Bussysteme zur Gerätesteuerung – Standards in der Übertragung
Bussysteme für die smarte Haussteuerung
Bussysteme für die smarte Haussteuerung
Intelligentes Wohnen erreicht mit der modernen busgesteuerten Smart Home Hausautomation eine neue Dimension. Die intelligente Haussteuerung steht für Komfort und Luxus, ohne dass zu tief in die Tasche gegriffen werden muss.
Eine durchdachte und professionell umgesetzte Gebäudeautomation per Smart Home bietet eine ganze Reihe von Einsatzmöglichkeiten, zum Beispiel bei der Regelung von Heizung, Klima und Lüftung, Beleuchtung, Haushaltsgeräten etc. Selbstverständlich kann bei der Hausautomation auch eine Alarm- und Informationsfunktion eingerichtet werden, abgerundet durch den Fernzugriff per Handy, Telefon und Internet.
Die zentrale Haussteuerung von Smart Home Geräten erfolgt im optimalen Fall per WLAN oder anderen Smart Home Standards unter anderem über Sensoren, die die Raumtemperatur, Helligkeit, Luftzusammensetzung etc. messen. Steuergeräte sprechen laut ihrer Programmierung die Aktoren der einzelnen Komponenten wie Thermostat, Lichtschalter, Elektromotoren der Jalousien vollautomatisch an. Lassen
Sie abends um 22 Uhr die Rollläden sich automatisch schließen und das Licht sich einschalten. Sorgen Sie dafür, dass Sie sonntags morgens bis 9 Uhr nicht von der Türklingel gestört werden, schlafen Sie aus und frühstücken Sie in Ruhe. Installieren Sie ein intelligentes Lautsprechersystem mit Bewegungsmelder und genießen Sie es, dass Ihr Lieblingslied im Radio Ihnen in jeden Raum folgt, den Sie betreten. Die Smart Home Funktionen machen es möglich. Wettersensoren sorgen dafür, dass die Fenster geschlossen werden, wenn es regnet, oder starten die Gartenbewässerung, wenn es einige Tage lang trocken war.
Ein weiterer brandaktueller Punkt ist die Möglichkeit der Energieeinsparung. Warum sollte in einem Raum eine Lampe brennen oder das Radio laufen, in dem sich niemand aufhält? Rufen Sie an Ihrem letzten Urlaubstag Ihr intelligentes Haus an und sagen Sie ihm, um wie viel Uhr die Heizung auf welche Temperatur eingestellt werden soll. All das kann die intelligente Haussteuerung umsetzen.
Die Programmierungen können natürlich jederzeit geändert, erneuert und gelöscht werden. Die Hausautomation und Heimvernetzung ist beliebig modular erweiterbar; die Steuergeräte können problemlos durch Software-Updates auf den aktuellen Stand gebracht werden.
Um die Kommunikation der Smart Home Geräte zu gewährleisten, braucht es ein System, über dem die Daten übertragen werden. Das ist das Bussystem. Was ein Bussystem ist und welche Arten der Datenübertragung es gibt, zeigen wir im Folgenden.
Was ist ein Bussystem?
Bussystem – per Funk oder Kabel?
Ein Bussystem bezeichnet in der Informatik ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern, bei welcher ein gemeinsamer Weg der Datenübertragung verwendet wird.
Entscheidend ist an dieser Art von Informationssystem, dass die verschiedenen Teilnehmer während diesem Prozess an der Datenübertragung zwischen den anderen Teilnehmern keinen Anteil nehmen. Während Bussysteme zu Beginn in erster Linie in Computern sowie im Bereich der Kommunikation zwischen Computern und Peripherigeräten verwendet wurden, findet ein Bussystem in der heutigen Zeit vielfältige Anwendungsbereiche.
Neben den Bereichen der Maschinensteuerung sowie in der Automobiltechnik, finden Bussysteme inzwischen auch in dem Bereich der Gebäudesteuerung ihre Verwendung. So werden Bussysteme in erster Linie im Bereich der Heiztechnik, der Beschattungstechnik sowie für Alarm- und Sicherheitsmechanismen in einem Hausbau integriert. Des Weiteren bietet sich durch die Integration von einem Bussystem in einem Gebäude die Möglichkeit dieses aus der Ferne zu überwachen sowie seine Komponenten zu steuern.
