Dieser Automatisierungsgrad trägt entscheidend zu mehr Energieeffizienz bei und gibt Unternehmen und Hausbesitzern mehr Kontrolle über ihre unmittelbare Umgebung. Dies umfasst Funktionen wie Überwachung, Fernverwaltung, Verbrauchsmessung und verbesserte Sicherheit.
Es gibt zahlreiche Netzwerke, die dieses Niveau an Gebäudemanagement und -automatisierung ermöglichen, aber eines zeichnet sich durch sein schnelles Wachstum in Industrieländern auf der ganzen Welt aus: KNX (Nachfolger Europäischer Installationsbus; EIB) ist als einziger offener und herstellerunabhängiger Standard weltweit mit fast 400 Millionen vernetzten Einheiten das führende Protokoll in diesem Bereich.
Der KNX Association gehören über 500 Mitgliedsunternehmen und mehr als 93.000 Installationspartner an. Gemeinsam haben sie mehr als 8.000 zertifizierte Produkte entwickelt, die in mindestens 190 verschiedenen Ländern eingesetzt werden. Das KNX-Netzwerk ist äußerst vielseitig und erweiterbar und unterstützt 256 adressierbare Geräte auf einem 1.000 m langen Segment sowie bis zu 256 Segmente in einem Netzwerk. Das Kommunikationsprotokoll des KNX-Busses ist durch mehrere internationale und regionale Standards standardisiert und wird von der KNX Association verwaltet. Es vereint die Stärken mehrerer alter Busse in einem OSI-basierten Protokoll, das über verschiedene Medien eingesetzt werden kann, unter anderem Twisted Pair, Funk und IP.
Das vielleicht beliebteste dieser Medien ist die einfache Twisted-Pair-Verkabelung. In dieser Konfiguration überträgt die Verkabelung sowohl Daten als auch Strom, wobei der bereitgestellte Strom lediglich zur Versorgung der Schaltkreise des Knotens dient. Jeder Strom, der von einem Aktor benötigt wird, müsste separat bereitgestellt werden. In dieser Hinsicht ähnelt dies der Kupfer-Telefonverkabelung.
Interoperabilität in Smart Buildings
Diese Analogie lässt sich erweitern, um zu beschreiben, wie Geräte verschiedener Anbieter in einem KNX-Netzwerk kompatibel sind. Interoperabilität ist eine wichtige Voraussetzung für jede Infrastruktur, die mehrere Anbieter und Hersteller unterstützt. In diesem Fall wird die Interoperabilität durch ein Zertifizierungsprogramm sichergestellt, das von der KNX Association verwaltet wird. Ein Teil der Zertifizierung verlangt von den Herstellern, dass sie die Einhaltung der wichtigsten Teile der KNX-Spezifikationen nachweisen, die die Protokollmerkmale und die unterstützten Profile umfassen. Die Produkte müssen auch die Internetworking-Anforderungen der Standarddatentypen und optionalen Funktionsblöcke erfüllen.
Dieses Maß an Konformität kann eine Herausforderung für OEMs sein, was nicht die Absicht der KNX Association ist. Es liegt in ihrem Interesse und im Interesse des gesamten Ökosystems, die Markteinführung neuer Produkte so einfach wie möglich zu gestalten. Um dies zu unterstützen, bietet der Verband für neue Produkte, die auf einem bereits zertifizierten Produkt basieren, eine einfachere Zertifizierung an.
Die offizielle Terminologie ist ein „abgeleitetes Produkt“ oder „OEM-Produkt“ und gilt, wenn das verwendete Produkt von einem Mitglied der KNX Association stammt und dieses bereits zertifiziert wurde. Der OEM kann dann sein Produkt mit seinem eigenen Label ohne weitere Tests verkaufen.
Diese vererbte Konformität bezieht sich auf die beiden kritischsten Elemente des Systems: die physikalische Schicht (PHY) und den Software-Stack. Sind diese Elemente zertifiziert und ohne Änderungen vorhanden, dann gilt das OEM-Produkt als konform und kann als solches vermarktet werden.
