IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 6/2000, Seite 56 ff.
Bussysteme in Varianten
Ursula Sandner
Aufgrund der gestiegenen Ansprüche an Komfort, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit durchdringen immer stärker Bussysteme die Elektroinstallationstechnik. Vorreiter beim Buseinsatz war der Zweckbau, wo flexible Raumnutzung, Anpassung an zukünftige technische Möglichkeiten und wirtschaftlicher Betrieb den Schwerpunkt der Forderungen bildeten. Diese Wünsche lassen sich mit einem Bussystem wesentlich besser umsetzen als mit einer konventionellen Elektroinstallation, die vor allem auf das Verteilen elektrischer Energie und Schalten elektrischer Verbraucher ausgerichtet ist.
Mit den gestiegenen technischen Möglichkeiten sind auch die Ansprüche des normalen "Häuslebauers" gewachsen, sodass Bussysteme zunehmend ihren Platz auch in privaten Ein- und Zweifamilienhäusern - zumindest im gehobenen Bereich - finden. Jalousiesteuerung, Beleuchtungssteuerung, Anwesenheitssimulation oder die Überwachung von Fenstern und Türen oder auch von Haushaltsgeräten sind Ansatzpunkte. Es zeigt sich aber auch, dass viele Elektrotechniker mittlerweile die Chancen der Bustechnik erkannt haben und - einmal firm in dieser Materie - nun auch mit offensiven Marketingstrategien die Kunden von der zukunftsweisenden Installationstechnik überzeugen wollen.
Die Entwicklung der technischen Gebäudeausrüstung geht eindeutig in Richtung Gebäudesystemtechnik. Ihr besonderer Nutzen zeigt sich, wenn die Integration eines Bussystems auch eine gewerkeübergreifende Gebäude-Konzeption bedeutet. Hier geht es vorrangig um die intelligente Verknüpfung mit den Bereichen Sanitär-, Heizung- und Klimatechnik, Rolladen- und Jalousietechnik sowie Beleuchtungstechnik. Diese Entwicklung spiegelt sich auch im Ausstellungsspektrum der "Light + Building" wider. Die neue internationale Fachmesse für Licht und Elektrotechnik, Klimatechnik und Gebäudeautomation, die erstmals vom 19. bis 23. März dieses Jahres in Frankfurt am Main ihre Tore öffnet, trägt besonders dem immer wichtiger werdenden Verbundgedanken im Gebäude Rechnung. Bussysteme mit ihren vielfältigen Facetten werden einen wichtigen Platz auf dieser Leitmesse einnehmen und so einen Vergleich der einzelnen Angebote ermöglichen. Im Wettbewerb stehen Bussysteme, die ihre Ursprünge aus der Elektroinstallationstechnik generieren, wie EIB oder LCN, sowie solche, die aus dem Bereich Mess- und Regeltechnik kommen, beispielsweise LonWorks oder BacNet. Nachfolgend liegt der Schwerpunkt auf den erstgenannten Varianten.
EIB - Das Wort mit Anziehungskraft
Seinen Siegeszug hat der "European Installation Bus" (EIB) im Zweckbau begonnen, wo er eine wirtschaftliche Nutzung von Gebäuden über ihre gesamte Lebensdauer gewährleistet. Dies resultiert vor allem daraus, dass Bussysteme eine flexible Raumnutzung sowie Möglichkeiten zur Erweiterung oder Anpassung an zukünftige technische Entwicklungen garantieren. Lastmanagement und automatisches Schalten bzw. Steuern der Verbraucher lassen zusätzlich die Betriebskosten sinken. Hinzu kommt die einfache Verdrahtung mit nur einer Steuerleitung, wodurch sich als Nebeneffekt die Brandlast vermindert.
| Bild 1: Bussysteme, wie der EIB, präsentieren sich als maßgeschneidertes System mit vielen Funktionen (Foto: Deutsche EIBA). |
Als Kernaufgaben des EIB gelten Überwachen, Melden, Steuern, Schalten, Anzeigen und Protokollieren.
