Die Busspannungs- Versorgung

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38 KNX-Praxis: Ein Versuchsaufbau Frisch ans Werk Nun geht es praktisch weiter: Dieser Beitrag stellt beispielhaft einen KNX-Versuchsaufbau aus den wichtigsten Elementen vor, der sich einfach erweitern
38 KNX-Praxis: Ein Versuchsaufbau Frisch ans Werk Nun geht es praktisch weiter: Dieser Beitrag stellt beispielhaft einen KNX-Versuchsaufbau aus den wichtigsten Elementen vor, der sich einfach erweitern und anpassen lässt. Stefan Heinle Mariusz-Szczygieł, 123RF Fällen aber sinnvoll ist, Testkomponenten später in den echten Betrieb einer KNX-Anlage zu überführen, lohnt es sich, gleich eine größere Spannungsversorgung zu beschaffen. 640 Milliampere Nennstrom sind für ein Einfamilienhaus sehr oft ausreichend. Für eine noch umfangreichere KNX-Installation oder falls mehrere KNX-Tastsensoren ohne Fremdspannungs-Versorgung und mit beleuchtetem Display zum Einsatz kommen, bietet sich die nächstgrößere Variante mit 960 Milliampere an. Trotzdem ist auch eine kleine Spannungsversorgung mit 160 Milliampere später noch nützlich, zum Beispiel zur Versorgung einer Außenlinie, die oft nur aus ein paar Bewegungsmeldern und einfachen Tastern besteht. Nachdem sich ein erster Beitrag in dieser Ausgabe mit den KNX-Grundlagen beschäftigt hat, soll nun eine kleine Test installation folgen. Der Aufbau stellt bereits ein komplettes KNX-Basissystem dar und kann Lasten aller Art schalten. Das Beispiel verwendet eine Beleuchtung, genauso gut ließen sich damit aber auch Steckdosen, Antriebe, Motorschlösser und andere elektrische Verbraucher schalten. Stückliste: Was braucht man? Diese Teile sind für den Versuchsaufbau erforderlich: n Eine KNX-Busspannungs-Versorgung, n eine KNX-IP-Schnittstelle, n ein KNX-Schaltaktor, n ein KNX-Tastsensor, n eine Standard-35-mm-Hutschiene, n 1 bis 2 m KNX-Busleitung, n ein paar Busklemmen vom Typ Wago 243 rot/ schwarz sowie n eine ETS-Demo-Lizenz. Der Testaufbau besteht aus insgesamt vier KNX-Geräten: einer Spannungsversorgung für den Bus, einer KNX-IP- Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Heimnetzwerk, einem Aktor zum Schalten elektrischer Verbraucher und einem Sensor in Form eines KNX-Tastsensors, also einer Art Multifunktions-Bediengerät. Die in diesem Setup verbauten Geräte stammen von drei unterschiedlichen Herstellern, arbeiten aber selbstverständlich problemlos zusammen. Um folgende Gerätetypen handelt es sich. Die Busspannungs- Versorgung KNX-Busspannungs-Versorgungen sind in REG-Bauweise mit Nennströmen von 160, 320, 640 und neuerdings auch 960 und sogar 1280 Milliampere erhältlich. Für einen KNX-Testaufbau würde eine Spannungsversorgung mit 160 Milliampere ausreichen. Weil es in den meisten Die KNX-IP-Schnittstelle Die KNX-IP-Schnittstelle hat zwei Aufgaben: Zum einen dient sie der Parametrierung der KNX-Komponenten mittels der ETS, zum anderen soll sie später eine Netzwerk-basierte Verbindung zum KNX- Bus aufbauen und damit einen Automatisierungsrechner oder eine Visualisierung einbinden. Der Anwender verbindet die KNX-IP-Schnittstelle per Patch-Leitung mit einem freien Port eines Switch. Die meisten KNX-IP-Schnittstellen beziehen ihre IP-Adresse über DHCP. Diese Voreinstellung lässt sich mit ETS jederzeit ändern, indem man sie auf eine statische IP-Adresse umkonfiguriert. Einige wenige Modelle von KNX-IP- Schnittstellen