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Wirtschaftliche Vernetzung mit Ethernet und
leistungsfähiger Steuerungstechnik
Automationworx für die
Gebäudeautomation

Bei stetig steigenden Energiepreisen ist für alle Gebäude – ob industriell oder als Wohnraum genutzt – eine signifikante Senkung des Gesamtenergiebedarfs sinnvoll. Ausgeklügelte Regelstrategien sowie die Vernetzung aller Gewerke auf Basis von Ethernet tragen dazu bei, den Energieeinsatz gering zu halten. Mit ‚Automationworx für die Gebäudeautomation‘ bietet Phoenix Contact ein integrierendes Automatisierungskonzept für herstellerunabhängige Lösungen.
Wird Industrial Ethernet in der Gebäudeautomation zur Vernetzung der DDC-Steuerungen (DDC) verwendet, kann der Anwender transparent auf alle Datenpunkte zugreifen. Im Bereich der Raum- und Zonenregulierung können Primäranlagen – wie Heizungs- oder Kältetechnik – wirtschaftlicher geführt werden. Stellen die Raum- oder Zonenregler den Primäranlagen die Energieanforderung zur Verfügung, kann die notwendige Heiz- oder Kühllast errechnet sowie der energetisch optimierte Arbeitspunkt bestimmt werden.

Industrieoptimierte Netzwerktechnik

Mit den industrietauglichen ‚Managed Switches‘ und ‚Unmanaged Switches‘ der Produktfamilie ‚Factory Line‘ von Phoenix Contact lässt sich eine zukunftssichere Ethernet-Infrastruktur aufbauen. Die Netzwerktechnik-Komponenten verbinden Standard-Switch-Technologien mit den hohen industriellen Anforderungen. So ermöglichen Switches mit einer variablen Port-Anzahl den Aufbau dezentraler modularer Netzwerk-Strukturen. Die Kombination aus steuerungsähnlicher Diagnose und einfacher Konfiguration mit einer Standard-Netzwerkmanagement-Software reduziert die Inbetriebnahmezeit erheblich und vereinfacht zudem die Wartung. Zu diesem Zweck wurden Protokoll-Schnittstellen wie SNMP, BootP oder OPC zur Konfiguration und Diagnose in die Switches integriert. Für die Installation der Ethernet-Komponenten in rauen Industrieumgebungen bietet Phoenix Contact RJ45-Steckverbinder in den Schutzarten IP20 und IP67; Ethernet-Leitungen und konfektionierte Patch-Kabel, die den Anforderungen gemäß CAT 5e und CAT 6 entsprechen; sowie ein Zubehörprogramm mit Markierungsmaterial und Verarbeitungswerkzeugen.

Modulare Steuerungstechnik

In der dezentralen Gebäudeautomation verarbeiten leistungsfähige Steuerungen die zahlreichen Datenpunkte und werten sie aus. Im Rahmen des Automationworx-Konzepts wird die Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik in den Primäranlagen über die modular aufgebauten Industrie-Steuerungen der Produktfamilie ‚Inline Control‘ (ILC) gesteuert und geregelt, wobei die ILC-Steuerungen als DDC-Unterstationen fungieren. Mit den Klemmen des Inline-Ins-tallationssystems lassen sich die Steuerungen je nach Applikationsanforderung flexibel um Standard- und Funktionsmodule erweitern. So können Informationsschwerpunkte funktions- und datenpunktorientiert geplant und ausgeführt werden. Die Produktfamilie ‚Inline Control‘ umfasst ein umfangreiches Portfolio an hutschienenmontablen Steuerungen in verschiedenen Leistungsklassen, die die Ethernet-Protokolle TCP/IP, Profinet und Modbus TCP unterstützen. Auf diese Weise lassen sich Teilaufgaben gewerkeübergreifend sowie hard- und softwaretechnisch in einer Station vereinen. Das senkt Engineering-Kosten bei der Planung, Ausführung und Wartung. Ferner kann die Anwendung um gewerkespezifische E/A-Funktionen erweitert werden. So ermöglicht die Integration der Dali-Schnittstelle (Digital Adressable Lighting Interface) die Steuerung und Regelung der Beleuchtung. Neben digitalen und analogen Ein- und Ausgangsklemmen in unterschiedlichen Kanalzahlen umfasst das Installationssystem ‚Inline‘ verschiedene Funktionsklemmen mit RS232- oder RS485-Schnittstelle. Über die seriellen Schnittstellen lassen sich Enocean-Funkempfänger mit Hilfe von Funktionsbausteinen in das Netzwerk einbinden.

