Lösungen Gebäudeautomation (Juli 2017)

Unser Aufgabenautor Pascal Canova liefert sein neues Praxishandbuch Starkstrominstallationen ab Mai 2017 aus. Gerne weisen wir an dieser Stelle darauf hin:

Aufgabe 1

  • SmartGride, das intelligente Stromnetz wird dazu beitragen, dass Produktion, Speicherung und Verbrauch besser geregelt werden kann. Mit einer intelligenten Hausinstallation wird der Veränderung des Energienetzes Rechnung getragen und ich als Energiebezüger werde von den zukünftigen dynamischen Veränderungen profitieren.
  • Durch die zusätzliche Vernetzung von HLKS mit der Elektroinstallation lässt sich Energie sparen, was im Sinne von Minergie und Nachhaltigkeit ist.
  • Szenenschaltung, Mitbenutzung von Tablets und Smartphones usw. erhöhen den Wohnkomfort.
  • Anwesenheitssimulationen, Brand-, Intrusions- und Videoüberwachungen etc. erhöhen den Anlageschutz und das Sicherheitsgefühl.
  • Eine Gebäudeautomation erhöht den Immobilienwert.
  • Mietwohnungen mit einer Gebäudeautomation lassen sich besser an die heranwachsende Generation vermieten. 

Aufgabe 2

Alle Teilnehmer sind teils mehrmals miteinander verbunden. Die Daten können beliebig im System verteilt werden. Die Routingverfahren stellen die Übermittlung sicher. Bei Ausfall von Leitungen oder Teilnehmern bleibt das System weiterhin funktionsfähig. Es ist sehr sicher und leistungsfähig.  

 

Aufgabe 3  

  • Linienstruktur: Jeder Busteilnehmer wird zum nächsten in Form einer Linie miteinander verbunden.
  • Busstruktur: Die Busteilnehmer werden über Stichleitungen an die Buslinie angeschlossen.
  • Baumstruktur: Erhält man durch Ergänzen der Busstruktur, indem man an die Stichleitungen weitere Stichleitungen anschliesst.
  • Sternstruktur: Jeder Busteilnehmer wird über eine separate Leitung erschlossen. Jede Leitung beginnt dabei am selben Punkt („Sternpunkt“).
  • Ringstruktur: Busleitungsanfang und -ende sind miteinander verbunden (Achtung: bei vielen Bussystemen nicht erlaubt).
  • Vermaschte- und vollvermaschte Netzstruktur ® siehe Aufgabe 2. 

Aufgabe 4  

24V Gleichspannung (SELV) 

Aufgabe 5  

Bei der Raumautomation geht es darum, in geschlossenen Räumen durch eine Vernetzung der verschiedenen Gewerke für ein gesundes, angenehmes Wohlbefinden zu sorgen, was sich u.a. positiv auf die Arbeitsproduktivität auswirkt. Dabei geht es z.B. um ausreichende Helligkeit, Vermeiden von Blendung, angenehme Raumtemperatur, gute Luftqualität usw.

Zusammenfassend: Ein behagliches Klima bei optimiertem Einsatz von Ressourcen. 

Aufgabe 6  

Facility – Management bezeichnet die Verwaltung und Bewirtschaftung von Gebäuden, Anlagen und Einrichtungen. Das Facility – Management erstreckt sich nicht nur auf Hausmeister- oder Hausverwaltungstätigkeiten, sondern umfasst die professionelle Abwicklung von Sekundärprozessen. Dazu gehören technische, infrastrukturelle und kaufmännische Aufgaben, die nicht in das Kerngeschäft einer Organisation fallen, sondern dieses unterstützen.

Aufgabe 7  

Lamellenstoren (Raffstoren): Sie sind optimal für Sonnen-, Wärme, Blendungs-, Wetter- sowie Sichtschutz. Durch beliebiges Schrägstellen der Lamellen kann der Lichteinfall beeinflusst werden. Die Lamellen sind bei starkem Wind grossen Kräften ausgesetzt und müssen i.d.R. ab einer bestimmten Windgeschwindigkeit hochgefahren werden.

