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Grundlagenwissen zum KNX Standard

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1Grundlagenwissen (2013)

Bussysteme allgemein 2Zukunft und Vergangenheit / Nachholebedarf in der Elektroinstallation / Mehr Vernetzung / Warum KNX? / Rechnet sich eine Businstallation?

Das KNX Bussystem 4Wieso heißt das System KNX? / Was ist das KNX System? / Wie groß kann das System werden? / Welche Übertragungsmedien gibt es? / KNX Zweidraht (TP) / KNX Powerline (PL) / KNX Funk (RF) / Wie sieht ein KNX Telegramm aus? / Wie wird der Buszugriff geregelt? / KNX RF Funk (RF) / KNX IP / Der Datendurchsatz im Vergleich

Die KNX Topologie 8Topologie bei KNX TP / Topologie bei KNX PL / Topologie bei KNX IP / Zusammenschalten von KNX TP, KNX PL, KNX IP und KNX RF / KNX Geräte

Installationsvorschriften für KNX 10KNX Twisted-Pair / KNX PL und IP

Die ETS Software 13Aufgaben der ETS / Aufbau der ETS / Projektierung mit der ETS / Inbetriebnahme / Diagnosefunktionen / Installation und Lizensierung / Schnittstellen / Plug-In / Zusatzwerkzeuge / ETS Apps

KNX over Ethernet (KNX IP) 16Ethernet / Übertragungsprotokolle / Das IP-Protokoll / Das TCP-Protokoll / Das UDP-Protokoll / IP-Kommunikationsarten des KNX-Systems / KNX Protokolle / Geräte und Anwendungen / IP-Koppler / Kommunikation über KNXnet/IP / Konfiguration / KNX IP im Vergleich zu KNX TP

Inhalt


2 Grundlagenwissen (2013)

Bussysteme allgemein

Intelligente Gebäudesys-teme werden eingesetzt, um die Eigenschaften von Gebäuden in den Berei-chen Betriebskosten, Si-cherheit und Flexibilität der Nutzung sowie die Energieeffizienz zu verbes-sern. Einen hohen Markt-anteil unter den Systemen für die Gebäudevernetzung hat der KNX Standard. Diese Artikelserie vermit-telt das notwendige Know-how für den Einstieg in die KNX Technik vermitteln. In diesem Artikel werden die grundlegenden KNX Funk-tionen beschrieben.

Zukunft und VergangenheitUnser Alltag hat sich verän-dert. Wir ziehen Bargeld aus dem Automaten, kaufen und verkaufen über das Internet, telefonieren mobil rund um die Welt, wundern uns so-gar, wenn eine MMS oder E-Mail mehr als 5 min zum Freund in die USA braucht. Im Auto nutzen wir ein Navi-gationssystem, die Autotüren verriegeln und öffnen wir per Funk. Das Innenraumlicht im KFZ schaltet sich an, sobald wir einsteigen und nach einer Weile dimmt es langsam her-unter, um Energie zu sparen. Kurzum, bei Kommunika-tion, Unterhaltung oder im Auto heißt es seit geraumer Zeit: »Willkommen in der Zukunft«. Ein anderes Bild eröffnet sich, wenn wir den Stand der Technik in unse-ren Gebäuden betrachten. Nicht selten lautet hier das traurige Fazit: »Heimkom-men in die Vergangenheit«. Selbstverständlich öffnen wir unsere Wohnungstür mit ei-nem konventionellen Schlüs-sel. Sollten wir diesen nicht schnell genug finden, werden wir vom Treppenlichtauto-maten mit Dunkelheit be-straft. Auch wenn wir den ganzen Tag arbeiten waren,

die Heizung hat die Wohl-fühltemperatur gehalten. Sie hat nur nicht bemerkt, dass im Wohnzimmer die gan-ze Zeit das Fenster offen stand. Das bemerkt nur der Energiezähler – still und lei-se im Hausanschlusskasten. Sicher wäre es ratsam, vor dem Wochenendausflug die Warmwasser-Vorratshaltung der Heizkessel zu drosseln oder alle Standby-Verbrau-cher vom Netz zu trennen. Aber wer tut das immer? Der damit verbundene Auf-wand ist zu groß.

Nachholbedarf in der ElektroinstallationDiese Szenarien zeigen, dass die Elektroinstallation in den meisten bestehenden Gebäu-den Nachholbedarf hat. In Autos sind vernetzte Senso-ren und Aktoren längst Stan-dard. In Gebäuden findet die-ser Wandel durch ihre lange Lebensdauer verzögert statt. Gerade wegen der langen Nutzungsdauer einer Elekt-roinstallation ist ein Umden-ken notwendig, denn heutige Neubauten werden sich in

Bild 1. Ein Haus, das mitdenkt und es dem Bewohner in den eigenen vier Wänden besonders angenehm macht, das klingt wie Zukunftsmusik. Doch schon heute kann das intelligente Haus, in dem die technischen Geräte miteinander vernetzt sind und sich individuell steuern lassen, seinen Bewohnern den Alltag maßgeblich erleichtern

den kommenden Jahrzehn-ten an viele Veränderungen anpassen müssen. Flexibilität und Vernetzungsmöglichkeit sind heute notwendiger denn je. Technisch ist das alles machbar und als Regalware beim Großhändler zu bezie-hen (Bild 1).

Mehr VernetzungDer Schlüssel zum »intelli-genten« Gebäude liegt in der Installation von Sensoren und Aktoren und deren Vernet-zung. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten.

Konventionelle MöglichkeitenNaheliegend ist es zunächst, die Elektroinstallation als Sternverkabelung auszufüh-ren. Das heißt, alle Steckdo-senkreise, alle Decken- und Wandauslässe, alle Licht-schalter mit separater NYM-Leitung (am besten fünfadrig) auf eine zentrale Verteilung zu verdrahten und dort mit Schützen, Schaltrelais und einer SPS die logischen Beziehungen flexibel per Programm herzustellen. In

kleineren Wohnungen wird dieser Weg gut funktionie-ren. Relativ schnell ist das al-lerdings mit einem enormen Leitungsaufwand und riesigen Stromverteilern verbunden und eine Nachrüstung/Erwei-terung würde hohen Installa-tions- und Programmierauf-wand bedeuten.

BustechnikDie wesentlich bessere Lö-sung ist es, alle Sensoren und Aktoren im Gebäude über eine »Telefonleitung« zu ver-binden und mit der Fähigkeit auszustatten, untereinander Informationen auszutauschen (Bild 2). Jedes Gerät kann so mit jedem anderen kommu-nizieren: Der Lichtschalter »telefoniert« mit dem Dim-mer der Deckenleuchte und teilt ihm mit, auf welche Helligkeit er stellen soll. Der Bewegungsmelder meldet dem Aktor der Durchgang-beleuchtung, dass jemand den Raum betreten hat, und dem Raumthermostatregler, dass niemand mehr im Raum ist und er die Temperatur im Raum etwas drosseln kann.Beispiele für Sensoren, die Informationen auf den Bus geben:•Lichtschalter•Dimmtaster•Bewegungsmelder•Präsenzmelder(stellen

auch ohne Bewegung fest, ob sich eine Person im Raum aufhält)

•Fenster-undTürkontakte(Sicherheitsanwendungen, Heizungssteuerung)

•KlingeltasteranderHaustür•VerbrauchszählerfürWas-

ser, Gas, elektrische Ener-gie, Wärmemengen

•Überspannungssensoren•Temperaturfühlerfür

Raum- und Außenluft•Temperatursensorenin

Heizungs- und Warmwas-serkreisen

•ModulezumVorwählender Soll-Raumtemperatur



Bild 2. Die einzelnen Sensoren und Aktoren werden über eine Telefonleitung, die so genannte Busleitung verbunden. Das Ganze nennt man dann ein Bussystem.

•Helligkeitssensorenfürinnen und außen, z.B. zur Konstantlichtregelung

•WindsensorenbeiJalousie-steuerungen

•Stör-undBetriebsmel-dungen von weißer Ware (Waschmaschine, Trockner, Spülmaschine, Herd usw.)

•Leckagesensoren,z.B.imWaschkeller

•Füllstandsmessungen,z.B.für Regenwassernutzung, Öltank, Pelletlager

•FunkempfängeramTür-schloss

•EmpfängerfürInfrarot-Fernbedienungen

•FingerprintmoduleoderChipkartenleser zur Zu-gangskontrolle

Beispiele für Aktoren, die sich über den Bus steuern lassen:•RelaiszumSchaltender

Raumbeleuchtung•Dimmer,Dali-Gateways•elektrischeHeizkörper-

ventile•Temperaturanzeigen•AntriebefürMarkisen,

Jalousien, Vorhänge, Gar-agentore

•Fensterantriebe•UmwälzpumpederHeizung•Ventilsteuerungen,z.B.für

Solaranlagen•Alarmmelder(Leuchte,

Hupe)• Informationsdisplays,

Anzeige-LED•RelaiszumSchaltenvon

Steckdosenkreisen (Stand-by-Abschaltung)

•Brunnenpumpen•Klimaanlagen•Lüftungsanlagen,(WC-Lüf-

ter, kontrollierte Wohn-raumlüftung)

•SteuerungvonWasch-maschine, Trockner, Ge-schirrspüler

•Unterhaltungselektronik•FreigabenfürAlarmanlagen•Telefonanlage•elektrischerTüröffner,

TürverriegelungBeispiele für Funktionsmo-dule (als separate Module oder in Geräten integriert):•Raumtemperaturregler•Zeitschaltfunktionen•FreiprogrammierbareLo-

gikmodule•SPSmitKNXSchnittstelle

•Konstantlichtregler•Alarm-bzw.Gefahrenmel-

dung•TelefonzentralenmitBus-

Anschluss•Medien-Steuerungen•Heizungsregelung•Pumpenregelung•Anwesenheitssimulation•DisplayszurAnzeigeund

Schnittstelle zum Bediener•ModulezurVerbindung

von Bus und Telefon•AutomatischerSMS-Ver-

sand für Warnmeldungen•ZugriffaufGebäudedaten

von außen über das Inter-net oder Telefon

Warum KNX?Es gibt mehrere Bus-Techno-logien am Markt, die alle ihre Berechtigung und Vorteile für bestimmte Anwendungs-bereiche haben.Es gibt jedoch kein Bussys-tem wie KNX, was von sovielen Herstellern gleichzeitig unterstützt wird.Die Gründe:•Alle starken Marken der

Elektroinstallationsbranche treibenKNXvoran.

•KNX ist ein System, dasspeziell auf die Anforde-rungen der Elektroinstalla-tion hin entwickelt wurde.

•Die Installation und Pro-grammierung/Parametrie-rung der Geräte ist von Elektrikern und System-integratoren leicht umsetz-bar.

•KNXistetabliert,derver-fügbare Funktionsumfang ist enorm.

•Über 7035 KNX zertifi-zierten Produktgruppen decken alle Anwendungen ab.

•Endkundenkönnenaufeinweites Netz von Fachhand-werkern mit fundierten KNX Kenntnissen zurück-greifen. Ihre Qualifikation beweisteinvoneinerKNXzertifizierten Bildungsstätte ausgestelltes Zertifikat.

•KNX ist inEuropa, indenUSA, in China und welt-weit standardisiert, z.B. CENELEC (EN 50090),CEN (EN 13321-1), ISO/IEC (ISO/IEC 14543-3),GB/T (GB/T 20965) US

Standard (ANSI/ASHRAE 135). 297 Mitglieder in 33Ländern liefern Produkte nachKNXStandard.DankStandardisierung sind sie untereinander kompatibel und spätere Änderungen oder Erweiterungen der In-stallation stellen kein Prob-lem dar.

