Markt ist.

    Licht

    Jalousie

    Heizung

    Gebäudeüberwachung

    Externe Dienste

    Unterhaltung

    Einbruchanlagen

    Rauchmelder

    Fernsteuerungen

    Energiemanagement

    Verbrauchsmessungen

    Haushaltgeräte

    Visualisierung

    Kommunikation

    Erneuerbare Energien

    Lüftung

    Klimasteuerung

    Wind

    Optischer Alarm

    23.3.4 Langfristige Investition Durch die konstante Weiterentwicklung von KNX sind frühere EIB-Projekte immer noch mit den neues-ten Geräten kompatibel - ein Investitions-Schutz, den vor allem Bauherren und Betreiber sehr schätzen, und ein Garant für die Weiterentwicklung und die Zukunft des Systems KNX.

  • TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 10 23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX

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    Version 1

    23.3.5 Zweckbauten Bei der Planung und Realisierung von Zweck- und Gewerbebauten sind der spätere störungsfreie, funk-tionsübergreifend vernetzte und bedarfsgerechte Betrieb sowie der sparsame Umgang mit Energie wichtige Kriterien für die Wirtschaftlichkeit der Kapitalanlage Immobilie. Herkömmliche Elektroinstallationen allein können diese Forderungen nur noch bedingt und mit erhöh-tem Arbeits- und Materialaufwand erfüllen. Planer und Investoren entscheiden sich deshalb immer häu-figer für die Haus- und Gebäude-Systemtechnik im weltweit einheitlichen KNX-Standard. Dabei werden gewerkeübergreifend die Beleuchtung, die Heizung, das Klima und die Sicherheitseinrich-tungen in einem vernetzten und jederzeit erweiterbaren System komfortabel und äußerst flexibel betrie-ben - immer unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Der Einsatz von KNX bietet Ihnen: ■ Hohe Flexibilität bei der Planung und Elektroinstallation durch modularen Systemausbau ■ Integration verschiedener Gewerke und Hersteller ■ Kurze Montagezeiten durch übersichtliche Verdrahtung und Leitungsführung ■ Verringerte Brandlast durch Reduktion der Energieleitungen ■ Einfache Handhabung durch komfortable Projektierungs-, Inbetriebnahme- und Diagnosehilfsmittel Vorteile - Flexibilität der Automation durch einfache Umprogrammierung - Raumautomation mit hohem Standard - Kosten werden durch höhere Funktionalität reduziert - Verkabelung vereinfachung durch dezentrale Aktoren - Energieeinsparungen durch Last- und Steuerungsmanagement - Geschwindigkeit bei der Installation durch einfache Installation - Facility Management durch Datenaustausch möglich - Erweiterbarkeit durch Parametrierung neuer Geräte am vorhandenen Bus - Zertifiziert nach EN Norm 50090 und ISO/IEC14543-3

  • TG TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN Seite 11 23 GEBÄUDEAUTOMATION 2 KNX

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    Version 3

    23.3.6 Übertragungsmedien bei KNX

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    23.3.7 Wohnungsbau Kein Zuhause ist wie das andere. Schließlich sind auch die Ansprü-che an Komfort, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit so individuell wie die Menschen selbst. Wer sich heute entscheidet zu bauen oder eine bereits fertig gestell-te Immobilie erwerben möchte, will vor allem eines: die Sicherheit, eine Investition zu tätigen, die Bestand hat und weiter im Wert steigt. Mit KNX setzen Sie auf ein System und einen Standard. Die Tech-nologie, die sich seit über 10 Jahren bewährt und auch für die Zu-kunft bestens gerüstet ist, kann die Wünsche des Intelligenten Wohnens heute und in Zukunft optimal erfüllen.

    Vorteile - Beleuchtung dimmen (stufenlos regulierbar)

    auch über Funk - Beschattung von Jalousien oder Markisen - Wind oder Regen machen keine Sorgen und

    Schäden - Sonnenlicht optimal einsetzen - Heizung, Radiatoren, Luft und Sonne steuern - Anzeige aller wichtiger Daten auf Display oder

    Handy - Designeauswahl bei 5000 Geräte - Fernzugriff - Information - Mehr Komfort - Mehr Sicherheit - Mehr Wirtschaftlichkeit

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    23.4 ETS5-Programmierung Das KNX IP Interface 730 dient als Schnittstelle zum KNX/EIB. Das Gerät kann als Program-mierschnittstelle für die ETS3 und ETS4 ver-wendet werden. Von jedem Punkt im LAN kann auf den KNX/EIB Bus zugegriffen werden. Mit dem KNX IP Interface 730 ist auch eine Bus-Programmierung über das Internet möglich. Die IP-Adresse kann durch einen DHCP-Server bzw. durch manuelle Konfiguration, als ETS-Parameter, zugewiesen werden. Die Span-nungsversorgung erfolgt extern mit 12 V bis 24 V oder alternativ über Power-over-Ethernet (IEEE 802.3af).

    Schnittstelle zwischen EIB/KNX

    Bus und Ethernet (REG) KNXnet/IP Tunnelling

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    23.5 LOGO8!

    23.5.1 Allgemeines

    23.5.2 Netzwerk

    23.5.3 Anzeige

    23.5.4 TDE

    23.5.5 HMI

    23.5.6 KNX und LOGO