Rollladen: Einfacherer Aufbau, Menge des einfallenden Lichtes wird durch die Absenkung reduziert. Eine indirekte Sonneneinstrahlung ist dadurch nicht möglich. Sehr gute Abdunkelungseigenschaft.

Markisen: Sie dienen primär dem Schutz vor der Sonne. Es wird unterschieden zwischen Senkrechtmarkisen, Fallarmmarkisen, Gelenkarmmarkisen und Wintergartenmarkisen. Sie sind äusserst Windempfindlich und müssen je nach Ausführung bei einer Windgeschwindigkeit von z.B. 28km/h (7.8m/s) eingezogen werden.

Aufgabe 8  

Soll die Beschattungsanlage automatisiert werden, hat die Dunkelphase bei der Fahrt in die Arbeitsstellung eine grosse Bedeutung. Aus Sicherheitsgründen sollte eine vollständige Dunkelheit vermieden werden. Dies bedingt Lamellenstoren, welche mit offenen Lamellen ab- und auffahren. Durch den Einsatz von Motoren mit 3 Endschaltern stoppen die Storen in der Beschattungsstellung, ohne eine Dunkelphase zu verursachen.

Aufgabe 9  

  • Keine Adressierung der einzelnen Geräte möglich.
  • Es sind keine Rückmeldungen wie z.B. Lampendefekt, Dimmwert, Szene usw. vom EVG möglich.
  • Es sind keine Parameter wie Minimal-, Maximal- oder spez. Einschaltwert am EVG einstellbar.
  • Bei einer Raumänderung durch z.B. Einbau einer Leichtbauwand ist eine Neuverdrahtung der Last- und Steuerleitung erforderlich. 

Aufgabe 10  

Die Datenübertragung erfolgt mit einer Frequenz von nur gerade 1kHz, weshalb Signalübertragungen von bis zu 10km ohne Repeater möglich sind. Weitere Vorteile sind eine hohe Störfestigkeit und Robustheit. 

Aufgabe 11  

Die Übertragung der Signale beruht auf einem Zeitmultiplex – Prinzip. Ein Kanalgenerator erzeugt Rechtecksignale. Diese bestehen aus einem Synchronisiersignal von 8ms und 128 Impulsen mit einer Länge von jeweils 1ms. Eine solche Impulskette dauert somit 136ms und wird dauernd wiederholt. Jeder dieser Impulse definiert einen Signalkanal, worin Module Informationen übertragen und empfangen können. Dafür muss den Modulen für den entsprechenden Signalkanal eine Adresse zugewiesen werden. Für die verschiedenen Module erfolgt die Übertragung abwechselnd.

Jeder Ein- und Ausgang muss den 128 Impulsen zugewiesen werden, was durch die Vergabe einer der 128 Adressen erfolgt. Dabei legt die Adresse den Taktimpuls in der Dupline Übertragungskette zum Ansteuern bzw. Abfragen der jeweiligen Module fest. Für die Adressierung stehen 16 Buchstabengruppen (A…P) und 8 Zahlen (1…8) zur Verfügung. Eine Adresse besteht immer aus einer Kombination eines Buchstaben mit einer Zahl ® z.B. C7 (= Impuls 23). 

Aufgabe 12  

DALI = Digital Adressable Lighting Interface (Digitale adressierbare Beleuchtungsschnittstelle) 

Aufgabe 13  

LON steht für Local Operating Network.

Es wurde 1990 von Echelon Corporation (USA) vorgestellt. Das Ziel war, einen Mikroprozessor zu entwickeln, der gleichzeitig über eine einheitliche Kommunikationsschnittstelle verfügt, damit Geräte unterschiedlicher Hersteller ohne Probleme miteinander kommunizieren und arbeiten können. Durch Offenlegung des Netzwerkprotokolls produzieren weltweit mehrere tausend Hersteller Geräte und Systeme für die LONWORKS – Technologie. LONWORKS ist übrigens die Systembezeichnung für die gesamte LON – Technologie. 

Aufgabe 14  

Ein LON – Netzwerk wird in Bereiche (Domain), Teilnetze (Subnet) und LON – Knoten (Node) unterteilt. Dabei ist ein LON – Knoten ein LON – Teilnehmer.