Rechnet sich eine Businstallation?Diese Frage ist eine der ers-ten, die interessierte Bauher-ren und auch Handwerker stellen, wenn sie beginnen, sich mit der Bustechnik zu beschäftigen. Eine pauscha-le Antwort gibt es auf diese Frage nicht. Vergleicht man Standard-Installationstechnik mit intelligenten Komponen-

ten mit Busanschluss, sind letztere natürlich teurer. Aber: Die Frage stellt sich so nicht! Betrachtet werden müssen die Vorteile über die gesamte Nutzungszeit. Je nach Typ und Lebenssitu-ation können folgende Ar-gumente für Bauherren im Wohnbau ausschlaggebend für die Entscheidung zu einer Businstallation sein:•Energieeinsparung und

damit Reduktion der Be-triebskosten

•Komfortgewinn•Erleichterungen im Alter/

Altengerechtes Wohnen•ZukunftssicherheitundFle-

xibilität der Installation•Sicherheit (Anwesenheits-

simulation, Alarmierung bei Einbruchsversuch, Abtau-

Bild 3. Die Studie »Energieeinsparpotenzial durch moderne Elektroinstallation« am Institut für Gebäude- und Energiesysteme an der Hochschule Biberach zeigt: Mit vernetzter Haus- und Gebäudesystemtechnik auf Basis von KNX sind Energieeinsparungen bis zu 50% möglich

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Reduzierter Energieverbrauch in %

5040

45

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60



Das KNX Bussystem

Intelligente Gebäudesys-steme werden eingesetzt, um die Eigenschaften von Gebäuden in den Berei-chen Betriebskosten, Si-cherheit und Flexibilität der Nutzung zu verbessern. Einen hohen Marktanteil unter den Systemen für die Gebäudevernetzung hat der KNX Standard.

Wieso heißt das System KNX?Das Gebäudesystem KNXhieß ursprünglich »Europäi-scher Installationsbus« (ab-gekürzt EIB) und war ein von der EIB-Association (EIBA) entwickeltes und vermark-tetes System. 1999 kam esdann zu einem Zusammen-schluss der EIBA mit anderen europäischen Vereinigungen, dem BCI aus Frankreich, der das Batibus-System förder-te, und der European Home Systems Association aus den Niederlanden, die das EHS-System unterstützte. Bei diesem Zusammenschluss wurdederneueNameKNXgeschaffenunddieKNXAs-sociation mit Sitz in Brüssel gegründet. Die Technik der heutigen KNX Geräte istkompatibel mit der Technik des ehemaligen EIB-Systems, so dass alle Geräte, die ein KNXoderEIB-Logotragen,problemlos miteinander be-trieben werden können.

Was ist das KNX System?Beim KNX System handeltes sich um ein Bussystem für die Gebäudesteuerung. Dies bedeutet, dass alle Geräte das gleiche Übertragungs-verfahren benutzen und über eine gemeinsame Busleitung Daten austauschen. Daraus ergeben sich folgende Kon-sequenzen: •DerZugriff auf die Buslei-

tung muss eindeutig gere-gelt sein (Buszugriffsverfah-ren).

•EingroßerAnteilderüber-tragenen Daten sind nicht Nutzdaten (z.B. Licht an/Licht aus), sondern Adress-informationen (von wem kommen die Daten, an wen sind sie gerichtet?).

Ein weiteres wichtiges Merk-maldesKNXBussystemsistder dezentrale Aufbau. Es gibt also kein Zentralgerät, sondern die Intelligenz des Systems ist gleichmäßig über alle Teilnehmer verteilt. Bei Bedarf können natürlich auch zentrale Geräte hinzu-gefügt werden, z. B. Steuer-einheiten. Jeder Teilnehmer verfügt über einen eigenen Mikroprozessor.Ein großer Vorteil einer de-zentralen Anlage ist, dass bei Ausfall eines Gerätes die üb-rigen Geräte weiter arbeiten. Es sind nur jene Funktionen gestört, die das ausgefallene Gerät betreffen.Neben den Systemgerä-ten (Spannungsversorgung, Busleitung usw.) wird beim KNX System generell zwi-schen Sensoren und Akto-ren unterschieden. Sensoren sind Geräte, die Ereignisse im Gebäude erkennen (Tas-tenbetätigung, Bewegung, Über-/Unterschreitung einesTemperaturwerts usw.) und in Telegramme umwandeln. Anschließend versenden sie diese Telegramme (Datenpa-kete). Geräte, die Telegram-me empfangen und die darin

enthaltenen Befehle in Akti-onen umwandeln, bezeichnet man als Aktoren. Sensoren sind also die Befehlsgeber im Bus und Aktoren die Befehls-empfänger (Bild 4).

Wie groß kann das System werden?Dank seiner dezentralen Struktur kann die Größe des Bussystems genau auf den Bedarf angepasst werden. Als kleinste Anwendung ist ein System mit zwei Busteil-nehmern möglich. Es verbin-det einen Sensor und einen Aktor. Beim weiteren Aus-bau kommen dann genau so viele Geräte hinzu, wie die Steuerungsaufgaben erfor-dern. Theoretisch kann eine KNXAnlagebiszumehrere10.000Teilnehmerumfassen.

Welche Übertragungs- medien gibt es?DerKNXBuskenntmehre-reÜbertragungsmedienunddamitauchmehrereÜber-tragungsverfahren:•Übertragung über verdrill-

te Zweidraht-Datenleitung: KNX Twisted Pair (KNXTP)

•Übertragungüberdasvor-handene230V-Netz:KNXPowerLine(KNXPL)

•Übertragung über Funk:KNX Radio Frequency(KNXRF)

•ÜbertragungüberEthernet(KNXIP)

alarm der Gefriertruhe, Pa-niktaster mit Meldung über Telefon usw.)

•Wert der Immobilie steigtfür Vermietung oder Ver-kauf

Gerade im Elektrohandwerk konzentriert man sich sehr auf die Kostenfrage. Im Sa-nitär- und Heizungsbereich wird der Bauherr schon länger erfolgreich mit dem Komfort- oder Wohlfühlge-danken beraten. Die Elekt-roinstallation verändert sich. Es ist Zeit, dem Kunden auch hier zunächst die Vorteile ei-ner zukunftssicheren Installa-tion aufzuzeigen und ihn dann entscheiden zu lassen, ob ihm eine erst mal höhere Investi-tion, mit der garantierten Aussicht auf langfristige Be-triebskostenersparnisse wertist.Im Zweckbau, also in Schu-len, Veranstaltungszentren, Hotels, Praxen, Kanzleien und Produktionsstätten, wird heute in den meisten Fällen eine Businstallation vorgesehen. Hier bietet die Bustechnik oft schon bei der Erstinvestition Kostenvor-teile gegenüber einer kon-ventionellen Lösung (da z.B. Stromkabel und damit Kup-fer eingespart werden kann, daz.B.KNXTaster lediglichüber Datenleitungen ange-bunden sind).Nimmt man die Kostener-sparnis durch vereinfachte Änderungen und Erweiterun-gen und die Energieeinspa-rung hinzu, hat die Bustech-nik unbestritten die Nase vorn (Bild 3).

Befehlsgeberz. B. ein Taster

Telegramm

Befehlsempfängerz. B. Binärausgang

Bus

Sensor Aktor

Bild 4. Sensor/Aktor Prinzip



KNX Zweidraht (TP)

Spannung und DatenBei KNX Twisted Pair(KNXTP) versorgt dieBus-leitung alle Busteilnehmer so-wohl mit Daten als auch mit der nötigen Betriebsspan-nung. Die Nennspannung desBussystemsbeträgt24V.Die Spannungsversorgungen speisen 29V in das Systemein. Die Busteilnehmer ar-beiten bei Spannungen bis zu 21V fehlerfrei.Es stehtalsoein Toleranzbereich von 8 V zur Verfügung, um eventuelle Spannungsabfälle auf der Lei-tung und an Kontaktwider-ständen abzupuffern. In den Teilnehmern wird nun zunächst die Versorgungs-gleichspannung von der In-formationswechselspannung getrennt. Ein Kondensator erzeugt die Versorgungs-gleichspannung,einÜbertra-ger koppelt die Informations-wechselspannung aus. Eine weitere Funktion des Über-tragers ist es, die ausgehen-den Informationen bei sen-denden Teilnehmern auf die Busspannung aufzuprägen.

Datenrate und SignalformDie Datenübertragungs-geschwindigkeit beträgt 9600Bit/s, wobei die Infor-mation byteweise mit dem Verfahren der asynchronen Datenübertragung übermit-telt wird. Die einzelnen Zei-chen(0und1)sindfolgender-maßen verschlüsselt: Wird eine logische 0 gesendet,so nimmt die Spannung erst kurzzeitig ab, steigt dann wie-der an und pendelt sich nach maximal104Mikrosekunden

Bild 6. Busklemme mit ankommendem und weiterführendem Buskabel

auf die Gleichspan-nung aufgeprägte Signalspannung

zu übertrageneZeichen

1 0 1 0 0 1 0 1

Bild 5. Signalform bei KNX TP

auf28Vwiederein.Diesistauf die Spulenwirkung der Netzdrossel zurückzuführen. Wird eine logische 1 vom Busgesendet,soliegen28VGleichspannung an.Der Ruhezustand des Busses entspricht also dem perma-nenten Übertragen von Ein-sen (Bild 5).Eine wichtige Eigenschaft der Übertragung bei KNXTP ist, dass die Signale sym-metrisch auf den Bus einge-koppelt werden, d.h., es gibt keinen festen Bezugspunkt der Datenleitung gegen Erde. Man spricht von einer sym-metrischen, erdfreien Über-tragung. Beim Empfänger ist nicht die Spannung einer Datenleitung gegen Masse interessant (wie z.B. bei der Schnittstelle RS232), son-dern der Empfänger wertet eine Änderung der Span-nungsdifferenz zwischen den beiden Datenleitungen aus. Hierdurch erhält man bei vergleichbarem Hardware-Aufwand eine um Größen-ordnungen bessere Störfes-tigkeit gegen eingekoppelte Störsignale.Die der 0 entsprechendeWechselspannung wird fol-gendermaßen erzeugt: Der Sender sendet nur eine Halb-welle, indem er die bei ihm auf dem Adernpaar der Da-tenleitung herrschende Span-nung um ca. 5 V erniedrigt. Nach ungefähr der halben Zeichenzeit hebt er diese Spannungsabsenkung wieder auf, wonach das Restsystem, bestehend aus der Buslei-tung, den Übertragern undLadekondensatoren aller Busteilnehmer und – ganz wichtig – der Längsdrossel

der Spannungsversorgung, eine positive Ausgleichswelle (Schwingkreis) erzeugt.

Anschluss der TeilnehmerAn die Datenleitung werden die Busteilnehmer über die sogenannte Busklemme an-geschlossen. Die Busklem-me ist eine Steckklemme, die bis zu vier KNX Kabelverbinden kann. Die Bus-klemme sorgt dafür, dass der Teilnehmer vom Bus ge-nommen werden kann, ohne dass die Busleitung unterbro-chen wird. Dies ist ein we-sentlicher Vorteil des KNXBussystems: Die Entfernung eines Busteilnehmers führt nicht zur Unterbrechung der Kommunikation der übrigen Teilnehmer (Bild 6).

Buszugriffsverfahren bei KNX TPKNXTPlöstdieKollisionauf,so dass ein Telegramm sofort und die anderen daran an-schließend gesendet werden. Es gehen keine Telegramme verloren. Möglich wird dies dadurch, dass jeder senden-de Teilnehmer Bit für Bit den Datenverkehr auf dem Bus mithört. Falls zwei Teilneh-mer zeitgleich ein Telegramm senden, so wird zwangsläufig (spätestens bei der Absende-radresse) der Fall auftreten, dasseinSendereine0sendet,während der andere gerade eine 1 übertragen möchte. Derjenige, der eine 1 sendet, hört nun, dass am Bus schon eine 0 übertragen wird, underkennt die Kollision. Er ist verpflichtet, seine Übertra-gung abzubrechen und das andere Datentelegramm läuft

ungestört weiter. Dieses Ver-fahren wird in der Fachspra-che als CSMA/CA-Verfahren (Carrier Sense Multiple Ac-cess / Collision Avoidance ) bezeichnet (Bild 10). Vorteil des Verfahrens ist, dass immer ein Telegramm am Bus bleibt und dadurch kein Zeitverlust auftritt. Im Kontrollfeld am Beginn je-des Telegramms können Prioritätsstufen der Tele-gramme festgelegt werden. Der Planer der Anlage kann somit bestimmen, welche Telegramme im Kollisionsfall »Vorfahrt« haben. Bei glei-cher Priorität entscheidet letztlich die Gruppenadresse denVorrang (0hatVorrangvor 1).