Dabei kann die Steuerung über den Benutzer selbst erfolgen oder mittels einer dafür geeigneten Software von einem externen Computer ausgeführt werden. Den gängigen Standard von Bussystemen im Bereich der Gebäudetechnik stellt in diesem Anwendungsbereich der Europäische Installationsbus, welcher auch EIB abgekürzt wird, dar. Dieses Bussystem ermöglicht in seiner Funktionsweise die Verbindung zwischen Sensoren sowie den dazugehörigen Aktoren in einem Gebäude und legt des Weiteren das Protokoll fest, auf Basis von welchem diese beiden Komponenten miteinander kommunizieren.
Ein Vorteil von Bussystemen ist ihre leicht zu realisierende Integration in bestehende Gebäudestrukturen. So ist die Nutzung von einem Bussystem nicht nur auf Gebäude neuerer Art beschränkt. Auch im Zuge einer Modernisierung ist es möglich, Bussysteme in Altbauten zu integrieren. Im Laufe der letzten Zeit fanden Bussysteme immer größere Verbreitung. Während diese Technologie zu Beginn in erhobeneren Gesellschaftsschichten zu finden war, erfahren Bussysteme eine zunehmende Standardisierung, wodurch auch neu errichtete Fertighäuser im niedrigeren Preissegment über diese verfügen.
Bussysteme per Funk
Funkbus: Energiesparend, bequem und sicher mit Bussysteme per Funk
Bussystem – per Funk?
Früh morgens mit Sonnenlicht aufwachen und die Alarmanlage schaltet sich ein, wenn sie mit dem Auto die Garage verlassen. Was vor einigen Jahren noch nach Zukunftsmusik klang, hält in immer mehr Häusern und Wohnungen dank Bussysteme per Funk Einzug.
Funksysteme bieten vielfältige Möglichkeiten. So können Sie zu Hause per Knopfdruck, über Ihr Smartphone oder im Büro mittels PC sämtliche Energieverbraucher und Sicherheitsanlagen kontrollieren und steuern. Ebenso lassen sich alle Elemente auf Ihr Bedürfnisse hin programmieren.
Das komfortable Energiemanagement mit Bussysteme per Funk lässt sich für mehrere Bereiche installieren und anwenden. Durch eine automatische Beleuchtungssteuerung ist es möglich, mittels Sensoren nur die Räume beleuchten zu lassen, in welchen sich auch Personen aufhalten. Zugleich ist es auch möglich, alle Lichter ein- und auszuschalten. Das erhöht den Wohnkomfort und senkt auch Ihre Stromrechnung.
Rollläden oder Markisen lassen sich mittels Bussysteme per Funk nicht nur per Knopfdruck hoch- und runterfahren. Durch intelligente Sensorentechnik und Bussysteme per Funk reagieren diese auch auf Witterungsbedingungen. Ob Sie Ihre Rollos durch Sonnenauf- und Untergang gesteuert haben möchten oder sich die Markise bei Sturm selbst einfahren soll – auch das ist mit Funksysteme möglich.
Die Heizkosten sind oft ein beträchtlicher Kostenfaktor.
Durch Funksysteme ist es möglich, diese unter Kontrolle zu bringen und Energie zu sparen. Die Räume werden nur dann beheizt, wenn es auch nötig wird. Das wirkt sich nicht nur positiv auf die Umwelt, sondern auch auf Ihre Geldbörse aus.
Aber auch Ihre Sicherheit und die Ihres Eigentums profitiert von Funksysteme. Per Knopfdruck und Funkbus lassen sich alle Verbraucher ein- und ausschalten. Das kann ungebetene Besucher in die Flucht schlagen und Hilfe herbeiholen. Solche Panikknöpfe lassen sich überall im Haus, auch über den Nachttisch, installieren. Zudem kann durch den Funkbus auch der Rauchalarm eingeschaltet werden. In Verbindung damit fahren alle Jalousien hoch und Ihnen den Fluchtweg frei geben.
