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Hermann Merz, Thomas Hansemann, Christof Hübner
Gebäudeautomation
Kommunikationssysteme mit EIB/KNX, LON und BACnet
Inhalt
8
1 Einführung in die Gebäudeautomation
14
1.1 Bedeutung der Gebäudeautomation
14
1.1.1 Automatisierungsfunktionen im privaten Wohnungsbau
14
1.1.2 Automatisierungssysteme in Zweckbauten
15
1.2 Gebäudeautomation vs. Gebäudesystemtechnik
16
1.2.1 Gewerke in der Gebäudeautomation
18
1.2.2 Gewerke in der Gebäudesystemtechnik
20
1.3 Strukturen
22
1.3.1 Hierarchische Struktur in der Gebäudeautomation
22
1.3.2 Hierarchische Struktur in der Gebäudesystemtechnik
25
1.4 Einsatz der DDC-Automationsgeräte
26
1.4.1 Grundfunktionen der Gebäudeautomation
26
1.4.2 Anlagen-Informations-Schema
30
1.4.3 Funktionen innerhalb von Lüftungsanlagen
32
1.4.4 Liefer- und Leistungsumfang
35
1.5 Energiemanagementfunktionen
36
1.5.1 Amortisationszeit
36
1.5.2 Energiemanagementfunktionen auf der Automationsebene
37
1.5.3 Energiemanagementfunktionen auf der Managementebene
40
1.6 Komfort- und Energiemanagementfunktionen in der Raumautomation
44
1.7 Genormte Bussysteme und Netze in der Gebäudeautomation
45
1.7.1 Anforderungen
46
1.7.2 Einsatzgebiete
47
1.7.3 Stand der Normung
49
1.8 Übungsaufgaben
50
1.9 Literatur
51
2 Grundlagen der industriellen Kommunikationstechnik
52
2.1 Industrielle Kommunikation
52
2.1.1 Kommunikation über Feldbusse
52
2.1.2 Kommunikation über Computernetze
53
2.2 Digitale Datenübertragung
54
2.2.1 Grundbegriffe
54
2.2.2 Digitales Datenübertragungssystem
58
2.2.3 Quellencodierung/-decodierung
59
2.2.4 Kanalcodierung/-decodierung
61
2.2.5 Leitungscodierung/-decodierung
65
2.3 Kommunikation gemäß des ISO/OSI-Referenzmodells
68
2.3.1 Datenübertragung und Kommunikation
68
2.3.2 Regeln zum Ablauf einer Kommunikation
68
2.3.3 Die Schichten des ISO/OSI-Referenzmodells
69
2.4 Feldbus- und Netztopologien
71
2.5 Kanalzugriffsverfahren
71
2.5.1 Kanalzugriff nach Zuteilung
72
2.5.2 Kanalzugriff nach Bedarf
72
2.6 Übungsaufgaben
73
2.7 Literatur
74
3 Der Europäische Installationsbus KNX
75
3.1 Einführende Übersicht
75
3.1.1 Was ist KNX?
75
3.1.2 Historie des KNX
76
3.1.3 Der Nutzen von KNX
76
3.1.4 Motivation für die Beschäftigung mit dem KNX
77
3.2 Konventionelle Elektroinstallationstechnik
78
3.2.1 Sicherheitshinweise
78
3.2.2 Aufgabenstellung: Treppenhaus- und Flurbeleuchtung
79
3.2.3 Ausschaltung
80
3.2.4 Wechselschaltung
81
3.2.5 Kreuzschaltung
82
3.3 Überblick über den KNX
83
3.4 Übertragungsmedien und Eigenschaften von KNX.TP
84
3.4.1 Übertragungsmedien
84
3.4.2 Kriterien für die Auswahl des Übertragungsmediums
85
3.4.3 Eigenschaften von KNX.TP
85
3.5 Busgeräte
88
3.5.1 Typen und Ausführungsformen
88
3.5.2 Häufig eingesetzte Busgeräte
89
3.6 Topologie
92
3.6.1 Begriffsdefinition
92
3.6.2 Teilnehmer, Linien, Bereiche
93
3.6.3 Spannungsversorgungen
94
3.6.4 Koppler
95
3.6.5 Installationsrichtlinien
97
3.6.6 Blockschaltbilder und genormte Gerätesymbole
98
3.7 Teilnehmeradressierung
99
3.7.1 Physikalische Adressen
100
3.7.2 Gruppenadressen (logische Adressen)
102
3.7.3 Zieladressbit (Adresstyp)
104
3.8 Kommunikationsobjekte
104
3.8.1 Begriffsdefinition
104
3.8.2 Eigenschaften von Kommunikationsobjekten
105
3.8.3 Kommunikationsobjekte von Sensorapplikationen
106
3.8.4 Kommunikationsobjekte von Aktorapplikationen
107
3.8.5 Zuordnung von Kommunikationsobjekten zu Gruppenadressen
108
3.9 Nutzdaten
110
3.9.1 Aufruf von Diensten der Anwendungsschicht
111
3.9.2 EIB Interworking Standard (EIS)
111
3.9.3 Länge der Nutzdaten
113
3.10 Kommunikationsablauf
113
3.10.1 Telegrammarten
114
3.10.2 Struktur eines Standarddatentelegramms
115
3.10.3 Universal Asynchronous Receive Transmit (UART)
115
3.10.4 Busarbitrierung
116
3.10.5 Weiterleitung von Datentelegrammen