KNX Powerline (PL)Spannung und DatenBeiKNXPowerLine (KNXPL) wird keine separate Bus-leitung verlegt, sondern die vorhandene 230-V-Leitungfungiert als Übertragungs-medium. Natürlich erhalten die Busteilnehmer über das 230-V-Netz auch ihre Ver-sorgungsspannung.

Datenrate und SignalformEine Frequenzumtastung im Bandspreizverfahren (SFS, Spread Shift Keying) sorgt für die Verschlüsselung der zu übertragenden Nullen und Einsen. Die Signale werden hierbei auf die Netzspannung aufmoduliert, wobei zwei Frequenzen benutzt werden: 105,6kHz für die Übertra-gung einer 0 und 115,2kHzfürdieÜbertragungeiner1.Die Mittenfrequenz dieser beiden Schwingungen beträgt

KNXKabel

Busklemme

Anschlussbuchsen für einKNXGerät



Kontroll-feld

KNXTPTelegramm

Adressfeld Datenfeld Sicherungs-feld

1 Byte 5 Byte 1bis16Byte 1 Byte

Datenfeld

Bild 8. Telegrammaufbau bei KNX TP

Trainings-sequenz

KNXPLTelegramm

2 Präambel-Felder System-ID

4Bit 2Byte 9bis23Byte 1 Byte

Vollständiges KNX TP Telegramm

Bild 9. Telegrammaufbau bei KNX PL

110kHz, weshalb man dasKNXPLSystemauchPL110nennt. Die Sendepegel der aufmo-dulierten Schwingungen lie-gen bei den heute stark ver-formten Netzen oft nur im Bereich des normalen Netz-rauschens, und nur durch spezielle Verfahren der digi-talen Signalverarbeitung ist es überhaupt möglich, diese Signale auszufiltern. Hierbei werden die Sendeleistung und die Empfangsempfind-lichkeit der Busteilnehmer laufend den Netzverhält-nissen angepasst. KNX PLarbeitet mit einer Übertra-gungsgeschwindigkeit von 1200Bit/s(Bild 7).

Anschluss der Teilnehmer Bei KNX PL-Geräten sollteman darauf achten, sie über Stichleitungen an das be-stehende 230-V-Netz anzu-schließen, damit die Entfer-nung eines Teilnehmers nicht die Kommunikation anderer Teilnehmer unterbricht.

Wie sieht ein KNX Telegramm aus?Der Informationsaustausch zwischen den Busteilneh-mern erfolgt über soge-nannte Telegramme. Ein Te-legramm besteht aus einer Folge von Zeichen, wobei ein Zeichen von acht Nullen und Einsen, also acht Bit bzw. ei-nemByte,gebildetwird.Oft

werden mehrere Zeichen zu einem Feld zusammengefasst. So ergibt sich folgender Tele-grammaufbau (Bild 8):•Als Erstes wird das Kon-

trollfeld übertragen. Das Kontrollfeld regelt Aufga-ben wie die Priorität des Buszugriffs und die Tele-grammwiederholung.

•Es folgt das Adressfeld.Dieses Feld enthält die Ab-sender und Adressdaten von Sender und Empfänger.

•AlsdrittesFeldkommtdasDatenfeld mit den Nutzda-ten. Es ist je nach Bedarf unterschiedlich lang. Maxi-malkannesaus16Zeichen(16Byte)bestehen.

•Den Abschluss bildet einSicherungsfeld

BeiKNXPLkommenzudemoben beschriebenen Aufbau noch folgende Bestandteile

hinzu: Dem Telegramm wird eine Trainingssequenz von vier Bit zur Pegeleinstellung von Sender und Empfänger vorangeschickt, gefolgt von zwei Präambelfeldern, die jeweils acht Bit lang sind. Diese Präambelfelder werden zur Kollisionsvermeidung be-nötigt. Weiterhin wird dem Telegramm noch eine Syste-madresse (System-ID) ange-hängt (1Byte), die verhindert, dass benachbarte KNX PLSysteme sich gegenseitig be-einflussen, da ja nicht wie bei KNXTPdurcheinseparatesNetz sichergestellt ist, dass Telegramme nur innerhalb einer Anlage empfangen wer-den.

Wie wird der Buszugriff geregelt?Wie bereits dargelegt, benut-zenbeiKNXalleTeilnehmerein gemeinsames Medium zur Datenübertragung. Damit ein geordneter Datenaustausch möglich ist, muss der Zugriff auf dieses Medium eindeutig geregelt sein. DerKNXBusgehörtzudenBussystemen mit zufälligem, ereignisgesteuertem Zugriff. Dies bedeutet, dass der Teil-nehmer, der »etwas zu sagen

hat«, dies auch sofort zu tun versucht. Allerdings muss je-der Teilnehmer hierbei einige Regeln einhalten:•Generellgilt,dasseinTeil-

nehmer nur senden darf, wenn nicht schon gerade ein anderer Teilnehmer sendet. Jeder Teilnehmer muss daher permanent das Geschehen auf dem Bus beobachten.

•Nach Ende einer Daten-übertragung, bestehend aus Datentelegramm mit Quittung und eventuel-ler Wiederholung, ist eine festgelegte Wartezeit ein-zuhalten, bis der nächs-te Buszugriff durch einen weiteren Teilnehmer er-folgen darf. Hierbei kann es passieren, dass mehre-re Teilnehmer gleichzeitig beginnen zu senden und es kommt zu Kollisionen. Die-ses Problem lösen die bei-den Busvarianten Twisted Pair(KNXTP)undPowerLine(KNXPL)ganzunter-schiedlich.

Buszugriffsverfahren bei KNX PLBei KNX PL ist dieses Ver-fahren aus technischen Grün-den nicht möglich. Hier sol-len sogenannte Zeitschlitze Kollisionen schon vor ihrem Auftreten verhindern. Mit Zeitschlitz ist ein Abstand zwischen möglichem Beginn eines Telegramms nach Ab-schluss des vorhergehenden Telegramms gemeint. Jeder Teilnehmer ermittelt über ein Zufallsprinzip für sich eine von sieben möglichen Zeiten. Dadurch reduziert sich die Wahrscheinlichkeit einer Kollision drastisch. Kommt es aber dennoch dazu, so gehen eventuell Te-legramme verloren.

Am Bus erscheinen-des Telegramm=Telegramm2

Telegramm 1 1 0 1 1 0 1 0 1

Telegramm2 1 0 1 0 0 1 0 1

AbbruchderÜbertragungvon Telegramm 1

Kollision

Bild 10. Kollisionsauflösung bei KNX TP

auf das NetzaufgeprägteSignalspannung

zu übertrageneZeichen

1 0 0 1

Bild 7. Signalform bei KNX PL



KNX Funk (RF) Nachrüstung

KNXFunkLösungen sind die geeignete Lösung, wenn KNX nachge-rüstet werden soll und ein Verlegen von Leitungen nicht möglichist.KNXRFistaberauch für Gebäude interes-sant, in denen Twisted Pair installiert ist. Hier eignen sich RF-Geräte, ein beste-hendes System drahtlos zu erweitern. Es ist zwar theo-retisch möglich, die gesamte Gebäudetechnik drahtlos zu steuern, dies wird aber wohl die Ausnahme bleiben. Um Sensoren unabhängig vom Stromnetz platzieren zu kön-nen, werden diese meist mit Batterien versorgt, Solarzel-len sind für viele Anwendun-gen aber auch gut geeignet. Dies ist natürlich nur mög-lich, wenn die Geräte nicht permanent empfangsbereit sein müssen. Dazu wurde in KNXspezielleinunidirektio-nales Gerätemodell definiert, die nur bei Bedarf senden und keinen Empfänger haben. Aktoren müssen hingegen stets empfangsbereit sein und stellen bidirektionale Geräte mit einem eigenen Geräte-modell dar. Aktoren werden meist aus dem Stromnetz versorgt. Empfänger ohne Sender sind in KNX nichtvorgesehen. Die besondere Leistungsfähigkeit von KNXzeigt sich im Gesamtsystem. Während Retransmitter es ermöglichen eine KNX RFInstallation räumlich zu er-weitern, kann mit Hilfe von Medienkopplern auch eine Verbindung mit Twisted Pair Geräten hergestellt werden

Datenübertragung Die richtige Wahl der Funk-frequenz ist mit entscheidend für die Übertragungsquali-tät. Die für KNX gewählteFrequenz von 868,3MHzvereint gute Ausbreitungsei-genschaften im Gebäude mit hoher Zuverlässigkeit, da in diesem Band vom Gesetz-geber strenge Regeln gelten. Die maximale Sendeleistung von 25mW ist ausreichend,um ein Einfamilienhaus oder eine Wohnung abzudecken. Bei größeren Installationen können Retransmitter ein-gesetzt werden, die die Te-legramme zu entfernten Ein-bauorten weiterleiten. Die Datenrate ist mit 16kBit/setwas höher als bei Twisted Pair, dafür müssen zusätz-liche funkspezifische Daten übertragen werden. Insge-samt können wie bei Twisted Paircirca50TelegrammeproSekunde übertragen werden. Wie bei allen KNX Medi-en erfolgt auch bei Funk die Übertragung der Nutzdatenmit Gruppentelegrammen. Das heißt, ein Telegramm kann von mehreren Geräten gleichzeitig empfangen wer-den und zum Beispiel mehre-re Leuchten gleichzeitig ein-schalten. Auch die Kodierung der Daten, das so genannte Interworking wurde bei Funk nicht geändert. Wer mit Twisted Pair oder mit Pow-erline vertraut ist, wird sich mitKNXRFschnellzurechtfinden.

Konfiguration Die derzeit am Markt verfüg-baren Geräte werden im so genannten Easy-Mode kon-figuriert (Bild 1). Das heißt, es ist kein PC oder Laptop erforderlich. Zudem benötigt man keine Produktdaten-bank. Alle für die Konfigurati-on benötigten Informationen sind bereits in den Geräten gespeichert. Eine Konfigura-tion mit Hilfe der ETS (En-gineering Tool Software) ist aber in den Geräten bereits vorgesehen.

KNX IPKNX IP ist die BezeichnungdesviertenÜbertragungsme-diumsfürdenKNXStandard.KNX IP Geräte kommuni-zieren ausschließlich über Ethernet/IP miteinander. Die dazugehörige Übertragungs-protokollreihe heißt KNX-net/IP. Im Gegensatz zu den frühereingeführtenKNXnet/IPRouternoderKNXnet/IPTunneling Servern verfügen KNX IP Geräte nicht übereine Twisted Pair Anbindung. Was auf den ersten Blick klingen mag wie die Ablö-sung aller bewährten Medien der Gebäudesystemtechnik, ist vielmehr eine leistungsfä-hige Erweiterung des KNXSystems. KNX IP öffnet dieTüren zur Top Level Kom-munikation im Gebäude (z.B. Telekommunikation, Multi-media) und ermöglicht, von außen auf die KNX Instal-lation zuzugreifen. KNX IPstellt eines der wichtigsten Übertragunsmedien dar undwird am Ende dieser Bro-schüre nochmals detailliert behandelt

Der Datendurchsatz im VergleichTrotz der unterschiedlichen Übertragungsmedien ha-ben wir es mit einem einzi-gen Bussystem zu tun. Es ist mit einer einzigen Software (ETS) projektierbar und in Betrieb zu nehmen. Die Busendgeräte unterschei-den sich nur durch die ge-wählte Ankopplung und die hat keinen Einfluss auf die Kommunikation der Geräte miteinander (Gruppenad-ressen gelten systemweit, Komponenten verschiedener Hersteller sind untereinan-der kompatibel etc.). We-sentlicher Unterschied der Übertragungsmedien ist ihrDatendurchsatz.KNXTPbenötigtimnorma-len Datenverkehr pro Tele-gramm ca. 20ms, nur beimProgrammieren von Gerätenerhöht sich diese Zeit auf das Doppelte.DerKNXTP-Buskann maximal 50 Telegram-me pro Sekunde übertragen.Bei KNX PL kommt manauf einen Durchsatz von nur sechs Telegrammen pro Sekunde, bedingt durch die niedrigere Baudrate, den län-geren Telegrammaufbau und das andere Zugriffsverfahren. Speziell hier sollte also auf häufig wiederholte Telegram-me (zyklische Wiederholun-gen) verzichten werden bzw. die Wiederholzeit sehr hoch angesetzt werden.



einem Bereich – bis zu 15 Be- reiche über Bereichskoppler zu einem Gesamtsystem mit biszumehreren10000Teil-nehmern zusammenschalten (theoretisch bis zu 58.384Teilnehmer). Die Kopplung erfolgt mit einem Linien-koppler, der als Bereichs-koppler parametriert wird. Die Linie, die die Bereiche verbindet, wird Backbone (Rückgrat) genannt. Auch sie ist eine vollwertige Linie, an der sich weitere Teilnehmer (bis zu 64 Stück inklusiveKoppler) anschließen lassen. Sie benötigt daher auch eine eigene Spannungsversorgung.

