Automatisierte Gebäudemanagementsysteme lösen nach und nach die klassische Elektroinstallation ab. Die Installationskosten von einer herkömmlichen hin zur smarten Elektroinstallation wurden in der Vergangenheit immer kleiner. Wenn beispielsweise verschiedene Gewerke in der Haustechnik miteinander kombiniert werden und dadurch Individual-Sensorik sowie -Steuerungen entfallen, können Kostenvorteile bei der Installation entstehen. Selbst bei höheren Initialkosten für ein automatisiertes System amortisiert sich dieses durch seinen Vorsprung in der Funktionalität relativ schnell. Denn durch das integrierte Überwachen und Steuern der technischen Gebäudeausstattung über vernetzte Sensoren und Aktoren verringern sich der Energiebedarf und somit die Unterhaltskosten deutlich. Zudem übernimmt das System alle nötigen Vorgänge anhand von voreingestellten Parametern völlig eigenständig und trägt zu einer deutlichen Komfortsteigerung bei.
Kaum ein Bus-System wird durch so viele Hersteller unterstützt wie der KNX-Bus oder, wie er ursprünglich hieß, der Europäische Installationsbus (EIB). Neben dem 230-V-Netz für die Stromversorgung der Teilnehmer benötigt auch der Bus selbst eine Spannungsversorgung von 24-V-Nennspannung. Diese wird beim KNX TP (twisted pair) zusammen mit den Datensignalen auf einer zweiadrigen Leitung geführt. Je nach Hersteller speisen die dazu erforderlichen Netzteile mit 28 bis 31 V etwas mehr als die Nennspannung ein und liefern somit einen Puffer, beispielsweise für Leitungs- oder sonstige Verluste. Bis zu einer minimalen Spannung von 21 V arbeiten die Busankoppler einwandfrei. Im Ruhezustand des Busses, welcher einer logischen 1 entspricht, steht die Versorgungsspannung des Netzteils an. Die logische 0 wird durch eine Wechselspannung erzeugt. Zum Senden der 0 wird die Spannung vom sendenden KNX-Teilnehmer kurz um etwa 5 V herabgesetzt. Die Folge ist ein unmittelbarer Ausgleichsimpuls durch eine im Netzteil integrierte Längsdrossel. Nur durch diese Wechselspannung ist die Information am Empfänger verwertbar. Datenverluste bei Kollisionen sind durch das Zugriffsverfahren CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) ausgeschlossen. Die Standardisierung des KNX listen die Normen DIN EN 50090, EN13321-1 beziehungsweise -2 und ISO/IEC 14543-3.
Vorteile eines KNX-Systems
Ein System zur Steuerung der technischen Ausstattung von Wohn- und Geschäftsgebäuden war in der Vergangenheit hinsichtlich der elek-
trischen Verkabelung ziemlich kompliziert. Da jedes Gerät seine eigenen physischen Steuerkabel- und Komponenten benötigte, erforderte die Installation einen großen Aufwand bei der Planung und Installation und wies in der Nutzungsphase große Wartungsschwierigkeiten auf. Die hohe Anzahl an Kabeln stellte außerdem eine Brandlast dar. Daher wurde eine neue und zugleich herstelleroffene Installationsform zur Kommunikation zwischen beliebigen Steuerungen, Sensoren und Aktoren entwickelt – das KNX-System. Als Basisinstallation KNX TP erfordert dieses lediglich einen gerouteten zweidrahtigen Installationsbus, der die Signale als digitalisierte Messwerte und Steuerbefehle im Telegrammstil zwischen Vorrichtungen überträgt. Dadurch verringert das System den Aufwand von elektrischen Verkabelungen innerhalb des Gebäudes, weist eine geringere Brandlast auf und benötigt weniger Wartung.