Durchgängige Programmierung

Wie alle Steuerungen von Phoenix Contact werden die Inline-Controller mit der Automatisierungs-Software PC Worx gemäß IEC61131-3 programmiert. Auf Basis des internationalen Standards lässt sich die Lösung mit Hilfe vorgefertigter, getesteter und dokumentierter Funktionsbausteine optimal an die Erfordernisse der jeweiligen Anwendung anpassen. Dabei wird der Programmieraufwand auf ein Minimum reduziert und gleichzeitig wird ein hohes Maß an Standardisierung erreicht. Die umfangreiche Funktionsbaustein-Bibliothek ‚Building Automation Control Library‘ (BACL) unterstützt bei der Programmierung der wichtigsten Funktionen zur Heizungs-, Lüftungs- und Klimaregelung sowie der elektrotechnischen Funktionen. Eine integrierte Online-Hilfe im HTML-Format erklärt dabei u.a. die Funktion und die Beschaltung, so dass sich die Programmerstellung weiter vereinfacht. Alle Funktionsbausteine verfügen über ein Kommunikations-Interface, über das Daten und Alarme mit der Visualisierung der Leittechnik und der Vor-Ort-Bedienung ausgetauscht werden können. Programmierung und Konfiguration der Controller erfolgen zentral über das Netzwerk. Zur Inbetriebnahme-Unterstützung werden Diagnose- und Konfigurations-Werkzeuge angeboten, die integraler Bestandteil von PC Worx sind.

Einfache Anbindung an die Leittechnik

Zur Einbindung der Automatisierungslösung in die Gebäudeleittechnik wird der OPC-Standard genutzt. Auf diese Weise kann der Anwender transparent und ohne zwischengeschaltete Gateways von der Management-Ebene über die Inline Controller als Informationsschwerpunkt auf die Sensor-/Aktorebene zugreifen. Die Symbol- und Programmobjekte bilden die Voraussetzung für die spätere Implementierung des BACnet-Standards in das Gesamtkonzept.

Integrierte herstellerunabhängige Gebäudeautomation

Ein energieeffizienter Lösungsansatz berücksichtigt das Zusammenwirken aller Gewerke eines Raums oder einer Zone, wobei diese via Ethernet mit den Reglern der Primäranlagen vernetzt werden. Automationworx für die Gebäudeautomation integriert dabei die Gewerke Lichtsteuerung, Sonnenschutz und Raumautomation. Alle Funktionsbausteine der BACL verfügen über eine Kommunikations-Schnittstelle, so dass der Austausch von Daten und Alarmen mit der Visualisierung oder Leittechnik mit nur einer OPC-Verbindung projektiert werden muss. Die Inline-Steuerungen werden durchgängig und zentral via Ethernet programmiert und konfiguriert. Über die TCP/IP-Schnittstelle erfolgt auch die Vernetzung zur optimierten Führung der Primäranlagen-Regelung. Das Automatisierungskonzept auf Basis von Industrial Ethernet erfüllt darüber hinaus die Anforderungen nach Herstellerunabhängigkeit, ganzheitlicher Planung und dezentraler Ausführung. Wenn die Gebäude- und Fertigungsautomation integriert geplant und umgesetzt wird, bietet die Lösung dem Betreiber ein hohes Maß an Synergie. Die Nutzung der Ethernet-Infrastruktur bildet hierfür das technische Rückrat einer durchgängigen Lösung.

Kasten: ETHERNET IN DER GEBÄUDEAUTOMATION

Als Rückgrat der Gebäudeautomation ist Ethernet heute Stand der Technik. Neben dem Vorteil der Nutzung eines einheitlichen Netzwerks birgt die Verschmelzung von Office- und Gebäudeanwendungen auch Gefahren. Um die Ethernet-basierten DDC-Controller vor unbefugtem Zugriff zu schützen, müssen geeignete technische Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden. Bestenfalls werden das Büro- und das Gebäudeautomations-Netzwerk zu diesem Zweck parallel ausgeführt und mit Routern an definierten Zugriffspunkten verbunden. Die standardisierte OPC-Schnittstelle ermöglicht die Anbindung an das vorhandene Gebäudeleittechnik-System. Als vorteilhaft erweist sich die Nutzung bekannter Ethernet-Dienste, so dass der Anwender die in der Gebäudeautomation eingesetzten Geräte beispielsweise via Standard-Browser konfigurieren kann. Ferner kann er über das Internet auf die Gewerke in weit verteilten Liegenschaften zugreifen sowie entfernte Gebäude professionell bewirtschaften.

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