Physikalische Adressen bei KNX TPJedesKNXGeräteinerKNXAnlage erhält eine eindeutige, einmalige Nummer, die phy-sikalische Adresse. Diese Ad-resse besteht aus drei, durch Punkte getrennte Zahlen:•die erste Zahl gibt die

Nummer des Bereichs an, in dem der betreffende Teilnehmer angeordnet ist,

•die zweite Zahl gibt dieNummer der Linie an,

•die dritte Zahl stellt einelaufende Nummer inner-halb der Linie dar.

Beispiele: PhysikalischeAdresse1.1.20:DiesistderTeilnehmer20inder 1. Linie des 1. Bereichs. PhysikalischeAdresse2.4.11:Teilnehmer11inder4.Linieim zweiten Bereich.

Die physikalischen Adres-sen werden benötigt, um die Geräte eindeutig zu identi-fizieren und darüber hinaus zum Programmieren der Parameter und Programme in die Teilnehmer. Zum Da-tenaustausch beim späteren Betrieb des Bussystems sind diese Adressen ohne Belang.

KNX Topologie

Dieser Artikel behandelt zwei Themenkomplexe, zum einen die Topologie des KNX Systems und zum anderen neben dem Auf-bau der KNX Geräte auch die verschiedenen Geräte-typen, die es gibt.

Der Begriff Topologie bein-haltete folgende Aspekte:• Art und Weise, wie KNX

Teilnehmer zueinander an-geordnet und miteinander verbunden werden,

•Aufbau der einzelnen, gal-vanisch getrennten Seg-mente,

•erlaubteLeitungslängen,•benötigte Spannungsver-

sorgungen,•Aufbauvorschriften beim

Übertragungsmedium 230-V-Netzusw.

Topologie bei KNX TPBeiKNXTP übernimmt dieverdrillte Zweidrahtleitung

zwei Aufgaben: Sie versorgt die Teilnehmer mit der Ver-sorgungsspannung 24V DCund ermöglicht den Informa-tionsaustausch zwischen den Teilnehmern. Die kleinste Installationseinheit bildet da-bei die sogenannte Linie (Bild 11): Maximal 64 Teilnehmerwerden – galvanisch zusam-mengeschaltet – an eine Bus-leitung angeschlossen und von einer Spannungsversor-gung gespeist. Das Buskabel lässt sich hierbei beliebig verlegen und kann an jeder Stelle verzweigt werden. Als Busstruktur ergibt sich damit eine freie Baumstruktur. Das erlaubt einen sehr flexiblen Aufbau.Beimehrals64Teilnehmernkönnen über so genannte Linienverstärker bis zu vier Li-niensegmente zu einer Linie mit maximal 255 Teilneh-mern zusammen geschaltet werden, wobei die Linienver-

stärker als Teilnehmer mit-gerechnet werden müssen (Bild 12). In der Praxis wird dieser maximale Linienaus-bau i.d.R. nicht ausgenutzt, sondernbeimÜberschreitenvon 64 Teilnehmern wirdeine neue Linie angelegt. Dies macht einerseits die Anlage übersichtlicher und ande-rerseits hat man später die Möglichkeit, die Anzahl der Telegramme in jeder Linie zu reduzieren, indem man die Filterfunktion der Linienkopp-ler nutzt. Der Linienkoppler zum Verbinden der beiden Linien, kann auch als Lini-enverstärker parametriert werden. Die Gesamtstruktur eines solchen Bereiches sieht dann folgendermaßen aus (Bild 13):ÜbereineHauptli-nie(Linie0)lassensichbiszu15 Linien miteinander verbin-den. Die Hauptlinie stellt da-bei eine vollwertige Linie dar, d.h., sie benötigt eine eigene Spannungsversorgung. An ihr lassen sich ebenfalls bis zu 64 Teilnehmer anschließen,wobei die eingesetzten Lini-enkoppler mitzuzählen sind. Auf diese Weise können schon ohne Linienverstärker (d.h. bei maximal 64 Teil-nehmern pro Linie) bis zu ca.1.000Teilnehmerzusam-mengeschaltet werden.Als Maximalausbau (Bild 14) lassen sich – wie bei Zusam-menschaltung der Linien zu

Bild 11. KNX Linie

Bild 12. Maximaler Linienausbau

TLN 1 TLN3

TLN2

TLN 5

TLN64Spannungsversorgung

und Drossel

TLN4

LinienverstärkerTLN 1

TLN62

TLN 128

TLN129

TLN191

TLN 192

TLN193

TLN255

TLN 64

TLN65

TLN127

Spgs.-Vers.und Drossel






KopplerbeiKNXTPFilterfunk-tionen – und so ist es möglich, das Telegrammaufkommen in den Teilsystemen zu reduzieren. Da der Telegrammdurchsatz bei KNXPLdeutlichgeringeristalsbeiKNXTPkanndieseinenot-wendigeMaßnahmebeiÜberlas-tung des Bussystems sein.

Topologie bei KNX IPKNX IP kann nur als Haupt-oder Bereichslinie ausgeführt werden, nicht als Subnetzwerk zuKNXTP1oderKNXPL.Aufdiesen Medien können jedoch Linien- und Bereichskoppler zur Filterung und Trennung von Sub-netzwerken eingesetzt werden. Auf IP kann die Topologie ent-wederflach sein (d. h.KNX IPGeräte verwenden alle die glei-che IP Multicast Adresse bzw. jedes runtime Telegramm eines KNXIPGeräteswirdvonallenanderenKNXIPGerätendirektempfangen) oder die Topologie wird ebenfalls in „Linien“ logisch

aufgeteilt. Für die letztere To-pologie Lösung existieren z. Z. jedoch noch keine Geräte, die die Übersetzung von linienspe-zifischen Multicastadressen und somit eine Filterung von Tele-grammen sicherstellen könnten.

Zusammenschalten von KNX TP, KNX PL, KNX IP und KNX RFKNXTPundKNXPLbenut-zen dieselben Datenformate, Gruppenadressen und physi-kalische Adressen. Zum Zu-sammenschalten beider Teil-systeme benötigt man einen Medienkoppler. Hiermit kann man mehrere KNX PL-Teil-systeme zusammenschalten oder eine gemischte Anlage aufbauen. Ein Medienkoppler wird auch fürdieAnkopplungvonKNXRF Geräten verwendet. Die TP Linien können dann über IP gekoppelt werden bzw. KNXIPGerätehinzufügen.

KNX GeräteBei den KNX Geräten un-terscheidet man zwischen »normalen« Busgeräten (Sensoren und Aktoren) und Systemgeräten. Alle Geräte, die an der Buskommunikati-on teilnehmen (Sensoren und Aktoren, aber auch System-geräte wie Koppler) verfügen als notwendigen Bestandteil über einen oder auch zwei Busankoppler.

Aufbau von Sensoren und AktorenAlle Standard-Busteilnehmer bestehen aus zwei Teilen, Bu-sankoppler und Busendgerät (Bild 15). Die beiden Geräte werden über die standardi-sierte, zehn- oder zwölfpo-lige Anwenderschnittstelle (AST)verbunden.Oftfindetman statt der Abkürzung AST auch die Abkürzung PEI.Die AST ist bei vielen Ge-räten dann nicht zugänglich,

Linienkoppler TLN 1 TLN49Spgs.-Vers.

und Drossel

TLN 0 TLN 0TLN 0

TLN 1

TLN63

TLN 1

TLN63

TLN 1

TLN63



Spgs.-Vers.und DrosselLinie 1 Linie 15

Linie0

Bild 13. So genannter Bereich: Über eine Hauptlinie (Linie 0) lassen sich bis zu 15 Linien miteinander verbinden

Bereich2

Bereich 15

Spannungsversorgungund Drossel

Bereich 1

Bereichskoppler Backbone

Bild 14. Als Maximalausbau lassen sich bis zu 15 Bereiche über Bereichskoppler zu einem Gesamtsystem zusammenschalten

Leitungslängen bei KNX TPAus Gründen der Signalbil-dung und der maximal zuläs-sigen Laufzeitverzögerungen sind in einem Liniensegment die Leitungslängen folgender-maßen beschränkt:•Spannungsversorgung –

Teilnehmer:350m•Teilnehmer –

Teilnehmer:700m•Gesamte Länge einer Lei-

tung:1000m

Topologie bei KNX PLBeiKNXPLdientals»Buslei-tung«dasvorhandene230-V-Netz, das die Topologie des Systems vorgibt. Damit die Signale aber auch bei einem dreiphasigen Netz in allen Netzleitungen vorhanden sind und andererseits die Sig-nale einen bestimmten Netz-bereich nicht verlassen, gibt es einige spezielle Netzkom-ponenten wie Bandsperre, Phasenkoppler und Repeater.Hinsichtlich der Ausdehnung eines Power Line Systems besteht prinzipiell keine Beschränkung. Allerdings nimmt bei großen Ausdeh-nungen die Signalqualität technisch bedingt ab.

Physikalische Adressen bei KNX PLBeiKNXPLbefindensichalleGeräte elektrisch an einer Li-nie, da es keine Beschränkun-gen auf 64 Teilnehmer progalvanisch getrenntes Segment gibt. Trotzdem erhalten aus Kompatibilitätsgründen die Geräte eine Adresse mit Be-reichs-, Linien- und Teilneh-mernummer. Nur bei den Bereichslinien-nummern gibt es eine Ein-schränkung: Es stehen nur acht Bereiche zur Verfügung. Über diese Bereichsnummernist es auch möglich, acht daten-technisch getrennte Bereiche zu schaffen. Hierzu muss man über Bandsperren voneinan-der getrennte Datenübertra-gungsbereiche aufbauen und diese über Medienkoppler, die über eine Twisted Pair Leitung miteinander verbunden sind, zusammenschalten. Diese Me-dienkoppler haben dann wie die



wenn die Geräte im Werk zusammengebaut wurden. Dies ist bei Geräteeinbau-Ausführung und bei den meisten Geräten für die Hut-schienenmontage der Fall.Als Abkürzung für Busan-koppler werden oft die Anfangsbuchstaben der englischen Bezeichnung für Busankoppler (BCU = Bus Coupling Unit) verwendet.Aufbau von BusankopplernFür in Geräten festverbaute Busankoppler können Her-steller ein fertiges BIM (Bus Interface Modul) oder einen KNXChipsatzbenutzen.Der Busankoppler wird für den Anwender bei den Vari-anten sichtbar, wo er als ein separates Gerät existiert und über die AST mit dem Bu-sendgerät verbunden wird. Auch hierbei gibt es sehr verschiedene Bauformen (Unterputz, Reiheneinbau, Platine zum Einbau in eine Schaltung). Der prinzipielle Aufbau der Busankoppler gleicht sich allerdings immer: Er besteht aus den beiden Funktionsmodulen Busan-koppler-Kontroller und Übertragermodul (Bild 16).Durch das Übertragermodul wird festgelegt, für welches Medium der Busankoppler zum Einsatz kommt. Im Au-genblick gängige Varianten sindBusankopplermitÜber-tragermodul für KNX TP(TwistedPair)und fürKNXPL (Power Line). Diese bei-den Übertragermodultypenhaben folgende Aufgabe:

•bei KNX TP: Aufprägender Informationsspannung auf die Versorgungsgleich-spannung,

•bei KNX PL: Aufmodulie-rung der Information auf die230-V-Netzspannung.