Da für Funkbus keine Leitungen verlegt werden müssen, ist die Installation schnell und schmutzfrei sowie jederzeit um gewünschte Komponenten erweiterbar. Damit sparen Sie nicht nur Zeit, sondern haben Ihre Betriebskosten und die Sicherheit Ihres Hauses oder Ihrer Wohnung jederzeit von jedem Ort aus mittels Funkbus unter Kontrolle.
Bussysteme per Funk
Die Funk-Bussysteme sind die günstigen Lösungen, um eine Smart Home aufzubauen. Allerdings haben die Funksignale jeweils nur eine begrenzte Reichweite und sind eher schon mal störanfällig.
WLAN (WIFI) Systeme
Diese sind inzwischen im privaten Smart Home Bereich sehr etabliert. WLAN Systeme arbeiten im 2,4 GHz Band Funknetz. Die Kommunikation über WLAN braucht noch immer recht viel Strom.
Dect
Für die Dect Systeme ist ein einheitliches Frequenzband in Europa definiert. Zwischen 1880 und 1900 MHz können diese ihre Signale übertragen. Eine Erweiterung des Dect Standards ist ULE. Gigaset Elements hat als einer der ersten Firmen ein ganzes Produktsortiment basierend auf diese Technik auf den Markt gebracht.
Bluetooth
Bluetooth Verbindungen habe nur eine geringe Reichweite.
HomeMatic
Das HomeMatic-Funkprotokoll wurde von der eQ-3 AG entwickelt. Ein Element darin ist das QIVICON Home Base. Darüber können HomeMatic-Produkte sicher gesteuert werden. QIVICON Home Base bildet die Schnittstelle zu den Smart Home Endgeräten und zu den Smart Home Steuerungsgeräten, wie das Smartphone. Damit das alles sicher abläuft, ist eine AES-128-Sicherheitstechnologie bei HomeMatic integriert.
ZigBee
ZigBee kann mit bis zu 100 Metern eine größere Entfernung per Funk abdecken. Ein bekannter Anbieter, der diesen Standard nutzt ist Philips mit seinen Hue Leuchten. Das Amazon Echo Plus verfügt z.B. über einen integrierten ZigBee-Smart Home-Hub, um einfach integrierten ZigBee-Smart Home-Geräte, wie die Philips Hue Lampen zu steuern.
Z-Wave
Firmen wie ADT, Bosch, Danfoss, Honeywell und Security System setzen auf Z-Wave. Beim Z-Wave Standard gibt es Knotenpunkte, mit denen die Geräte kommunizieren. So können auch Geräte untereinander Kontakt haben, die sonst viel zu weit von einander entfernt stehen.
Kabel-Bussystem
Der Beginn mit EIB – Was ist EIB?
Die Kurzform EIB steht für „Europäischer Installationsbus“. Dieser Begriff steht für die standardisierte Norm, mit der die Richtlinien für eine moderne Hausautomation beschrieben worden sind. Zu erwähnen sei allerdings, dass es bereits einen aktuellen internationalen Nachfolger dieses Standards gibt (KNX), der zum EIB Standard kompatibel ist und diesen erweitert.
Spricht man von EIB, so spricht man von einem sogenannten Feldbus. Dieser Feldbus ermöglicht mithilfe von definierten Übertragungsprotokollen die Kommunikation zwischen Aktoren und Sensoren und dessen Steuerung. Auf diese Weise werden moderne Haussteuerungen umgesetzt, die für individuelle Bedürfnisse programmiert werden können.
Sensoren können dabei zum Beispiel Schalter, Temperaturfühler oder Dimmer sein, die verschiedene Aktoren reagieren lassen, wenn eine zuvor definierte Bedingung gegeben ist. Aktoren wiederum werden dabei zwischen die entsprechenden Verbraucher im Stromnetz geschaltet. Dies können Lampen, die Heizung oder sonstige Elektrogeräte sein, die man gerne mit der Hilfe von Sensoren oder auch per Fernsteuerung über einen Computer ansprechen möchte.
EIB bzw. KNX wird vor allem als Haussteuerung in Wohngebäuden oder bei modernen Unternehmen eingesetzt, da diese Technik sowohl praktisch, als auch kostensparend eingesetzt werden kann. Eine Privatperson, deren Haussteuerung über EIB läuft, kann zum Beispiel mit nur einem Schalterdruck, gleich den ganzen Weg zur Küche beleuchten und wieder abschalten. Auch das Einschalten der Kaffeemaschine vom Schlafzimmer aus, lässt sich so umsetzen.