Mittlerweile scheint sich ein Durchbruch des EIB auch im privaten (gehobenen) Wohnungsbau anzubahnen. Die Erkenntnis, dass sich ein solches Bussystem lohnt, wenn die Anforderungen über das bloße Licht ein- und ausschalten hinausgehen, hat sich durchgesetzt. Die höhere Funktionalität (Bild 1), die sich durch die gewachsenen Ansprüche an Komfort, Sicherheit und auch Wirtschaftlichkeit ergibt, lässt sich mit einem Bussystem besser - teilweise sogar ausschließlich - realisieren und dann eventuell preisgünstiger als mit konventioneller Installationstechnik. Auf jeden Fall wird die Zukunft gleich mit installiert, d.h. es ist Flexibilität für zukünftige Nutzungsänderungen oder Erweiterungen gegeben. So besteht auch die Möglichkeit, mit einer EIB- "Grundausstattung" - einer zukunftssicheren Vorverkabelung mit einigen vorerst noch nicht benötigten Versorgungsleitungen und zusätzlichen Installationsdosen - zu beginnen und in den folgenden Jahren entsprechend des vorhandenen Budgets die gewünschten Funktionen und Geräte nachzurüsten. Geändert werden muss dann die Programmierung, was sich allerdings mit der Software ETS 2 (EIB Tool Software) problemlos darstelllt.
Da es sich beim EIB um ein firmenneutrales Bussystem handelt, ist die Kompatibilität von Komponenten, wie Sensoren und Aktoren, unterschiedlicher Hersteller gegeben. Die angebotenen Geräte, wie das Meldergruppenterminal von ABB Stotz-Kontakt GmbH, Heidelberg, als Basis für eine Alarmanlage oder die Wetterstation (Bild 2) von Albrecht Jung GmbH & Co. KG, Schalksmühle, bieten mittlerweile die Vielfalt, um ein durchgängiges EIB-Konzept für alle Gebäudefunktionen realisieren zu können. Eine Kombination mit einem regelungstechnisch basierten Bussystem ist zumindest bei eingeschränkt komplexen Anwendungen nicht mehr notwendig. Damit wird der European Installation Bus immer mehr zum "Allrounder".
| Bild 2: Die EIB-Wetterstation als Zentrale bekommt ihre Informationen von fünf Sensoren für Wind, Regen, Helligkeit, Dämmerung und Temperatur (Foto: Albrecht Jung). |
Nachträgliche Installation möglich
Der EIB eignet sich nicht nur für Neubauten, sondern auch für die Renovierung und Erweiterung bestehender Elektroinstallationen. Gerade für die Nachrüstung sind die Varianten EIB Powerline oder EIB-Funk entwickelt worden. Diese nutzen die Energieversorgungsleitung bzw. Funksignale zur Informationsübermittlung, sodass keine separaten Busleitungen verlegt werden müssen - ein Vorteil, der oft auch bei Glas- und Betonwänden gefragt ist.
Powerline setzt auf das SFSK-Verfahren (Spread Frequency Shift Keying). Dabei werden zwei getrennte Frequenzen von 105,6 kHz und 115,2 kHz übertragen. Ein gestörtes Signal kann durch die korrelative Mustervergleichstechnik und aufwendige Korrekturverfahren "repariert" werden. Nach einwandfreiem Verständnis des Telegramms wird vom Empfänger eine Quittierung an den Sender geschickt. Erst damit gilt der Sendevorgang als abgeschlossen. Ohne Antwort wird der Sendevorgang aus Sicherheitsgründen wiederholt. Jeder Sendevorgang dauert bei der Übertragungsrate von 1.200 bit/s etwa 130 ms. Das "normale" EIB-System bietet eine wesentlich höhere Übertragungsrate von 9.600 bit/s, sodass die Übertragungszeit nur 25 ms beträgt. Konventionelle Geräte lassen sich beispielsweise über Adapter von Busch-Jaeger Elektro GmbH, Lüdenscheid (Bild 3) in das EIB-Powerline-System integrieren.
| Bild 3: Der Busch-Powernet EIB-Zwischenstecker - als Schalt- und als Dimmaktor - eignet sich für Geräte bzw. Leuchten mit Schukostecker (Foto: Busch-Jaeger). |
Beim EIB-Funk werden einer Trägerschwingung die zu übertragenden Informationen aufmoduliert, und zwar als Amplitude, Frequenz oder Phase. Der modulierte Träger wird zum Empfänger geschickt, der das Signal demoduliert, d.h. daraus die Information wiedergewinnt. Damit sich die verschiedenen EIB-Funk-Systeme nicht gegenseitig beeinflussen, ist die Information mit einer eindeutigen Systemkennung versehen. Die Kommunikation läuft im speziell für den Kurzstreckenfunk reservierten Frequenzbereich 868 MHz bis 870 MHz ab, was eine störungsfreie Übertragung gewährleisten soll. Dabei ist die Funk-Version voll kompatibel zu bestehenden EIB-Systemen. Seit Anfang dieses Jahres gibt es die ersten batterie- oder netzversorgten Funk-EIB-Geräte, beispielsweise von Gira Giersiepen GmbH & Co. KG, Radevormwald, (Bild 4) oder Merten GmbH & Co. KG, Gummersbach, (Bild 5).