benötigen inzwischen keine zusätzliche Spannungsversorgung mehr. In allen anderen Fällen wie auch in diesem Testaufbau ist eine Zusatzversorgung notwendig, die sich aber fast immer aus dem KNX-Netzteil ab- 12/2016 Titelthema KNX-Praxis Abbildung 1: KNX-Versuchsaufbau auf Hutschiene (von links nach rechts: Spannungsversorgung, IP-Schnittstelle, Schaltaktor). greifen lässt. Dazu bieten größere KNXSpannungsversorgungen (ab 640 Milliampere) einen zweiten, unverdrosselten Ausgang mit 30 Volt Gleichstrom an. Die Ausgangsklemme für die eigentliche KNX-Versorgungsspannung ist für diesen Zweck nicht geeignet. Aktoren und Sensoren Um ein KNX-System sinnvoll benutzen zu können, bedarf es mindestens eines Aktors und eines Sensors. Als Aktor eignet sich beispielsweise ein KNX-Schaltaktor, den eine echte Installation dazu benutzt, elektrische Verbraucher wie Steckdosen oder Leuchten über ein eingebautes Relais zu schalten. Schaltaktoren als Hutschienen-Geräte (REG-Modul) können mehr als nur eine Verbrauchergruppe unabhängig voneinander schalten, verfügen also über mehrere Schaltkanäle mit jeweils eigenen Relais. Der im Versuchsaufbau verwendete Typ ist beispielsweise ein Achtfach-Aktor. Um die Funktion des Aufbaus zu prüfen, muss keine Last am Aktor angeschlossen sein. Das Umschalten eines Schaltkanals lässt sich trotzdem sowohl akustisch (Relais) als auch visuell (LED oder Schiebeschalter) wahrnehmen. Zu den Sensoren zählen nicht nur Komponenten wie zum Beispiel Präsenzmelder oder Temperatursensoren, sondern auch Schalter und Taster aller Art. Eine schöne Möglichkeit für einen Testaufbau ist ein KNX-Tastsensor, wie man ihn im Privatbau in den meisten Räumen installiert. Ein Tastsensor ist ein intelligenter Taster mit KNX-Anbindung, besitzt eine oder mehrere Bedienflächen und oft auch ansteuerbare Status-LEDs sowie zusätzli- 39 40 Abbildung 2: KNX-Tastsensor (Vorderansicht). Abbildung 3: KNX-Tastsensor (Rückansicht, mit angeschlossener KNX-Leitung). Mit der Verdrahtung des Tastsensors ist der Hardware-Aufbau abgeschlossen. Das Mini-KNX-System lässt sich jetzt über die 230-Volt-Versorgung des KNXche Sensorik (zum Beispiel für die Temperatur). Manche Modelle bieten sogar ein farbiges Display, etwa der im hier eingesetzte MDT-Glastaster II Smart. Benötigte Software Für den Versuchsaufbau reicht die kostenlose Demo-Version der ETS (Engineering Tool Software) aus. Unter [1] liegt aktuell die Version 5.5.x der ETS zum Download bereit. Die Demo ermöglicht das Anlegen von maximal fünf Geräten und ist ideal für erste Erfahrungen. Geht es später um die Realisierung größerer Projekte, erlaubt die ETS-Light-Version bis zu 20 KNX-Geräte, die ETS Professional einen unbegrenzten Ausbau. Wichtig: Ein Achtfach-Schaltaktor zählt nicht etwa als acht Geräte, sondern glücklicherweise nur als eines. Für den Betrieb der ETS 5 ist ein PC mit Windows 7, 8 oder 10 nötig (32- oder 64-Bit-Version). Die Installation in einer virtuellen Maschine unterstützt zwar die KNX Asso- Die 11 Schritte zur Inbetriebnahme mit der ETS 1. Neues Projekt anlegen 2. Produktdatenbanken der verwendeten KNX-Geräte importieren 3. Konfiguration der KNX-Schnittstelle 4. Anlegen einer KNX-Linie mit den verwendeten Geräten 5. Allen Geräten eine physikalische Adresse zuordnen und diese Adresse dann programmieren ciation nicht offiziell, sie funktioniert aber in der Regel problemlos. Hardware-Aufbau