Intelligentes Gebäude

Anlagensteuerung mit LonWorks, und Internet-Technologie

Über das neue TechnologieCenter von Festo haben wir schon gelegentlich berichtet, beispielsweise im Zusammenhang mit dem dort installierten Kommunikations-Netzwerk auf Lichtwellenleiter-Basis oder auch bei der Vorstellung des elektronischen Leitsystems Aleeks. In diesem Beitrag nun geht es um die Anlagensteuerung im Festo Forschungs- und Entwicklungszentrum.

21. Dezember 2002

Optimale Steuerung durch modernste Technik - dies charakterisiert die Gebäudeautomation im Festo TechnologieCenter. Der Neubau für 1.350 Mitarbeiter in Esslingen-Berkheim setzt konsequent auf dezentrate Anlagensteuerung mit LonWorks und Internet-Technologie. Ein Taschencomputer mit Web Browser genügt zur Steuerung des TechnologieCenters mit 34.000 qm Bruttogeschoßfläche. Der kleine Rechner loggt sich drahtlos über Bluetooth Access Points ins Intranet des Gebäudes ein und sofort kann der Nutzer auf die technischen Anlagen zugreifen.

Beim Handbetrieb zeigt sich dann auch die Durchgängigkeit dieses Systems - zum Beispiel bei den Sonnensegeln an den Atrien. Die normalerweise vollautomatisch verschattenden, hydraulisch angetriebenen Sonnensegel werden beim Aufspannen wie folgt gesteuert:

- Standard-Webbrowser,

- Bluetooth Wireless LAN,

- Access- und Security-Server,

- Intranet / Office-LAN,

- iLON,

- LON-Aktoren.

An einem weiteren Beispiel, der bedarfsgerechten Ansteuerung der Lampen im TechnologieCenter, wird deutlich, welche verschiedenen Möglichkeiten es gibt, um im TechnologieCenter auf Aktoren zuzugreifen. Konkret funktionieren die Zugriffe über

- konventionelle Schalter,

- BCU (Bus-Koppler), beispielsweise über einen Schalter mit LON-Knoten,

- ein LON-Panel, dessen LCD-Oberfläche eine differenzierte Menüsteuerung vor Ort erlaubt,

- Standard-Webbrowser, wobei das Zusammenführen von Lampen, Sensoren und Aktoren sowie die Anpassung von Vorgaben über die Änderung von HTML-Dokumenten erfolgt,

- das Gebäude-Leitsystem, das auf Controller zugreifen und sie konfigurieren kann (hier erfolgt auch die grafische Visualisierung,

- Controller, die autark arbeiten und Szenevorgaben ausführen.

Genauso unkompliziert werden Einstellungen der Adsorptionskältemaschinen im Untergeschoß optimiert oder Störungsprotokolle beliebiger haustechnischer Anlagen gesichtet. Auf der gleichen technischen Grundlage können Festo-Mitarbeiter an einem beliebigen Standort im TechnologieCenter ihre E-Mails durchsehen, ihren Terminkalender via Lotus Notes mit Kollegen abgleichen und drahtlos das Intranet oder Internet nutzen. Die Außendienstmitarbeiter greifen von unterwegs auf ihre Bürounterlagen zu und der Bereitschaftsdienst der Gebäudeleittechnik kann von zu Hause aus Probleme der Gebäudetechnik untersuchen und beheben.

Drahtlos in die Zukunft

Ein vorläufig experimentelles Bluetooth-Netzwerk spielt eine wichtige Rolle bei Zugriff auf gebäudetechnische Funktionen. Diese sich dynamisch entwickelnde Technik integriert drahtlose Sprach- und Daten-Übertragungen in einem System. Aufgrund standardisierter Applikationsprofile geschieht dies unabhängig vom jeweiligen Hersteller. Der Nutzen liegt auf der Hand: weniger Kabel und eine einfache Handhabung. Dazu kommt vor allem ein langfristiger Investitionsschutz bei der technischen Infrastruktur aufgrund der Unabhängigkeit von proprietären Systemen. Zukünftige Bluetooth-Handys, Freisprechanlagen und so weiter bleiben einfach kompatibel. Darüber hinaus entfallen Kosten, wenn - wie bei Festo angedacht - Handy-Telefonate per Bluetooth-Technik über das Festnetz geführt werden. Vorteilhaft für die Mitarbeiter im TechnologieCenter ist dabei die geringe Strahlungsbelastung durch die Anlagen. Im Vergleich zu anderen Techniken wie Mobilfunk bleibt sie relativ niedrig, unter anderem, weit die Datenübertragung nur geringe Entfernungen bewältigen muß. Sie ist auf einen 40 Meter-Umkreis von sogenannten Access Points beschränkt. Eine hohe Datensicherheit gewährleisten ständige Frequenzwechsel sowie eine 128-Bit-Verschlüsselung.

