Hochschule Rosenheim Und wieder grüßt die Schnittstelle 1 Einleitung In Fassadenelementen, d.h. auch den Türen, kommen zunehmend elektromechanische Komponenten wie z.b. Glasbruchmelder, Motorschlösser, Türöffner etc. zum Einsatz. Damit entwickelt sich ein ehemals passives Element zu einem mechatronischen Element (Mechatronik: Oberbegriff für Aspekte der Mechanik, Elektronik und Informationstechnik). Dieser Trend erfolgt größtenteils durch die zunehmende Nachfrage von Automationsfunktionen im Gebäude. Durch den automatisierten Betrieb können eine Vielzahl an Funktionen aus den Bereichen Energieeffizienz, Sicherheit und Komfort realisiert werden, die in zunehmendem Maße von den Nutzern oder Betreibern von Gebäuden gewünscht werden. Bild 1 Beispiel für Aktoren und Sensoren Der folgende Artikel soll einige grundlegende Informationen zu den Technologien geben sowie einen Überblick über die Architekturen der Gebäudeautomation aufzeigen. 2 Kabel In den häufigsten Fällen werden die Sensoren und Aktoren über Kabel angeschlossen. Dabei sollte zwischen den Begriffen Leiter, Ader, Litze und Draht unterschieden werden. Ein elektrischer Leiter ist der Oberbegriff für etwas, was den elektrischen Strom transportiert, d.h. leitet. Ist der Leiter massiv, wird dieser als Draht bezeichnet. Drähte sind relativ steif und kommen bei fester Verlegung zum Einsatz. Wenn ein Leiter aus mehreren, feinädrigen Drähten besteht, wird der Leiter als Litze bezeichnet. Litzen sind relativ flexibel und kommen bei flexibler Anschlussverlegung zum Einsatz. Ein isolierter Leiter wird als Ader bezeichnet der Verbund mehrerer Adern ist dann das Kabel. Sehr verbreitet sind Kabel mit der genormten Bezeichnung wie z.b. z.b. H05V oder H07V. Diese Bezeichnungen werden in ift Rosenheim Seite 91 von 156
DIN VDE 0281 geregelt, auf die bei Interesse verwiesen wird. Die für den Gebäudebereich oft verwendeten Leitungen für die 230V-Versorgung werden oft auch noch als NYM, NYIF oder NYY bezeichnet. Dies sind Bezeichnungen der DIN VDE 02509. NYM bezeichnet dabei die üblichen Mantelleitungen (3- oder 5-adrig), NYIF die inzwischen unüblichen Stegleitungen und NYY ein für den Außenbereich geeignetes Kunststoffkabel. 3 Sensoren und Aktoren Die wesentlichen elektromechanischen Komponenten in Fenster - und Türelementen sowie deren Anbindung werden im Folgenden kurz vorgestellt 3.1 Zustands- und Verschlussüberwachung Sensoren der Verschlussüberwachung bzw. der Tür- und Fensterkontakte melden den verschlossenen Zustand eines Fensters oder einer Tür. Sofern diese über die Position der Bänder ausgelöst werden, wird über die Kontakte der verriegelte Zustand gemeldet. 3.2 Glasbruchmelder Glasbruchmelder sind in den häufigsten Fällen eine im oder auf dem Glas integrierte Leiterschleife. Diese kommen in Verbindung mit Sicherheitsglas zum Einsatz, welches im Falle eines Glasbruchs durchgehend zerbricht und damit auch die Leiterschleife zerstört. Der Anschluss an die Leiterschleife erfolgt über mindestens zwei Adern; oft werden zwei weitere Adern zur Glasscheibe als Sabotageleitung verwendet. Die Positionierung der Leiterschleife kann optisch sichtbar oder optisch versteckt erfolgen. 