Für den ordnungsgemäßen Aufbau der KNX-Testumgebung empfiehlt sich eine 35-mm-Hutschiene wie in jedem Verteilerschrank zu finden. Die KNX-Spannungsversorgung, die IP-Schnittstelle und den Schaltaktor (Abbildung 1) klickt der Anwender in die Hutschiene und verbindet sie mit der grünen KNX-Leitung, wobei nur das schwarz/rote Adernpärchen der vieradrigen KNX-Leitung nötig ist. Die Spannungsversorgung sowie die Buskommunikation aller Teilnehmer untereinander verlaufen über diese Adern. Bei der KNX-Busspannung handelt es sich um 30-Volt-Gleichstrom mit SELV-Eigenschaften (Safety Extra Low Voltage), sie ist ungefährlich. Anders sieht es hingegen mit der 230-Volt-Zuleitung für das KNX-Netzteil aus, hier ist besonders auf Sicherheit zu achten. 6. Die Parameter der Geräte an die eigenen Bedürfnisse anpassen 7. Gruppenadressen anlegen 8. Gruppenadressen mit den Kommunikationsobjekten der Geräte verbinden 9. Programmieren aller Geräte 10. Ausprobieren 11. Fehlersuche mit der ETS-Gruppenmonitor- Funktion Wie das schwarz/rote Adernpaar die drei Geräte verbindet, ist fast egal. Weder die Reihenfolge noch die Abzweigungen spielen eine Rolle. Einzig und allein ein geschlossener Ring ist zu vermeiden. Das im KNX-System unbelegte weiß/gelbe Adernpaar benötigt auch der Versuchsaufbau nicht. Für die Verdrahtung zwischen dem zweiten Ausgang der Spannungsversorgung und der KNX-IP- Schnittstelle lässt sich ein kurzes Leitungsstück mit weiß/gelbem Adernpaar jedoch gut gebrauchen. Der Installateur verbindet die Adern der KNX-Busleitung über standardisierte Klemmen vom Typ Wago Serie 243 Micro- Verbindungsdosenklemme. Die Klemme drückt er einerseits in ein KNX-Gerät. Andererseits erlaubt sie zusätzlich vier Abgänge zu weiteren KNX-Geräten, ist also Anschluss und Durchkontaktierung in einem. Die benötigten KNX-Systemgeräte und Aktoren sind im Versuchsaufbau bereits vollständig verdrahtet. Was noch fehlt, ist ein Sensor, hier ein Tastsensor. Der ist von einer beliebigen Microklemme aus über eine KNX-Leitung angeschlossen. Die Abbildungen 2 und 3 zeigen den angeschlossenen Glastaster von vorne und von hinten. Inbetriebnahme mit der ETS Abbildung 4: Neues TP-Projekt mit der ETS anlegen. Netzteils anschalten. Es passiert dann allerdings noch nichts. Die Geräte laufen zwar alle für sich allein hoch, führen aber mangels fehlender Parametrierung noch keine Funktion aus. Jetzt kommt die ETS- Software ins Spiel, die dem KNX-System Leben einhaucht (siehe Kasten: Die 11 Schritte... ). Nach dem Start der ETS ist der erste Arbeitsschritt das Anlegen eines neuen Projekts über das grüne Plussymbol, siehe Abbildung 4. Als Backbone wählt der Anwender»TP«, also Twisted Pair. Außerdem setzt er im Feld»Linie 1.1 erzeugen«einen Haken. Import der Produktdatenbanken und Adressvergabe Ein neues KNX-Gerät besitzt im Auslieferungszustand zunächst noch keine Applikationssoftware. Diese überträgt erst die ETS an das jeweilige Gerät. Jeder KNX- Hersteller stellt die Applikationssoftware für seine Produkte online bereit, und zwar in Form einer so genannten Pro- duktdatenbank, die auch die Definition der Kommunikationsobjekte und Parametriermöglichkeiten enthält. Der zweite Schritt der Inbetriebnahme besteht nun darin, die Produktdatenbanken aller eingesetzten Geräte von den Herstellerseiten herunterzuladen und dann in die ETS zu importieren. Im Testaufbau sind das: KNX-IP-Schnittstelle, Schaltaktor