Weiterhin beinhalten bei-de Übertragermodule eineSpannungsversorgung für den Busankoppler-Control-ler und erzeugen Reset- und Save-Impulse für den Mikro-kontroller.Der Busankoppler-Controller beinhaltet im Wesentlichen den Mikrocontroller. Ein Mi-krocontroller integriert auf einem Chip einen Mikropro-zessor sowie verschiedene Speicher und Ein-/Ausgabe-Peripherie. Als Mikrokont-roller dienen Standard-Pro-zessoren, z.B. von Motorola, mit folgenden Speichern:•RAM-Speicher:Diesistder

kleinste Speicher. In ihm werden variable, beim Be-trieb des Gerätes anfallen-de Werte gespeichert.

•EEPROM oder Flash Spei-cher: In diesen Speicher werden die vom Anwender zusammengestellten Daten der Applikationsprogram-me (z.B. Parameter, Phy-sikalische- und Gruppen- Adressen) gespeichert. Der Inhalt dieses Speichers wird beim Programmie-ren der Geräte aus dem Projektierungs-PC in die einzelnen Geräte herun-tergeladen und dort span-nungsausfallsicher gespei-chert.

• ROM: In diesem, schonbei der Chipherstellung beschriebenen Speicher ist die Systemsoftware des Busankopplers abgelegt. Hier gibt es mittlerweile mehrere Entwicklungs-stufen und Varianten, so genannte »Masken«. Im Folgenden die häufigsten Masken:

•Maske1.x(BCU1,System1) •Maske2.x(BCU2,System2) •Maske7.x(BIM112,System7) •Maske10.x(PLBCU) •Maske9.1x

(Linien-/Bereichskoppler, Repeater)

•Maske19.x(Medienkoppler)Lange Zeit war die BCU1 der häufigste Busankoppler. Die BCU2, eine Weiterent-wicklung der BCU1, ersetzt aber zunehmend die BCU1. Sie bietet mehr Speicherplatz und erlaubt daher die Ver-wendung von mehr Kommu-nikationsobjekten und Grup-penadressen. Weiterhin wurden etli-che Funktionen, wie man sie z.B. zum Aufbau von Alarmanlagen benötigt, neu implementiert (z.B. Pol-ling, Zugriffsschutz mittels Passwortkontrolle). Für die BCU1 entwickelte Applikati-onsprogramme lassen sich in dieBCU2laden.VieleAnbie-tervonKNXGerätenbietenmittlerweile gar keine BCU1 mehr an. Für sehr komple-xe Busteilnehmer kommt dieBIM112zumEinsatz,dienoch wesentlich mehr Spei-cherplatz als die BCU2 bie-tet.

Die zehn- oder zwölfpolige Verbindung zwischen Busan-koppler und -endgerät wird je nach Bedarf sehr verschie-den belegt. In Abhängigkeit des benutzten Endgerätes werden über die Kontakte binäre Signale, analoge Signa-le oder ein Datenstrom über eine serielle Schnittstelle aus-getauscht.ÜbereinenimBu-sendgerät eingebauten Kenn-widerstand, den die BCU anmisst, wird die Art der Verwendung der Kontakte vereinbart. Viele Endgeräte haben eine eigene Intelligenz, die bis hin zu einem weiteren Mikrokontroller reicht. Der Busankoppler hat in diesen Fällen oft nur die Aufgabe, die Gruppenadressen zu verwalten und den proto-kollgerechten Datenverkehr sicherzustellen. In selteneren Fällen entfällt sogar die Ver-waltung der Gruppenadres-sen, und der Busankoppler dient wie im Fall der seriellen Schnittstelle nur als Gateway zumKNXBus.SystemgeräteDer Linien- oder Bereichs-koppler bei KNX TP stelltinsofern ein besonderes Gerät dar, als dass er über zwei galvanisch getrennte Übertragermodule verfügt.Das Übertragermodul derübergeordneten Linie stellt hierbei die Versorgungsspan-nung und den Reset-Impuls zur Verfügung. Weiterhin verfügt sein Controller über einen externen Flash Spei-cher, worin die Filtertabelle abgelegt ist.

Bild 15. Aufbau eines Busteilnehmers Bild 16. Aufbau eines Busankopplers

Busleitung

AST

Busankoppler

Bu

sen

dge

rät

Busleitung

AST

Übertrager-modul

Kontroller



Die Spannungsversorgung bei KNX TPJedes Liniensegment benö-tigt eine eigene Spannungs-versorgung. Die KNX Span-nungsversorgungen liefern einen maximalen Strom von 640mA bei einer Spannungvon28Vbis29V.DieNennspannungdesKNXSystemsbeträgt24V,wobeidie einzelnen Busteilnehmer bis zu einer Spannung von 21V fehlerfrei arbeiten. Esergibt sich also von den von der Spannungsversorgung bereitgestellten 29V bis zuden am Teilnehmer benötig-ten8VeineReservevon7Vfür eventuelle Spannungsab-fälle auf der Leitung oder an Kontaktwiderständen.Jeder KNX Teilnehmer (je-der Busankoppler) hat einen Eigenbedarfvon150mWzurVersorgung seines Mikropro-zessors. Zusätzlich hierzu darf jeder Teilnehmer für den Betrieb seines Busendgerätes noch 50mW vom Bus ent-nehmen. Meistens wird dies nicht von allen Geräten ausgenutzt.

Bandsperre, Phasenkopp-ler und Repeater bei KNX PLDrei weitere Geräte sind zum Aufbau eines Powerline Systems notwendig:•Bandsperre: Bandsperren

verhindern, dass Powerli-ne-Telegramme den beab-sichtigten Ausbreitungsbe-reich verlassen. Es handelt sich dabei um einphasige Geräte, die pro benutzter Phase vorgesehen wer-den sollten. Zu beachten ist hierbei die maximale Stromtragfähigkeit von 63AproGerät.

•Phasenkoppler: Bei einemdreiphasigen Netz sollte darauf geachtet werden, dass die Signale alle drei Phasen erreichen. Wenn die drei Phasen in einigen Strecken parallel geführt werden, geschieht dies oft automatisch. Es gibt aller-dings auch ein spezielles Gerät hierfür, den Phasen-koppler. Dieses Gerät stellt

eine kapazitive Kopplung zwischen den drei Phasen des230-V-Netzesher.

•Repeater:UmdieÜbertra-gungssicherheit bei KNXPL zu erhöhen, lässt sich an zentraler Stelle im System (Verteiler) ein so genann-ter Repeater installieren. Dieses Gerät wiederholt bei nicht ordnungsgemäß quittierten Telegrammen einmalig das Telegramm.

Phasenkoppler und Repeater sind in den Medienkopplern, den Verbindern zwischen KNXTPundKNXPLinteg-riert, so dass diese nicht ext-ra eingebaut werden müssen, falls ein Medienkoppler im System vorhanden ist.

KNX Installations- vorschriften

Eine KNX Installation be-steht aus einer normale Elektroinstallation im 230 V-Bereich.Alle dort geltenden Vor-schriften (VDE 0100 usw.) gelten auch für KNX. In diesem Teil des Beitrags werden die KNX spezifi-schen Aspekte der Installa-tion dargestellt.

KNX Twisted-PairBei der Installation der Bus-leitung muss bezüglich der Berührungssicherheit nichts beachtet zu werden, da die Busspannung in den Bereich der Schutzkleinspannung (SELV) fällt.Da die störungsfreie Daten-übertragung zwischen den einzelnen Busteilnehmern vom verwendeten Kabel ab-hängt,gibtderKNXStandardeine genaue Spezifikation der zu verwendenden Busleitung vor (EN 50090-2-1 und EN50090-2-2).Es wird eine verdrillte und geschirmte Zweidrahtleitung benötigt (Tabelle 1). Der Schirm des verwendeten Kabels darf auf keiner Seite aufgelegt oder geerdet wer-den. Er wirkt rein als metal-lischer Käfig. Stromleitungen dürfenbeiKNXTP

wegen der Verwechslungsge-fahr und der Nichterfüllung der geforderten nachrichten-technischen Anforderungen nicht als Busleitung verwen-det werden.

Das zweite AdernpaarDie meisten verwendeten Kabel verfügen über ein zweites, freies Adernpaar. Für die Verwendung dieser freien Adern gelten folgende Richtlinien:•Nur Kleinspannungen sind

zulässig (SELV/PELV).•Max. 2,5A Dauerstrom,

einÜberstromschutzmussvorhanden sein.

•DieBenutzungalsFernmel-deleitung des öffentlichen Fernmeldenetzes ist nicht erlaubt.

• Das zweite Adernpaarwird für eine separate Spannungsversorgung für leistungsintensivere KNXGeräte verwendet.

LeitungsverlegungBesondereÜberlegungener-fordert die Installation über-all dort, wo das Busleitungs-netzmitdem230-V-Netz inBerührung kommen könnte, z.B.• imVerteilerschrankbeial-

len230V-Aktorenundder

Tabelle 1. Die Wahl der Busleitung richtet sich vor allem nach den Verlegebedingungen

EMPFEHLENSWERTE BUSLEITUNGEN

in Deutschland übliche Kabel Verlegebedingung

YCYM2x2x0,8Prüfspannung4kV(sogenanntesKNXKabel)

Verlegung im Gebäude

J-Y(St)Y2x2x0,8Prüfspannung2,5kV

Verlegung wie YCYM, allerdings beiAnnäherungan230-V-Netzgeringere Prüfspannung beachten

JH(St)H2x2x0,8 Halogenfreie Leitung, allerdings mit Abstand zur vorhandenen 230-V-Installationzuverlegen

A-2Y(L)2YoderA-2YF(L)2Y Bei Verlegung im Außenbereich(Verbindung zwischen Gebäuden)



KNX Spannungsversor-gung oder

• in Abzweigdosen, wennsowohl die Busleitung als auchdie230V-Leitungver-zweigt wird. Generell gilt, dass zwischen der Busspan-nungunddem230V-Netzeine doppelte Isolierung mit einer Prüfspannung von 4kVbestehenmuss.Bild 17 zeigt das Ergebnis beim Ab-setzen der einzelnen Kabel.

•Vorschriften im Verteiler-schrank: Zum Einsatz kom-men Standard-Verteiler-schränke. Ist der Stromteil völlig vom Installationsbus-teil abgeschottet (d.h., es dürfen z.B. keine 230 V-Aktoren vorhanden sein), gelten keine besonderen Vorschriften. Ansonsten beachte man Folgendes:

•DieBusleitungenmüssenbis zu den Anschlussklem-men mit Mantel geführt werden. Das Abfangen auf einer Schirmabfangschiene

ist nicht zulässig. •BerührungenvonStrom-

und Busleitungsadern sind entsprechend Bild 17 z.B. durch entsprechende Lei-tungsführung bzw. Befesti-gung zu vermeiden.

•Vorschriften in Installations-dosen: Besondere Bestim-mungen für Verteilerdosen gelten nur, falls sowohl die Busleitungwieauchdie230V-Leitung abgesetzt wer-den. Hier gilt, dass entwe-der getrennte Dosen zur Verzweigung zu benutzen sind oder eine Dose mit Abschottung zu verwenden ist, die über zwei getrennte Kammern verfügt. Beson-dere Vorschriften gelten bei sogenannten Kombina-tionen, d.h., wenn sich eine Buskomponente und eine Stromkomponente unter einer gemeinsamen Abde-ckung befinden. Dies ist z.B. bei einem Unterputz-aktor in Verbindung mit einer Steckdose (über den Bus geschaltete Steckdose) der Fall. Beim Entfernen der gemeinsamen Abde-ckung muss die Stromseite abgedeckt bleiben. Dies ist z.B. bei gegen direktes Be-rühren geschützten Steck-dosen gegeben.