In einem Bereich befinden sich maximal 255 Teilnetze (Subnets). Ein Teilnetz besitzt wiederum im Maximum 127 LON – Knoten. Ein Bereich kann somit aus maximal 32‘385 LON – Teilnehmer bestehen (255 · 127). Wenn ein Bereich nicht ausreicht, können mehrere solche Bereiche miteinander verbunden werden. Im Maximalfall bis zu 248

Aufgabe 15  

Die grünen Konfiguratoren dienen der Zuordnung bzw. Adressierung (1…9) und die blauen Konfiguratoren definieren die Funktion eines Teilnehmers ® z.B. EIN – Steuerung, AUS – Steuerung, Tastbetrieb, EIN/AUS, Rollladenschalter, Zentralfunktion usw.

Aufgabe 16  

Dargestellt sind ein Sensor, ein Aktor und ein Verbraucher (Lampe). Sie wurden so miteinander konfiguriert, dass durch Betätigen der Wippe am Sensor der Aktor seinen Schaltkontakt schliesst (öffnet) und die Lampe in Betrieb setzt (ausschaltet). Es ist eine Punkt – zu – Punkt Ansteuerung.

Bildlich wurden lediglich die dafür notwendigen Steckplätze A und PL dargestellt. Des Weiteren gibt es noch die Steckplätze M und G.

Steckplatz A

Definiert einen bestimmten Bereich innerhalb der Anlage. Z.B. kann für die Küche A = 1, für das Esszimmer A = 2 usw. verwendet werden. Für diesen Steckplatz stehen die Konfigurationswerte 1…9 zur Verfügung (grüne Konfiguratoren).

Steckplatz PL

Definiert einen bestimmten Verbraucher innerhalb eines Bereiches (A). Z.B. kann für eine Deckenleuchte PL = 1, für eine Wandleuchte PL = 2 usw. verwendet werden.

Eine direkte Zuordnung zwischen Aktor und Sensor besteht dann, wenn in den Steckplätzen A und PL von Sensor und Aktor die gleiche Adresse eingesetzt wird (siehe Bild ® A = 1, PL = 1). Der Sensor in der Küche schaltet den Aktor der Deckenleuchte in der Küche.

Steckplatz G

Über diesen Steckplatz kann der Aktor zusätzlich einer bestimmten Gruppe zugeordnet werden. Es können beispielsweise alle Leuchten im Erdgeschoss durch eine Schalthandlung angesteuert werden, indem alle betroffenen Aktoren im Steckplatz G denselben Gruppenwert (z.B. 1) erhalten.

Steckplatz M

Hier wird, wie in Aufgabe 6 bereits erwähnt, die Funktion der BUS – Teilnehmer definiert. 

Aufgabe 17  

Samsung Smart Home ermöglicht es den Benutzern, ihre Haushaltgeräte über eine einzige Applikation zu steuern. Über eine integrierte Plattform und Server lässt sich z.B. der Kühlschrank, Waschmaschine, Smart TV, Smartphone usw. miteinander verbinden.

Dabei geht es nicht nur um die Gerätesteuerung wie z.B. die Waschmaschine einzuschalten oder den Wäschezyklus zu überwachen, sondern auch um Home View und Kundendienst. Mit der Home View Funktion erhalten die Benutzer in Echtzeit über Kameras, die z.B. in ihren Haushaltgeräten eingebaut sind, Einblick in ihr Heim. Der Smart Customer Service informiert den Benutzern zudem, wenn die Haushaltgeräte gewartet oder Verbrauchsmaterial ersetzt werden soll. Die Funktion dient dabei auch als Unterstützung beim Kundenservice. 

Aufgabe 18  

Der Installationsbus KNX ist ein dezentrales Bussystem. Er benötigt keine übergeordnete Zentrale sondern die Busteilnehmer besitzen ihren eigenen Mikroprozessor, wodurch sie direkt miteinander kommunizieren können. Durch die im Speicher abgelegte Software wird die Funktion der einzelnen Geräte definiert.