122
3.10.6 Datensicherung
123
3.10.7 Bestätigungstelegramme
124
3.10.8 Zeitlicher Ablauf der Kommunikation
126
3.11 Zusammenfassung der Telegrammstrukturen
128
3.11.1 Standarddatentelegramm
128
3.11.2 Bestätigungstelegramm
131
3.12 Hardware
131
3.12.1 „Äußere“ Hardware
132
3.12.2 „Innere“ Hardware
133
3.13 Software
136
3.13.1 Überblick
136
3.13.2 Softwarekomponenten eines Kompaktgeräts
137
3.13.3 Softwarekomponenten eines modularen Geräts
138
3.13.4 Systemsoftware
139
3.13.5 Anwendungsprogramme
139
3.13.6 Engineering Tool Software (ETS 5)
140
3.14 Schulungsanlage
143
3.15 Übungsprojekt Lichtsteuerung
145
3.15.1 Kundenauftrag
145
3.15.2 Benötigte Geräte
146
3.16 Projektierung mit der ETS 5
146
3.16.1 Vorüberlegungen
146
3.16.2 Starten der ETS 5
148
3.16.3 Neues Projekt anlegen
148
3.16.4 Produktdaten importieren
148
3.16.5 Bereiche und Linien definieren, Geräte einfügen
149
3.16.6 Geräteparameter einstellen
150
3.16.7 Gruppenadressen anlegen
154
3.16.8 Kommunikationsobjekte den Gruppenadressen zuordnen
155
3.17 Inbetriebnahme
157
3.17.1 Hardwareaufbau
157
3.17.2 Programmierung der Geräte
158
3.17.3 Test der Lichtsteuerung
159
3.17.4 Diagnose/Busmonitoring
159
3.18 Trends im Umfeld des KNX
161
3.18.1 Touchscreens
161
3.18.2 Integration der Gebäudesystemtechnik in IP-Netze
163
3.19 Übungsaufgaben
164
3.20 Literatur
167
4 Gebäudeautomation mit LonWorks
168
4.1 Technologischer Wandel in der Gebäudeautomation
168
4.2 Nutzen der LonWorks-Technologie
170
4.2.1 Einsatz in der Gebäudesystemtechnik
170
4.2.2 Einsatz der LON-Technik auf der Automationsebene
174
4.3 Historie der LonWorks-Technologie
175
4.3.1 Einsatzgebiete der LonWorks-Technologie
176
4.3.2 Organisationseinheiten
176
4.3.3 Normung
177
4.4 Grundlagen der LonWorks-Technologie
177
4.4.1 Elemente der LonWorks-Technologie
177
4.4.2 Aufbau und Funktionsweise eines LON-Knotens
179
4.5 Informationsübertragung zwischen LON-Geräten
188
4.5.1 Physikalische Netzstrukturen
188
4.5.2 Telegrammstruktur
192
4.5.3 Buszugriffsverfahren und Signalcodierung
193
4.5.4 Logische Netzwerkstrukturen mit Netzwerkvariablen
194
4.5.5 Interoperabilität von LON-Geräten
197
4.6 LonWorks-Tools
203
4.6.1 Entwicklerwerkzeuge LonBuilder und NodeBuilder
203
4.6.2 Inbetriebnahmewerkzeuge
203
4.7 Systemstrukturen der LonWorks-Technologie
207
4.7.1 Gebäudeautomationssystem mit LON
207
4.7.2 Web-Anbindung von LON-Netzen
208
4.8 Applikationsbeispiele
209
4.8.1 Lichtsteuerung über LON
209
4.8.2 Lichtsteuerung mit Panikschaltung über LON
211
4.9 Übungsaufgaben
213
4.10 Literatur
215
5 BACnet
216
5.1 Einführende Übersicht
216
5.1.1 Was ist BACnet?
216
5.1.2 BACnet-Organisationen
217
5.1.3 Einsatzgebiete
217
5.1.4 Grundkonzepte im Überblick
219
5.2 Bitübertragungsschicht und Sicherungsschicht
222
5.2.1 Master-Slave/Token-Passing
222
5.2.2 Point-to-Point-Verbindung
226
5.2.3 Ethernet
227
5.2.4 Attached Resource Computer Network (ARCNET)
246
5.2.5 LonTalk
246
5.3 Vermittlungsschicht
247
5.3.1 Aufgabe
247
5.3.2 Router
247
5.3.3 BACnet und das Internet Protocol (IP)
249
5.3.4 Transmission Control Protocol (TCP)
255
5.3.5 User Datagram Protocol (UDP)
258
5.3.6 Protokolle für die Zuordnung von MAC- und IP-Adressen
258
5.3.7 Vernetzung von BACnets über das Internet
260
5.4 Anwendungsschicht
262
5.4.1 Dateneinheit und Aufgaben
262
5.4.2 BACnet-Objektkonzept
263
5.4.3 Standardisierte Objekte
266
5.4.4 Dienste
284
5.4.5 Prozeduren
290
5.5 BACnet-Geräte und Interoperabilität
292
5.5.1 Interoperabilitätsbereiche (IOB) und -bausteine
293
5.5.2 Device-Profile
295
5.5.3 Protokollumsetzungsbestätigung und BTL-Zeichen
298
5.6 Gateways zu anderen Systemen
299
5.7 Übungsaufgaben
300
5.8 Literatur
304
Sachwortverzeichnis
305
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