| Bild 4: Der batteriebetriebene Wandsender für das Funk-EIB-System lässt sich überall installieren (Foto: Gira). |
Der Wettbewerb wächst
Aber da, wo Erfolg vorprogrammiert ist, wächst auch der Wettbewerb. Mittlerweile streiten neben dem EIB weitere Bussysteme wie LCN, PHC, Z-Bus, Nikobus, Vaitronic oder Toplon, um die Gunst der Anwender. Teilweise werden andere Schwerpunkte gesetzt, teilweise eignen sich die Systeme nur für kleinere Aufgabenstellungen - also Ein- oder Zweifamilienhäuser und kleinere Gewerbebetriebe.
| Bild 5: Die netz- oder batterieversorgten Funk-EIB-Geräte vereinfachen die Integration der Gebäudesystemtechnik in bestehende Installationen (Foto: Merten). |
Vier Adern reichen
Das "Local Control Network" (LCN) von Issendorff Mikroelektronik GmbH, Sarstedt, verträgt sich gut mit der konventionellen Elektroinstallation. Die Schalter werden durch LCN-Module (Bild 6) ersetzt, die über eine zusätzliche Ader und den Neutralleiter der gewöhnlichen Installationsleitung die Informationen austauschen. Dieses Bussystem mit Multi-Master-Charakter kommt ohne Zentrale aus, da in allen Modulen Sensorik, Aktorik, mehrere Zeitgeber und Verknüpfungen sowie eine Zählfunktion integriert sind. Damit lassen sich automatische Steuerungen vor Ort realisieren. Schon zwei Module funktionieren als Bussystem, das bis auf 30.000 Module ausgebaut werden kann. Maximal 250 Module werden über drei Anschlüsse - also Phase, Neutralleiter und Datenader - miteinander verbunden und bilden ein Segment, sodass bis zu mittleren Objektgrößen die untere Busebene nicht verlassen werden muss. Bei großen Gebäudekomplexen lassen sich bis zu 120 Segmente koppeln.
Im LCN-System werden durchschnittlich etwa 100 Telegramme je Sekunde übertragen, im darüber angeordneten Segment-Bus zwischen 1.000 und 10.000 Telegramme. Damit ergibt sich eine Datenübertragungsrate von 9.600 bit/s bzw. 300 kbit/s bis 3.000 kbit/s.
| Bild 6: Unterchiedliche Module, wie das DSI-Modul zur Ansteuerung digitaler elektronischer Vorschaltgeräte, beweisen die Vielseitigkeit einer LCN-Installation (Foto: Issendorff Mikroelektronik). |
Auch der Z-Bus von Zimmermann Bustechnologie, Tuttlingen, nutzt eine vieradrige Leitung - Phase L, Neutralleiter N, Schutzleiter PE und die Busader -, um gleichzeitig Informationsübertragung und Versorgung sicherzustellen. Dabei können die handelsüblichen Installationsmittel, wie Schalter, Leitungen oder Verteilerdosen, weiter verwendet werden (Bild 7). Hinzu kommen lediglich Sender und Empfänger, die einfach vor dem Schalter oder Verbraucher, z.B. Leuchte oder Rolladen, geschaltet werden. Dies reicht für den Busbetrieb. Eingesetzt werden können beliebige Sensoren, wie Thermostate, Windwächter, Bewegungsmelder oder Wasserstandsmelder, sowie Aktoren, beispielsweise Rolladenmotoren oder Heizungsventilsteuerungen. Alle Komponenten sind mechanisch so gestaltet, dass sie direkt beim Schalter oder am Verbraucher in üblichen Wand- oder Deckendosen integriert werden können.
| Bild 7: Der Z-Bus zeichnet sich gegenüber einer konventionellen Verdrahtung durch einfachste Leitungsführung aus (Foto: Zimmermann Bustechnologie). |
Das Einfamilienhaus im Visier
Für kleinere Domotik-Anwendungen, wie in Ein- und Zweifamilienhäusern oder kleinen Gewerbebetrieben, ist der Nikobus von Conite N.V. Niko Produkte, Bergisch-Gladbach, konzipiert. Herzstück der Version 2.0 ist ein intelligentes Schaltmodul, das die Verbraucher direkt ansteuert und mit dem zentrale oder dezentrale Strukturen aufgebaut werden können. Mit diesem Modul werden über eine zweiadrige Busleitung bis zu 256 Sensoren verbunden. Für vielfältige Funktionalität sorgen weitere Komponenten, wie externe 230-V-Eingänge, Rolladenmodule oder Dimmcontroller. Den eingesetzten Tastern können eine oder mehrere Funktionen - ohne kompliziertes Programmieren - zugeordnet werden. Änderungen lässt die Busstruktur problemlos zu.
