Grundlagen der Gebäudeautomation: Systeme und Technik

Merkmale, Funktionen und Typologie der Gebäudeautomation

Eine automatisierte Installation erfordert viele Komponenten. Das Stromnetz oder die elektrische Installation ist das erste, was geplant werden muss. Systeme zur Automatisierung von Wohnungen bestehen aus einer Reihe von Sensoren, die Informationen sammeln und über ein Übertragungsmedium an eine Steuerung oder Aktoren übermitteln, welche wiederum Maßnahmen gemäß der Systemprogrammierung durchführen. Dieses Programm kann sich auf ein zentrales Element beziehen, das das gesamte System steuert (Controller).

Für die notwendige Automatisierung werden benötigt: Steuerungen, Sensoren, Aktoren und ein Netzwerk für die Gebäudeautomation.

Steuerungssysteme

Die Installation bestimmt, wie diese Netze und die zugehörigen Komponenten aufgebaut sind. Es gibt verschiedene Steuerungssysteme:

• Zentral: Ein einziger zentraler Knoten erhält alle Informationen, verarbeitet diese und liefert relevante Befehle. Vorteile: geringe Kosten, einfache Installation. Nachteile: erhebliche Verkabelung, schwierige Modularität, reduzierte Skalierbarkeit.
• Dezentral: Die Elemente können unabhängig voneinander über die gleiche Kommunikationslinie agieren und benötigen ein Kommunikationsprotokoll. Vorteile: weniger Verkabelung, einfache Erweiterung. Nachteile: hohe Kosten, Komplexität der Programmierung.
• Hybrid: Kombination aus zentraler und dezentraler Art. Die Intelligenz des Systems liegt in jedem Knoten, was ein Kommunikationsprotokoll erfordert. Vorteile: einfache Neugestaltung, Erweiterung und Verkabelung. Nachteile: erfordert aufwendige Programmierung und Konfiguration.

Speichereinheiten

• RAM: Speicher, der Daten liest und schreibt. Er ist flüchtig und verliert seinen Inhalt bei Stromunterbrechung.
• ROM: Nur-Lese-Speicher, nicht-destruktiv. Informationen bleiben auch bei Stromunterbrechung erhalten.
• EPROM: Löschbarer, programmierbarer Speicher, der Daten auch ohne Stromversorgung speichert.

Sensoren und Aktoren

• Sensoren: Physische Elemente, die Änderungen einer physikalischen Größe erfassen und in ein elektrisches Signal umwandeln. Sie können analog oder digital sein.
• Aktoren: Ausgangselemente, die von der Steuerung verwendet werden, um den Status von Geräten und Einrichtungen zu ändern.

Netzwerk-Topologie

Die Topologie beschreibt die Methode der Verknüpfung von Geräten und Systemen:

• Stern-Netzwerk: Ein zentrales Steuerungssystem mit einem einzigen Controller. Nachteil: Abhängigkeit vom zentralen Knoten.
• Ring-Netzwerk: Jeder Controller ist mit zwei weiteren verbunden und bildet einen Ring. Nachteil: Ein Fehler in einem Knoten kann das gesamte Netzwerk zum Absturz bringen.
• Bus-Netzwerk: Alle Elemente sind mit einem einzigen Kommunikationsmedium verbunden.

Art der Übertragung

Die meisten Netzwerke nutzen Kabel als Übertragungsmedium, seltener drahtlose Medien wie Funkwellen oder Infrarot.

Übertragung mit Leitungen

• Twisted-Pair: Besteht aus einem Paar verdrillter, isolierter Leitungen. Einsatz in der Telefonie und Audio-Verteilung.
• Koaxialkabel: Besteht aus zwei zylindrischen Leitern mit dielektrischem Material. Einsatz für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung (z. B. Kabel-TV).
• Glasfaser: Besteht aus einem flexiblen, extrem dünnen Kern, Mantel und Schutzhülle. Nicht anfällig für Störungen. Erfordert Sender und Empfänger (LEDs).

Übertragung ohne Leitungen

Basiert auf elektromagnetischen Wellen, die die Luft als Medium nutzen.

• Infrarot: Benötigt keine physische Verbindung. Verwendet Laser- oder LED-Dioden. Erfordert Sichtverbindung (z. B. TV-Fernbedienung).
• Hochfrequenztechnik: Ermöglicht die Übertragung über weite Strecken (z. B. Bluetooth, WLAN). Kann omnidirektional (in alle Richtungen) oder direktional (punktgenau) erfolgen.

Kommunikationsprotokolle

Kommunikationsprotokolle legen Regeln fest, die das Format und die Struktur der Datenpakete definieren, um den Informationsaustausch zwischen den Geräten sicherzustellen.