EIB BACnet Gateway Version 4

Dieses Gerät entstand aufgrund der Tatsache, dass die am Markt erhältlichen Steuerungslösungen für kleinere EIB Projekte (bis 1500 Gruppenadressen) sehr teuer und kompliziert in der Bedienung bzw. Pflege des Systems sind. Mit Hilfe HRC Homeboy gelingt es, in kürzester Zeit und ohne hohen Einarbeitungsaufwand Komfortfunktionen wie Zeitpläne, Trends, Alarme, Betriebstundenzähler, Sonnenschutzoptimierung und vieles mehr für Ihr Gebäude zu realisieren.

Ein WEB Frontend dient zur Parametrierung des Gateways. Es ist keine weitere Inbetriebnahmesoftware nötig.

Das Gateway verfügt über eine EIB Schnittstelle und über eine Ethernet Schnittstelle, die das internationale BACnet Ethernet Protokoll kapselt.

Mit Hilfe dieser Schnittstelle ist es möglich, Ihre EIB Installation einfach an eine fabrikatsneutrale Managementebene zu koppeln.

Architektur des Gateways

Zentrales Stück des Gateways ist eine SQL Datenbank, in der alle relevanten Daten gespeichert werden. Diese umfasst sämtliche Parametrierungsdaten, Zeitpläne, Trends usw. ebenso wie die Daten, die durch Trends oder Betriebsstundenzählung auflaufen. Diese Datenbank wird regelmäßig auf Festplatte gespeichert, um nach einem Stromausfall sofort wieder zugriffsbereit zu sein. Hiermit kann der Datenverlust sehr gering gehalten werden. Neben dieser SQL Datenbank laufen Prozesse, die die eigentlichen Schnittstellen zur Außenwelt darstellen. Dazu gehören als Erstes EIB-Prozesse, die alle Telegramme in Ihrer EIB-Installation mithören und ein genaues aktuelles Systemabbild im Gateway erstellen. Ebenso sorgen diese Prozesse dafür, dass Änderungen in der Datenbank in den EIB übertragen werden. Weitere Prozesse steuern alle eingebauten Komfortfunktionen sowie die Abarbeitung aller BACnet relevanten Anfragen usw. Da im Gateway ein WEB Server vorhanden ist, ist es möglich, eine WEB-basierte Visualisierung nach Ihren Wünschen einfach und kurzfristig zu integrieren. Eine kleine Beispielanwendung ist bereits installiert und kann als Ausgangspunkt für Ihre eigene Visualisierung dienen.

Integrierte Komfortfunktionen im HRC Homeboy EI-BA Gateway:

Das intelligente Gateway der Firma HR Controls geht weit über die Funktionalität eines einfachen Protokollumsetzers hinaus. Neben der eigentlichen Kopplung zwischen EIB und BACnet kommt im Gateway noch eine beträchtliche Zahl an Funktionalität hinzu.Einige gebräuchliche, mächtige Grundfunktionen sind bereits zu Ihrer Verfügung vorbereitet und durch einfache Konfiguration sofort ohne weitere Programmierung verfügbar. Diese Funktionen decken einen Grossteil der täglich anfallenden Aufgaben in der Gebäudetechnik ab. Weitere Funktionen können nachträglich mittels eigener Programme und Funktionen realisiert werden.

Zeitpläne

Mit Hilfe der Zeitpläne ist es möglich, zu bestimmten Zeiten Schalthandlungen im EIB zu veranlassen. Für jede Gruppenadresse im EIB können ein oder mehrere Zeitpläne zugeordnet werden.

Alle Zeitpläne sind nach dem Reiterprinzip aufgebaut. Sollen z.B. alle Außenbeleuchtungen täglich abends von 22 Uhr bis morgens 6 Uhr eingeschaltet werden, so sind 2 Zeitpläne nötig. Ein Zeitplan schaltet täglich die Beleuchtung um 22 Uhr ein, wohingegen der zweite Zeitplan das Ausschalten morgens um 6 Uhr übernimmt.

Alarme

Für jede EIB Gruppenadresse kann eine Minimal- und eine Maximalgrenze eingestellt werden. Läuft der aktuelle Wert des Datenpunktes aus diesen Grenzen, so wird der Alarmstatus des betreffenden Datenpunktes gesetzt und die Alarmzeit sowie der aktuelle Wert in die Datenbank gespeichert. Auch auf der BACnet Seite wird dieser Zustand des Alarms mit Hilfe der Statusflags sichtbar.

Trends

Trends erlauben die Aufzeichnung des aktuellen Werts einer Gruppenadresse zu bestimmten Zeiten. Die Werte werden in einer extra Tabelle mit Uhrzeit (Timestamp) gespeichert.