und KNX-Tastsensor. Die gewählte Spannungsversorgung benötigt keine Produktdatenbank. Wer mehrere Geräte desselben Typs einsetzen will, braucht die zugehörige Produktdatenbank nur einmal zu importieren. Ein gutes Beispiel für eine Download- Seite ist die des Herstellers MDT: Für den im Testaufbau verwendeten Tastsensor, den MDT-Glastaster II Smart, befindet sich die Produktdatenbank als».knxprod«-file für die ETS auf der Webseite [2]. Jedes heruntergeladene File bindet der Anwender über die ETS-Importfunktion ein, die über das Werkzeugleisten-Symbol»Kataloge«und anschließend»import«zu finden ist (Abbildung 5). Sind alle benötigten Produktdatenbanken importiert, braucht die ETS noch Informationen darüber, welche Schnittstelle für die Kommunikation mit dem KNX-Bus zu nutzen ist. Dazu führt der Reiter»Verbindungen/Schnittstellen«alle gefundenen Schnittstellen auf. Erreichbar ist er über die Menü-Funktion»ETS Bus«. Die KNX-IP-Schnittstelle sollte automatisch erkannt worden sein. Zusammenstellen der Linie Für den Testaufbau mit seinen vier Geräten reicht eine einzige KNX-Linie völlig aus. Die ETS hat bereits eine TP-Linie (Twisted Pair) angelegt, als das neue Projekt eingerichtet wurde, sodass der Anwender lediglich noch die drei importierten Geräte per Drag & Drop auf diese Linie ziehen muss. Dazu bietet sich Abbildung 5: Alle Produktdatenbanken erfolgreich importiert. 42 Abbildung 6: Die komplette TP-Linie mit den platzierten Geräten. schluss der Programmierung der physikalischen Adressen ein komplettes Abbild des KNX-Systems. Die Parametrierung Für jedes eingebundene Gerät kann der Systemintegrator jetzt alle vom Hersteller vorgegebenen Parameter einstellen und die Kommunikation der Geräte untereinander definieren. Dieser Arbeitsschritt heißt Parametrierung. Um die prinzipielle Funktionsweise der KNX-Parametrierung zu demonstrieren, bietet sich ein kleiner, exemplarischer Anwendungsfall mit dem vorliegenden Testaufbau an. Die gewünschte Funktion lautet: Mit der linken oberen Sensorfläche des KNX-Tastsensors soll sich eine Beleuchtung, die am Schaltaktor-Kanal A angeschlossen ist, abwechselnd einund ausschalten lassen. Den Einschaltzustand soll zudem die Status-LED der Sensorfläche anzeigen. Um diese Funktion umzusetzen, muss der Einrichter sowohl den Tastsensor und den Schaltaktor als auch deren Kommunikation untereinander parametrieren. Leider verfolgt jeder KNX-Hersteller ein unterschiedliches Konzept, was den Aufbau und die Benennung der Optionen und der angebotenen Kommunikationsobjekte betrifft. Die folgende Beschreibung kann daher nur für genau die bei- eine zweigeteilte Bildschirmansicht an, bestehend aus einem»arbeitsbereich Topologie«(Abbildung 6) und der bereits bekannten Katalog-Darstellung. Jedes KNX-Gerät auf der Linie benötigt eine eigene und eindeutige physikalische Adresse, die das Sidebar-Menü»Eigenschaften Einstellungen«im Feld»Physikalische Adresse«vorgibt (Abbildung 6). Beim Einfügen eines neuen Geräts in eine bestehende Linie schlägt die ETS bereits eine physikalische Adresse vor, die der Anwender normalerweise beibehalten kann. Im Beispielaufbau bekommt der Aktor die Adresse 1.1.1, der Tastsensor die Adresse und das IP-Interface schließlich die Die Vergabe in der ETS alleine ist allerdings nur die halbe Miete, denn die angeschlossenen KNX-Geräten müssen ihre zugeteilten Adressen auch erfahren. Dieser