de 13-14/2008

Weiterführende Informationen finden Sie im Dossier LCN

Einer für Alle

Ein Beispiel für integrierte Gebäudetechnik

Im SmartHome im Paderborner Technologiepark gibt es keine Zukunftsvisionen, sondern ausschließlich Produkte, die Bauwillige hier und jetzt vom Handwerker ihres Vertrauens einbauen lassen können. Die Planer des SmartHome haben sich bei der Auswahl des Hausbusses für LCN entschieden.

Ziel der Initiative SmartHome war es, ein Gebäude zu errichten, das keine technisch zwar machbaren, aber letztlich sinnlosen Features enthält. Das Musterhaus dient den beteiligten Firmen als Schaufenster, das ihre Produkte im Gesamtkontext eines intelligent vernetzten Gebäudes zeigt.
»Privater Wohnungsbau ist eine regionale Angelegenheit. Ohne Handwerker, die letztlich die Produkte einbauen, geht beim Bau gar nichts«, so Richard Berhorst, Geschäftsführer von Elektro-Albers in Salzkotten bei Paderborn.
»In einem konventionell gebauten Haus ist nur sehr wenig miteinander vernetzt. Neben dem Haus-Installationsbus, dem Bus für intelligente Haushaltsgeräte, einem Netzwerk für PC, einer separaten Telefonverkabelung gibt es auch noch die Koaxial-Verkabelung für den TV- und Radioempfang. Das wollten wir durch Integration einfacher, besser und preiswerter machen. So lässt sich gleichzeitig sparen und die Funktionalität verbessern«, ergänzt Julian Paß, Elektroplaner des SmartHome.

SmartHome Paderborn e.V. Der SmartHome Paderborn e.V. ist ein Zusammenschluss von Handel, Handwerk und Industrie, überwiegend aus Paderborn und Ostwestfalen-Lippe. Die Vereinsmitglieder haben das Gebäude in gemeinsamer Leistung und auf eigene Kosten errichtet und betreiben es seit März 2008 als Schulungs- und Democenter für Interessenten, Kunden und Mitarbeiter. SmartHome Paderborn ist Mitglied der Initiative SmartHome Deutschland.

Jeder Raum verfügt über mindestens zwei Ethernet-Anschlussdosen (Bild 1).

Bild 1 : Jeder Raum hat mindestens zwei Ethernet-Anschlussdosen

Insgesamt sind 48 Ports sternförmig im Haus verteilt, vernetzt über Cat.7-Kabel. Sie münden in einen kleinen 19"-Schrank. Dort sind auch zwei Gigabit-Switches untergebracht: ein »normaler« 24-Port-Switch und ein 8-Port-Power-over-Ethernet (PoE)-Switch. Über den PoE-Switch sind die Voice-over-IP-Telefone und zwei Netzwerkkameras angeschlossen.

Das Ethernet bildet das Rückgrat des Hauses (Bild 2). Es verknüpft Computer, den Home-Server, die IP-Telefone, die schnurlosen Telefone (via DECT over IP), das Miele@home-Gateway, die Zählerauslesung und den Hausbus LCN von Issendorff.

Eine Ethernet-Verkabelung empfiehlt sich heute für jedes Gebäude, das neu entsteht oder grundlegend saniert wird. So erhält man eine zukunftssichere Infrastruktur.
Die Kosten halten sich für den Bauherren in Grenzen. Für eine Unterputz-LAN-Dose kann er mit rund 25€ rechnen. Die gesamte Installation inklusive Kabel (Cat.5e oder Cat.7) beläuft sich auf ungefähr 500 ... 750€.

Bild 2: Alle Einzelgewerke sind eigensicher und über das lokale Netzwerk miteinander verknüpft

Auswahl des Bussystems

Der Vorstand des SmartHome Paderborn e.V. entschied sich bei der Auswahl des Bussystems für LCN (Local Control Network). Der wichtigste Faktor waren die geringen Kosten, die bei LCN für die Vorbereitung eines Gebäudes zur Automatisierung notwendig sind. LCN erfordert bei der Grundinvestition nur wenige 100€ zusätzlich – für ein fünf- statt ein dreiadriges Kabel sowie für tiefe statt normale UP-Dosen. Nach der Kabelverlegung muss man in allen Dosen noch die fünfte Ader jeweils miteinander verklemmen, und die Basisinstallation ist fertig. Es werden keine zusätzlichen Kabel verlegt.

Durch die verlegte Kabelinfrastruktur ist zwar noch gar nichts automatisiert, doch das Haus ist für die Zukunft vorbereitet. Nun kann der Bauherr Schritt für Schritt und Raum für Raum je nach wirtschaftlicher Lage, Wunsch und Notwendigkeit automatisieren.

