Grundlagen der Domotik und Gebäudeautomation: Systeme und Protokolle

Grundlagen der Domotik und Gebäudeautomation

Domotik: Definition und Anwendungsbereiche

Die Domotik-Technologie (Smart Home) umfasst die Steuerung verschiedener Geräte und Systeme in Wohngebäuden, zusätzlich zur Verwaltung der Gebäudeausrüstung und der Infrastruktur.

Gebäudeautomation im Tertiärsektor (Industrie)

Die Technologie der Gebäudeautomation (GA) wird auch im tertiären Sektor (z. B. Industrie, Gewerbe) eingesetzt.

Merkmale und Vorteile

Wichtige Merkmale der Anlagen

• Flexibilität
• Vernetzung
• Einfache Nutzung der Anlagen

Nutzen der Domotik

• Energieeinsparung
• Erhöhter Bedienkomfort
• Persönliche Sicherheit
• Optimierung der Kommunikationsnetze

Residential Gateway

Das Residential-Gateway-Gerät ermöglicht die Kommunikation zwischen internen Telekommunikationssystemen des Hauses und externen Netzwerken.

Systemarchitektur und Komponenten

Typen von Steuerungssystemen

• Zentralisiertes System: (z. B. Simon VIS)
• Dezentrales System: (z. B. KNX)
• Verteiltes System: (z. B. X10)

Steuerungseinheiten und Speicher

Steuerungssysteme bestehen typischerweise aus:

• CPU (Central Processing Unit)
• RAM (Random Access Memory)
• ROM (Read-Only Memory)
• EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)

Elemente der Steuerung

Sensor

Ein Sensor ist ein zusammengesetzter Wandler, der Signalkonditionierung und eine Endstufe beinhaltet. Sensoren können analog, digital oder binär (On/Off) sein.

Wandler (Transducer)

Ein Gerät, das in der Lage ist, eine physikalische Größe zu erkennen und ihren Wert in ein elektrisches Signal zu übersetzen.

Aktor (Actuator)

Das Abtriebselement, das auf Befehle der Steuerung reagiert, um eine bestimmte Aktion auszuführen.

Netzwerktopologien

• Stern-Netzwerk
• Ring-Netzwerk
• Bus-Netzwerk

Übertragungsmedien und Protokolle

Twisted-Pair-Kabel

• UTP (Unshielded Twisted Pair): Ungeschirmte Kabel mit gemeinsamem Isolator.
• FTP (Foiled Twisted Pair): Geschirmtes Kabel (Mesh) für jedes Paar und ein gemeinsames Netz.

Kommunikationsprotokolle

Kommunikationsprotokolle definieren die Formatstandards und Regeln, die notwendig sind, damit Geräte Informationen und Befehle austauschen können.

Wichtige Protokolle der Gebäudeautomation

• KNX: Union gegründet 1999 (EIBA, BCI, EHSA). Nutzt Twisted-Pair, Trägerwelle, Ethernet und Hochfrequenz als Übertragungsmedien.
• X10: Das älteste Protokoll (1976). Nutzt die vorhandenen elektrischen Leitungen.
• LonWorks: Eingeführt 1992. Dezentrales System, oft in der Industrie eingesetzt. Überträgt über TP, elektrische Kabel, Funk oder Koaxialkabel.

Details zum X10-Protokoll

Übertragung und Codierung

Das X10-Protokoll verwendet binäre Codes, die als Impulse auf der Netzspannung übertragen werden. Es werden 120 Impulse bei 120 kHz gesendet, synchronisiert mit der Netzspannung bei 0°, 60° und 120°.

Die Struktur des Codes besteht aus folgenden Bits:

• Start-Bits (4 Digits)
• Haus-Code (A-P)
• Numerischer Code (1-16)
• Funktion (z. B. On/Off)

X10-Komponenten

Typische X10-Komponenten sind:

• Filter
• Tester
• Verstärker
• Koppler
• AW, SW, LW (vermutlich Adress- oder Schaltmodule)
• Controller (Steuergeräte)
• Micro-Module (4-6)
• Criptocam

Diese Komponenten sind als DIN-Module, Plug-ins oder fest installierte Geräte erhältlich.

Simon VIS: Zentrales Steuerungssystem

Das Simon VIS System basiert auf einer zentralen Steuerung, die aus Modulen besteht, darunter das Netzteil-Modul sowie Ein- und Ausgangsmodule. Es handelt sich um einen programmierbaren Controller.

Merkmale des Steuermoduls

• Betrieb mit 24V
• Inklusive Akku (zur Notstromversorgung)
• Schnittstellen: RS485, RS232
• Standard-Konfiguration: 8 Eingänge und 16 Ausgänge
• Erweiterbar auf bis zu 128 Eingänge und Ausgänge