Schritt erfolgt separat für jedes einzelne Gerät. Die Programmierung der physikalischen Adresse startet der Benutzer über das Kontextmenü eines Geräts»Programmieren Physikalische Adresse«und schließt sie damit ab, dass er die Programmiertaste am zu programmierenden Gerät drückt. Jedes KNX-Gerät besitzt diese Taste, zumeist in Form eines kleinen Schalters oder besonders für Geräte im Außenbereich auch mal über eine magnetische Aktivierung. Die ETS besitzt nach Abden Beispielgeräte gelten. Glücklicherweise ist das zugrunde liegende Prinzip aber immer sehr ähnlich und lässt sich, einmal verstanden, auf beliebige andere KNX-Geräte anwenden. Die Parametrieransicht lässt sich über die Kontext-Funktion»Eigenschaften«(rechte Maustaste über einem KNX-Gerät) wählen. Der untere Reiter des Arbeitsbereichs erlaubt es daraufhin, zwischen»kommunikationsobjekte«und»parameter«umzuschalten. Ausgehend von der Hersteller-seitigen Vordefinition sind im Parameter-Reiter nur ein paar Änderungen nötig, um dem Tastsensor das gewünschte Verhalten als einfacher Umschalter beizubringen. Diese Änderungen sind: n Im Reiter»Bedienen Anzeige Tastenfunktion«das Feld»Tasten 1/2 (links, rechts)«auf»einzel Tastenfunktion«stellen. n Im Unter-Reiter»Taste 1«die»Einzel Tastenfunktion«auf»Schalten«und als»unterfunktion«auf»umschalten«setzen (Abbildung 7). n Als»Text«, der später auf dem Display des Tastsensors erscheint, beispielsweise die Zeichenkette»Küchenleuchte«vorgeben. n Im Reiter»LED 1 (oben links)«das Feld»LED reagiert auf:«auf den Wert»externes Objekt«setzen und»bei Tag (Wert EIN)«auf»Dunkelgrün«. Was den Schaltaktor betrifft, ist die Parametrierung sogar noch schneller erledigt. Angenommen die Beleuchtung ist an Kanal A des Aktors angeschlossen, dann sind nur die folgende Parameter nötig: Im Reiter»A: Allgemein«das Auswahlfeld»Rückmeldung des Schaltzustandes über Objekt Telegr. Status Schalten«auf»bei Änderung«setzen. Das gewünschte Verhalten der beiden KNX-Geräte ist damit aber nur zur Hälfte umgesetzt. Was noch fehlt, ist die Definition der dazu notwendigen Kommunikation. Schließlich muss ja irgendwie hinterlegt sein, welcher Aktor-Kanal auf welchen Tastendruck reagieren soll. Dazu sind immer Gruppenadressen nötig, die die Kommunikationsobjekte der Geräte miteinander verbinden. Der Ablauf beginnt mit dem Anlegen einer Hauptgruppe (»Beleuchtung«), gefolgt von zwei untergeordneten Mittelgruppen (»Beleuchtung Schalten«und»Beleuchtung Schaltstatus«) sowie je einer darin anzulegenden Untergruppe (»Beleuchtung Schalten Deckenleuchte Küche» und»beleuchtung Schaltstatus Deckenleuchte Küche«). Bei der Untergruppe handelt es sich letztlich um die eigentliche Gruppenadresse. Die komplette Hierarchie sieht aus wie in Abbildung 8. Die beiden angelegten Gruppenadressen verbindet der Konfigurator im nächsten Schritt mit den beteiligten Kommunikationsobjekten des Tastsensors und des Schaltaktors. Auch hier eignet sich eine zweigeteilte Fensteraufteilung in der ETS am besten, bestehend aus dem Arbeitsbereich Topologie und dem Bereich Gruppenadressen. Eine Gruppenadresse lässt Abbildung 7: Die Parametrierung des Tastsensors. sich durch Drag & Drop schnell mit einem Kommunikationsobjekt verbinden. Um die in Abbildung 6 des ersten Arttikels dargestellte virtuelle Verdrahtung einzurichten, sind insgesamt vier Verknüpfungen erforderlich (siehe Abbildung 8, oberer Teil): n