Der große Vorteil bei dieser Art der Haussteuerung liegt unter anderem darin, dass sie ohne Probleme erweitert werden kann und sich damit auch Heiz- und Stromkosten, aufgrund der besseren Kontrolle einsparen lassen.
Durch EIB wird die Haussteuerung von der Hausversorgung getrennt, was den größten Unterschied zwischen dem Bezug von den alten herkömmlichen Schaltern und Verbrauchern ausmacht. Jeder Schalter lässt sich jederzeit auf einen neuen Aktoren einstellen und damit an neue Bedürfnisse anpassen, was bei Schaltern die direkt mit der Versorgung verbunden sind so nie möglich war, außer durch aufwändige und teure Neuverkabelungen.
Die Weitererentwicklung KNX – Was ist KNX?
KONNEX (KNX) ist das am meisten verwendete Bussystem im Bereich von Wohnhäusern – daher wird auch früher oder später jeder, der ein Haus baut, über diesen Begriff stolpern. Doch was ist das eigentlich genau? KNX entstand aus dem europäischen Installationsbus, der als EIB abgekürzt wird. Über eine lange Zeit hinweg nannte man ihn KNX / EIB, mittlerweile trägt er nur noch die Bezeichnung KNX. Im Prinzip hat man Strom noch vor einigen Jahren über eine geschaltete Spannung gesteuert. Wenn man also ein Licht eindreht, dann schaltet man die Netzspannung bis hin zum Licht – dadurch kann das Licht brennen. Alles verläuft also direkt innerhalb dieses Stromkreises.
Das Bussystem muss man sich ungefähr so vorstellen, als ob damit Informationen versendet werden. So kann man zum Beispiel auch andere Geräte genauso programmieren, dass sie auch in der Weise reagieren, wie man es sich wünscht. Wenn man das Licht anschaltet, sieht es also für uns so aus, dass ein Schalter gedrückt wird und daraufhin das Licht angeht. Über diesen Installationsbus wird dann die Information, dass der Schalter betätigt wurde, an die Lampe gesendet.
Diese Nachricht wird im Schaltaktor, der sich im Schaltkasten befindet, empfangen. Mit dem Schalten von einem Lichtkreis – also, wenn das Licht angeht – reagiert er auf den Empfang dieser Nachricht. Dies geschieht in weniger als einer Sekunde. Wenn man über viele Schalter verfügt, so kann man jedoch alle an ein einziges Bussystem Kabel anhängen und zusätzlich auch unterschiedliche Sensoren anbringen. So kann man unter anderem Wettersensoren, Kontakte am Fenster, Bewegungsmelder und noch vieles mehr anbringen, wenn man das möchte.
Auf der Reaktionsseite befinden sich zahlreiche so genannte Aktoren. So ist es zum Beispiel auch möglich, mit ein paar Extras auch kompliziertere Informationen zu programmieren. Ein Druck auf den Lichtschalter bewirkt also nicht nur das pure Einschalten von Licht, sondern kann auch für anderes verwendet werden, wie zum Beispiel, um ein Gerät anzuschalten, um das Licht zu dimmen, um die Musikanlage zu steuern, um einen Ventilator zu betätigen oder vieles mehr. Am besten lässt man sich zum Bussystem im Fachhandel oder bei einem Elektriker eingehend beraten, was vor allem hilfreich ist, wenn man mehrere Anschlüsse an den Bus legen möchte.
Der Einsatz von KNX Technologie
Ein Bussystem bezeichnet die automatisierte zentrale Steuerung von elektrisch betriebenen Haushaltsgeräten. Mit sogenannten KNX EIB Touchpanels kann man Heizung, Klimaanlagen, TV-Geräte, HiFi-Anlagen ebenso steuern, wie Türen, Lichter und Jalousien. Man verschwendet jeden Tag viel Zeit, um unzählige Geräte einzeln zu bedienen. Mit einem Bussystem ist das nicht mehr notwendig. Über Internet oder via SMS ist es sogar möglich, diese Geräte aus der Ferne zu steuern. So kann man etwa einer bestimmten Person die Haustür öffnen, egal wie weit man von seinem Heim entfernt ist.