Stromversorgung für den KNX-Bus
Ein automatisiertes Gebäudemanagementsystem kann sehr einfach ausfallen und nur wenige angeschlossene Teilnehmer aufweisen. Entwickelt wurde KNX jedoch, um auch hoch integrierte Systeme mit mehreren Tausend Teilnehmern, zum Beispiel in einem Gebäudekomplex, auf möglichst einfache Weise realisieren und abzubilden zu können. In beiden Fällen sind spezielle Netzteile zur Stromversorgung des Bus-Systems notwendig, die sich nicht durch herkömmliche Netzteile ersetzen lassen. Das erste Beispiel stellt die kleinstmögliche Anwendung mit nur einem Wandschalter und einem Aktor anhand einer Rolladensteuerung dar, welche mit einem 30-V-Standardnetzteil versorgt wird. Betätigt der Nutzer in diesem Fall den Schalter, um den elektrischen Rollladen zu steuern, zeigt sich, dass dieses System so nicht funktioniert. Der Schalter kann zwar das Signal, den sogenannten aktiven Impuls, zum Bus übertragen, jedoch ist der Aktor nicht in der Lage, diesen zu verarbeiten oder darauf zu antworten, da das Signal kein vollständiges und geeignetes KNX-Signal ist.
Im zweiten Beispiel wird dem System eine KNX-Stromversorgung mit integrierter Drossel hinzugefügt. Überträgt der Schalter nun das aktive Impulssignal, reagiert die Drossel aufgrund der Spulenwirkung unmittelbar mit einem Ausgleichsimpuls. Der aktive und ausgleichende Impuls wird dann kombiniert, um ein korrektes Signal zu erzeugen. Innerhalb von 104 µsec sollte die kombinierte Wellenform beendet sein. Es folgt eine weitere kombinierte Wellenform für 0 oder keine Wellenform während der nächsten 104 µsec.
Eine solche sequenzielle Nummerierung von 0 und 1 stellt den eigentlichen Befehl vom Schalter zum Zielaktor des Rollladensystems dar. In der Folge arbeitet dieses einfache Beispielsystem ordnungsgemäß. Eine Stromversorgung mit integrierter Drossel ist daher unverzichtbar, um einen normalen Betrieb des Bus-Systems zu gewährleisten.
Alle anderen Teilnehmer, wie eine Beleuchtung, HLKK-Anlage oder Alarmanlage, arbeiten am gemeinsamen Bus nach dem gleichen Übertragungsprinzip und ermöglichen so maximale Flexibilität. Jeder KNX-Teilnehmer benötigt maximal 10 mA aus der Stromversorgung, um ein Signal übertragen oder empfangen zu können. Für den Fall, dass die Stromversorgung mit 640 mA bemessen ist, ergibt sich eine maximal erlaubte Anzahl von 64 Teilnehmern.
Eine Frage der Größe
Im Allgemeinen sind alle KNX-Teilnehmer einschließlich der Steuerung der Aktoren in einem Schaltschrank innerhalb eines Gebäudes installiert. Die Abmessungen der KNX-Produkte sollten nach DIN 43880 ausgelegt sein, um eine einheitliche Installation sicherzustellen. Die Breite dieser Produkte ist durch eine oder mehrere Standardeinheiten festgelegt, wobei jede einzelne Standardeinheit laut Definition nicht breiter als 18 mm sein sollte. Eine Hauptstromversorgung mit 640 mA besitzt eine Breite von vier Standardeinheiten oder mehr.
Mit dem KNX-20E hat Mean Well, Mitglied der KNX-Association, nun ein Produkt im schlankeren Design von nur drei Standardeinheiten (52,2 mm) auf den Markt gebracht. Dieses bietet Platz für die Installation von weiteren Komponenten in einem begrenzten Raum innerhalb des Schaltschranks. Neben der Spannungsversorgung mit integrierter Längsdrossel für den Bus besitzt das KNX-20E auch einen 30-V-Ausgang ohne Drossel, welcher sich zum Beispiel zur Versorgung einer weiteren Linie oder als Hilfsspannung für andere Komponenten nutzen lässt. Ermittelt nach MIL-HDBK-217F, ergibt sich für das Netzteil eine mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen von mehr als 100.000 Stunden. Bei hohen Umgebungstemperaturen von 50 °C gibt der Hersteller eine zu erwartende Betriebsdauer von mehr als 30.000 Stunden an. Als ergänzendes KNX-Produkt bietet Mean Well mit dem
KDA-64 auch ein KNX-Dali-Interface an. Damit lassen sich die weit verbreiteten Dali LED-Schaltnetzteile sehr einfach in eine KNX-Gebäudeautomatisierung integrieren. Bei spezifischen Fragen zum KNX-System berät das technische Vertriebsteam von Schukat, einem der größten europäischen Mean-Well-
Distributoren.