Die Alternative auf SPS-Basis
"Peha House Control" (PHC) von Paul Hochköpper GmbH & Co. KG, Lüdenscheid, präsentiert sich als Alternative zu herkömmlichen Bussystemen. Die Variante einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ist speziell für die Bedürfnisse der Gebäudeinstallationstechnik modifiziert worden. Die 24-V-Ein- und Ausgangsmodule, die über eine sechspolige Busleitung kommunizieren, werden in den Verteilungen platziert. Die Steuereinheit verwaltet die Verknüpfungen der Ein- und Ausgänge. Für dezentrale Lösungen gibt es zusätzlich Steuerelemente als Unterputzmodule (Bild 8).
| Bild 8: Das PHC-Steuerelement als Unterputzmodul (Foto: Paul Hochköpper). |
Die Leitungen der zu steuernden Verbraucher, wie Leuchten, Jalousien oder geschaltete Steckdosen, werden in die jeweilige Unterverteilung gezogen. Ansteuern lassen sich die Verbraucher z.B. über Ausgangs-, Jalousie- und Dimmermodule. Als Sensoren zum Schalten gibt es Einfach-, Vierfach- oder Serientaster sowie speziell entwickelte Präsenzmelder, Dämmerungs- und Sonnensensoren - jeweils für 24 V. Das 24-V-Eingangsmodul wertet aber auch andere Sensoren mit potentialfreiem 24-V-Schließer- oder Öffnerkontakt aus. 230-V-Signale externer Sensoren werden im 230-V-Eingangsmodul verarbeitet. Maximal vier Steuereinheiten, an denen jeweils bis zu 64 Module betrieben werden können, lassen sich vernetzen. Die Kommunikation auf dem bis zu 1.000 m langen PHC-Bus erreicht eine Übertragungsgeschwindigkeit von 19.200 bit/s.
Das Haus-Komfort-System
Keine direkte Konkurrenz zu den Bussystemen, aber einen Ansatz für mehr Komfort, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit stellt Vaitronic von Joh. Vaillant GmbH u. Co., Remscheid, dar. Dieses System setzt auf Signalübertragung per Funk und eignet sich daher besonders für die Umwandlung von elektrischen "Inseln", wie einzeln geschalteten Rolläden oder Leuchten, zur Systemlösung. Für deren Ansteuerung werden entsprechende Module in die Abzweigdosen integriert. Das Zentralgerät (Bild 9), von dem aus sich die unterschiedlichen Funktionen abrufen lassen, findet überall seinen Platz. Bis zu 16 Heizkörper sowie maximal 32 Lichtquellen oder Jalousien bzw. Rolläden lassen sich ansteuern. Mit den Programmierungsmöglichkeiten lässt sich schon eine Anwesenheitssimulation realisieren. Vaitronic kann auch nachträglich eingebaut werden, da aufgrund der per Funk übertragenen Befehle keine Leitungen zu verlegen sind.
| Bild 9: Das Zentralgerät des Haus-Komfort-Systems findet überall seinen Platz (Foto: Joh. Vaillant). |
Vereinfachung für andere Zielgruppen
Als Bus für Spezialisten in der Gebäudeautomation ist LonWorks bekannt. Mit Toplon präsentiert Wago Kontakttechnik GmbH, Minden, diesen Bus auch als interessante Lösung für handwerkliche Betriebe. Die Software, die als Schnittstelle zwischen Anwender und Lonworks dient, ist so einfach zu bedienen wie ein gewöhnliches Windows-Programm. Die intelligente Hardware in der Unterverteilung erlaubt, konventionelle Installationstechnik einzusetzen. Ein Toplon-Busankoppler verwaltet bis zu 48 Ein- und Ausgänge. Dabei können in einem Knoten digitale und analoge Funktionen gemischt werden, um so alle im Gebäude notwendigen Geräte anzusteuern (Bild 10). Auch spätere Erweiterungen lassen sich ohne Eingriff in die bestehende Verdrahtung realisieren.
| Bild 10: Toplon für die komfortable Gebäudeautomation mit LonWorks (Foto: Wago Kontakttechnik). |
Fazit
Komfort, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit bei der Elektroinstallation lassen sich mit Bussystemen wesentlich erhöhen. Allerdings ist mit dem vielfältigen Angebot auch die Qual der Wahl verbunden. Dem anwendungsspezifisch richtigen Weg sind Vergleich und Entscheidung vorangestellt.
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