Ein Trend kann zur Diagnose von Fehlern aber auch zur Unterstützung der Optimierung Ihrer Anlage benutzt werden. Hierbei reichen die Aufzeichnungsintervalle von 1 Minute bis hin zu einigen Monaten.

Betriebsstunden

Wollen Sie ermitteln wie lange eine gewisse Gruppenadresse den Wert EIN besitzt, so legen Sie für diese Gruppenadresse einfach eine Betriebsstundenzählung an. Es werden fortan alle Laufzeiten minutengenau aufsummiert.

Putzlichtschaltung

Eine Putzlichtschaltung besteht im wesentlich darin, dass ab einer gewissen Uhrzeit des Tages ein einmal eingeschaltetes Licht automatisch nach einer gewissen Zeit wieder ausgeschaltet wird. Auch in Treppenhäusern kommt diese Funktion zum Einsatz und schaltet die Treppenhausbeleuchtung automatisch wieder aus.Das Gateway gestattet diese Funktion, indem Sie der betreffenden Gruppenadresse einfach die Nachlaufzeit und die Zeitspanne des Tages, in der diese Funktion aktiv sein soll, bestimmen. Außerdem ist es möglich, einen Maximalwert für die Wiederholungen festzulegen, um nach Ablauf dieser Optimierungsläufe eine dauerhafte Beleuchtung zu gewährleisten. Erst am nächsten Tag wird die Funktion erneut ausgeführt, wenn in der betreffenden Zeit wieder eingeschaltet wird.

Verknüpfungen

Eine wichtige und sehr oft benötigte Funktion stellen die Verknüpfungen da.Hierbei werden einer EIB-Gruppenadresse (Mastergruppe) eine oder mehrere weitere EIB-Gruppen (Slavegruppen) zugeordnet. Zusätzlich kann ein Zeitraum zugeordnet werden, in der diese Verknüpfung aktiv ist.Erreicht oder übersteigt die Mastergruppe einen einstellbaren Wert, so werden alle verknüpften Slavegruppen mit Ihrem individuell einstellbaren Wert in den EIB gesendet.

Eigene Funktionen und Programme

Um allen eventuell auftretenden Anforderungen gerecht zu werden, besteht die Möglichkeit, über die bereits im Gateway implementierten Komfortfunktionen hinaus eigene Funktionen und Programme zu schreiben. Diese Funktionen bzw. Programme werden auf Ihrer normalen Workstation entwickelt und mittels bestehender Uploadfunktionen in das Gateway transferiert. Als Programmiersprache wird die sehr bekannte und weit verbreitete Scriptsprache PHP benutzt, mit der es ohne großen Lernaufwand möglich ist, nahezu alle gebäudetechnischen Anforderungen zu implementieren.Mit Hilfe dieser Scriptsprache haben Sie direkten Zugriff auf das Herzstück des Gateways, die Datenbank. So ist es möglich, komplizierte Algorithmen wie z.B. PID-Regler, adaptiv optimierte Heizkurven und Belegungszeiten einzelner Büros usw. zu entwickeln. Auch ein zentrales „Licht Aus“ in bestimmten Gebäudeteilen und zu bestimmten Zeiten kann so erreicht werden. Gestartet werden Ihre selbst entwickelten Funktionen und Programme entweder direkt über das Webfontend, oder durch Zeitpläne, die dann entweder zyklisch ein Programm starten oder einmalig ein Schleifenprogramm initialisieren. Aus Sicherheitsgründen werden einige PHP Kommandos nicht berücksichtigt um die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems nicht zu gefährden. Hierzu zählen Zugriffe auf das Dateisystem sowie der Aufruf von systemeigenen Kommandos wie z.B. alle Dateien auf einem Speichermedium löschen usw.

Sonnenoptimierung

Eine der wichtigsten Funktionen in der Gebäudetechnik stellt die Funktion der Sonnenoptimierung da.

Es gibt im Allgemeinen zwei Gründe, um ein Gebäude mit Sonnenschutz auszurüsten. Dies ist zum einen die Verhinderung einer Blendung des Nutzers bei seiner Arbeit und zum zweiten eine wirksame Maßnahme zur Einsparung von Kälteenergie, da die in einen Raum scheinende Sonne diesen aufheizt und somit die Temperatur steigen lässt. In Hinblick auf die Energiebilanz zeigt sich, dass ein Abkühlen eines Raumes mit hohem bis sehr hohem Energieaufwand seitens der Kälteenergie erforderlich macht und somit ein erhebliches Einsparpotenzial vorhanden ist.

Um nun diese beiden Faktoren hinreichend zu berücksichtigen, ist es nötig, den jeweiligen Raum rechzeitig vor Beginn der Sonneneinstrahlung zu verschatten und ihn später, nachdem die Sonne weitergewandert ist und nicht mehr in den Raum scheint, die Jalousie wieder hinaufzufahren, um das Tageslicht wieder voll im Raum nutzen zu können.