3.3 Tür-Öffner Ein elektrischer Türöffner dient dazu, die Falle einer Tür elektrisch freizugeben oder deren Freigabe zu verhindern. Dabei wird in die Varianten Arbeitsstromtüröffner, Ruhestromtüröffner und Arretierungstüröffner unterschieden. Üblicherweise sind die Türöffner im Rahmen positioniert (E- Öffner) und wirken auf die Falle des Türschlosses, welche sich im Flügel befindet. Vereinzelt werden auch Türöffner im Flügel angeboten (A- Öffner), die die Falle bei Aktivierung zurückziehen diese Art von Apparaturen ist Teil des Motorschlosses. 3.4 Ver- und Entriegelungsapparaturen Elektrisch angetriebene Ver- und Entriegelungsapparaturen führen im Gegensatz zum Türöffner, der lediglich auf die Falle eines Schlosses wirkt, eine (zusätzliche) mechanisch robuste Verriegelung bzw. Entriegelung durch. 3.5 Antriebe zum Öffnen und Schließen von Türen Das Öffnen und Schließen von Türen umfasst ein ausgesprochen breites Anwendungsgebiet: das Öffnen von einfachen Innentüren bis hin zur Steuerung sicherheitsrelevanter Zutrittsanlagen. Eine Gemeinsamkeit besteht darin, dass alle Antriebe inklusiver dazugehöriger Steuerung geliefert werden allerdings sind diese Steuerungen ausgesprochen unterschiedlich in ihrer Komplexität. 3.6 Haftmagnete Haftmagnete haben den Zweck, eine Tür oder einen Fensterflügel über magnetische Wirkung in einem definierten Zustand zu halten. 4 Architekturen der Gebäudeautomation Die Gebäudeautomation ist eine Technologie, die technische Gebäudeausrüstung (Licht, Heizung, Kühlung, Lüftung) über zentrale oder vernetzte Controller zu betreiben. Hintergrund dieser Entwicklung sind zunehmende Ansprüche an die technische Gebäudeausrüstung in Bezug auf Sicherheit und Komfort sowie Energieeffizienz Seite 92 von 156 ift Rosenheim
durch bedarfsgeführten Betrieb. In diesem Umfeld haben sich intelligente Bus-Systeme wie KNX (ehemals EIB) oder LON aber auch leistungsfähige zentrale Controller (z.b. SPS, DDC) entwickelt. 4.1 Zentrale Controller (Zentrale Gebäudeautomation) Der Einsatz von zentralen Controllern, konkret DDC- oder SPS-Steuerungen, ist insbesondere im Umfeld der Versorgungstechnik sehr verbreitet und wird als zentrale Gebäudeautomation bezeichnet. Die Unterschiede zwischen den beiden Begriffen DDC und SPS sind marginal: beide Male handelt es sich um zentrale Controller, an den die Aktoren und Sensoren angeschlossen werden und das Programm des Controllers über die Verarbeitungsfunktionen entscheidet. Der Grund für die beiden unterschiedlichen Begriffe liegt in der Historie der Einsatzgebiete: Controller im Umfeld der Fertigungsautomation werden klassisch als SPS (speicherprogrammierbare Systeme) bezeichnet, während die Controller für die Automation der Versorgungstechnik eher als DDC (Direct Digital Control) bezeichnet werden. Inzwischen bieten viele SPS-Hersteller ihre Controller aber auch für die Automation in Gebäuden an, so dass die Grenzen zwischen SPS- und DDC-Systemen verwischen. SPS- und DDC-Systeme haben gemeinsam, dass alle Aktoren und Sensoren an den Controller angeschlossen werden, und die Signalverarbeitung im Controller stattfindet. Dies führt zunächst zu einem erhöhten Verkabelungsaufwand, was aber in den Räumen der technischen Anlagen kein Problem ist: die Anlagen sind meist in räumlicher Nähe zueinander, und es besteht auch nicht die Notwendigkeit, die Kabeltrassen optisch zu verstecken oder verborgen zu verlegen. Dabei erobern die zentralen Controller aber zunehmend auch den Raumbereich. Der Hintergrund ist der, dass ein zentraler Controller meist günstiger und funktionaler als die Bustechnologie ist, bei der jeder Aktor und Sensor um einen eigenen Mikrocontroller mit begrenzter Funktionalität erweitert werden muss. Um den Verkabelungsaufwand trotzdem in Grenzen zu halten, haben sich für die unterschiedlichen Gewerke einzelne Feldbussysteme entwickelt. Ein Feldbussystem ermöglicht die Anbindung aller gleichartigen Aktoren und Sensoren über ein Kabel mit wenigen Adern (meist zwei) und die Kommunikation über Datentelegramme gemäß dem jeweiligen Protokoll. 