Dezentrale Gebäudeautomation

Gebäudeautomation neu gedacht: Anstelle der Installation separater Infrastrukturen integriert Microsens mithilfe intelligenter Netzwerkswitches und spezieller Schnittstellen alle Aktoren und Sensoren sicher verschlüsselt ins IP-Netzwerk. Die Vorteile sind eine hohe Ausfall- und Zugriffssicherheit, eine aufwandsarme sukzessive Installation und die Möglichkeit, das System flexibel um weitere Geräte und softwarebasierte Funktionen zu erweitern.

Die Digitalisierung macht auch vor der Gebäudeautomation nicht halt. Zunehmend überschneiden sich IT und Gebäudeautomation: Interfaces, Apps, Schnittstellen – die Branche befindet sich im Umbruch. Mit Smart Building Solutions integriert Microsens nun erstmals die komplette Gebäudeautomation mithilfe von Netzwerktechnik in die IT-Infrastruktur.

Intelligente Raumsteuerung
Das Unternehmen setzt dabei auf einen dezentralen Ansatz der Gebäudeautomation. Den Grundstein für dieses Konzept bildet der Micro-Switch, ein intelligenter Netzwerkverteiler, der sämtliche Prozesse der Gebäudeautomation in die IP-Infrastruktur integriert und dank der darauf installierten Smart Director Applikation auch verwaltet. Neben der Informationsübertragung zwischen IP-Bürogeräten wie Computern, Telefonen oder Druckern werden sämtliche Prozesse der Gebäudeautomation über die smarten Netzwerk­switches gesteuert.
In jedem Raum übernimmt der Micro-Switch die Kontrolle. Sensoren und Aktoren werden per Funk oder drahtgebunden an das System angeschlossen. Dank IP ist das System durch diverse Endgeräte wie Computer oder Tablets, aber auch klassische Schalter bedienbar. Die Einbindung aller Gewerke über IP erspart die Einrichtung zusätzlicher hardwarebasierter Infrastrukturen. Mit der Verwendung kapazitätsstarker Netzwerktechnologie leitet Microsens als einer der Pioniere die digitale Revolution in der Gebäudeautomation an.
Um die Steuerung der Automationsprozesse zu bewerkstelligen, läuft auf den Switches eine spezielle Automationssoftware, der sogenannte Smart Director. Mit seiner Hilfe können Zustände erfasst, ausgewertet, gesteuert und geregelt werden. Prinzipiell kann alles, was eine IP-Adresse hat, über den Smart Director angesteuert werden. Bedienen lässt sich die Software durch Smartphone, Tablet oder PC.
Der Smart Director deckt die Steuerung aller Automationsprozesse ab und nimmt automatisch alle notwendigen Einstellungen am Switch vor. Die Werk­einstellungen von Geräten sind meist im individuellen Anwendungsfall suboptimal. Ohne eine Software wie den Smart Director laufen bei hardwarebasierten Lösungen Geräte oft lange Zeit unbemerkt ohne fachmännische Justierung. Der Smart Director bietet Anwendern die Möglichkeit, die Automation jedes verbundenen Gerätes bis ins kleinste Detail zu konfigurieren. Durch die übergeordenete Software-Steuerung mittels des Smart Building Managers lassen sich die verschiedensten Geräte der Gebäudeautomation im Zusammenhang zueinander betrachten, tracken und steuern.
Die Einbindung von Gebäudeautomation in die IP ermöglicht z. B. auch eine Interaktion mit Office-Anwendungen. So wird die Gebäudeautomation um praktische Funktionen erweitert: Beispielsweise ist über Microsoft Outlook eine Konferenzraumbuchung mit festgelegten Automationsszenarien bereits im Vorhinein möglich.