KNX vereinfachen
Um die Einführung von Anwendungen zur Gebäudeautomation zu beschleunigen, hat das Unternehmen Onsemi den ersten vorzertifizierten System-in-Package-Baustein (SiP) für KNX entwickelt. Der NCN5140S enthält alle kritischen und zertifizierbaren Elemente eines KNX-Bausteins, einschließlich PHY, Media Access Controller (MAC) und Software-Stack. Diese Elemente sind zusammen mit einem Arm-Cortex-M0+-Mikrocontroller im NCN5140S integriert.
Da der PHY und der Stack vorzertifiziert sind, gelten Produkte, die auf dem NCN5140S basieren, als abgeleitete oder OEM-Produkte. Als solche müssen sie nur eine KNX-Erklärung zur Produktmodifikation tragen, anstatt sich einer vollständigen Konformitätsprüfung zu unterziehen. OEMs können so bei der Entwicklung neuer KNX-Produkte erheblich Zeit und Kosten sparen.
Das SiP wurde für die Entwicklung von Netzwerk-Controllern konzipiert, die normalerweise in Form eines Bedienfeldes zur Steuerung von Beleuchtung, HLK-Systemen, Jalousien und Rollläden sowie Zugangssystemen eingesetzt werden.
Der NCN5140S lässt sich mit Hilfe eines Software-Tools weiter anpassen, mit dem Installateure die Panels während der Installation konfigurieren können. Dies erfolgt mit der Engineering Tool Software (ETS), einem herstellerunabhängigen Konfigurationstool, das von der KNX Association zur Verfügung gestellt wird. ETS wird verwendet, um auf die zahlreichen Details der zertifizierten Produkte zuzugreifen, die in einer Datenbank gespeichert sind, und um die zertifizierten Produkte zu konfigurieren.
Da diese High-Level-Anpassung die zugrunde liegende Firmware nicht verändert, wird die Zertifizierung nicht beeinträchtigt, so dass das SiP als Basis für mehrere Produkte verwendet werden kann. Für Bedienfelder, die aus den Bestandteilen des Systems entwickelt werden, gilt dies nicht. Genau diese Vorintegration und Zertifizierung ermöglicht es, dass Produkte auf der Basis des NCN5140S als abgeleitete Produkte eingestuft werden können.
Kapazitive Berührungssensorik vereinfachen
Die Entwicklung berührungsempfindlicher Schnittstellen kann schwierig sein. Sie funktionieren in der Regel durch das Erkennen kleiner Kapazitätsänderungen im Picofarad-Bereich. Während beim Design der Leiterplatte immer noch Vorsicht geboten ist, stellt das Unternehmen Onsemi auch die für die Schnittstelle zu kapazitiven Touch-Feldern erforderliche Firmware bereit. Diese Anwendungssoftware steht zusammen mit dem zertifizierten Stack als Binärdatei zur Verfügung. Die Datei muss während der Montage in den NCN5140S programmiert werden – aber sobald sie installiert ist, kann sie während der Installation mit der ETS konfiguriert werden.
Bei der Endmontage und Installation müssen OEMs drei wichtige Schritte durchführen:
Flashen der Binärdatei in den Mikrocontroller des NCN5140S;
Konfigurieren der eindeutigen Netzwerk-ID des Produkts und der Anwendungsoptionen, was über die KNX-
Busschnittstelle erfolgt;Einstellen der Bauteilparameter mit Hilfe der KNX-ETS-Datenbank.
So kann der NCN5140S während der Produktion programmiert und dann mit einer eindeutigen Netzwerk-ID konfiguriert werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Anzahl und der Typ der Eingänge (bis zu acht generische oder kapazitive berührungsempfindliche Tasten) sowie die Betriebsart wie Schalten oder Dimmen festgelegt. