Große Schlagworte wie Industrie 4.0 und IoT (Internet of Things) prägen die Entwicklung und die Herausforderungen auch in der Automation. Beide Themen sind nur über einen höheren Grad an Automation umzusetzen. Die allumfassende Vernetzung ist die Grundidee hinter diesen Schlagworten, um dadurch eine höhere Effizienz zu erreichen. Und Effizienz ist gleichbedeutend mit dem ganz großen Thema der Energieeinsparungen und damit letztlich Kosteneinsparung. Dabei kommt der Elektronik ein ganz entscheidender Teil zur Lösung dieser Aufgaben zu. Sind Industrie 4.0 und IoT im Moment noch große Ideen, bis zu deren konkreten Umsetzung noch ein langer Weg zu gehen ist, gibt es in Teilbereichen bereits konkrete Vorschriften und Lösungsansätze. Dazu zählen unter anderem die ISO 50001 (kontinuierliche Verbesserung der energiebezogenen Leistung) und EN15232 (Energieeffizienz bei Gebäuden).
CO2-Ausstoß verringern
Die grundlegende Idee des IoT ist das Wissen, was, wann und wo passiert, um notwendige Maßnahmen zu ergreifen. Dies gilt insbesondere auch bei der ISO 50001. Nur wenn man weiß, wo Energie verbraucht wird, kann man entsprechende Maßnahmen zur Energieeinsparung ergreifen. Und höhere Energieeffizienz heißt Energiekosten sparen. Darüber hinaus ist der Zweck, das von der Bundesregierung vorgegebene Ziel, die drastische Verringerung des CO2-Ausstoßes bis 2020, zu erreichen. Reiner Idealismus wird hier nicht viel bewirken. Das Ziel der ISO 50001 sind Energiemanagementsysteme in Unternehmen, mit deren Hilfe der Energieverbrauch kontinuierlich optimiert werden kann. Noch ist die Umsetzung der ISO 50001 nicht zwingend vorgeschrieben, über finanzielle Anreize versucht die Bundesregierung jedoch die Einführung zu beschleunigen. Indem Firmen ihre Energiekosten senken, erhöhen sie ihre Wirtschaftlichkeit und verbessern so unter anderem ihre Wettbewerbsposition. Zusätzlich schafft die ISO-Norm ein höheres Bewusstsein bei den Mitarbeitern, alle Potentiale auszuschöpfen und einen persönlichen Beitrag zur Energieeinsparung zu leisten. Die Umsetzung erfolgt im ersten Schritt über ein entsprechendes permanentes Energiemonitoring, um im zweiten Schritt gezielte Maßnahmen zu ergreifen. Es gilt, Energiefresser zu erkennen und unter Umständen durch energieeffizientere Geräte zu ersetzen. Eine Lösung am Markt ist der Energymanager von TQ-Systems in Kombination mit der Sys.Tec-Software.
Viel weiter geht die EN15232. Diese gilt unter anderem für Büro- und Bankgebäude, Hotels, Restaurants, Industrie- und Werkshallen, Schulen, Universitäten, Flughäfen, Bahnhöfe und Sportstätten. Die Gebäude müssen vorgegebene Energie-Effizienzklassen, ähnlich wie von Haushaltsgeräten heute schon bekannt, erreichen. Wie bereits beschrieben, ist das Ziel der Bundesregierung, bis zum Jahr 2020 den CO2-Ausstoß um 20 Prozent zu reduzieren. Wenn man weiß, dass 40 Prozent der weltweit erzeugten Energie in Gebäuden verbraucht wird, wird schnell deutlich, welche Bedeutung die moderne Gebäudeautomation hat. Wenn es gelingen würde, durch gezielte Maßnahmen den Energieverbrauch bei Gebäuden zu halbieren, wäre das Ziel der Bundesregierung bereits erreicht. In einem Lebenszyklus eines Gebäudes macht der Energieverbrauch etwa 40 Prozent der Gesamtkosten aus. Das macht deutlich, dass Energieeinsparung unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten absolut Sinn macht.
Zusätzlich hat sich die Nutzung von Gebäuden heute stark verändert und erfordert ein variables Konzept, das zum Beispiel Änderungen der Räume durch Verschieben von Wänden (geänderte Raumaufteilung), Mieterwechsel oder neue Nutzungskonzepte für das Flächen-Raumachsenkonzept ermöglicht und unterstützt. Auch die Lebensverlängerung von Gebäuden durch Modernisierung oder Revitalisierung wird einfacher mit einer modernen Gebäudeautomatisierung. Das alles setzt eine hohe Flexibilität der Steuerung voraus. Und ein weiteres Feld wird in professionell genutzten Gebäuden immer wichtiger: Es gilt, ein optimales Umfeld für die Mitarbeiter zu schaffen. Eine moderne Gebäudeautomatisierung muss also viele Bedingungen erfüllen und auf jeden Fall für die Zukunft gerüstet sein.
Ein breites Aufgabenfeld
Dabei sollen alle Gewerke durch die moderne Automatisierung eingebunden sein. Neben den klassischen Feldern wie Heizen und Kühlen, Air Conditioning, Beleuchtung und Sonnenschutz/Beschattung zählen zu den Aufgaben einer zukünftigen Automatisierungslösung auch die Brandmeldetechnik, Entrauchung, Zutrittskontrolle, Videotechnik und Intrusionsschutz.
Es wird also schnell deutlich, dass in naher Zukunft viel mehr Elektronik bei der Automatisierung im Gebäude notwendig sein wird. Reicht heute ein einfacher Taster, um zum Beispiel die Beschattung zu steuern, wird in Zukunft diese Funktion über die Steuerung automatisch nach Ereignissen und Vorgaben erfolgen. Auch hier gilt, wenn man weiß, was wo, wann und wie passiert, kann man entsprechende Regelkreise einführen und damit Energieeffizienz schaffen. So soll die Beschattung eines Raumes automatisch nach Sonneneinstrahlung erfolgen. Sinn und Zweck ist, das Aufheizen der Räume zu verhindern, aber gleichzeitig für ausreichend Lichteinfall zu sorgen. Ist keine Person im Raum, warum muss dann die Beleuchtung an sein? Auch hier hilft die Steuerung, das Licht optimal zu regeln und damit weitere Energie zu sparen. Diese Liste an automatisierten Funktionen lässt sich beliebig fortsetzen.
Anders als in der klassischen Automation muss die Gebäudeautomatisierung aber auch noch hoch flexibel sein, um den geänderten Anforderungen im Gebäude, wie Raumänderungen oder Funktionswechsel gerecht zu werden. Zudem ist der Bediener in aller Regel ein Elektroinstallateur oder das Facility Management. Das System sollte also nicht überkomplex zu installieren und zu bedienen sein. Zusätzlich muss die Integration in eine Gesamtsteuerung möglich sein, das heißt, die Durchgängigkeit der Daten muss gewährleistet sein. Damit kommt der Software eine wesentliche Bedeutung zu.
Vielfältige Standards und Lösungen
Heute sind in der Gebäudeautomatisierung eine ganze Reihe von Standards und Lösungen zu finden. Jeder dieser Standards oder jedes System hat dabei spezifische Vorteile. Gemeinsames Ziel aller Systeme ist die automatische Steuerung von allen Gewerken nach Vorgaben oder Ereignissen, wie beispielsweise Sonnenschein, Wind, Personen im Raum und so weiter, um durch die intelligente Steuerung effizient Energie zu sparen, dabei aber gleichzeitig den Komfort zu erhöhen. Die meisten Systeme sind Anfang des neuen Jahrtausends entstanden und bis heute konnte sich kein Standard allein durchsetzen. Der Leidtragende ist der Systemintegrator, muss er doch mit dieser Fülle von Lösungen eine optimale Lösung für das Gebäude finden.
Gebäudeautomatisierung vereinfachen
Einen neuen Weg gehen hier TQ-Systems, einer der führenden Elektronikdienstleister und nxtControl, der Software-Spezialist im Bereich Automatisierungstechnik mit der Produktmarke B-Control. Mit dem Slogan „Building Automation – Simply Done“ wird Gebäudeautomatisierung ganz einfach. Der Ansatz ist dabei, die Komplexität der Anwendung in die Hardware und Software zu integrieren und damit das System beherrschbar zu machen.
Die Frage war, wie kann man eine Gebäudeautomatisierungslösung mit unterschiedlichsten Standards, Protokollen, Signalpegeln und Schnittstellen realisieren. Ganz einfach, packe alles in ein Gehäuse und fertig ist die Lösung, zumindest auf der Hardwareseite. Und genau hier setzt B-Control an. Die Lösung hat alle relevanten Schnittstellen für höchste Energieeffizienz und ermöglicht die Vernetzung von Licht, HKL, Verschattung und vielem mehr. Bereits integrierte Gateways wie DALI und KNX ermöglichen die Integration von existierenden Technologien. Zusätzlich sind SMI, EnOcean (über RS485), Ethernet Port mit EtherCat, KNX IP, ModBus Master/Slave, in Zukunft BacNet, digital beziehungsweise universal I/O, RS485 und RS232 integriert. B-Control ist aber kein neuer Standard, sondern verbindet die vorhandenen Standards auf einfache Weise, alles in einem System.
Doch die ganze Hardware funktioniert ohne Software nicht. B-Control ist die Kombination aus Hardware und optimal auf die Hardware abgestimmter Software. Die Objektorientierte Programmierung nach IEC 61499 ermöglicht eine sehr einfache Projektierung, ganz simpel per Drag&Drop verdrahten, verteilen, speichern und fertig.
Die mitgelieferten Bibliotheken mit realen Geräten als Softwareobjekte erleichtern die Arbeit erheblich und machen ein Projekt sehr übersichtlich und anschaulich. Die Komplexität einer Gebäudeautomatisierungslösung wird bei der Planung durch das Single-Line-Engineering für viele Planer beherrschbar. Die Komplexität steckt in der Software und den Bibliotheken und muss nicht mehr vom Planer umgesetzt werden.
Die Visualisierung ist integraler Bestandteil der Software. Das System ermöglicht eine durchgängige Lösung vom Aktor/Sensor bis zum Leitsystem, und das wenn nötig auch ohne zusätzlichen Server, als dezentrale autarke Steuerungseinheit. Eine komplette Projektdokumentation wird automatisch aus dem System erstellt. Damit ist eine Anlagenprojektierung mit Steuerung, Feldanbindung, Visualisierung und Dokumentation mit nur einem Tool möglich.
TQ-Systems zeigt damit, gemeinsam mit seinem Partner nxtControl, dass mehr Elektronik, gepaart mit der richtigen Software, Automatisierung in Zukunft wesentlich einfacher gestalten kann. IoT heute schon gelebt – stehen doch alle Daten, dank der Systemtransparenz auch theoretisch im Internet zur Verfügung. Doch hier wird schnell klar, dass Daten- und Systemsicherheit in Zukunft eine ganz andere Bedeutung erhält. Es will schließlich keiner, dass eine x-beliebige Person Zugriff auf das System hat und unter Umständen das Licht ausschaltet. Aber auch hier bietet B-Control schon Lösungsansätze.
