Drahtgebundene Kommunikationssysteme im Vergleich

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Vor allem letzteres bietet ein hohes Einsparpotenzial beim Stromverbrauch, indem immer nur so viel künstliches Licht das Tageslicht ergänzt, dass das gewünschte – und zuvor definierte – Beleuchtungsniveau erreicht wird. Für solch ein effizientes Lichtmanagement sorgt der herstellerübergreifende Industriestandard DALI (Digital Addressable Lighting Interface). Dieser legt die Kommunikation zwischen dem Steuergerät – dem Master – und den DALI-Betriebsgeräten wie zum Beispiel elektronischen Vorschaltgeräten (EVGs) fest. Die Schnittstellen dazu wurden in der DIN EN 60929 VDE 0712-23 und in der neueren DIN IEC 62386 VDE 0712-0 definiert.

Der große Vorteil des DALI-Systems ist die Steuerung der gesamten Beleuchtungsinstallation eines Gebäudes durch lediglich ein einziges Kabelpaar. Das bedeutet, das Schalten und Überwachen jedes einzelnen Elements (Leuchtstofflampe, LED-Lampe, Notbeleuchtung etc.) wird zentral und/oder dezentral durch das Gebäudemanagementsystem übernommen. Dabei lassen sich die Elemente völlig frei verdrahten – die Konfiguration geschieht erst bei Inbetriebnahme der Installation.

Wireless-Systeme im Vergleich

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Eine Rekonfiguration ist ohne Änderung der Verdrahtung jederzeit möglich, außerdem wird die Erweiterung durch neue Elemente mittels eines erneuten Scans der Installation nach wenigen Minuten am Rechner erkannt und eingebunden. Jedes Element im DALI-Bus wird im Master-Slave-Modus betrieben. Dabei operiert das Vorschaltgerät als Slave und die Steuereinheit als Master. Als Übertragungscode dient der so genannte Manchester-Code (bidirektional, Halb- Duplex). Für das Datentelegramm sind ein Start- und zwei Stoppbits mit einer Übertragungsrate von 1200 Bit/s implementiert.

Da das Datenprotokoll keine Mechanismen zur Korrektur oder Fehlererkennung vorsieht, erfolgt die Prüfung der Daten-Integrität durch das Redundanzprinzip. Dabei werden bestimmte Konfigurationsbefehle für das DALI-Betriebsgerät innerhalb von 100 ms ein zweites Mal vom Master gesendet und vor ihrer Ausführung verglichen. Im Falle einer Divergenz wird das Datentelegramm ignoriert. Als Übertragungsmedium lässt sich prinzipiell jeder Kabeltyp mit Isolation für Netzspannung verwenden. Da Netzversorgung und Steuerleitung im gleichen Kabel geführt werden dürfen, ist beispielsweise ein fünfadriges NYM-Kabel zum Anschluss der DALI-Elemente einsetzbar.

Bei der Kabelauswahl ist darauf zu achten, dass der Spannungsabfall auf der Leitung 2 V bei 250 mA nicht überschreitet – bei einer maximalen Leitungslänge von 300 m zwischen der Spannungsversorgung und dem am weitesten entfernten DALI-Verbraucher. Diese Anforderung wird jedoch bereits bei einem Kabelquerschnitt von 1,5 mm2 erfüllt. Die Topologie der Verdrahtung kann frei erfolgen, nur ein geschlossener Ring ist zu vermeiden.

Mit I/O-Modulen weitere Funktionen nutzen

Durch den Einsatz von Controllern wie dem Ethernet-Controller „HE 5684-0“ von Hesch lässt sich die laut DALIStandard auf 64 limitierte Anzahl der Slaves pro Bus quasi aufheben, da jeder Controller mehrere DALI-Master betreiben kann. Die gesamte Funktionalität des Systems wird beispielsweise als Subsystem im Gebäudemanagement positioniert oder kann als selbstständiges Beleuchtungssystem operieren. Konfiguration und Wartung erfolgen entweder vor Ort oder online nach der Authentifizierung durch ein verschlüsseltes Web-Interface.

Im DALI-Konzept von Hesch sind alle Aufgaben der modernen Beleuchtungssteuerung vorgesehen. Hierzu zählen etwa die Optimierung des Energieverbrauchs durch den Einsatz von Anwesenheitsmeldern, Fehlermanagement und Wartung durch automatische Element-Ausfallmeldungen, Terminplanung für Beleuchtungsszenarien sowie Beleuchtungen mit automatischer Erhaltung des Helligkeitswertes. Für sämtliche Wartungs- und Servicedienste reicht damit die Standardsoftware aus. Zur Anbindung von Funksignalen der Beleuchtungssteuerung an das DALI-System hat der Controller zusätzliche Standards integriert, wie zum Beispiel die angesprochene EnOcean-Technologie.

Ein optionales GSM/GPRS-Modem kann als Gateway für das Management des Beleuchtungssystems oder die Fernwartung dienen. Module für digitale und analoge Normsignale ermöglichen zudem die Erfassung von Werten wie Temperatur, Leistung und Spannung bis hin zum kompletten Energiemanagement des Gebäudes. Nicht zuletzt beinhaltet die Lösung Mastermodule für IO-Link, Schnittstellen und Controller für RFID und Ethernet sowie individuell konfigurierbare Steuerungsterminals.

Autor: Michael Lehzen ist Entwicklungsleiter bei der Hesch Industrie-Elektronik.

Dezentral automatisieren

Die IMOD-ECO-Serie von Hesch ist ein Beispiel für ein dezentrales und modulares I/O-System für die Gebäude-Automatisierung. Die Lösung basiert auf einer nach IEC 61131-3 frei programmierbaren, multitaskingfähigen Steuerung mit einer bis zu 450 MHz getakteten ARM9-CPU. Diese kann bis zu sechzehn I/O-Module direkt ansteuern und unterstützt die herstellerübergreifende Entwicklungsumgebung Codesys V3. Damit kann der Controller sowohl autarke Steuerungsfunktionen übernehmen als auch die übergeordnete Leittechnik durch ausgelagerte Funktionen entlasten oder um zusätzliche Funktionen ergänzen. Der Feldbus-Controller mit integriertem 2-Port- Ethernet-Switch überträgt Daten mit 10 oder 100 Mbit/s und stellt einen internen, 512 kByte großen Programmspeicher sowie 256 kByte Datenspeicher zur Verfügung.

Als Übertragungsprotokolle werden sowohl Modbus/TCP als auch Ethernet/IP unterstützt. Bei der Parametrierung kann der Anwender unter mehreren Möglichkeiten wählen: Der Ethernet-Controller ist wahlweise über den Feldbus oder die frontseitige Schnittstelle konfigurierbar. Ergänzt werden die Schnittstellen durch zwei USB-2.0-Host-Interfaces sowie einen Steckplatz für eine MicroSD(HC)-Karte, die als Speichererweiterung, Programm- oder Rezepturspeicher nutzbar ist. Dadurch lässt sich die Steuerung ohne erneute Programmierung und Konfiguration austauschen oder auch per Speicherkartenwechsel ein schneller Prozesswechsel vornehmen. Für webbasierte Anwendungen ist in die Steuerung einWeb-Server integriert, auf dem HTML-Code gespeichert werden kann. Die Montage des 71,6 mm breiten Controllers erfolgt durch Aufrasten auf eine 35-mm-Tragschiene.