Effizienz durch Digitalisierung
Anstelle von mehreren parallellaufenden Kabelstrukturen übernimmt bei Microsens ein Automation-Gateway die Einbindung sämtlicher Haustechnik, Büro- und Steuerungsgeräte drahtgebunden oder per Funk. Somit kann die Steuerung bislang getrennter Systeme wie IT, Beleuchtung oder Sicherheitstechnik gekoppelt verlaufen. Zum Beispiel sind an der Anpassung des Raumklimas verschiedene Aktoren beteiligt: Fenstersteuerung, Jalousiesteuerung, Heizung, Klimaanlage, Lüftung und Sensoren. Werden diese Gewerke separat gesteuert, kann nicht garantiert werden, dass die Geräte mit optimaler Einstellung arbeiten. Heizung und Klimaanlage könnten gleichzeitig laufen und sich so gegenseitig vom Erreichen der einprogrammierten Wunschtemperatur behindern. Und stellen somit eine reine Energieverschwendung dar.
Mit einer vereinheitlichten Steuerung aller Gewerke kann das effektiv verhindert werden. Der Smart Director kann die Performancedaten der verschiedenen Gewerke und die Sensordaten gegenüberstellen. Eine unnötig starke Auslastung der Geräte wird so vermieden. Anhand der Sensordaten wie Temperatur, Anwesenheit von Personen oder Lichteinfall können so die jeweiligen Gewerke gezielt angesteuert werden. So wird garantiert, dass jedes verbundene Gerät effizient läuft.

Sicher von Ausfall bis Zugriff
Sicherheit wird bei IP-basierten Gebäudeautomationslösungen auf mehreren Ebenen gewährleistet. Durch den dezentralen Ansatz wird auf der Hardwareebene sichergestellt, dass im Falle einer Störung immer nur kleine Einheiten ausfallen können und das Unternehmen als Ganzes arbeitsfähig bleibt. Defekte oder Fehler können demnach auch während des Betriebs gewartet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass Rechte wie Zutrittsberechtigung oder bestimmte Administrationsrechte für bestimmte Gebäudebereiche, Räume oder Geräte erteilt werden können.
Auf der Infrastrukturebene überzeugt das System durch Sicherheit vor ungewolltem Zugriff. Im IP-Standard sind bereits erprobte und zuverlässige Sicherheitsstandards fest etabliert. Dazu gehört die Authentifizierung von Anwendern und Endgeräten. Arbeitsplatz und Netzwerkzugang werden nur freigeschaltet, wenn der Nutzer über die entsprechende Berechtigung verfügt. Eine Alarmfunktion schlägt an, sobald ein registriertes Endgerät entfernt oder ein unberechtigtes angeschlossen wird.
Auf Softwareebene sind zusätzliche Vorkehrungen wie beispielsweise End-to-End-Verschlüsselung möglich. Die Funktionalität der Micro-Switches kann per Software beliebig erweitert werden. Zum Beispiel können im Alarmfall Türen entriegelt sowie Flucht- oder Rettungswege automatisch beleuchtet werden. Gleichzeitig können Systeme wie die Lüftungsanlage bei Feueralarm abgeschaltet werden, um den Brand nicht weiter anzufachen.

Raum für Raum zum Smart Building
Dieses System funktioniert bei einer beliebigen Anzahl von Räumen auf einer beliebigen Anzahl von Etagen. Miteinander vernetzt sind alle Raumeinheiten über das IP-Netzwerk. Die Installation und Wartung einzelner Raumeinheiten erfolgt einfach und kann sukzessive vorgenommen werden. Das vorhandene IP-Netzwerk dient als einheitliche Dateninfrastruktur für die gesamte Gebäudeautomation. Ganz im Gegensatz zu konventionellen Ansätzen, bei denen jedes Gebäudeleitsys­tem, ob für Licht, Lüftung oder Jalousie­steuerung seine eigene gebäudeweite Verkabelung benötigt.

Zentrale Analysesoftware
Trotz des dezentralen Ansatzes besteht die Möglichkeit eines zentralen Managements über den Smart Building Manager. Ein Softwaretool, das sämtliche Raum­einheiten erfasst und erhobene Sensor- und Performancedaten zentral auswerten kann. Dieses Tool ist dazu gedacht, die Haustechniker zu entlasten. Unregelmäßigkeiten können gebäudeübergreifend erfasst werden. Sie sind ein erster Indikator für eine Fehlfunktion. So kann ein Gerätefehler schon behoben werden, bevor es zum tatsächlichen Defekt kommt. Damit ist die Grundlage für vorausschauende Wartung gegeben.
Die Software versorgt den Techniker mit allen relevanten Informationen über jedes verbundene Gerät. Die manuelle Fehlersuche entfällt und die Wartungszeiten werden auf ein Minimum verkürzt. Eine programmierbare Funktion des Smart Building Managers ist die selbstständige Datenauswertung. Wird an verschiedenen Gebäudestellen ein Erreichen festgelegter Schwellenwerte in Performance oder von Sensoren registriert, nimmt die Software eine selbstständige Priorisierung vor und verständigt die Techniker entsprechend. So wird garantiert, dass schwerwiegende Probleme immer zuerst behoben werden.

