Kommunikation zwischen Feldbus und IP-Welt
Schulterschluss im Gebäude
Die Kommunikation in der Gebäudeautomation basiert oft auf den Feldbus-Protokollen Modbus und Bacnet. Mit den richtigen Geräten zur Übersetzung ist die Einbindung in die IP-basierte Automation unproblematisch. Für die Anbindung der Sensorik und Aktorik an die IP-Welt ist es oft ausreichend, die Datenpunkte der Feldebene mit einfacheren und kostengünstigeren Lösungen als Controllern bzw. Steuerungen zu verbinden - vor allem an den Stellen, wo die Daten nur zur reinen Visualisierung benötigt werden oder die Controller über den IP-Weg mit Daten versorgt werden.
Anwendungsbeispiel: Zusammenschalten von zwei Modbus-RTU-Linien und Anbindung ans Netzwerk mit dem Gateway MR-GW
Anwendungsbeispiel: Zusammenschalten von zwei Modbus-RTU-Linien und Anbindung ans Netzwerk mit dem Gateway MR-GWBild: Metz Connect GmbH

Im Rahmen der Digitalisierung und der ständigen Zunahme des Automationsgrades sind IP-basierte Technologien in der Gebäudeautomation unverzichtbar. IP-basierte Konzepte sind integrativ, das heißt sie reduzieren Hardware-basierte Infrastrukturen und somit die Anzahl der Schnittstellen zwischen IT und Gebäudetechnik. Zudem können IP-basierte Sicherheitsmechanismen genutzt werden, um das Gebäude sicherer zu machen. Um Infrastrukturanlagen in großen und kleinen Gebäuden sicher und kostengünstig betreiben zu können, ist es unumgänglich, dass betriebstechnische Funktionen wie Anlagenüberwachung, Klimatisierung, Belüftung und Beleuchtung automatisiert ablaufen. In Zweckbauten, die aus mehreren vernetzten Gebäuden bestehen können, kommen hierfür zahlreiche Sensoren und Aktoren zum Einsatz, die neben Komforteinstellungen auch sicherheitsgerichtete Funktionen bieten. Zudem sorgen sie für mehr Energieeffizienz und Nutzerfreundlichkeit. Das Erfassen und Steuern von digitalen und analogen Signalen, z.B. von Endlagenschaltern oder Positionen von Stellgliedern wie Lüftungsklappen, gehört zu den wichtigen Aufgaben in der Gebäudeautomation. Mit den Signalen lassen sich Anlagen, Gebäude und Infrastrukturen steuern und regeln. Hierfür werden häufig Bacnet-, aber auch Modbus-Feldbuskomponenten verwendet, die in das IP-Netzwerk einzubinden sind. Auch im C|Logline-Sortiment von Metz Connect finden Anwender intelligente System- und Schaltschrankkomponenten für die Gebäudeautomation – und darüber hinaus Lösungen, um die Feldbuskomponenten in ein IP-Netzwerk zu integrieren.

IP-fähiges Gateway MR-GW (Mitte) zur Anbindung von Modbus-RTU-Komponenten, die mittels Brückenstecker angereiht wurden (links und rechts) und somit in ein IP-Netzwerk integriert werden können.
IP-fähiges Gateway MR-GW (Mitte) zur Anbindung von Modbus-RTU-Komponenten, die mittels Brückenstecker angereiht wurden (links und rechts) und somit in ein IP-Netzwerk integriert werden können.Bild: Metz Connect GmbH

Module für HLK-Anwendungen

Viele der üblichen Feldbuskomponenten befinden sich nicht nur im Schaltschrank, sondern sind im IP65-geschützten Gehäuse relativ nah am Sensor und Aktor angebracht. Ein typisches Beispiel ist das MR-DIO4/2, ein dezentrales Modbus-Mischmodul mit vier digitalen Eingängen und zwei Relaisausgängen, das speziell für dezentrale Schaltaufgaben entwickelt wurde. Es kann Jalousien oder motorbetriebene Brandschutzklappen steuern, die Signale des Lichtschalters oder der Fensterkontakte erfassen oder Lichtbänder schalten. Ein Beispiel aus dem Bereich HLK ist das analoge Modbus-RTU-Eingangsmodul MR-AI8. Es eignet sich für die Erfassung von Temperatursensoren, Widerständen und Spannungen von 0 bis 10V. In der Automation hat sich das Modbus-Protokoll zu einem Standard in der Industrie- und Anlagentechnik entwickelt, der durch seine Einfachheit und Stabilität auch gerne in der Gebäudeautomation eingesetzt wird. Ein anderer weit verbreiteter Standard ist das speziell für die Gebäudeautomation konzipierte Bacnet-Netzwerkprotokoll. Es gibt viele Module im Markt, die auf Basis dieser beiden Standards arbeiten. Die beiden Bussysteme ermöglichen Planung und Installation der Gebäudefunktionen sowie eine Flexibilität bei der Nutzung der Gebäudeinfrastruktur. Die Herausforderung für Planer und Elektroinstallateure ist, diese Feldbusmodule auf intelligente Weise in ein IP-Netzwerk zu integrieren – egal ob Modbus oder Bacnet und unabhängig vom Hersteller. Die Einbindung soll bei überschaubaren Kosten stets einfach und die Konfiguration für den Elektriker unproblematisch sein.

Einbindung mit Controller

Bislang war es üblich, dass ein oder mehrere Controller für die IP-Anbindung der Feldbusmodule eingesetzt wurden, darunter z.B. der EWIO2. Der Linux-basierte Ethernet-I/O Controller kann digitale und analoge Signale aus der Sensor- und Aktor-Ebene mit einem IP-Netzwerk (TCP/IP, BACnet/IP und Modbus TCP) verbinden. Zwei Ethernet-Ports mit Daisy-Chain-Funktion dienen der Anbindung an das LAN-Netzwerk. Die Parametrierung, Konfiguration und Inbetriebnahme des Systems erfolgen über einen plattformunabhängigen Webbrowser. Eine übergeordnete Steuerung (kann cloudbasiert sein), wertet die Signale der Sensoren aus und steuert die Aktoren über das Netzwerk und den Controller. Einfache Steuerungsaufgaben können mit den Funktionen, die im Webserver integriert sind, realisiert werden. Aufwändige Anwendungen sind mit übergeordneten Bacnet- und Modbus-Steuerungen oder mit einer integrierten Python-Entwicklungsumgebung realisierbar.

Feldbuskomponenten ohne Controller

Für einfache Aufgaben in der Gebäudeautomation oder der physikalischen Anbindung der Feldbusmodule an eine übergeordnete Steuerung, z.B. im IP-Netzwerk oder in der Cloud, können auch andere Lösungen als Controller bzw. Steuerungen eingesetzt werden, z.B. spezielle Router bzw. Gateways. Damit sind günstigere und einfachere Lösungen realisierbar, wobei die Leitungslängen durch die Anbindung in das IP-Netzwerk flexibel gehalten werden können. Ein typisches Beispiel ist das Gateway MR-GW, das verschiedene Modbus-RTU-Geräte mit dem IP-Netzwerk verbinden kann. Über den integrierten Webserver ist dieses Modbus-Gateway in einem IP-Netzwerk erreichbar.

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Autor | Oleg Neuwirt, Application Manager, Metz Connect GmbH

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