Mit einem Bussystem kann man noch mehr, als die Objekte nur zentral zu steuern. Über das KNX EIB Touchpanel kann man Programmierungen nach Wunsch eingeben. Sich mit Musik von der Stereoanlage wecken lassen, Jalousien je nach Tageszeit automatisch verstellt werden, Lichter zu einer bestimmten Tageszeit eingeschaltet werden. Selbst komplexe Programmierungen sind möglich.
Zum Beispiel kann man sich innerhalb weniger Sekunden eine perfekte Heimkino-Atmosphäre schaffen. Das Licht wird nach der vorgegebenen Voreinstellung gedämpft, über den integrierten DVD-Server wird der gewünschte Film abgerufen, die Vorhänge werden zugezogen, der Sessel in die richtigen Position gebracht, alles mit nur einer Berührung des KNX EIB Touchpanels.
Ein Bussystem kann ebenso für den Garten eingesetzt werden. Mit einem über KNX EIB Touchpanels gesteuerten Bewässerungssystem wird die Bodenfeuchtigkeit gemessen und bei Bedarf die Anlage in Gang gesetzt. Ein Swimmingpool wird zur gewünschten Zeit aufgeheizt, in der Nacht wird es abgedeckt, damit es nicht abkühlt.
Ein Bussystem auch die Sicherheit einer Wohnung oder eines Hauses. Mit der Kontrolle von Licht, Vorhängen usw. kann eine Anwesenheit simuliert werden, sogar wenn man auf Urlaub fährt. Verlässt man das Haus, kontrolliert das Bussystem, ob alle Türen und Fenster verschlossen wurden. Falls nicht, schließt es die Türen automatisiert. Ebenso werden alle Geräte, die während der Abwesenheit nicht eingeschaltet sein sollten, beim Verlassen des Hauses abgestellt.
Gegensprechanlagen können an das Handy weitergeleitet werden. Wenn jemand läutet, kann man über das Handy mit der betreffenden Person kommunizieren. Und natürlich kann man auch die Sicherheitsanlagen via Internet oder SMS aus der Ferne steuern.
Bussysteme sind Hightechanlagen auf dem modernsten Stand der Technik. Sie erhöhen den Komfort und die Sicherheit bei maximaler Flexibilität.
Der KNX als Feldbus
Ein KNX oder EIB ist ein so genannter Feldbus. Ein Feldbus ist eine Verbindung einer Anlage und verbindet Aktoren bzw. Sensoren mit einer Steuerungsanlage und kann so in der Haussteuerung zur Anwendung kommen. Technisch gesehen ist das KNX der Nachfolger des EIB, beide sind aber untereinander kombinierbar.
Diese Art Feldbus wurde 1996 erstmals von drei europäischen Herstellern entwickelt und anschließend zu einem Standardsystem für Gebäudeautomation ausgebaut. In alten Feldbusmodellen wie dem EIB ist die Steuerungsfunktion fest mit der Energieversorgung gekoppelt. Dieser Umstand wurde mit der Entwicklung des KNX grundlegend geändert, hier sind Energieversorgung und Steuerungsfunktionen voneinander unabhängig.
Der KNX-Standard ist mittlerweile ein so genannter offener Standard, dem sich in der Zwischenzeit eine Vielzahl an Firmen angeschlossen haben. Die Steuertechnik KNX und deren Vorgänger EIB haben maßgeblich zur modernen Haussteuerungstechnik beigetragen.
Weitere Kabel-Bussysteme
Kabelbussysteme sind wenig störanfällig, müssen aber zu Beginn gut geplant werden. Ideal ist es, diese beim Hausbau gleich mit einzuplanen. Insgesamt ist die Installation und Integration von Kabel-Bussystemen ins Haus noch immer recht teuer.
Bussysteme per Strom
Es zieht immer mehr Technik in die Häuser. Deshalb werden immer mehr Strom und auch Verkabelungen benötigt. Hier bietet sich eine Technik an, die das ganze Haus durchwebt und sich besonders für Neubauten einigt. Das Bussystem (Europäische Installations-Bus) ist wie ein Nervensystem aufgebaut, sodass das komplette Haus mit Bus per Strom beliefert werden kann.