Ein weiterer Faktor, der für LCN sprach, war die dezentrale Verteilung der Steuerung. Viele andere Bussysteme sind zentral organisiert und benötigen daher einen entsprechend großen Schaltschrank. So viel sichtbare Technik stößt bei den Bauherren teilweise auf Ablehnung. Im SmartHome Paderborn gibt es im Haus nur einen herkömmlichen Verteiler, der u.a. einige wenige LCN-Hutschienenmodule beinhaltet.

Bild 3: Per Touchdisplay lassen sich LCN-kontrollierte Aktoren schalten; Sensoren, wie z.B. Präsenz und Temperatur werden jeweils eingeblendet

Visualisierung

Die Bauherren des SmartHome wollten keine »SmartHome-Leitstelle« mit je einem Monitor pro Gewerk. Stattdessen sollte ein Bildschirm alles nutzenorientiert, aber nicht technikorientiert abdecken (Bild 3). Diese Aufgabe, Gewerke übergreifend relevante Daten zu akquirieren, zu visualisieren und zu verknüpfen, übernahm die Firma Computer- und Steuerungstechnik Steiner (CSS) mit der Software »IP-Symcon«.

Die Integration der einzelnen Gewerke über die Software IP-Symcon kann der Elektrotechniker selbst vornehmen, oder der Softwareanbieter CSS übernimmt das. Eine Lizenz dieser Software kostet 99€. Hinzu kommt natürlich der Aufwand für die Integration. Die Software läuft auf dem Home-Server und liest Daten aller Quellen im SmartHome aus. Das sind neben den LCN-Daten auch die in einer XML-Datei bereit gestellten Statusinformationen der Miele@home-Hausgeräte, die Bilder der Netzwerkkameras, die Daten der Technikerschnittstelle der Wärmepumpe von Stiebel-Eltron sowie die Leistungswerte der Photovoltaik von Alwitra. Zusätzlich holt sich IP-Symcon das aktuelle Satellitenbild zur Wetterprognose aus dem Internet. Auch die aktuelle Stauprognose und sogar der Mülleimer-Abholkalender werden bereit gestellt. Alle diese Elemente können nun je nach Wunsch der Anwender auf einem Bildschirm dargestellt werden.

Viele der genannten Funktionen wären auch über die LCN-eigene Visualisierung möglich gewesen. Das SmartHome sollte aber demonstrieren, dass eine Integration verschiedener Gewerke auch ohne ein standardisiertes Bussystem mit vertretbarem Aufwand möglich ist. Der Aufwand, diese unterschiedlichen Systeme miteinander zu koppeln, hielt sich aufgrund der Struktur von IP-Symcon in Grenzen (Bild 4). Da für alle verwendeten Systeme bereits Softwareschnittstellen vorlagen, ist der Zeitaufwand in Stunden zu messen und nicht in Tagen oder Wochen. Es werden Ereignisse verknüpft und visualisiert – mit Hardware- oder Softwareschnittstellen, Pegeln und Timing muss man sich nicht auseinandersetzen. Übrigens sind einzelne Teilprojekte im Smart Home realisiert mit 1-Wire (www.1-wire.de), I2C (www.i2c-bus.org), RS232, Enocean (www.enocean.de) und ALL4000 (www.allnet.de). Alle ließen sich integrieren.

Bild 4: Die Software IP-Symcon sorgt für die Übersetzung der unterschiedlichen Sprachen der Teilsysteme

LCN-Funktionen im SmartHome

Die Zugangskontrolle wurde über RFID-Transponder realisiert. Die Antenne neben der Eingangstür befindet sich geschützt hinter einer Holzverkleidung. Alle Schalter/Taster im Haus dienen als Sensoren im LCN-Netzwerk. In jedem Raum befinden sich ein Temperatur- und ein Präsenzsensor in der Decke, in einigen Räumen zusätzlich Lichtsensoren. Tür- bzw. Fensterkontakte überwachen die Außenhülle. Eine Wetterstation meldet Sonne, Wind und Regen.

Durch logische Verknüpfung der Sensoren werden z.B. die Fußbodenheizung, die automatische Lüftungsanlage und die Beleuchtung gesteuert. Aus den Meldungen lassen sich auch unnormale Zustände ermitteln, z.B.

• es befindet sich eigentlich niemand im Haus, aber das zuvor verschlossene Fenster öffnet sich, oder
  
  
• im Haus wird Bewegung gemeldet, ohne dass sich jemand im Haus befinden sollte.

LCN überwacht die Sensorik im Haus. Die Softare IP-Symcon übernimmt die Benachrichtigung per E-Mail, SMS oder Telefonanruf mit mehrsprachiger Sprachmeldung.

