Der KNX Standard

Lichtsteuerung mit KNX System

Lichtsteuerung mit KNX Selbst wenn KNX nicht in erster Linie für die Lichtsteuerung gedacht war, gehen die aktuellen Entwicklungen auch in diese Richtung bzw. wird oft eine Kombination mit einer DALI- oder DMX-Anlage als Lösung angestrebt.

KNX Standard

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KNX gilt durch die Erweiterungen um Konfigurationsmechanismen und Übertragungsmedien als Weiterentwicklung des EIB-Busses unter Einbeziehung der Feldbusse BatiBus und EHS. Schon die Nähe und Kompatibilität zum Europäischen Installationsbus (EIB) macht deutlich, dass es sich vorrangig um ein System für das gesamte Gebäudemanagement handelt. Inzwischen sind zwar auch interessante Lösungen für die Licht- und insbesondere die LED-Technik verfügbar, jedoch werden diese Spezialaufgaben oftmals über Gateways und andere Protokolle wie DALI oder DMX realisiert. Bei KNX handelt es sich ebenfalls um einen offenen Standard, dem sich schon mehrere hundert Hersteller angeschlossen haben. Das daraus resultierende umfangreiche Angebot an Lösungsmöglichkeiten macht das System so vielfältig und interessant.

Grundlagen der KNX-Technik

Üblicherweise besteht ein Stromnetz aus parallelen oder in Reihe geschalteten Elementen der Steuerung und Versorgung. Beim KNX-Netzwerk nutzen alle Geräte das gleiche Übertragungsverfahren und es werden Daten über eine gemeinsame Busleitung ausgetauscht. So wird demnach in der Grundausführung eine zusätzliche Leitung mit 29 V-Gleichspannung verlegt, die neben der Spannungsversorgung für die Kommunikation zwischen den Sensoren und Aktoren sorgt.

Inzwischen sind auch Funklösungen (RF), Übertragungen über Ethernet (IP) und das Power Line System (PL), welches das vorhandene Stromnetz nutzt, möglich. Der Ursprung und auch die betriebssicherste Variante ist die Twisted Pair (TP) Lösung, die mit einem zusätzlichen Steuerkabel arbeitet. Vom Aufbau her ist ein KNX-Netzwerk immer ähnlich: Vor die eigentlichen Geräte werden entsprechen de Aktoren gesetzt, die von den im System befindlichen Sensoren oder zentral von einer Steuerungseinheit/einem Computer angesprochen werden.

Das KNX DALI-Gateway TW bildet die Schnittstelle zur Steuerung von DALI-Tunable-White-Leuchten in einer KNX Installation. Somit kann die Farbtemperatur von Warm- über Neutral- bis zu Tageslichtweiß geregelt werden.
Jung.de
Das KNX DALI-Gateway TW bildet die Schnittstelle zur Steuerung von DALI-Tunable-White-Leuchten in einer KNX Installation. Somit kann die Farbtemperatur von Warm- über Neutral- bis zu Tageslichtweiß geregelt werden.

Die Verbindung beim KNX-TP erfolgt über eine 2 x 2-adrige Busleitung (2 x 2 x 0,8), wobei nur zwei Adern für die Kommunikation notwendig sind. Die Nennspannung des Bussystems beträgt 24 V, wobei die Spannungsversorger 29 V einspeisen und die Teilnehmer eine Toleranz von 8 V vertragen. Eine Funktion ist also bis zu einem Spannungsabfall auf 21 V gewährleistet. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit beträgt 9600 Bit/s. Die maximale Größe des Netzwerkes umfasst 15 Bereichslinien mit 15 Linien und bis zu 255 Bus-Teilnehmern, bestehend aus Aktoren und Sensoren.

Damit ein vernetztes Gebäude nicht zu hacken ist müssen einige Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Dann jedoch ist das vernetzte Heim sicher – auch vor Hackerangriffen.
Gira.de
Damit ein vernetztes Gebäude nicht zu hacken ist müssen einige Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Dann jedoch ist das vernetzte Heim sicher – auch vor Hackerangriffen.