Wird beim Sensor der Taster betätigt, gibt das Anwendungsmodul diese Handlung über die Anwenderschnittstelle an den Busankoppler weiter. Dieser generiert daraus ein entsprechendes Telegramm und sendet es via Busleitung an die Linie. Derjenige Teilnehmer, welcher aufgrund des Telegrammes angesprochen wird, nimmt via Busankoppler das Telegramm entgegen und wertet dessen Inhalt aus. Über die Anwenderschnittstelle erfolgt sodann der Befehl zum Anwendungsmodul und es wird beispielsweise ein Kontakt geschlossen. Die Lampe leuchtet. 

Aufgabe 19  

Das Anwendungsmodul ist beim Sensor der Befehlsgeber (z.B. Taster). Beim Aktor ist es der Befehlsempfänger (z.B. Schaltkontakt).

Der Busankoppler selbst besteht aus einem Übertragungsmodul und einem Mikrocontroller. Er stellt die eigentliche Intelligenz des Teilnehmers dar und ist mit dem Bus verbunden. Dank der Intelligenz kann er Telegramme generieren, entschlüsseln, sie senden und/oder empfangen.

Über die Anwenderschnittstelle (AST) werden die zwei Baugruppen – Busankoppler und Anwendungsmodul – miteinander verbunden. Wie erwähnt, sendet und empfängt der Busankoppler die Telegramme, d.h. eine serielle Bitfolge von Signalen.

Bei der Anwenderschnittstelle handelt es sich um eine freiparametrierbare Schnittstelle. Je nach aufgestecktem Modul ist die Pinbelegung unterschiedlich. Busankoppler und Anwendungsmodul kann nur dann fehlerfrei miteinander kommunizieren, wenn das zum Anwendungsmodul gehörende Programm in den Speicher des Busankopplers geladen wurde.

Aufgabe 21  

Teilnehmer: Jedes Gerät das einen Busankoppler besitzt und somit auch eine physikalische Adresse. Ein Teilnehmer kann z.B. ein 1 – fach Taster, 4 – fach Taster, 16 – fach Schaltaktor usw. sein.

Linie: Teil des KNX – Systems. Auf einer Linie werden i.d.R. nicht mehr als 64 Teilnehmer untergebracht.

Bereich: Ein Bereich besteht aus bis zu 15 Linien zzgl. einer Hauptlinie. Die Anbindung von den Linien zur Hauptlinie erfolgt jeweils mittels Linienkoppler. Der Aufbau eines Bereiches ist erforderlich, wenn eine Linie nicht ausreicht.

Aufgabe 20  

In der Planungsphase sollten nicht mehr als 40 Teilnehmer pro Linie eingesetzt werden, um die Möglichkeiten der Nachprojektierung nicht unnötig einzuschränken.

Im Normalfall dürfen bis zu 64 Teilnehmer auf eine Linie platziert werden.

Im Extremfall können bis zu 256 Teilnehmer auf eine Linie platziert werden. Zu beachten gilt, dass die eingesetzten Linienverstärker und allfällige Linienkoppler auch bereits Busteilnehmer sind.

Aufgabe 22  

  • Durch die Einfachheit des Systems sind keine aufwendigen Schulungen erforderlich. Vieles funktioniert nach Drag & Drop per ABB – free@home App.
  • Es sind keine Programmierung oder Softwarelizenzen erforderlich.
  • Das System besteht grundsätzlich nur aus einer Spannungsversorgung, Buskabel, einem System Access Point, Sensor- und Aktoreinheiten.
  • Vorkonfigurierte Sensor- und Aktoreinheiten ermöglichen eine Vorortbedienung vor der Inbetriebnahme.
  • Der Kunde kann z.B. Szenen direkt über sein Smartphone oder Tablet selbst ändern. Dafür ist weder ein Elektroinstallateur noch ein Systemadministrator erforderlich. 

Aufgabe 23  

Es können bis zu 64 Busteilnehmer an den Bus angeschlossen werden. Dabei zählt, ausser der Spannungsversorgung, jedes Gerät, auch der System Access Point, als Busteilnehmer.

Die maximale Busleitungslänge innerhalb einer Linie ist auf eine Gesamtlänge von 1‘000m begrenzt. Die maximale Entfernung zwischen zwei Busteilnehmern beträgt 700m und zwischen Spannungsversorgung und Busteilnehmer darf die Entfernung nicht über 350m liegen.