Autor: Hannes Bauer, Mitgründer und ­techni­scher Leiter der Microsens GmbH & Co. KG

Bilder: Microsens

www.microsens.com/de

Wieso IP in der Gebäudeautomation?
Das Internet-Protokoll hat das Potenzial, nahezu beliebig viele Netzwerkadressen miteinander zu verknüpfen. Bei einer stetig wachsenden Anzahl an IP-kompatiblen Geräten kann das Internet-Protokoll den Ansprüchen eines einheitlichen Netzwerks gerecht werden. Hinzu kommt, dass die Infrastruktur des IP-Netzwerks anders als bei hardwarebasierten Gebäudeautomationslösungen nicht zweckgebunden ist – sämtliche Geräte können über dasselbe System miteinander kommunizieren.
Eine abdeckende kapazitätsstarke Ethernet-Vernetzung findet man in nahezu allen Büro-, Wohn- und Industriegebäuden. Das IP-Netz hat dabei genug Kapazitäten, um neben Daten, Medien und Bürokommunikation auch noch die Vernetzung der Gebäudeautomation und -leittechnik zu übernehmen. Das hat den gro­ßen Vorteil, dass man anstelle von mehreren parallel laufenden Automationsinfrastrukturen lediglich eine einzige installieren, warten und instand halten muss.

„In Zukunft wird die Sprache der IT gesprochen.“

Seit Juni 2017 ist Nikolaos Zacharias der Leiter „Smart Building Solutions“ der euromicron-Tochter Microsens GmbH & Co. KG. ­Zielsetzung der neu gegründeten Geschäftssparte ist die Etablierung eines rein IP-basierten Gebäudeautomationskonzeptes auf Basis einer ­strukturierten Netzwerktopologie. Wir sprachen mit ihm über Big Data, das Internet of Things (IoT) und Digitalisierung in der ­Gebäudeautomation.

IKZ-HAUSTECHNIK: Herr Zacharias, blicken wir auf die Gebäudeautomation, worin sehen Sie die größten Herausforderungen für die Zukunft?
N. Zacharias: Die Art und Weise, wie Gebäudeautomationsanlagen heute geplant
und gebaut werden, hat sich in den letzten 20 Jahren nicht wesentlich verändert – modernisiert sicherlich, aber nicht grundlegend weiterentwickelt. Wir stehen an einem Punkt, gerade vor dem Hintergrund der Digitalisierung, an dem konventionelle Ansätze hinterfragt werden müssen: Wie geht es effizienter? Wie kann man Gebäudeautomationsanlagen schlanker planen und bauen?
Ich bin seit fast 20 Jahren in der Automationsbranche tätig, den größten Teil davon in der Gebäudeautomation und mit Bus-Systemen sozusagen groß geworden. Doch das wird nicht die Technologie sein, mit der wir in die Zukunft gehen werden. Unserer Ansicht nach liegt die Zukunft der Gebäudeautomation in der Netzwerktechnik.

IKZ-HAUSTECHNIK: Erläutern Sie uns das bitte.
N. Zacharias: Nun, getrieben durch den technologischen Fortschritt von Industrie 4.0 und Smart Home müsste die Gebäudeautomationsbranche wesentlich weiter sein. Wenn wir aber die Entwicklungen der Branche betrachten, stellen wir eher kleinschrittige und abwartende Reaktionen auf den Digitalisierungsprozess fest, geprägt durch die Interessen der Marktbegleiter. Meines Erachtens nach liegen die Gründe hierfür im Bereich der Planung, wo man immer noch zu konservative Planungskonzepte ausschreibt, und zweitens bei den alt her etablierten Systemhäusern, die sich nicht schnell genug anpassen können oder wollen. Microsens hingegen will mit der Verschmelzung von Gebäudeautomation und IT neues Terrain betreten.

IKZ-HAUSTECHNIK: Microsens gilt vielen immer noch als Spezialist für Glasfaser-Übertragungssysteme. Wie ver­lief die Entwicklung hin zur Gebäudeautomation?
N. Zacharias: Mit Fiber To The Office – kurz FTTO –, einem glasfaserbasierten Vernetzungskonzept für moderne Büroumgebungen, sind wir seit 20 Jahren Pioniere. Aus diesem Vordenkertum ist letztendlich die Business Unit „Smart Building Solutions“ entstanden. Mit FTTO hat Microsens sich einen Namen gemacht. Mit unserer Expertise in diesem Bereich haben wir Power-over-Ethernet-Beleuchtungskonzepte (PoE) entwickelt. Es folgte die Integration weiterer Raumautomationsfunktionalitäten, was uns die Tür zur Gebäudeautomation eröffnete. Die Eröffnung der „Smart Building Solutions“ war eigentlich die einzig logische Konsequenz daraus. 