Durch die flexible Programmierung der Teilnehmer im System lassen sich das Netzwerk und deren Spezifikationen bzw. Funktionen relativ schnell verändern und neuen Gegebenheiten anpassen. Als Nachteil des Systems mag der erhöhte Aufwand bezüglich der Installation und der Anschaffungskosten gegenüber einer Standardinstallation gesehen werden. Ebenso relativieren sich entsprechen – de Stromeinsparpotenziale aufgrund des Eigenverbrauchs der einzelnen Baugruppen (durchschnittlich 5 bis 8 mA/Sensor, Aktor). Das Sicherheitsproblem aufgrund der standardmäßig unverschlüsselten Daten ist von der Industrie erkannt worden und es gibt bereits erste Ansätze und Lösungen, dies zu eliminieren.

Einsatzgebiete für KNX-Systeme

Wie bei den meisten Netzwerksystemen der Haustechnik besteht auch bei KNX der Anspruch, mit einem System alle Besonderheiten und Anforderungen an ein modernes Gebäudemanagement zu erfüllen. Letztendlich lassen sich die notwendigen Grundelemente wie Beleuchtung, Verschattung, Heizung, Klimatisierung, Belüftung und Alarmsysteme in das Netzwerk einbinden. So sind die Sensoren (z. B. Präsenz- oder Helligkeitsmessgeräte) in der Lage, die Beleuchtung bzw. das Beleuchtungsniveau automatisch zu regeln.

Das Gira Control 9 Dienstzimmerterminal wird über den Systembus an die SystemSteuerzentrale angeschlossen
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Das Gira Control 9 Dienstzimmerterminal wird über den Systembus an die System-Steuerzentrale angeschlossen

Über eine zentrale Steuereinheit ließen sich zeitliche Abhängigkeiten programmieren, so dass das Licht beispielsweise in Urlaubszeiten eine Anwesenheit simulieren könnte. Doch auch komplexere Aufgaben, wie Fensterschließmechanismen in Abhängigkeit zur Türschließanlage oder Lüftungsregelungen aufgrund nachlassender Sauerstoffanteile, lassen sich in unterschiedlichen Abhängigkeiten regeln und fest definieren – je nachdem über welche Messeigenschaften die Sensoren verfügen. Auch eine komplette externe Steuerung von außen über ein Smartphone oder eine andere Internetverbindung ist gegeben und ermöglicht so zu jeder Zeit die Kontrolle über die angeschlossene Hauselektrik.

Physische Eigenschaften

Bei KNX-TP übernimmt die verdrillte Zweidrahtleitung zum einen die Spannungsversorgung der Teilnehmer mit 24 V DC und zum anderen den Informationsaustausch. Teilt sich das System in 15 Bereiche mit jeweils 15 Linien und 255 Teilnehmern pro Linie, beträgt die Gesamtleitungslänge aufgrund der maximal zulässigen Laufzeitverzögerungen in einem Liniensegment 1.000 m.

Der Weg zwischen Spannungsversorgung und Teilnehmer darf 350 m, der Abstand zwischen den jeweiligen Teilnehmern 700 m nicht überschreiten. Das Kabel lässt sich beliebig verlegen und an jeder Stelle verzweigen, so dass sich als Busstruktur auch eine freie Baumstruktur ergeben kann. Um eine Linie zu erweitern, kann man über entsprechende Linienverstärker bis zu vier Liniensegmente zu einer Linie mit maximal 255 Teilnehmern zusammenschalten.

Der Gira KNX Helligkeitsregler Mini zum Deckeneinbau regelt die Leuchten so, dass die gewünschte Raumhellig keit konstant gehalten wird.
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Der Gira KNX Helligkeitsregler Mini zum Deckeneinbau regelt die Leuchten so, dass die gewünschte Raumhelligkeit konstant gehalten wird.

Die Linienverstärker müssen in diesem Fall als Teilnehmer mitgerechnet werden. Um eine Anlage übersichtlicher zu gestalten und sich die Möglichkeit, die Anzahl der Telegramme (Datenpakete) in jeder Linie zu reduzieren, offen zu halten, wird in der Praxis der maximale Linienausbau selten genutzt, sondern meist auf 64 Teilnehmer in einer Linie begrenzt.