Die Lichtsensoren sorgen unter anderem dafür, dass nachts das Licht in Flur und Badezimmer beim Einschalten zunächst nur auf 10% gedimmt wird, um Blendung zu vermeiden. Im Home-office wurde eine Konstantlichtregelung mit Tageslichtanteil realisiert (über Lichtsensor und Präsenzmelder).

Bild 5: Der PC-Koppler wird im Schaltschrank mit dem 230-V-Netz und der Datenader verbunden. Über die serielle Schnittstelle adaptiert der Home-Server oder Laptop des Programmierers

Die Programmierung

Die Programmierung des LCN erfolgt mit einem PC und einer zugehörigen Software. Der PC wird mit der seriellen Schnittstelle an den LCN-PC-Koppler angeschlossen (Bild 5). Steht z.B. am Laptop keine serielle Schnittstelle zur Verfügung, funktionieren auch Wandler von RS232 auf USB.

Im SmartHome verbindet der PC-Koppler den LCN mit dem Home-Server – einem robusten Windows-PC, der von seinen mechanischen und thermischen Eigenschaften für 24-h-Dauerbetrieb ausgelegt ist. Auf diesem Home-Server laufen IP-Symcon, die LCN-Software sowie die Schnittstellen zu den Verbrauchszählern, zur Wärmepumpe und zur Photovoltaik. Zur Programmierung und Wartung wählt sich der LCN-Spezialist mit seinem Laptop über den Internetzugang in den Home-Server ein. Von dort aus hat er Zugriff auf alle Ressourcen, Sensoren und Aktoren.

Die Software liest die Elektroinstallation des Gebäudes aus und listet sie auf. Jedes Modul hat eine eindeutige Adresse. Diesen Modulen kann man verständliche Namen zuordnen, z.B. »Badezimmer«, »Heizung« oder »Garten«. Eingänge (Schalter, Taster, Sensoren, ...) werden nun über logische Bedingungen bestimmten Ausgängen zugeordnet. Ein Ausgang kann eine Leuchte sein, ein Motor, eine Alarmsirene oder eine Steckdose. Die Software dokumentiert das Projekt automatisch.

Ändert sich der Zustand eines Sensors, meldet dieser das über den Bus an alle LCN-Module. Z.B. »Fensterschalter-3 an Modul Küche ist geöffnet«. Ist ein anderes Modul so programmiert, dass »Fensterschalter-3 an Modul Küche« etwas bewirken soll, nimmt es die Statusänderung auf und arbeitet seinen damit verknüpften Auftrag ab. Durch logische Verknüpfung lassen sich leicht so genannte Szenen definieren. Zeigt der Bewegungsmelder im ganzen Haus keine Aktivität an, könnte z.B. die Raumtemperatur um einige K sinken, oder die Beleuchtung erlischt.

Fazit

Das Bussystem LCN hat die gesetzten Erwartung im SmartHome Paderborn sehr gut erfüllt. Es kann nicht nur im gewerblichen Bereich wirtschaftlich und sinnvoll eingesetzt werden, sondern auch im privaten Wohnungsbau. Die dezentrale Steuerungsintelligenz und die Flexibilität machen es mit geringem Aufwand möglich, die Elektroinstallation an die sich im Laufe des Lebenszyklus eines Gebäudes ändernden Gegebenheiten und Anwenderwünsche anzupassen. Zusammen mit der Software IP-Symcon lässt sich quasi jede Geräte- und Gewerkekombination herstellen. Das oft als Killerkriterium genannte Problem des fehlenden universellen Standards hat sich hier als nicht relevant herausgestellt.

Links zum Thema • Homepage des SmartHome Paderborn:   www.smarthomepaderborn.de • Ausführender Elektrofachbetrieb:   www.elektro-albers.de • Gebäudesteuerungs-Software »IP-Symcon«:   www.ip-symcon.de • Initiative SmartHome Deutschland:   www.smarthome-deutschland.de • Bussystem LCN:   www.lcn.de

Beiträge zum Bussystem LCN • v. Stackelberg, Josef: Gebäudeleittechnik für den Kunden, »de« 1-2/2003, S. 26 • Hägele, Herrmann: Eine freie Ader findet sich immer - Gebäudesystemtechnik mit dem Bussystem LCN, »de« 13-14/2005, S. 22 • Hägele, Herrmann: Moderne Elektroinstallation für ein Autohaus, »de« 7/2006, S. 69 Buch zum Thema Richter, Edwin: Smart Home – So wird’s gemacht. Ein Ratgeber für Fachleute und Bauherren,_2006, 328 S., kartoniert, 36€, ISBN 978-3-8101-0236-2

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