Autark und internetfähig

Mit LonWorks (Locat Operating Networks) kommt eine weitere Technik zum Zuge, die mit Riesenschritten ihren Markt erobert. Im TechnologieCenter integrieren rund 2.000 LON-Komponenten von unterschiedlichen Herstellern fast die gesamte Gebäudetechnik in einem System. Die intelligenten Feldgeräte tauschen untereinander Daten aus und verarbeiten eine Vielzahl von Informationen. Autark steuern sie die einzelnen Bereiche der Haustechnik mit ihren unzähligen pneumatischen Lüftungsklappen, elektrischen Jalousieantrieben, Lichtschaltern und so weiter.

Das LON-Management-System ist in Client-Server Architektur realisiert und bietet entsprechend Zugriff auf den LON Network Services Server. Verwendet werden LON-Mark-zertifizierte Applikationsprofile und das standardisierte Kommunikationsprotokoll mit Definition aller sieben OSI-Schichten. Durch den Einsatz von iLON Ethernet/FTT 10 Routern sind alte LON-Komponenten internetfähig. Die ringförmig aufgebauten Subsysteme werden über iLON Router mit dem 4 GBit Ethernet-Backbone verbunden. Dies ermöglicht einen komfortablen und sicheren Zugriff auf die Gebäudetechnik - von der Zentrale aus, per Taschencomputer an einem beliebigen Ort im Gebäude oder von außen via Internet.

Eigene Entwicklung

Mit dem Ziel, ein möglichst umfassendes LON-System zu realisieren, hat Festo eigens für das TechnologieCenter ein Standardprodukt aus dem Hause weiterentwickelt. Zur Steuerung von Heizungs-, Klima-, Lüftungs- und Kälteanlagen wurde die Festo Ventilinsel CPV 14 mit einer LON-Komponente ausgestattet. Ergänzt durch das digitate CAN-Eingangsmodul CPE-16 verfügt die Ventilinsel über umfangreiche Funktionatitäten wie Zähler, einstellbare Grenzwerte und Zwei-Punkt-Regler. Die LON-fähige Ventilinsel ist über ein LNS-Plugin konfigurierbar und hat sich in der Praxis bereits gut bewährt.

Neben den reinen LON-Komponenten sind im TechnologieCenter auch LON-fähige SPS-Controller im Einsatz. Dies ist der Fall, wenn die in den Applikationsprofilen definierten Funktionen eines Geräts nicht ausreichen. So werden sämtliche Lüftungsanlagen über autarke LonWorks SPS-Subsysteme geregelt. Dabei steuert ein Controller beispielsweise die Input-/Output-Module für die Kälteversorgung, Nachtausströmung und so weiter. Die Steuerungsprogramme sind zwar anlagenbezogen aufgebaut, die Programmierung kann aber von beliebiger Stelle aus erfolgen. Auch eine Reihe anderer Abläufe werden über LonWorks SPS-Controller gesteuert, etwa Beleuchtungsszenarien zu bestimmten Uhrzeiten.

Ausfallsicherheit

Vor dem Hintergrund der dezentralen Struktur des LON-Systems könnten sogar im Extremfall der LNS Server und der Visualisierungsserver der Gebäudeleittechnik ausfallen - die haustechnischen Anlagen würden weiter betrieben und sinnvoll gesteuert. Die Server dienen in erster Linie der Überwachung und Visualisierung. Den entscheidenden Teil des redundant ausgelegten LNS Servers bildet eine umfangreiche Datenbank. Sie speichert sämtliche Programme und Konfigurationseinstellungen jedes LonWorks Gerätes sowie dessen Beziehungen zu den anderen Geräten.

Diese Arbeitsteilung von „intelligenten“ Teilsystemen und zentraler Datenbank zeigt ihre Vorteile unter anderem bei Reparaturen. Wird ein defektes Gerät ersetzt, weist die Datenbank dem neuen Gerät einfach die gespeicherten Parameter des Vorgängers zu.

Fazit:

In der Koppelung von LON-System, Internet-Technologie und drahtloser Bluetooth-Technik eröffnen sich immer umfangreichere Möglichkeiten einer effektiven Steuerung von komplexen Gebäuden. Festo ist es daher wichtig, daß bei allen verwendeten Techniken auf offene Standards gesetzt wird. Nur dann können zukünftige technische Entwicklungen unabhängig vom jeweiligen Hersteller gut integriert werden - ein Argument nicht zuletzt für die Investitionssicherheit. So sind die heute im TechnologieCenter installierten Systeme beliebig erweiterbar, das gilt auch im Blick auf weitere Gebäude und Zweigwerke.

Erschienen in Ausgabe: 10/2002