IKZ-HAUSTECHNIK: Im Zusammenhang mit der Diskussion um die digitale Zukunft fallen häufig die Schlagwörter Big Data und IoT. Welchen Stellenwert schreiben Sie diesen Entwicklungen zu?
N. Zacharias: Big Data ist ein Resultat der Digitalisierung, auch in der Gebäudeautomation. Immer mehr Geräte liefern auswertbare Daten. Mittelfristig wird die Hardware nur Mittel zum Zweck – weitaus komplexere Aufgaben können durch Softwaredienste unter Einbezug erhobener Daten erledigt werden. Die Automation wird sich zukünftig von einer hardwarebasierten auf eine softwarebasierte Ebene verschieben. Dadurch werden beispielsweise cloudbasierte Dienstleistungen erst möglich.

IKZ-HAUSTECHNIK: Die Gebäudeautomation entwickelt sich also in Richtung IT?
N. Zacharias: Sagen wir so: Die Gebäudeautomation wird eher Protokolle und Methoden aus der IT übernehmen als das umgekehrt der Fall sein wird. In Zukunft werden sich IT-Standards durchsetzen, weil Sie durchgängiger sind.

IKZ-HAUSTECHNIK: Welche Vorteile hat diese digitale Transformation?
N. Zacharias: Effizienz. Da wir nur eine einzige Infrastruktur, Fiber To The Office, anstelle parallellaufender Datenstrukturen verwenden, sind wir wirtschaftlicher – und zwar in vielerlei Hinsicht. Der Installationsaufwand ist viel geringer, sowohl im Bereich der Verkabelung, der Verlegesysteme als auch bei Schaltschränken, das schont das Portemonnaie und die Nerven. Durch die wegfallenden Verkabelungen reduzieren sich Brandlasten im Gebäude. In puncto Brandschutz ist das eine enor­me Verbesserung. Zusätzlich vereinfacht sich die Planung, weil nur ein großes Breitbandnetz für alle Gewerke geplant werden muss. Auf Nutzerseite ist die Usability zu nennen. Durch die Verschmelzung von IT und Gebäudeautomation werden immense Möglichkeiten der Steuerung, Datenverarbeitung und nicht zuletzt Sicherheit auf Softwareebene möglich.

IKZ-HAUSTECHNIK: Apropos Sicherheit: Von unsicheren IT-Schnittstellen, schadhafter Software und ungewollter Datenauslese hört man immer wieder…
N. Zacharias: Sicherheit in der Digitalisierung wird in den nächsten Jahren am meisten diskutiert werden. Der Prozess der Digitalisierung wird sich nicht von Internetkriminalität ausbremsen lassen. Also muss man sich dem Problem der Sicherheit stellen. 
Bei Microsens ist die Verschlüsselung auf Ethernet-Ebene implementiert. Durch das IP-Protokoll sind Zugriffs- und Abhörsicherheit gewährleis­tet. Ethernet bietet von Haus aus alle Sicherheitsstandards wie beispielsweise die Verifizierung von Nutzern. Zusätzlich können höhere Sicherheitssys­teme auf Softwareebene eingerichtet werden.
Auch bei konventionellen Gebäudeautomationsansätzen müssen Sicher­heitssys­teme von der IT integriert werden. Die IT hat einen besseren Background, um über Sicherheit zu sprechen. Warum also diesen Umweg gehen und nicht gleich die Gebäudeautomation komplett in die IT integrieren? Das hat nur Vorteile.

IKZ-HAUSTECHNIK: Das klingt alles nach einem Paradigmenwechsel in der Gebäudeautomation. Ist die Branche dafür bereit?
N. Zacharias: Unser Ansatz ist keine Utopie, sondern zukunftsweisend und vor allem umsetzbare Technik. Natürlich muss er am Markt Anklang finden. Daher müssen wir die konventionelle Herangehensweise durch Querdenken aufmischen. Die Digitalisierung revolutioniert sämtliche Branchen, da dürfen wir in der Gebäudeautomation nicht hinterher sein.