Bild 17. Näherung zwischen Leitungen und Einzeladern

KNX Kabel

Starkstromkabel

KNXEinzeladernebenStarkstrommantelleitung: keine Abstände erforderlich

KNX Kabel

Starkstromkabel

230-V-EinzeladernebenMantel-KNXKabel: keine Abstände erforderlich

KNX Kabel

Starkstromkabel

NäherungvonEinzeladern:Abständevonmindestens4mmoder gleichwertige Isolation durch Trennsteg oder dergleichen

LeitungsführungDie Busleitung sollte nach Möglichkeit zusammen mit den Stromleitungen und damit in den üblichen Ins-tallationszonen (siehe DIN 18015 - 3) geführt werden.Es gibt mehrere Möglichkei-ten, wie sich die Busleitung zu den einzelnen Räumen führen lässt. Diese kann sternförmig zu einem zentra-len Verteiler führen, ebenso gut lässt sich diese aber auch ringförmig durch alle Räume führen. Beliebige Kombina-tionen dieser beiden Verle-gungsarten sind möglich.

EinewichtigeÜberlegung imVorfeld einer KNX Installa-tion ist, inwieweit eine kon-ventionelle Installation und eine KNX Installation kom-biniert werden sollen oder können, z.B. .•Binäreingänge in Verbin-

dung mit konventionellen Tastern anstelle von KNXUP-Tastsensoren

•Einsatz von Mehrfach-Binärausgängen in Reihen-einbauform anstelle von Schaltaktoren in Geräte-einbauausführung.

Besonders muss darüber nachgedacht werden, falls sich ein Kunde noch nicht endgültig für eine KNX An-lage entschieden hat, sich aber die Möglichkeit eines späteren Einbaus offen halten möchte. Es gibt prinzipiell zwei Vorgehensweisen:•EswirdnureineBusleitung

gelegt. Eine Nachrüstung erfolgt später.

•Die konventionelle Instal-lation wird bereits stern-förmig zentral vom Vertei-lerschrank ausgeführt (d.h. jeder Taster wird z.B. ein-zeln vom Verteilerschrank aus verdrahtet, so dass später ein Nachrüsten von KNXanzentralerStelleimVerteilerschrank möglich ist.

Es sollte eine genügend große Platzreserve im Ver-teilerschrank berücksich-tigt werden.

KNX PL und IPDa bei KNX Powerline dasvorhandene Stromnetz zur Datenübertragung dient, gibt eskeinespeziellenKNXIns-tallationsvorschriften.Auf spezielle Geräte zur Schaffung von abgeschlosse-nen Übertragungsbereichen(Bandsperre) und zur Pha-senkopplung bei einer Anlage mit allen drei Außenleiter-spannungen (Phasenkoppler) sowie zur Verbesserung der Übertragungssicherheit (Re-peater) wurde bereits einge-gangen. Für die Verlegung der Netz-werkkabelfürKNXIPgeltendie üblichen Vorschriften wie für IT Netze.GeräteanschlussAlle KNX PL-Geräte verfü-gen über einen Anschluss für einen Außenleiter und den Neutralleiter. Bei Aktoren ist der Anschluss der Last-spannung und der des Signal-leiters getrennt ausgeführt, wodurch es in Anlagen mit sehr großer Störbelastung ggf. sinnvoll ist, den Last- und den Signalkreis getrennt aus-zuführen.InstallationsmaterialLeitungsschutz- oder Feh-lerstromschutzschalter mit Nennströmen<10AsindimSignalkreis einer Powerline-Anlage nicht zulässig, es muss in diesen Fällen auf Schmelz-sicherungseinsätze überge-gangen werden. Weiterhin dürfen abgeschirmte Leitun-gen mit geerdetem Schirm sowie Leitungen mit Ader-querschnitten über 25mm2 nicht als Übertragungsstre-cke eingesetzt werden.



Die ETS Software

In den bisherigen Aus-führungen ging es um die Technik des KNX Systems. Es wurde bereits erwähnt, dass jeder KNX Teilneh-mer über einen Mikrokon-troller verfügt, in dem ein Programm läuft. Um dieses Programm erzeugen und in den Mikrokontroller über-tragen zu können, wird die KNX Programmier-software benötigt. Dieser Artikel befasst sich mit der Konfiguration des Systems.

Beim KNX System gibt eszwei Konfigurationsarten:•Easy Installationsmethoden

(E-Mode): Hier geschieht die Konfigurierung nicht mit einem PC, sondern anhand eines Handgerätes, über Taster oder auf ande-re Art und Weise. Diese Konfigurationsart eignet sich für Elektroinstallateu-re, die zwar über das Ba-siswissen der Bustechno-logie verfügen, aber keine Softwarekenntnisse besit-zen. Die für mittelgroße Anlagen bestimmten Easy-kompatiblen Geräte bieten normalerweise nur eine beschränkte Funktionalität. Wird die Anlage später er-weitert, so ist eine Erwei-terung und Ergänzung mit den Mitteln der S-Mode- Programmierung jederzeit möglich.

•System Installationsmetho-den (S-Mode): Hier benötigt man zur Konfigurierung des Systems einen PC mit einer speziellen Software. Es handelt sich hierbei in den meisten Fällen um die Software ETS (Engineering Tool Software). Mit ihr las-sen sich alle KNX Gerätein Betrieb nehmen.

Aufgaben der ETSÜblicherweise wird eineKNXAnlageimS-Modekon-figuriert, d.h. mit Hilfe eines Computers und der darauf

installierten ETS. Die ETS dient hierbei zum Bearbeiten der von den Herstellern für ihre Produkte zur Verfügung gestellten Applikationspro-grammen. Die Einstellungen können wie folgt vorgenom-men werden.•DieentsprechendenAppli-

kationsprogramme der Hersteller werden durch den Onlinekatalog oderaus einer Datenbank, die der Hersteller zur Verfü-gung stellt, herunter gela-den.

•Die in den Applikations-programmen vorkommen-den Parameter werden in der ETS dem jeweiligen Fall entsprechend eingestellt.

•Die in der ETS durchge-führten Einstellungen wer-den auf die Geräte pro-grammiert.

Die ETS enthält neben den Projektierungs- und Inbe-triebnahmewerkzeugen auch umfangreiche Programmteile zur Diagnose und Fehlersu-che.Alle mit der ETS durchge-führten Arbeiten bei Projek-tierung und Inbetriebnahme können mit der ETS kom-mentiert werden.

Aufbau der ETSBei der ETS handelt es sich um eine nach Windows De-signregeln erstellte Software. Dies bedeutet, dass Benut-zer, die sonst mit Microsoft-Produkten wie Word oder Excel arbeiten, relativ schnell den Umgang mit der ETS er-lernen können, da viele Funk-tionen, Symbole und Vorge-hensweisen schon bekannt sind. Die Bildschirmfenster der ETS sind stark an die Darstellung der Dateistruk-tureinesOrdnersangelehnt.Es gibt verschiedene Arbeits-fenster in der ETS, die die vorliegende Anlage unter verschiedenen Aspekten dar-stellen (Bild 18): Bild 18. Verschiedene Arbeitsfenster in der ETS

•Das Hauptarbeitsfenster zeigt die Anlage aus der Sicht des Gebäudes, indem das Gebäude mit den zuge-hörigen Räumen und Ver-teilern dagestellt wird. Den Räumen und Verteilern lassen sich die in ihnen ent-haltenen Geräte zuordnen, so dass die Geräte in der ETS durch ihren Einbauort im Gebäude leicht ausfindig gemacht werden können.

• Im Gruppenadressenfenster, wird die gesamte Anlage aus Sicht der in ihr vorhan-denen Funktionen gezeigt. Hier lässt sich gut erken-nen, welche Geräte im Gebäude auf welche Weise interagieren.

•Eine weitere wichtige An-sicht zeigt die Topologie des Bussystems. In jedem Fenster gibt es zwei Hälf-ten. Die linke Hälfte zeigt eine Übersicht in Formeiner Baumstruktur an, in der rechten Fensterhälfte werden einzelne Teile der linken Baumstruktur als Detail in Listenform darge-stellt.

Am oberen Rand des Bild-schirmfensters der ETS lie-gen so genannte Menüleis-ten, über die sich mit Hilfe der Maus die gewünschten Funktionen auswählen lassen. Für häufig benutzte Funktio-nen gibt es Symbolleisten, die

ein besonders schnelles und leichtes Arbeiten ermögli-chen. Das genaue Aussehen der Listen in der rechten Fensterhälfte und der in den Symbolleisten vorkommen-den Symbole lässt sich, wie in anderen Microsoftpro-grammen auch, durch den Benutzer editieren und dem persönlichen Arbeitsstil an-passen.

Projektierung mit der ETSNach der Installation der ETS auf dem Computer kann eine Anlage noch nicht projektiert werden. Es sind zunächst die Produktdaten der Hersteller in die Datenbank der ETS zu laden. Diese Daten stel-lendieHersteller vonKNXProdukten kostenlos zur Verfügung. Man erhält diese entweder direkt beim Her-steller auf einer CD oder im Internet. Alternativ kann der Onlinekatalog der ETS hier-für verwendet werden.Nach Importieren dieser Daten in die ETS-Datenbank kann die eigentliche Projek-tierung beginnen. Hierbei werden folgende Schritte durchlaufen:•Projektmitdennotwendi-

gen Daten anlegen; unter dem hierbei vergebenen Namen lässt sich später das Projekt jederzeit wieder



finden und weiterbearbei-ten.

•Abbilden der Struktur desGebäudes und der vor-handenen Geräte (Bild 19); Festlegen der Gebäude-struktur und der Bustopo-logie; hierbei werden aus der Datenbank die benutz-ten Geräte gefiltert und die physikalischen Adressen der Geräte vergeben.

•Einstellen der Parameterder KNX Produkte ent-sprechend den Erfordernis-sen; bei Tastern muss z.B. festgelegt werden, ob es sich um einen Dimmtaster, einen Jalousietaster oder um einen einfachen Taster zum Schalten von Licht handelt (Bild 20). Bei Akto-ren wird über die Parameter dessen Verhalten festgelegt, z.B. ob Zeitfunktionen vorge-sehen sind oder mit welcher Geschwindigkeit ein Dimmer seinen neuen Wert anfahren soll.

•Festlegen der Funktionenin der Anlage und Anlegen der Gruppenadressen

Beispiel: In einem Büroraum gibt es zwei Leuchtbänder, die sich getrennt schalten lassen. Soll jedes Leucht-band einzeln, aber auch beide zusammen geschaltet werden können, benötigt dieser Raum drei Funktio-nen und damit drei Grup-penadressen:

· Leuchtband 1 schalten, · Leuchtband2schalten

und · Leuchtbänder gemein-

sam schalten.•Verbinden der Kommuni-

kationsobjekte der KNXProdukte durch Gruppen-adressen; es werden „so-zusagen“ virtuelle Kabel zwischen den virtuellen Ein- und Ausgängen der Geräten gezogen. Durch das Verbinden mit den Gruppenadressen wird festgelegt, welche Senso-ren auf welche Aktoren wirken.