4.2 Bus-Systeme (Dezentrale Gebäudeautomation) Bild 2 Zentrale Gebäudeautomation Bustechnologien wie z.b. KNX werden als dezentrale Gebäudeautomation bezeichnet und sind insbesondere im Umfeld der klassischen Elektrogewerke im Raum sehr verbreitet (d.h. Licht, Heizen, Verschattung). Der Hintergrund ist, dass die KNX-Technologie bereits fester Bestandteil der Elektroausbildung in Deutschland ist, und somit ein stark verbreitetes Fachwissen bei den ausführenden Firmen vorhanden ist. Dabei wird jeder Aktor und Sensor mit einem kleinem Mikrocontroller (μc) versehen, und alle Aktoren und Sensoren werden mit einem 2- ift Rosenheim Seite 93 von 156
adrigen Kabel gleichzeitig verbunden. Über dieses Kabel kommunizieren die Aktoren und Sensoren in Form von Datentelelegrammen gemäß einem festen Protokoll. Aufgrund einer einmalig durchzuführenden Programmierung der Komponenten werden von den Aktoren gewisse Ereignisse erkannt und gewünschte Aktionen ausgeübt. Neben dem verbreiteten Fachwissen bei den Elektro-Fachfirmen ist ein großer Vorteil der Bus- Systeme der, dass diese die unterschiedlichsten Gewerke der Raumebene miteinander verbinden kann: u.a. Lichtsteuerungen, Temperaturregelungen, Jalousie- und Rollladensteuerungen. 5 Zusammenfassung Der Automationsgrad in Gebäuden nimmt ständig zu. Neben den unterschiedlichen Sensoren und Aktoren sollte ein Grundwissen auch zu den unterschiedlichen Architekturen der Gebäudeautomation vorhanden sein. Man muss nicht Automationsexperte zu sein, um bei den grundlegenden Entscheidungen ob und wie im Umfeld der Gebäudeautomation mitreden zu können! Dabei kommen auch bei der dezentralen Automation Funkprotokolle immer mehr zum Einsatz. Beim Einsatz von z.b. EnOcean als Protokoll könnte die Busleitung ersatzlos entfallen. Statt über das Kabel wird der Sensor oder Aktor über Funk angebunden entweder für die Kommunikation untereinander oder über Koppler (Gateways) an KNX oder eine DDC. Bild 3 Dezentrale Gebäudeautomation Seite 94 von 156 ift Rosenheim
Prof. Dr. Michael Krödel Geboren 1966 Ausbildung: 1987 1991 Studium der Elektrotechnik (Fachrichtung Nachrichtentechnik) an der Technischen Universität München 1993 1994 Ausbildung zum Ausbilder, IHK München 2000 2006 Promotion im Bereich Echtzeit-Lernen (Regelungstechnik/Automatisierung), Universität Siegen 2011 Ausbildung Energiemanager/European Energy Manager, IHK München Beruflicher Werdegang: 1992 1997 Diverse Positionen im Bereich Datenverarbeitung und Datenkommunikation, Siemens AG München, darunter 2 Jahre bei Siemens Inc. Philippinen 1997 2000 Geschäftsführer Itronix GmbH, Lohmar 2000 2001 Geschäftsführer startext Unternehmensberatung GmbH, Bonn 2001 2009 Vertriebsleiter für T-Mobile Deutschland sowie später Senior Vice President, Access and Transport Networks, Siemens AG bzw. Nokia Siemens Networks GmbH & Co. KG seit 2009 seit 2011 Professor an der Hochschule Rosenheim für Gebäudetechnik und -automation Gast-Professor an der Universität in Kuala-Lumpur (Malaysia) ift Rosenheim Seite 95 von 156