Ethernet plus Steuerung
Bei stetig steigenden Energiepreisen ist für alle Gebäude - ob industriell oder als Wohnraum genutzt - eine signifikante Senkung des Gesamtenergiebedarfs sinnvoll. Ausgeklügelte Regelstrategien sowie die Vernetzung aller Gewerke auf Basis von Ethernet tragen dazu bei, den Energieeinsatz gering zu halten. Dazu bieten sich Industrial-Ethernet-Lösungen aus dem Automatisierungsbereich an.
Als Rückgrat der Gebäudeautomation ist Ethernet heute Stand der Technik. Vernetzt der Anwender via Industrial Ethernet die DDC-Steuerungen (Direct Digital Control) in der Gebäudeautomation, kann er transparent auf alle Datenpunkte zugreifen. Im Bereich der Raum- und Zonenregulierung lassen sich damit Primäranlagen wie Heizungs- oder Kältetechnik wirtschaftlicher führen. Stellen die Raum- oder Zonenregler den Primäranlagen die Energieanforderung zur Verfügung, errechnet das System die notwendige Heiz- oder Kühllast und bestimmt daraus den energetisch optimierten Arbeitspunkt.
Doch neben dem Vorteil der Nutzung eines einheitlichen Netzwerks birgt die Verschmelzung von Office- und Gebäudeanwendungen auch Gefahren. Um die Ethernet-basierten DDC-Controller vor unbefugtem Zugriff zu schützen, benötigt das Netz geeignete technische Sicherheitsmaßnahmen. Bestenfalls werden das Büro- und das Gebäudeautomationsnetz zu diesem Zweck parallel ausgeführt und über Router an definierten Zugriffspunkten miteinander verbunden. Eine standardisierte OPC-Schnittstelle ermöglicht die Anbindung an das vorhandene Gebäudeleittechniksystem.
Als vorteilhaft erweist sich die Nutzung bekannter Ethernet-Dienste, sodass der Anwender die in der Gebäudeautomation eingesetzten Geräte beispielsweise via Standard-Browser konfigurieren kann. Ferner kann er über das Internet auf die Gewerke in weit verteilten Liegenschaften zugreifen sowie entfernte Gebäude professionell bewirtschaften.
Baut der Anwender sein Gebäudeautomationsnetz mit industrietauglichen Switches auf, nutzt er Standard-Switch-Techniken und erhält darüber hinaus Funktionen, die für industrielle Anforderungen konzipiert sind. So ermöglichen solche Switches den Aufbau dezentraler modularer Netzwerkstrukturen. Die Kombination aus steuerungsähnlicher Diagnose und einfacher Konfiguration mit einer Standardnetzwerkmanage-mentsoftware reduziert die Inbetriebnahmezeit erheblich und vereinfacht zudem die Wartung. Zu diesem Zweck wurden Protokollschnittstellen wie SNMP, BootP oder OPC zur Konfiguration und Diagnose in die Switches integriert.
Für die Installation der Ethernet-Komponenten in rauen Industrieumgebungen bieten viele dieser Switches RJ45-Steckverbinder sowohl in IP20- als auch in IP67-Ausführung sowie entsprechend ausgelegtes Verkabelungszubehör.
Modulare Steuerungen
In einer dezentralen Gebäudeautomation steuern und regeln modular aufgebaute Industriesteuerungen als DDC-Unter-stationen die Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik in den Primäranlagen. So können Informationsschwerpunkte funktions- und datenpunktorientiert geplant und ausgeführt werden. In der Regel werden solche Steuerungen auf Hutschienen montiert und stehen in verschiedenen Leistungsklassen zur Verfügung. Meist unterstützen sie neben TCP/IP noch die industriellen Ethernet-Protokolle Profinet und Modbus TCP. Auf diese Weise lassen sich Teilaufgaben gewerkeübergreifend sowie hard- und softwaretechnisch in einer Station vereinen. Das senkt Engineering-Kosten bei der Planung, Ausführung und Wartung. Ferner lässt sich die Anwendung um gewerkespezifische E/A-Funktionen mit entsprechenden digitalten und analogen Ein- und Ausgangsmodulen erweitern. Das System von Phoenix Contact enthält zum Beispiel auch Funktionsklemmen mit RS232- oder RS485-Schnittstelle sowie Dali-Module (Digital Adressable Lighting Interface) nach IEC 60929 mit Master-Funktion und Stromversorgung.
