Gebäudeautomation

Günter Herkommer,

BACnet sorgt für Komfort im Hotel

In einem 110-jährigen Gebäudekomplex direkt am Ufer des Vierwaldstättersees in der Schweiz untergebracht, verbindet das Park Hotel Vitznau das historische Ambiente mit der Ausstattung eines modernen 5-Sterne-Luxushotels. Dafür, dass sich der komplexe Gebäudebetrieb effizient und trotzdem mit maximalem Komfort für die Hotelgäste gestalten lässt, sorgen über 100 per BACnet vernetzte Embedded-PCs.

© Beckhoff Automation

Nach dreieinhalb Jahren umfangreicher Renovierungsarbeiten, bei denen auch die technische Gebäude-Infrastruktur auf den modernsten Stand gebracht wurde, öffnete das Park Hotel Vitznau im März 2013 wieder seine Pforten. Die Komplexität der in vier „Häusern“ unterteilten Liegenschaft – und damit auch der Gebäudeautomation – zeigt alleine schon das breite Angebot: 47 Suiten in sechs verschiedenen Themengalerien werden unter anderem ergänzt durch zwei Restaurants, sechs Weinkeller mit über 30.000 Flaschen Wein sowie einen großen Spa-Bereich und zahlreiche Veranstaltungsräume. Eingebunden ist zudem eine Arztpraxis.

Die Grundlage für alle vom Schweizer Systemintegrator Panthek realisierten Funktionen im Sekundärbereich der technischen Gebäude-Infrastruktur bildet PC-basierte Steuerungstechnik. Angebunden an die Primäranlagen für Heizung und Lüftung sowie an das übergeordnete Gebäudeleitsystem sorgen konkret 108 als BACnet/IP-Server und -Client arbeitende Embedded-PCs des Typs CX5010 von Beckhoff für die notwendige Datenkommunikation und Steuerung.

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Durch die ganzheitliche Gebäudeautomation und die durchgängige BACnet-Kom­munikation stehen sowohl für die Gebäudeleittechnik als auch aus Sicht der einzelnen Suite stets alle Informationen für eine opti­male Raumbe­dienung zur Verfügung.

© Beckhoff Automation

Im Rahmen der Raumautomation lassen sich Licht, Jalousien, Klimatisierung und Suiten-Steuerung individuell anpassen. Speziell in den Badezimmern kommt noch das Ein- und Ausschalten von Boden- und Spiegelheizung hinzu. In den Zimmern sind vorwiegend vier Lichtstimmungen, also die Licht-Szenarien „dunkel“, „mittel“, „hell“ und „aus“, wählbar. Mit zusätzlichen Spezial- und Farbeffekten arbeitet man zum Beispiel in der Bar oder im Ruheraum des SPA-Bereiches. Die Licht-Ansteuerung erfolgt per DALI-Standard, der über eine entsprechende Busklemme integraler Bestandteil des Automatisierungssystems ist.

Übergeordnete Reaktionen sind über das Hotelreservationssystem möglich. So wird das Zimmer 24 Stunden bevor der Gast eintrifft von der Energiefreischaltung in den Komfortmodus gehoben, also beispielsweise eine angenehme Temperatur eingestellt und die Ventile der Wasserversorgung geöffnet. Das Buchungssystem, das über die auf einem Schaltschrank-IPC laufenden „Twincat Database Server“ und „Twincat FIAS Server“ (Fidelio Interface and Application Specification) an die Steuerungstechnik angebunden ist, ermöglicht auch die Zusammenlegung mehrerer Suiten. Hierzu werden automatisch Verbindungstüren entriegelt sowie Telefon, Türglocke und Masterswitch entsprechend weitergeleitet.

Ebenfalls zentral ausgewertet werden die Informationen der beiden Wetterstationen. Sie dienen unter anderem dazu, bei starken Windböen die Sonnenmarkisen einzuholen und bei Regen die Fenster zu schließen. Für Individualität bleibt hierbei allerdings genügend Spielraum: Auch wenn aus Sicherheitsgründen die Horizontalmarkisen eingezogen werden, lassen sich die zusätzlich vorhandenen Senkrecht-Storen nach wie vor über die Raumautomation bedienen. Die automatische Beschattung der einzelnen Fassadenseiten ist eine zusätzliche Aufgabe der Wetterstationen-Embedded-PCs.

Flexibel per modularem I/O-System

Die über 100 Embedded-PCs und rund 90 Ethernet-TCP/IP-Buskoppler erfassen im Park Hotel Vitznau ungefähr 10.000 I/O-Datenpunkte. Insgesamt sind mehr als 1600 Busklemmen daran angeschlossen. Dazu zählen zahlreiche:
■ 8-Kanal-Digital-Ein- und Ausgangsklemmen – 24 V(DC),
■ 1-Kanal-Universal-Dimmerklemmen – 230 V(AC), 600 VA),
■ 8-Kanal-HD-Analog-Eingangsklemmen für Widerstandssensoren,
■ 8-Kanal-Analog-Eingangs- und Ausgangsklemmen (0 bis 10 V) sowie insgesamt
■ 121 serielle RS-485-Schnittstellen unter anderem für Modbus-Raumfühler,
■ 112 EIB/KNX-Busklemmen für Bedienelemente,
■ 202 DALI/DSI-Master- und Netzteilklemmen.

In den Etagenverteilern übernehmen mehrere Embedded-PCs die Steuerung der Korridor- beziehungsweise der Suiten-Funktionen.