Das Bus per Strom ist europaweit standardisiert und verbindet alle zukünftigen und aktuellen Kommunikations-, und Informationssysteme in nur einem System. Dabei ist das Bus per Strom auch für Anschlüsse von verschiedenen Anbietern geeignet. Bei diesem System wird mit nur einer zweipoligen Stromleitung, die auf 230 Volt ausgelegt ist, im Haus ein Netz von verschiedenen Steuerleitungen verlegt. Durch das Bus per Strom werden alle Verkabelungen und vorher getrennt gesteuerten Leitungen verbunden.
Powerline
Breitband-Powerline Adapter werden von Firmen wie AVM und devolo vertrieben. Sie basieren auf den HomePlug- Standard IEEE 1901.
X10
Das X10 ist dagegen ein Schmalband-System. Powerline und X10 sind nicht kompatibel zueinander.
digitalStrom
Die Schweizer Firma digitalStrom hat eine Technik entwickelt, die Signale für die Smart Home Geräte Steuerung über die 230 Volt Stromleitung zu verschicken. Die herkömmlichen Steckdosen im Haus werden durch Lüsterklemmen Produkte der Firma digitalStrom ersetzt. Diese nehmen die Steuersignale entgegen und verteilen sie im Haus.
HomePlug und Green PHY
Das System HomePlug AV übernimmt die Haussteuerung und kann zudem noch Audio- und Videosignale übertragen. Die Übertragung läuft ebenfalls über die Stromleitung und kann eine Geschwindigkeit bis zu 500 MBits/Sekunde erreichen. Hinter diesem Standard stehen Firmen wie Broadcom, Cisco, devolo, Qualcomm und STMircroelektronics. In diesem Zusammenschluss wurden zusätzlich Stromversorger integriert, mit diesen ist dann Green PHY entstanden. Die Übertragung hier hat mit 256KBits/Sekunde eine niedrige Bitrate und kann keine Bild und Toninformationen übertragen. Zum Einsatz kommt dieser Standard z.B. bei der Steuerung von Solaranlagen.
Haussteuerung – Zentral oder Dezentral
Was sind Aktoren und Sensoren?
Aufgrund der fortschreitenden Technik finden immer mehr Steuerungsanlagen den Einzug in private Haushalte. Durch eine intelligente Steuerung lässt sich in einem Haus Energie sparen und effizient nutzen. Durch eine elektronische Steuerung können Geräte und Maschinen bequem und einfach ferngesteuert werden. Für eine funktionierende Steuerung sind gewisse Bauteile und Elemente wie beispielsweise ein Aktor oder Sensor notwendig um eine gewünschte Funktionsweise zu gewährleisten. Dieser Artikel erklärt welchen Zweck diese Bauteile haben und wie sie arbeiten.
Ein Aktor ist ein technisches Bauteil, welches für die Umsetzung eines Signals verantwortlich ist. Aktoren bilden das Gegenstück zu Sensoren und können auch als Signalwandler betrachtet werden. Der Aktor wandelt im Regelfall ein elektrisches Signal in eine mechanische Arbeit um, beispielsweise die Öffnung oder Schließung eines Ventils. Dabei wandelt der Aktor das Signal in eine physikalische Größe um.
Der Sensor ist das Gegenteil vom Aktor und führt vereinfacht formuliert den umgekehrten Vorgang aus. Der Sensor ist als eine Art Fühler zu betrachten, welcher physikalische Größen in elektrische Signale umwandelt. Diese physikalischen Größen können Temperatur, Licht, Feuchtigkeit, Kraft und weitere Parameter sein. So kann beispielsweise bei einer gewissen Temperatur der Sensor ein Signal senden und so die Heizung ausschalten lassen.
Beim zentralen Smart Home Variante kommunizieren alle Sensoren mit der Zentrale. Die Smart Home Zentrale steuert die Smart Home Geräte und sammelt die Informationen zentral.
Bei der dezentralen Smart Home Lösung kommunizieren die Geräte ohne Zentrale untereinander.