Die physikalische Adresse eines Teilnehmers besteht aus drei, durch Punkte getrennte Zahlen. Als Beispiel bedeutet die Zahlenfolge 1.1.24, dass dies der Teilnehmer 24 in der 1. Linie des 1. Bereichs ist. Diese definierten Adressen werden benötigt, um die Geräte zweifelsfrei zu identifizieren. Für den späteren Betrieb und Datenaustausch sind diese Adressen unerheblich.

Besonderheiten und Varianten

Wenn ein KNX-TP System bereits vor der Durchführung der Hausinstallation mit eingeplant wird, gestaltet sich dieser Arbeitsschritt als relativ unproblematisch. Anders ist dies, wenn vorhandene Hausanlagen entsprechend aufgerüstet werden sollen. Hierfür eignen sich sowohl das Funkprotokoll KNX-RF, als auch das auf den vorhandenen Stromleitungen basierende KNX-PL, wobei beide Alternativen nicht den gleichen Komfort und die gleiche Übertragungssicherheit bieten, wie die kabelgebundene Lösung KNX-TP.

Die PL-Technik nutzt durch Überlagerung mit hochfrequenten Signalen das vorhandene Stromnetz zur Übertragung der Informationen. Dabei ist zu beachten, dass das Installationsnetz mit Bandsperren vom übrigen Netz abgeschirmt werden muss, um Störungen zu verhindern. Des Weiteren sind zur definierten Phasenkopplung ein Phasenkoppler und eventuell ein Repeater erforderlich. Auch ist die Datenübertragung aufgrund der technischen Gegebenheiten langsamer als beim KNX-TP. Aufgrund der Abnahme der Signalqualität bei zu langen Leitungswegen sollte das System bedarfsgerecht geplant werden.

Ebenfalls kann es durch ungünstige Umgebungsbedingungen und elektromagnetische Verschmutzung – z. B. durch Monitore, Fernseher und andere Geräte – zu Störungen kommen. Letztendlich gelten die gleichen Kriterien und Hürden auch für ein optionales Funknetzwerk – beides stellt bezüglich der eigentlichen KNX-Technik Alternativen dar, die nur dann in Erwägung gezogen werden sollten, wenn eine Verlegung des Datenkabels nicht oder nur erschwert möglich ist. Ansonsten sind dies Optionen, die mit Kompromissen oder gar Unsicherheiten gekoppelt sind und in der Summe die finanzielle Investition ansteigen lassen. KNX-Net, bzw. IP, stellt in diesem Zusammenhang eine relativ neue Möglichkeit dar und verbindet die konventionelle KNX-Technik mit den beinahe allgegenwärtigen Ethernet-Systemen.

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Das KNX-System setzt dabei im Bereich des Ethernets auf die beiden Kommunikationsarten Tunneling und Routing, welche das UDP-Protokoll nutzen. Ersteres wird zur Inbetriebnahme, zum Test oder zur Fehlersuche genutzt, während Routing für die Weiterleitung der KNX-Telegramme über ein Ethernet verantwortlich ist. Über so genannte Koppler können komplette KNX-Anlagen über Ethernet miteinander verbunden werden, was insbesondere bei räumlichen Trennungen, also beispielsweise bei zwei Gebäuden mit je einer autarken TP-Anlage, interessant ist. Besteht zwischen diesen Gebäuden eine Ethernet-Verbindung, so muss keine neue KNX-Leitung mehr gelegt werden, um diese von einer Zentrale aus zu steuern.

Die Vielzahl an Möglichkeiten und Varianten für ein vernetztes Gebäude allein mithilfe der KNX-Technik sind gewaltig und erfordern eine umsichtige Planung durch kompetentes Personal. Nicht nur, weil das Thema entsprechend komplex und vielschichtig ist, sondern auch, da sich die Möglichkeiten und Lösungswege stetig verändern und verbessern.

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