© Beckhoff Automation

All diese Informationen kommen in den jeweiligen Etagenverteilern zusammen und werden dort von den Embedded-PCs verarbeitet. So steuert ein CX5010 einerseits alle Funktionen im Korridor – wie etwa die Legionellenschaltung zur thermischen Wasserdesinfektion – und anderseits die Verteilung des über eine Wärmepumpe gelieferte Warmwassers, das über die Decke, den Boden sowie einen zusätzlichen Gebläsekonvektor (Fancoil) für die Klimatisierung der Räume sorgt.

Mittels PC-basierter Automation und dem über die Busklemme integrierten DALI-Kommunikationsstandard lässt sich die Beleuchtung umfassend steuern.

© Beckhoff Automation

Die Offenheit und Flexibilität der PC-basierten Gebäudeautomation zeigt sich zudem in der einfachen Integration mehrerer Subsysteme in die BACnet-vernetzte Steuerungstechnik: So konnten beispielsweise alle Bedientaster einfach per KNX integriert werden. Die vom Park Hotel Vitznau vorgegebenen Raumfühler – für Temperatur und Feuchte sowie zur Einstellung der Lüftung – sind über Modbus RTU angebunden. Die eingesetzten Audio-/Video-Systeme kommunizieren hingegen über Modbus TCP/IP mit ihrem Umfeld. All das ließ sich mit der Automatisierungssuite Twincat und den entsprechenden Supplements auch softwareseitig ohne großen Aufwand umsetzen. Gleiches gilt für das Hotelreservationssystem.

Komplexes System einfach beherrschen

Die eingesetzten Embedded-PCs inklusove der eingesetzten Software erfüllen alle Anforderungen der BACnet-Norm ISO 16484-5:2010 und bieten damit eine skalierbare Steuerungs­plattform für die gewerke- und hersteller­übergreifende Gebäudeautomatisierung. Durch die Integration des BACnet-Protokolls in den Twincat-System-Manager ist die effiziente Konfiguration der I/O-Busklemmen und der BACnet-Devices mit einem Werkzeug möglich. Die Funktionalität „Automapping“ sorgt zusätzlich für komfortables Arbeiten und verkürzte Entwicklungszeit.

Andreas Hutter, Projektmanager von Panthek: „Dass jeder einzelne der eingesetzten Embedded-PCs in sich BACnet-fähig ist, hat maßgeblich zur Vereinfachung bei diesem Projekt beigetragen.“

© Beckhoff Automation

Umfangreiche Zusatzfunktionen ergänzen die erforderlichen Interoperabilitätsbausteine der BACnet-Building-Controller. So lassen sich durch das dynamische Erzeugen von BACnet-Objekten auch nachträglich unter anderem Zeitschaltpläne und Trend­objekte erstellen und konfigurieren. Mit Hilfe der unterstützten Client- und Masterfunktionen sind zudem verteilte Uhren synchronisierbar. Für den Einsatz in weit verteilten Netzwerken wurden schließlich BACnet-Broadcast-Management-Device(BBMD)-Dienste in Twincat BACnet/IP ein­gebunden. Besonders komfortabel gestaltet sich die Integration von räumlich entfernten und Fremdgeräten im Rahmen der Client-Funktionalität.

Im Park Hotel Vitznau konnte dies alles optimal umgesetzt werden, zumal die Gebäudeleittechnik und die Primäranlagen von Sauter für ihre Kommunikation ebenfalls auf den Standard BACnet setzen. „Das Aufschalten der Automatisierungstechnik war somit sehr einfach“, so Andreas Hutter, Projektmanager von Panthek. Zudem sei die Anbindung per BACnet/IP viel übersichtlicher und selbsterklärender als bei einer konventionellen Modbus-TCP/IP-Kopplung.

Großen Anteil an der Vereinfachung der Projektrealisierung hat insbeson­dere die Funktion des Automapping: In einer BACnet-Umgebung werden Daten immer mittels Objekten und deren Properties repräsentiert. Dies gilt für Speicherzustände (Variablen) genauso wie für Hardware-Ein-/Ausgänge und SPS-Variablen. Am Ende bedeutet dies, dass sämtliche Hardware-Klemmen des I/O-Systems sowie alle SPS-Zustände der SPS-Laufzeit, die in BACnet sichtbar sein sollen, mittels BACnet-Objekten ab­gebildet werden müssen. Bei Twincat BACnet/IP übernimmt dies komfor­tabel das automatische Mapping, was den Aufwand zur Verknüpfung der Objekte deutlich reduziert. Dazu er­läutert Andreas Hutter: „Für dieses komplexe Projekt haben wir wiederverwendbare Programme geschrieben. So werden die rund 60 Suiten alle über das gleiche Programm gesteuert und daher profitieren wir sehr davon, dass sich BACnet direkt im jeweiligen Programm und nicht nur zentral im System-Manager konfigurieren lässt. In letzterem wird lediglich das einzelne Device angelegt, alles andere geschieht über das einzelne Steuerungsprogramm.“

Einen weiteren Aspekt nennt Daniel Rothenberger, Sales Manager Building Automation bei Beckhoff Schweiz: „Dass Twincat BACnet/IP mit zahl­reichen Funktionen und Templates das Engineering erleichtert, ist besonders wichtig, da BACnet eine etwas veränderte Philosophie beziehungsweise Sichtweise erfordert. Während man bei der klassischen Steuerungsprogrammierung mit Real-Variablen arbeitet, so gibt es innerhalb eines BACnet-Objekts mit seinem „Present Value“ noch zusätzliche Properties wie etwa Min-/Max-Werte. Hierauf muss sich der Systemintegrator erst einmal einstellen.“

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