Inhaltsverzeichnis Einführung in die Gebäudeautomation

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung in die Gebäudeautomation Bedeutung der Gebäudeautomation Gebäudeautomation im privaten Wohnungsbau Gebäudeautomation in Zweckbauten Unterscheidung Gebäudeautomation und Gebäudesystemtechnik Gewerke in der Gebäudeautomation Gewerke in der Gebäudesystemtechnik Strukturen in der Gebäudeautomation und der Gebäudesystemtechnik Hierarchische Struktur in der Gebäudeautomation Hierarchische Struktur in der Gebäudesystemtechnik Energiemanagementfunktionen Amortisationszeit Energiemanagementfunktionen auf der Automationsebene Bedarfsgerechte Sollwertanpassung Enthalpiesteuerung Ereignisabhängiges Schalten Gleitendes Schalten (Optimum Start Stop) Nachtkühlbetrieb Nullenergieband-Steuerung Zyklisches Schalten Energiemanagementfunktionen auf der Managementebene Energiecontrolling Höchstlastbegrenzung/Lastspitzenbegrenzung Zeitabhängiges Schalten Komfort- und Energiemanagementfunktionen in der Raumautomation Genormte Bussysteme und Netze in der Gebäudeautomation Anforderungen an Bussysteme und Netze Einsatzgebiete von Bussystemen und Netzen in Gebäuden Lichtsteuerung und Beschattung mit EIB/KNX Regelung von Heizungs-, Klima-, Lüftungsanlagen mit LONWORKS Kopplung von Leitrechnern mit BACnet Stand der Normung Literatur... 38

2 8 Inhaltsverzeichnis 2 Grundlagen der industriellen Kommunikationstechnik Industrielle Kommunikation Feldbuskommunikation Kommunikation über Netze Wichtige Begriffe der digitalen Datenübertragung Grundbegriffe Bits und Bytes Bitrate Modulationsgeschwindigkeit Binär- und Hexadezimalzahlen Digitales Datenübertragungssystem Quellencodierung/-decodierung Kanalcodierung/-decodierung Leitungscodierung/-decodierung Das ISO/OSI-Referenzmodell Datenübertragung und Kommunikation Regeln zum Ablauf einer Kommunikation Das ISO/OSI-Referenzmodell Wichtige Begriffe bei Feldbussen und Netzen Grundtopologien Voll- bzw. Teilvermaschung Linientopologie Baumtopologie Sterntopologie Zugriffsverfahren Kanalzugriff nach Zuteilung Kanalzugriff nach Bedarf Literatur Der Europäische Installationsbus EIB/KNX Einführende Übersicht Was ist der EIB/KNX? Der Nutzen von EIB/KNX Herkömmliche Gebäudetechnik Gebäudesystemtechnik mit EIB/KNX KNX Association und KNX Deutschland Motivation für die Beschäftigung mit EIB/KNX Lernziele Treppenhaus- und Flurbeleuchtung in einem Mehrfamilienhaus Konventionelle Installationstechnik Sicherheitshinweise Ausschaltung...64

3 Inhaltsverzeichnis Wechselschaltung Kreuzschaltung Überblick über den EIB/KNX EIB/KNX-Busgeräte Arten von Busgeräten Häufig eingesetzte Busgeräte Spannungsversorgung (SV) mit integrierter Drossel Schaltaktor (6-fach) Tastsensor (4-fach) Topologie Teilnehmer, Linien, Bereiche Spannungsversorgung (mit Drossel) Koppler Linienverstärker Linienkoppler Bereichskoppler Filterfunktion und Telegrammweiterleitung bei Kopplern Teilnehmeradressierung Physikalische Adressen Gruppenadressen (logische Adressen) Destination Address Flag (DAF) Zuordnung von Kommunikationsobjekten zu Gruppenadressen Ergänzende Hinweise zu Linien Installationsrichtlinien Blockschaltbilder und genormte Gerätesymbole Übertragungsmedien und KNX.TP-Bussignale Übertragungsmedien KNX.TP KNX.PL, KNX.RF, KNXnet/IP, Lichtwellenleiter Bussignale beim KNX.TP Datenübertragungsrate (Bitrate) beim KNX.TP Kommunikationsablauf Telegrammarten: Daten- und Bestätigungstelegramm UART-Zeichen Busarbitrierung Freier Bus Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA) Prioritäten, Wiederholungsbit, Quelladresse und Zugriffsklassen Beispiel für die Busarbitrierung Begrenzte Anzahl von Weiterleitungen: Routingzähler Nutzdaten Datensicherung... 96

4 10 Inhaltsverzeichnis Bestätigungstelegramme Inhalte von Bestätigungstelegrammen Reaktionen des Senders auf das Bestätigungstelegramm Beispiel für ein Bestätigungstelegramm (Summentelegramm) Beispiel für den zeitlichen Ablauf der Kommunikation Zusammenfassung der Telegrammstruktur Datentelegramm und Bestätigungstelegramm Datentelegramm: Kontrollfeld (1 Byte) Datentelegramm: Quelladresse (2 Byte) Datentelegramm: Zieladresse (2 Byte) Datentelegramm: DAF Routingzähler Nutzdatenlänge EIB/KNX-Hardware Äußere Hardware Innere Hardware Prinzipieller innerer Aufbau eines KNX.TP-Kommunikationsgeräts Transceiver Mikrocontroller (µc) Anwendungsschnittstelle (AST) und Anwendungsmodul EIB/KNX-Software Überblick Softwarekomponenten eines Kompaktgeräts Softwarekomponenten eines modularen Geräts Systemsoftware Anwendungsprogramme Parameter von Applikationen Kommunikationsobjekte Die ETS 3 (Engineering Tool Software, Version 3) Projektdatenbank Projektierung Inbetriebnahme Anwendungsbeispiel EIB/KNX-Basisanlage zu Übungszwecken Übungsprojekt Lichtsteuerung Kundenauftrag Benötigte Geräte Projektierung mit der ETS Inbetriebnahme Hardware Programmierung der Geräte Test der Lichtsteuerung Diagnose/Busmonitoring Trends...138

