Gebäudeautomation-Testaufbau

Vom Konzept zum Testaufbau

Ausgangspunkt war die Idee, einen Testaufbau zu erstellen, an welchem typische Systeme der Gebäudeautomation nicht nur theoretisch dargestellt, sondern tatsächlich miteinander verbunden und betrieben werden können. Im Verlauf der Planung wurde das ursprüngliche Konzept laufend erweitert. Neben drei Demonstrationsräumen entstand eine Heiz-/Kühlgruppe mit zwei Tanks, Pumpen, einem Change-over-Ventil, Fussbodenheizverteiler, Raumstellantrieben und mehreren Temperaturmessstellen. Der gesamte Testaufbau wurde von Grund auf realisiert. Dazu gehörten Holz- und Malerarbeiten, zusätzliche Stabilisierungsmassnahmen, die elektrische Verdrahtung, die hydraulische Installation, die Erstellung von Elektro- und Prinzipschema sowie weiterer technischer Dokumentation, die SPS-Programmierung und schliesslich die Inbetriebnahme der verschiedenen Geräte und Kommunikationssysteme.

Mehrere Systeme auf einer gemeinsamen Steuerung

Das Zentrum des Testaufbaus bildet eine Beckhoff CX8191. Über verschiedene Beckhoff-Klemmen verarbeitet die Steuerung sowohl konventionelle digitale und analoge Signale als auch mehrere Bussysteme. Die drei Demonstrationsräume können lokal über KNX-Taster sowie über ein KNX-Touchpanel bedient werden. Das KNX-Touchpanel dient zur Bedienung der Beleuchtung und der Raumbetriebsarten sowie zur Anzeige von Statusinformationen. Ausgewählte Datenpunkte werden über ein KNX/BACnet-Gateway mit der Beckhoff-Steuerung ausgetauscht.

Die Beleuchtung der Räume wird über DALI angesteuert. Die Beckhoff-Steuerung verarbeitet die Schalt- und Dimmwerte und überträgt sie über KNX an das KNX/DALI-Gateway, welches die DALI-Treiber der einzelnen Räume ansteuert. Weitere Feldgeräte sind über MP-Bus und Modbus RTU angebunden. Das KNX/BACnet-Gateway und das übergeordnete Touchpanel sind über Ethernet mit der Beckhoff-Steuerung verbunden. Während das Gateway BACnet/IP für den Datenaustausch verwendet, greift das Touchpanel über das Netzwerk direkt auf die TwinCAT-WebVisualisierung zu. Darüber können die Raumfunktionen sowie die Heiz-/Kühlgruppe zentral beobachtet und bedient werden.

Ergebnis und weiterer Einsatz

Im finalen Testaufbau liegt der Schwerpunkt auf Kommunikation, Bedienung, Ansteuerung und Rückmeldung der angeschlossenen Geräte. Die verschiedenen Bussysteme und Bedienebenen konnten erfolgreich miteinander verbunden und praktisch getestet werden. Der Testaufbau kann künftig für eigene Lernzwecke, zur Ausbildung von Lernenden, für technische Tests sowie zur Demonstration von Gebäudeautomationsfunktionen eingesetzt und mit weiteren Geräten und Softwarefunktionen erweitert werden.

Einblicke in Planung und Aufbau

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Reflexion

Die Umsetzung des Gebäudeautomation-Testaufbaus war deutlich umfangreicher, als ich zu Beginn erwartet hatte. Besonders der mechanische Aufbau, die Materialbeschaffung, die Erstellung des Elektroschemas und die Inbetriebnahme der verschiedenen Kommunikationssysteme beanspruchten wesentlich mehr Zeit als ursprünglich geplant. Gleichzeitig war das Projekt für mich fachlich sehr lehrreich. Ich konnte meine Kenntnisse in TwinCAT 3 und KNX deutlich vertiefen und praktische Erfahrungen mit BACnet/IP, MP-Bus, Modbus RTU, DALI sowie verschiedenen Feldgeräten sammeln. Auch der mechanische Aufbau, die Verrohrung des hydraulischen Teil und die Erstellung eines vollständigen Elektroschemas waren für mich neue Erfahrungen. Die wichtigste Erkenntnis aus dem Projekt ist für mich, die grundlegende Planung bei zukünftigen Arbeiten möglichst früh und konsequent abzuschliessen. Trotz des hohen Aufwands bin ich mit dem entstandenen Testaufbau sehr zufrieden. Besonders wichtig ist für mich, dass die Wand nicht nur für die Diplomarbeit erstellt wurde, sondern auch zukünftig als Lern-, Test- und Demonstrationsplattform weiterverwendet werden kann.