Dali-Schnittstellen
Dali-Schnittstellen sind für die Steuerung und Regelung von Beleuchtung und Jalousien konzipiert. Darüber lässt sich ein zentraler Schutz vor Windschäden realisieren. Außerdem kann der Anwender zum Beispiel mit den Vorschaltgeräten von Phoenix Contact bis zu 63 Lampen seriell über ein Bussystem verbinden. Damit entfallen die fest verdrahteten Lampengruppen mit ihrem hohen Installationsaufwand. Die Technik ermöglicht den Betrieb von 16 frei konfigurierbaren Gruppen, denen jeweils unterschiedliche Lichtszenarien zugewiesen werden können. Zudem lassen sich die Leuchten via Software umgruppieren und umparametrieren.
Enocean-Funksensoren
Phoenix Contact hat in einem Firmengebäude sogar ein Pilotprojekt mit Enocean-Technik installiert. Das Unternehmen ermöglicht seinen Mitarbeitern damit, dass sie über diese batterielose Funksensorik die Beleuchtung und Jalousien über Funktaster von ihrem Arbeitsplatz aus selbst steuern können. Das System sendet Signale mit 50 µWs über Distanzen bis 300 Meter aus und arbeitet im lizenzfreien 868,3-MHz-Band. Die Energie für das Senden des Funksignals holt sich die Technik aus Änderungen im Energiezustand - etwa der Beleuchtungsstärke. Dabei sammelt ein Funkempfänger die Signale von bis zu 50 Sendern. Das System kann maximal fünf über gängige Telefonkabel angebundene Funkempfänger über eine RS485-Kommunikationsklemme ansteuern.
Programmierung
Die zugehörige Automatisierungssoftware sollte der IEC 61131-3 entsprechen. Auf Basis des internationalen Standards lässt sich die Lösung mithilfe vorgefertigter Funktionsbausteine an die Erfordernisse der jeweiligen Anwendung anpassen. Das reduziert den Programmieraufwand und ermöglicht ein hohes Maß an Standardisierung. Die Lösung sollte in der Funktionsbausteinbibliothek die wichtigsten Funktionen zur Heizungs-, Lüftungs- und Klimaregelung sowie für die Elektrotechnik unterstützen.
Die Funktionsbausteine verfügen bei modernen Lösungen über ein Kommunikations-Interface, über das Daten und Alarme mit der Visualisierung der Leittechnik und der Vor-Ort-Bedienung ausgetauscht werden können. Die Programmierung und Konfiguration der Controller erfolgen zentral über das Netzwerk. Zur Unterstützung bei der Inbetriebnahme bieten manche Lösungen Diagnose- und Konfigurationswerkzeuge an.
Zur Einbindung der Automatisierungslösung in die Gebäudeleittechnik nutzen die meisten Systeme den OPC-Standard. Auf diese Weise kann der Anwender transparent und ohne zwischengeschaltete Gateways von der Managementebene über die verteilten Controller als Informationsschwerpunkt auf die Sensor-/Aktorebene zugreifen. Die Symbol- und Programmobjekte sind Voraussetzung für eine Implementierung des Bacnet-Standards in das Gesamtkonzept.
Ein energieeffizienter Lösungsansatz berücksichtigt das Zusammenwirken aller Gewerke eines Raums oder einer Zone, wobei diese via Ethernet mit den Reglern der Primäranlagen vernetzt sind. Auch die Konfiguration und Programmierung der verteilten Steuerungen erfolgt dabei möglichst durchgängig via TCP/IP.
Ein Automatisierungskonzept auf Basis von Industrial Ethernet erfüllt darüber hinaus die Anforderungen nach Herstellerunabhängigkeit, ganzheitlicher Planung und dezentraler Ausführung. Wenn die Gebäude- und Fertigungsautomation mit Ethernet als durchgängigen Backbone integriert geplant und umgesetzt wird, bietet die Lösung dem Betreiber ein hohes Maß an Synergie.
Phoenix Contact Web: www.phoenixcontact.de/ automatisierung/190_18164
Enocean Web: www.enocean.de