Da die Sonne jahreszeitenabhängig ihre Bahn ändert, sollte eine Differenzierung der Steuerung abhängig vom jeweiligen Stand der Sonne erfolgen.

Geht man davon aus, dass die größte Strahlungsenergie der Sonne dann in einen Raum abgegeben wird, wenn sie senkrecht zum Fenster steht, so zeigt sich, dass jedem Raum für sich individuelle Optimierungswerte zugeordnet werden sollten. Eine individuelle Optimierung jedes Raumes ermöglicht außerdem ein Eingehen auf die speziellen Wünsche des Nutzers.

Um all diese Anforderungen zu realisieren ist ein Wissen folgender Sonnenwerte erforderlich:

Azimut der Sonne
Elevation der Sonne
Scheint die Sonne tatsächlich?

Für die Überprüfung des tatsächlichen Sonnenscheins ist ein extern angebrachter EIB-Lichtfühler notwendig, der bei einer bestimmten Beleuchtungsschwelle eine Binärgruppenadresse sendet und bei Unterschreiten eines weiteren Schwellwertes diese wieder ausschaltet.

Um die Position der Sonne (Azimut und Elevation) zu bestimmen, ist es nur notwendig, die Position des Gebäudes sowie die korrekte Uhrzeit einzustellen. Daraus errechnet das Gateway intern selbständig die Position der Sonne.

Für jeden Raum kann nun eine Minimal- und Maximalwinkelgradzahl (0..360°) festgelegt werden. Liegt die Position der Sonne in diesem Bereich und scheint die Sonne tatsächlich, so wird diese Jalousie mit Hilfe ihrer Gruppenadresse geschlossen.

Ebenfalls erforderlich wird ein Optimierungszähler, der für jeden Raum getrennt die Anzahl der Optimierung mitprotokolliert. Mit Hilfe eines globalen Maximalwertes kann hiermit eine genaue Optimierungszahl einer Jalousie vorgegeben werden. Dieser Zähler wird einmal nachts auf Null zurückgesetzt, um eine Optimierung am nächsten Tag zu ermöglichen. Sollte der Nutzer eingreifen und seinerseits manuell die Jalousie bewegen, so muss dies durch die Zentraleinheit registriert werden, und der Optimierungszähler wird dann um eins erhöht. Für den Optimierungsalgorithmus bedeutet dies, dass er bereits optimiert hat und keine weiteren Steuerbefehle für diesen Raum an diesem Tag notwendig werden. Somit ist gewährleistet, dass der Nutzer seine Vorliebe für den Jalousiestand in seinem Raum behält und nicht mittels automatischen Fahrten belästigt wird.

Eine Optimierung findet also in folgenden Schritten statt:

Überprüfung der Lichtintensitäten
Überprüfung des Sonnenstandes
Vergleich des Sonnenstandes mit den Winkelbereichen der einzelnen Räume
Überprüfung des Optimierungszählers einzelner Räume
Schalten des jeweiligen Aktors im Raum
Erhöhen der jeweiligen Optimierungszähler, um wiederholtes Fahren zu verhindern

BACnet Dienste:

BACnet IP und BACnet Ethernet
I am
Datenobjekte Browsen (I have)
COV (Change of Value)
Single read
Single wirte
Readchange
Create Ojekt
Delete Objekt
Set Time

Folgende Objekttypen stehen zur Verfügung:

Analog Input
Analog Output
Analog Value
Binary Input
Binary Output
Binary Value
Device
Trend
Alarm
Calendar

Leistungsmerkmale EIB

Das Gateway unterstützt derzeit folgende EIB Datentypen

1 Bit Binär : On/ Off, Up/Down …
4 Bit : relative Dimming (0…15)
8 Bit : valves, absolute Dimming (0…255)
8 Bit : counter
8 Bit : character
16 Bit : Temperatures (2 Byte float)
16 Bit : counter values (2 Byte integer)
24 Bit : Time, Date
32 Bit : counter(4Byte)
32 Bit : IEEE FloatingPoint (4Byte)
32 Bit : Access Code

Technische Daten

Versorgungsspannung12-24VDC max. 2A

Maximale Datenpunkt Anzahl1500 Gruppenadressen

Temperaturbereich0-40 °CFeuchtebereich0-80%

SchutzartIP 40

Größe (W x H x D) 140 x 140 x 45 mm

Gewicht 250g

Zertifikation CE,FCC Class B, RoSH, WEEE

Lieferumfang

Zentrale Recheneinheit im ALU GehäuseNetzteil 110V-240V 12V/2A

Bedienungsanweisung.

Softwaredesign und Programmierung Heiko Henner

Dokumentation Heiko Henner

Redaktion Heiko Henner / Roul Placzek