Kommunikation zwischen Feldbus und IP-Welt
Schulterschluss im Gebäude
Die Kommunikation in der Gebäudeautomation basiert heutzutage unter anderem auf den weit verbreiteten Feldbus-Protokollen Modbus und BACnet. Mit den richtigen Geräten zur „Übersetzung“ ist die Einbindung in die IP-basierende Automation unproblematisch. Für die Anbindung der Sensorik und Aktorik an die IP-Welt ist es oft ausreichend, die Datenpunkte der Feldebene mit einfacheren und kostengünstigeren Lösungen als Controllern oder Steuerungen zu verbinden – vor allem an den Stellen, wo die Daten nur zur reinen Visualisierung nötig sind oder die Controller über den „IP-Weg“ an ihre Daten gelangen.
Im Rahmen der Digitalisierung und der ständigen Zunahme des Automationsgrads sind IP-basierende Techniken in der Gebäudeautomation unverzichtbar. Im Vergleich zur Industrie 4.0 und im Hinblick auf das Smart Building geht die Umsetzung zwar noch verhältnismäßig langsam, aber unaufhaltsam voran. IP-Konzepte sind integrativ. Sie reduzieren hardwarebasierende Infrastrukturen und somit die Anzahl der Schnittstellen zwischen IT und Gebäudetechnik. Zudem sind dann auch IP-basierende Sicherheitsmechanismen für das Gebäude nutzbar.
Feldbus-Komponenten verschiedener Hersteller
Um Infrastrukturanlagen in großen und auch kleinen Gebäuden sicher und kostengünstig betreiben zu können, ist es unumgänglich, dass die wichtigsten betriebstechnischen Funktionen wie Anlagenüberwachung, Klimatisierung, Belüftung und Beleuchtung automatisiert ablaufen. In Zweckbauten, die auch aus mehreren vernetzten Gebäuden bestehen können, kommen dafür in jedem Gebäude zahlreiche Sensoren und Aktoren zum Einsatz, die neben Komforteinstellungen auch auf die Sicherheit ausgerichtete Funktionen bieten. Zudem sorgen sie für mehr Energieeffizienz und Nutzerfreundlichkeit.
Das Erfassen und Steuern von digitalen und analogen Signalen, zum Beispiel von Endlagenschaltern oder Positionen von Stellgliedern wie Lüftungsklappen, gehört zu den wichtigen Aufgaben in der Gebäudeautomation. Mit den Signalen lassen sich Anlagen, Gebäude und Infrastrukturen steuern und regeln. Dafür dienen häufig BACnet- oder Modbus-Feldbuskomponenten, die in das IP-Netzwerk einzubinden sind. Auch im C|Logline-Sortiment von Metz Connect findet der Anwender viele intelligente System- und Schaltschrankkomponenten für die Gebäudeautomation – und darüber hinaus Lösungen, um die Feldbuskomponenten in ein IP-Netzwerk zu integrieren.
Module für HLK-Anwendungen
Viele der üblichen Feldbuskomponenten befinden sich nicht nur im Schaltschrank, sondern sind im IP65-geschützten Gehäuse relativ nah am Sensor und Aktor angebracht. Ein typisches Beispiel ist das MR-DIO4/2, ein dezentrales Modbus-Mischmodul mit vier digitalen Eingängen und zwei Relaisausgängen, das speziell für dezentrale Schaltaufgaben entwickelt wurde. Es kann Jalousien oder motorbetriebene Brandschutzklappen steuern, die Signale des Lichtschalters oder der Fensterkontakte erfassen oder Lichtbänder schalten. Ein Beispiel aus dem Bereich Heizung-Lüftung-Klima ist das analoge Modbus-RTU-Eingangsmodul MR-AI8. Es eignet sich für die Erfassung von Temperatursensoren, Widerständen und Spannungen von 0 V bis 10 V.
In der Automation hat sich das Modbus-Protokoll zu einem De-facto-Standard in der Industrie- und Anlagentechnik entwickelt, der aufgrund seiner Einfachheit und Stabilität breiten Zuspruch erhalten hat und deshalb auch gerne in der Gebäudeautomation zum Einsatz kommt. Ein anderer weit verbreiteter Standard ist das speziell für die Gebäudeautomation konzipierte BACnet-Netzwerkprotokoll. Es gibt viele Module im Markt, die auf Basis dieser beiden Standards arbeiten. Die beiden Bussysteme ermöglichen seit vielen Jahren eine einfachere Planung und Installation der Gebäudefunktionen sowie eine hohe Flexibilität bei der Nutzung der Gebäude-infrastruktur.
Die Herausforderung für den Planer und Elektroinstallateur ist es nun, diese Feldbusmodule auf „intelligente“ Weise in ein IP-Netzwerk zu integrieren – gleichgültig ob Modbus oder BACnet und unabhängig vom Hersteller. Die Einbindung soll bei überschaubaren Kosten stets einfach und die Konfiguration für den Elektriker unproblematisch sein.
Einbindung mit Controller inklusive Steuerungsaufgaben
Bislang war es üblich, dass ein oder mehrere Controller für die IP-Anbindung der Feldbusmodule diente, darunter beispielsweise der EWIO2. Dieser Linux-basierende Ethernet-I/O Controller kann digitale und analoge Signale aus der Sensor- und Aktor-Ebene mit einem IP-Netzwerk (TCP/IP, BACnet/IP und Modbus TCP) verbinden. Zwei Ethernet-Ports mit Daisy-Chain-Funktion übernehmen die Anbindung an das LAN. Die Parametrierung, Konfiguration und Inbetriebnahme des Systems erfolgen über einen plattformunabhängigen Web-Browser.
Eine übergeordnete Steuerung (die heute in vielen Fällen auch Cloud-basierend sein kann), wertet die Signale der Sensoren aus und steuert die Aktoren über das Netzwerk und den Controller. Einfache Steuerungsaufgaben sind bereits mit den Funktionen realisierbar, die im Web-Server integriert sind. Aufwendige Anwendungen sind mit übergeordneten BACnet- und Modbus-Steuerungen oder mit einer integrierten Python- Entwicklungsumgebung zu lösen.
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