•Zuordnungderprojektier-ten KNX Geräte zu deneingerichteten Gewerken (optional)

Bild 20. Parameterfenster

Bild 19. Gebäudestruktur mit Geräten

Bild 21. Fenster mit Gruppenadressen

Bild 22. Geräte mit Programmiertasten (UP und Reiheneinbau)

Bild 23. Busmonitor, ein Programm zum Mithören von Programmen

•Projektierung prüfen, Do-kumentation ausdrucken sowie das Projekt abspei-chern und sichern

InbetriebnahmeEinen wesentlichen Teil der ETS stellen die Inbetriebnah-mefunktionen dar. Nur mit Hilfe der ETS ist es möglich, die Geräte mit Adressen zu versehen und ihnen ihre Funktionen zu programmie-ren.Zunächst muss jedem Gerät einzeln seine physikalische Adresse zugewiesen wer-den. Dies geschieht, indem die ETS einzeln die Geräte-adressen in das System lädt und der Inbetriebnehmende durch Drücken der Program-miertaste am Gerät festlegt, welches Gerät die gerade zur Vergabe anstehende Adresse zugeteilt bekommen soll (Bild 22). Bei diesem Teil der In-betriebnahme muss sorgfäl-tig vorgegangen werden, da hierbei unterlaufene Fehler später zu Fehlfunktionen füh-ren und die Korrektur sehr zeitaufwändig sein kann.Wenn alle Geräte ihre Ad-resse erhalten haben, sind noch die zugehörigen Pro-gramme in die Geräte zu la-den.

DiagnosefunktionenDie Inbetriebnahmesoftware der ETS bietet auch Diag-nosefunktionen. Damit las-sen sich die physikalischen Adressen der Geräte prüfen und der Gerätestatus eines beliebigen Busteilnehmers auslesen. Hierbei werden sowohl der Hersteller als auch mögliche Fehlerbits im Busankoppler sowie der Be-triebszustand des Gerätes an-gezeigt. Der Betriebszustand zeigt, ob das Programm zur-zeit abgearbeitet wird. Wei-terhin lässt sich erkennen, ob ein passendes Endgerät über die Anwenderschnittstelle mit dem Busankoppler ver-bunden ist und welche Grup-penadressen den Objektendieses Gerätes zugewiesen sind. Mit Hilfe der sehr wich-tigen Mithörfunktionen „Bus- und Gruppenmonitor“ (Bild 23) lassen sich alle Bustele-



gramme mitlesen. Hierdurch kann das Geschehen am Bus verfolgt und beobachtet wer-den, um Fehler einfach zu di-agnostizieren und einkreisen zu können.Neben dem Mithören von Telegrammen ist es weiter-hin möglich, vom PC aus Telegramme zu senden und dadurch Aktoren zu testen bzw. in der Anlage Schalt-vorgänge auszulösen, obwohl ggf. die benötigten Sensoren noch nicht eingebaut sind. Dies kommt z.B. beim Tes-ten einer Einzelraumregelung zum Tragen, wenn geprüft werden soll, ob die Heizung bei geöffneten Fenstern ab-schaltet, obwohl z.B. die hierzu nötigen Fensterkon-takte noch nicht montiert sind.

Installation und LizenzierungDieETSwirdvonderKNXAssociation über das Inter-net (www.knx.org) vertrie-ben. Die Software kann über das Internet heruntergeladen werden. Alternativ ist es auch möglich, kostenlos eine CD mit der Software anzu-fordern. Die ETS lässt sich auf jedem beliebigen Com-puter installieren. Um mit der ETS arbeiten zu können, benötigt man zudem einen Lizenzschlüssel. Bei den Lizenzschlüsseln gibt es mehrere Varianten:•Software Lizenzschlüssel

ETS Professional: Die Li-zenz ist an einen Computer gebunden.

•Dongle Lizenzschlüssel:Hier wird zusätzlich ein Hardware-Dongle benö-tigt, der über einen USB-Anschluss verbunden wird. Dadurch lässt sich die ETS Computer übergreifend betreiben – allerdings im-mer nur zeitgleich auf ei-nem Computer.

•Gegen einen kleinen Auf-preis lassen sich bis zu zwei weitere Lizenzen (ETS Sup-plementary) erwerben. Für kleinere Betriebe ist dies von Vorteil.

•FürSchülerundStudentengibt es günstige ETS Trai-nee Lizenzen, allerdings mit eingeschränktem Funkti-onsumfang.

SchnittstellenFür die Inbetriebnahme und die Diagnosefunktionen be-nötigt die ETS eine Verbin-dung zum KNX Bus. Hiergibt es verschiedene Möglich-keiten. Standardmäßig kann dies mit einer KNX USB-Schnittstelle oder einer IP-Schnittstelle passieren. Ver-fügt die Netzwerkinstallation über WiFi, so kann kabellos Zugriff von einem Laptop die Verbindung hergestellt wer-den.

Plug-InEtlicheKNXGerätebenöti-gen eine spezielle Software zur Konfiguration und Inbe-triebnahme. Beispielsweise werden bei Displays der Sei-tenaufbau und die gezeigten Texte sowie die Verknüpfung mit den Ereignissen am Bus-system durch den Projek-tierenden festgelegt. Dies erfordert i.d.R. ein eigenstän-diges Software Plug Ins. Die Plug Ins werden automa-tisch aufgerufen, sobald die Bearbeitung der Parameter des betreffenden Gerätes in der ETS gestartet wird.ZusatzwerkzeugeBei den so genannten Add-Onshandeltes sichumZu-satzprogramme, die vom Ersteller der ETS angeboten werden.EinAdd-Onisteineallgemeine Erweiterung des OperationsumfangsderETS.Zurzeit gibt es folgende Zu-satzwerkzeuge:

•Rekonstruktion: Mit diesem Tool lassen sich verlorene oder nicht mehr aktuelle ETS-Projektdaten durch Auslesen der Geräte aus der Anlage wiederherstel-len. Die Rekonstruktion entdeckt alle am Bus vor-handenen Geräte und liest die relevanten Speicherbe-reiche aus. Die ausgelese-nen Daten eignen sich:

· zur Erstellung eines neuen ETS-Projekts oder

· zum Vergleich mit einem bestehenden ETS-Projekt oder

· zur Aktualisierung eines bestehenden ETS-Projekts.

•Makro: Hierbei handelt es sich um kleine Program-me, die sich einfach in die ETS Professional einfügen lassen, um die Arbeit zu er-leichtern. Die Makros lösen dabei meist spezielle Aufga-ben der Projektierung und der Dokumentation oder dienen zur Erhebung statis-tischer Informationen.

•Design: Dieses vollstän-dig in die ETS Professio-nal integrierte Tool ist ein Werkzeug für die Doku-mentation und grafische Projektierung von KNXAnlagen. Die Fenster des Designs zeigen dieselben Projekt-Daten wie die Fenster der ETS, die Dar-stellung ist aber verschie-den. Beim Design werden die Projektelemente durch grafische Symbole, die durch weitere grafische Elemente (Grundrisspläne, Verteilerschränke) ergänzt werden, in einer realitäts-nahen oder logischen An-ordnung gezeigt.

ETS AppsApps gibt es für das Telefon, für Smartphones, Tabletcom-puter und auch für die ETS. Allgemein reicht die ETS Professional zur Bearbei-tung vonKNXAnlagen aus.Aber wie beim Mobiltelefon wachsen auch in der KNXAnwendung Wünsche für ganz unterschiedliche Zu-satzfunktionen. Damit bleibt die ETS auch offen für künf-tige Anwenderwünsche und technische Entwicklungen. Hersteller der Apps sind die KNXMitglieder.Die Kreation individueller Apps wird von der vorhan-denen Programmierschnitt-stelle mit vielen schon vor-handenen Grundfunktionen unterstützt, so dass der Kreativität kaum Grenzen gesetzt sind. Trotzdem bleibt die durchgängige Kompati-bilität des Systems gewahrt, da alle Apps von der KNXAssociation validiert sein müssen und nur im KNXOnline Shop erhältlich sind.Besitzer einer ETS mit Zu-satzwünschen müssen diese nur downloaden, installieren, lizensieren, und schon kann das eigene Tool mehr. Mit dem Konzept der ETS Apps passt KNX die EngineeringTool Software ETS wach-senden weltweiten Anfor-derungen an. Die ETS kann damit – immer unter Wah-rung der Kompatibilität - in-dividuell erweitert werden. Insbesondere KNX Exper-ten profitieren von Zusatz-tools für mehr Transparenz und schnelles Konfigurieren. Mehr Informationen über die Apps können auf der KNXWebseite gefunden werden.



KNX over Ethernet (KNX IP)

In den vorangegangenen Teilen des Beitrags wurden als Übertragungsmedien hauptsächlich Twisted-Pair und Powerline sowie KNX RF behandelt. Ethernet und Internet stel-len einen wichtigen Be-reich in unserem Leben dar. Dies gilt auch für un-sere Gebäude und KNX. In diesem Teil des Beitrags geht es also um KNX und die TCP/IP-Welt.

Eine Anbindung von KNXan Ethernet bietet forlgende Vorteile:•Gebäude lassen sich von

beliebiger Stelle der Welt aus per Browser kontrol-lieren und steuern.

•Verteilte Liegenschaftenkönnen über das Internet von zentraler Stelle aus beobachtet und gewartet werden.

•Dem KNX Projektieren-den ist es möglich, KNXKundenanlagen via Internet aus der Ferne zu analysie-ren, also Fehler aufzuspü-ren und Änderungen online vorzunehmen.

•BeiumfangreichenAnlagenkann die große Datenflut auf den übergeordneten Buslinien durch Übergangauf einen Ethernet-Back-bone oder auf Ethernet-Bereichslinien beherrscht werden.

EthernetBei Ethernet handelt es sich um ein offenes (herstellerun-abhängiges) und leistungsfähi-ges Bereichs- und Zellennetz nach dem internationalen Standard IEEE 802.3 (Ether-net). Ethernet gilt heute weltweit als das Netzwerk Nummer Eins. Überall aufder Welt sind Netzkompo-nenten und Geräte verfüg-bar und existieren vielfältige weltweite Netzstrukturen. Der Ethernet-Standard legt die physikalischen Bereiche

fest (die Netzwerktechniker sprechen hier von Schichten) – d.h., es wird u.a. festgelegt•wiedieSignaleaufderLei-

tung aussehen,•welche Leitungen benutzt

werden,•wie Steckerbelegungen bei

Kabeln ausgeführt werden,•wiedieverschiedenenTeil-

nehmer auf ein gemeinsa-mes System zugreifen dür-fen,

•wie die zu übertragendenZeichen dargestellt wer-den,

•welche Datensicherungs-verfahren zur Anwendung kommen.

Allerdings reichen für eine Datenübertragung zwischen zwei Teilnehmern diese Defi-nitionen i.d.R. nicht. Deshalb müssen weitere umfangrei-che Absprachen getroffen werden. Diese betreffen die verwendeten Protokolle, ins-besondere bei großen Net-zen (Internet) ist dies wichtig.

Übertragungs- protokolleDamit Computer im Netz-werk miteinander kommu-nizieren können, benötigt man so genannte Protokolle. Sehr verbreitet ist heutzuta-ge TCP/IP. Bei TCP/IP han-delt es sich um eine Gruppe von Protokollen oder Regeln (Protokollfamilie), die 1984eingeführt wurde. Obwohles üblich ist, »TCP/IP« in einem Atemzug auszuspre-chen, sind TCP und IP zwei unterschiedliche Protokolle, TCP (Transmission Control Protocol) und IP (Internet Protocol). Genauer gesagt kommt noch ein drittes, gleichberechtigtes Protokoll hinzu, UDP (User Datagram Protocol).

Das IP-ProtokollDie Grundlage, das IP-Pro-tokoll, stellt sicher, dass Datenpakete von einem Teil-nehmer an einen anderen

verschickt werden, und zwar auf entsprechenden Wegen (Routen), um diese Datenpa-kete auf möglichst optimalen Routen zu transportieren. Hierzu dienen die so genann-ten IP-Adressen.

Das TCP-ProtokollDas auf dem IP-Protokoll aufsetzende TCP-Protokoll wird für viele bekannte Netz-anwendungen verwendet wie E-Mail oder das Browsen von Internetseiten. Das TCP-Protokoll baut eine feste und gesicherte Verbindung auf und stellt sicher, dass alle Datenpakete in der richtigen Reihenfolge gesendet und vom Empfänger wieder zu-sammengesetzt werden (ver-bindungsorientiertes Proto-koll).