5 Inhaltsverzeichnis Touchscreens Integration der Gebäudesystemtechnik in IP-Netze Literatur Gebäudeautomation mit LONWORKS Einführende Übersicht Zentrale Leittechnik und herstellergebundene Techniken Dezentrale Gebäudeautomation und Datenaustausch Stärkere Dezentralisierung und offene Kommunikationsstandards Lernziele Nutzen der LONWORKS-Technologie Einsatz in der Gebäudesystemtechnik Ersatz der konventionellen Verdrahtung in der Raumautomation Wirtschaftliche Vorteile durch vernetzte Gewerke Höhere Flexibilität durch Umprogrammierung statt Umverdrahtung Bereitstellung zusätzlicher Sicherheitsfunktionen Einsatz der LON-Technik auf der Automationsebene Historie der LONWORKS-Technologie Einsatzgebiete der LONWORKS-Technologie Organisationseinheiten Normung Grundlagen der LONWORKS-Technologie Elemente der LONWORKS-Technologie Neuron-Chip LONTALK-Protokoll Transceiver LONWORKS-Tools LONMARK Interoperability Association Aufbau und Funktionsweise eines LON-Knotens Funktionsweise des Neuron-Chips mit Speicher Eingabe- und Ausgabebeschaltung Spannungsversorgung und Netzteil Service-Taste und Neuron-ID Service-LED Transceiver Informationsübertragung zwischen LON-Geräten Physikalische Netzstrukturen Netze in Linienstruktur Netze in Stern- und Ringstruktur Subnet als physikalische Netzstruktur Domain als größte Netzstruktur Buszugriffsverfahren und Signalcodierung

6 12 Inhaltsverzeichnis Prädiktives p-persistent-csma-verfahren Differential-Manchester-Code Telegrammstruktur Logische Netzwerkstrukturen mit Netzwerkvariablen Bedeutung der Netzwerkvariablen Binding Quittierungsprinzipien Interoperabilität von LON-Geräten Objekte und Funktionsprofile nach LONMARK Konfigurationsparameter Standard-Netzwerkvariablen-Typen in der Gebäudeautomation LONWORKS-Tools Entwicklerwerkzeuge LONBUILDERund NODEBUILDER Inbetriebnahmewerkzeuge LONWORKS-Network-Services Inbetriebnahmewerkzeug LONMAKER Systemstrukturen der LONWORKS-Technologie Gebäudeautomationssystem mit LON Web-Anbindung von LON-Netzen Applikationsbeispiele Lichtsteuerung über LON Lichtsteuerung mit Panikschaltung über LON Literatur BACnet Einführende Übersicht Lernziele BACnet-Organisationen Einsatzgebiete Grundkonzepte im Überblick BACnet-Kommunikationsarchitektur Übertragungsmedien, Bitübertragung und Sicherung Master-Slave/Token-Passing (MS/TP), EIA-485 und EIA Point-to-Point (PTP) Ethernet Übertragung mit Twisted Pair Netzkomponenten (Repeater, Bridge, Hub und Switch) Übertragung mit Glasfasern Strukturierte Verkabelung Funkübertragung (Wireless LAN) Rahmenaufbau und MAC-Adresse ARCNET...224

7 Inhaltsverzeichnis LONTALK Vermittlungsschicht Aufgabe BACnet und Internetprotokolle IP-Adressen Pfadermittlung Paketaufbau Subnetze Transmission Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP) ARP und DHCP Verwendung von BACnet mit Internetprotokollen Anwendungsschicht Objekte Datentypen Namenskonventionen und Adressvergabe Standardisierte Objekte Dienste Objektzugriffs-Dienste Alarm- und Ereignis-Dienste Device- und Netzwerkmanagement-Dienste Dateizugriffs-Dienste Virtual-Terminal-Dienste Prozeduren Datensicherung Priorisierung von Aufträgen BACnet-Geräte und Interoperabilität Interoperabilitätsbereiche und -bausteine Gemeinsame Datennutzung (Data Sharing) Alarm- und Ereignisverarbeitung (Alarm and Event Management) Zeitplan (Scheduling) Trendaufzeichnung (Trending) Device- und Netzwerkmanagement (Device and Network Management) Device-Profile (Device Profiles) BACnet Operator Workstation (B-OWS) BACnet Building Controller (B-BC) BACnet Advanced Application Controller (B-AAC) BACnet Application Specific Controller (B-ASC) BACnet Smart Actuator (B-SA) und BACnet Smart Sensor (B-SS) BACnet Router Protokollumsetzungsbestätigung, Konformitätsprüfung und Zertifizierung von BACnet Devices

8 14 Inhaltsverzeichnis 5.6 Gateways zu anderen Systemen Literatur Index 283 Glossar 289