GA 1/ 4/ 17 mit dem Schalten-Objekt 0 des Tastsensors n GA 1/ 4/ 17 mit dem Schalten-Objekt 10 des Schaltaktors n GA 1/ 5/ 17 mit dem Objekt 1 (Wert für Umschaltung) des Tastsensors n GA 1/ 5/ 17 mit dem Objekt 29 (»Telegr. Status Schalten«) des Schaltaktors In der Hersteller-Dokumentation zu allen KNX-Geräten sind die verfügbaren Kommunikationsobjekte und deren Funktion im Detail beschrieben. Es empfiehlt sich daher während der Parametrierung immer, das technische Handbuch zu einem KNX-Gerät zu Rate zu ziehen. Programmieren Für den kleinen Versuchsaufbau sind jetzt alle Einstellungen abgeschlossen, sodass der Anwender das KNX-System im letzten Arbeitsgang nur noch programmieren muss. Den Vorgang löst er über die Kontextmenü-Funktion»Programmieren Applikation«(rechte Maustaste über einem Gerät in der Topologie drücken) aus. Das Drücken des Programmierknopfs am Gerät selbst ist dabei nicht mehr notwendig, sondern war nur ein einziges Mal bei der Vergabe der physikalischen Adresse erforderlich. Das Programmieren dauert je nach Größe des Applikationsprogramms zwischen 20 Se- KNX-Praxis 12/2016 Titelthema 43 44 Abbildung 8: GA-Hierarchie (unten) und verknüpfte Kommunikationsobjekte (oben). KNX unter Linux Die meisten einfachen KNX-Geräte wie Sensoren oder Schalter kommen ohne eigenes Betriebssystem aus. Zunehmend sind aber auch komplexe Aufgaben in der Heimautomation zu lösen, die intelligente Geräte erfordern, die wiederum ein Betriebssystem benötigen. Hier bietet sich Linux an. Damit nun auch solche Embedded Devices mit dem KNX-Bus kommunizieren können, hat die Firma Weinzierl Engineering GmbH einen KNX-Stack für Linux [3] entwickelt. Er setzt auf der Linux- IP-Socketschicht auf und implementiert das KNX-Net-IP-Protokoll. Der Stack ermöglicht auch das Programmieren des Geräts über die ETS-Software und das Ein- und Auslesen der Konfiguration. Er wird normalerweise über eine Client applikation gestartet und gestoppt und kommuniziert mit ihr über ein Request/ Response-Protokoll. ters lässt das Relais des Schaltaktors umschalten (Gruppenadresse 1/ 4/ 17), eine am Kanal A angeschlossene Beleuchtung würde also angeschaltet (Abbildung 2). Als weiteres Feedback zeigt der Tastsensor über die linke obere LED auch den Schaltzustand an (durch die Gruppenadresse 1/ 5/ 17). Jede weitere Betätigung der Sensortaste schaltet den Aktorkanal jeweils abwechselnd aus und wieder an. Das ist möglich, weil der Tastsensor in den vorherigen Schritten als Umschalter konfiguriert wurde. Eine praktische Funktion bietet die ETS mit dem so genannten Gruppenmonitor, einem Diagnosewerkzeug, das sich hervorragend zur Fehlersuche eignet. Aufrufen lässt er sich über das Menü»Diagnose Gruppenmonitor«und das Betätigen das Start-Knopfs. Solange sich der Monitor im Start-Zustand befindet, stellt er alle vom KNX-Bus mitgelesenen Telegramme dar. Der Gruppenmonitor ist sozusagen das Wireshark der KNX-Welt. Er leistet gute Dienste bei jeder Inbetriebnahme. Fazit Obwohl der Aufwand für die Umsetzung eines recht einfachen Lichtschalters zunächst gigantisch erscheint, ist eines wichtig zu wissen: Bei dem vorgestellten Aufbau handelt es sich bereits um ein vollständig funktionierendes KNX-Basissystem, das sich sehr einfach erweitern lässt. So ist es möglich, mit einem zusätzlichen Jalousieaktor beispielsweise eine komplette B
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