Das UDP-ProtokollDas UDP-Protokoll benut-zen einige Applikationen, z.B. Streaming Audio und Video, also insbesondere jene, die den gelegentlichen Verlust von Datenpaketen tolerieren. Hier gibt es keine gesicherte Verbindung, das erfolgreiche Zustellen der Datenpakete wird also nicht kontrolliert (verbindungslo-ses Protokoll). Gegenüber dem TCP-Protokoll bietet das UDP-Protokoll den Vor-

teil, wesentlich schlanker und schneller zu sein. Außerdem ist es in Anwendungen wie Sprach- und Videoübertra-gungen kontraproduktiv, ein verloren gegangenes Paket z.B. nach 1s zu wiederholen. Das UDP-Protokoll kommt in der Gebäudeautomation häufig zum Einsatz.

IP-Kommunikations-arten des KNX SystemsDas KNX System kennt imBereich des Ethernets zwei Kommunikationsarten, Tun-neling und Routing. Beide Kommunikationsarten be-nutzen das UDP-Protokoll.•Tunneling: Ziel ist der

Zugriff auf den Bus über das Ethernet zur Inbetrieb-nahme, zum Test oder zur Fehlersuche. Es handelt sich um eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation, wobei die letztendliche Zieladresse eine physika-lische Adresse im KNXSystem ist (Bild 24). Verein-facht kann man sich das be-nutzte Ethernet – dies kann ein lokales Netz (LAN) wie ein Firmen- oder Hausnetz, aber auch ein öffentliches Netz (Internet) sein – als verlängertes Programmier-kabel zwischen dem Inbe-triebnahme-PC und der KNXAnlagevorstellen.

KNXAnlagePC mit ETS-Software

Internetoder LAN

IP-Koppler

Bild 24. Tunneling



IP-KopplerIP-Koppler

Twisted-Pair-KNXAnlage Twisted-Pair-KNXAnlage

Internetoder LAN

Ethernet

IP-Koppler

Twisted-Pair-Linien

Twisted-Pair-Bereich n

Twisted-Pair-Bereich3

Twisted-Pair-Bereich2

Twisted-Pair-Bereich 1

Ethernet

IP-Koppler

KNXAnlage KNXAnlage

IP-KopplerInternet

oder LAN

•Routing: Ziel ist die Wei-terleitung von KNX Tele-grammen über ein Ether-net (Bild 25). Telegramme werden hierbei einerseits zwischen KNX Twisted-Pair-Installationen hin und her geschickt, um z.B. zwei Anlagenteile über eine vor-handene Ethernet-Strecke zu verbinden. Anderer-seits braucht man diese Verbindungsart, um KNXTeilnehmer mit nur einer IP-Schnittstelle mit anderen KNX Teilnehmern verbin-den zu können.

KNX ProtokolleUm die Aufgaben Tunneling und Routing erfüllen zu kön-nen, hat man im Laufe der letzten Jahre verschiedene KNX Protokolle entwickelt.Der augenblickliche Standard ist das Protokoll KNXnet/IP-Routing, es beinhaltet beide Kommunikationsarten und ist standardmäßig in der Projektierungs- und Inbe-triebnahmesoftware für das KNX System, der ETS, ent-halten. Vorläufer waren die Protokolle IP (EIBlib/IP) und KNXnet/IP.

Bild 25. Routing

Geräte und AnwendungenIm Folgenden werden einige Geräte mit ihren Anwendun-gen vorgestellt.

IP-KopplerIP-Koppler verfügen auf ih-rer »Oberseite« über eineEthernet- Schnittstelle und leiten KNX Telegrammeüber das Routing- Verfahren an andere IP-Koppler weiter. Sie gestalten die Topologie eines KNXSystems flexib-ler, indem sie das Medium Ethernet als weiteres Über-tragungsmedium dem KNXSystem hinzufügen. IP-Kopp-ler lassen sich sowohl als Li-nienkoppler (Bild 26) als auch als Bereichskoppler (Bild 27) einsetzen. Wie alle anderen Koppler auch sind sie in der Lage, Telegramme zu filtern. Weiterhin können über die-se Koppler auch linienüber-greifend Geräte program-miert werden, wobei bei einigen Herstellern auch die Filterung von Telegrammen mit physikalischen Adressen möglich ist. Hierüber lässt sich ein evtl. nicht gewünschtes linien-

oder bereichsübergreifendes Programmieren verhindern.Die meisten Koppler unter-stützen auch das Tunneling, d.h., sie verfügen zusätzlich noch über eine Tunneling- Schnittstelle, so dass sie sich auch als IP-Programmier-schnittstelle für die ETS ein-setzen lassen.Weiterhin können die Kopp-ler auch dazu dienen, kom-plette Anlagen über Ethernet miteinander zu verbinden. Dies kann z.B. interessant sein, wenn in zwei Gebäuden je eine KNX Twisted-Pair-Anlage besteht, die zu einer Gesamtanlage zusammenge-führt werden sollen (Bild 28). Besteht zwischen diesen bei-den Gebäuden eine Ethernet- Verbindung, so braucht dann keineneueKNXVerbindungmehr zwischen diesen Ge-bäuden hergestellt werden. Es gibt einige Geräte, die

nurübereineKNXEthernetSchnittstelle verfügen. Diese Geräte kommunizieren im Betrieb untereinander und mit den weiteren KNX Ge-räten der Anlage über Ether-net und benutzen dabei die Kommunikationsart Routing. Wenn sie in eine bestehen-de Twisted-Pair-Anlage ein-gebunden werden sollen, so muss in dieser Anlage ein IP-Koppler vorhanden sein. Es gibt auch Geräte, die auf IP-Seite keineKNXProtokolleunterstützen. Hier handelt es sich um Geräte, die einer-seits über eine Schnittstelle zum KNX System verfügenund auf der anderen Seite eine IP-Anbindung haben, die keineKNXIP-Protokolleun-terstützt. Diese Geräte die-nen der Visualisierung einer Anlage über Ethernet. Auf IP-Seite stellen diese Gerä-te i.d.R. einen Web-Server

Bild 26. IP-Koppler als Linienkoppler

Bild 27. IP-Koppler als Bereichskoppler

Bild 28. IP-Koppler zur Verbindung von zwei getrennten Anlagen



zur Verfügung, so dass man sie über einen Standard-Browser ansprechen kann. Dieser Web-Server ist dann sozusagen die Visualisierung. Die Verbindung zum KNXSystem kann sehr verschie-den aussehen. Es gibt Ge-räte mit eingebauter KNXTP-Schnittstelle. Andere Anbieter stellen die Verbin-dungzumKNXSystemüberexterne Schnittstellen her. Häufig bieten diese Geräte noch weitere Möglichkeiten, z.B. das Versenden von E-Mails bei bestimmten Ereig-nisseninderKNXAnlage.

Kommunikation über KNXnet/IP Die Übertragung von KNXTelegrammen über das Ethernet ist als KNXnet/IPdefiniert. Die erste Anwen-dung des KNXnet/IP Pro-tokoll war die Nutzung von Ethernet für PC-Schnittstel-len und Router. IP Router sind vergleichbar mit Linien-kopplern, nutzen aber für die Hauptlinie das Ethernet. Dies ist insbesondere bei der Ver-netzungvonKNXBereichenoder Linien in großen Gebäu-dekomplexen von Vorteil, da nicht mehr TP dafür benutzt werden muss. Inzwischen ist IP als eigenständiges Medium inKNXintegriertundbietetdie Möglichkeit, Leistungs-merkmalevonKNXwiedieKonfigurationsmodi und das Interworking, auf IP zu über-tragen.

Konfiguration Die bewährten Konfigura-tionsmodi der bestehenden KNX Medien stehen auchfürKNXIPGerätezurVer-fügung. Da KNX IP Gerätein der Regel aber eine hohe Komplexität erwarten las-sen, werden viele dieser Ge-räte auf die Konfiguration im System Mode mit der ETS beschränkt bleiben. Der be-kannte KNX Kommunikati-onsstack wird auf dem UDP/IP Stack implementiert. Der KNX Stack entspricht danneinem bekannten Modell (z.B.BCU2,BIMM112)odereinem der neuen Modelle wie System B oder System 300). Diese Gerätemodellewurden so erweitert, dass sie eine Konfiguration über IP Unicast-Kommunikation zulassen. Auf diese Weise wird die Buslast infolge von ETS Konfigurationstelegram-men von runtime KNXnet/IP Routingtelegrammen ge-trennt. Die ETS und das zu konfigurierende Gerät kommunizieren direkt und stören die anderen KNX IPGerätenicht.KNXIPGerätewerden in der ETS ab Versi-on F unterstützt. Die Geräte können mit der ETS geplant und in Betrieb genommen werden. Durch die Zahl „5“ in der Maskenversion unter-scheidensichKNXIPGerätevon Geräten anderer Medi-en. InterworkingDas Interworking auf KNXIP ist unverändert zu den an-deren KNX Medien. Damitkönnen KNX IP Geräte diebewährte Leistungsfähigkeit

der KNX Architektur inklu-sive Gruppenadressierung uneingeschränkt nutzen. Der KNX Stack läuft oberhalbdes IP-Protokolls, wie im un-teren Bild gezeigt. KNX IPGeräte verwenden die glei-che IP-Multicast-Adresse und Telegrammformat wie von KNXnet/IPRoutingbekannt.SosindKNXIPGeräteinderLage, von KNXnet/IP Rou-tern versandte Telegramme zu verstehen und auf dieser WeisemitKNXTP,PLodersogar KNX RF Geräten zukommunizieren. Interwor-king mit diesen Geräten ist also sichergestellt. Buslast Die typische IP Datenrate beträgt 10MBit/s oder 100MBit/s und unterscheidet sich dadurch wesentlich von der TP1 Datenrate von 9,6kbit/s. Das Medium wird auch mit anderen Anwendungen in der LAN Umgebung ge-teilt. Die KNX IP MediumDefinition wurde deshalb um KNX spezifische Protokolleund Telegramme erweitert um die Telegrammrate zu kontrollieren und möglichen Problemen vorzubeugen, sie zu melden und zu lösen. Dies fördert die bekannte KNXKommunikationszuverlässig-keit der Anwendungen.

KNX IP im Vergleich zu KNX TPMit der wachsenden Bedeu-tung der Kommunikation über IP und Ethernet stellt sich für viele Beobachter die Frage, ob das Ethernet diebewährtenKNXMedienTwisted Pair und Powerline

gänzlich ablösen wird. Diese Frage ist klar mit „NEIN“ zu beantworten. Der wesent-liche Grund hierfür liegt ei-nerseits in den hohen Kosten für die Verkabelung, da zu jedem Endgerät eine eigene Netzwerkleitung erforder-lich ist. Andererseits wäre es auch nicht sinnvoll KNXHutschienenmodule in einem Schaltschrank über Ethernet zu verbinden, da eine beacht-liche Menge an Netzwerk-Switches notwendig wäre, welche nicht zwangsläufig energieeffizient sind. IP ist jedoch kein Nachteil, wenn ein Gerät aufgrund seiner Anwendung ohnehin über ei-nen Netzwerkanschluss ver-fügt (z.B. ein KNX Display).Das heißt, durch die Integ-ration einer Systemsoftware für KNX kann jedes Gerätmit Netzwerkanschluss ohne zusätzliche Hardwarekosten zum KNX Gerät werden.Die Zukunft gehört damit eindeutig den hierarchischen Topologien: Ethernet wird sich weiter etablieren als leis-tungsfähiger Backbone und als Anschluss für komplexe (KNX IP) Geräte. TwistedPair, Powerline und Funk behaupten ihre Bedeutung bei der Anbindung verteilter Sensoren und Aktoren. Kein Bussystem bietet eine solche Vielzahl an Möglichkeiten bezüglich Verwendung un-terschiedlicher Medien und Konfigurationsarten. Alles ist konfigurierbar und doku-mentierbar mittels eines ein-heitlichen herstellerunabhän-gigen Werkzeuges: die ETS.

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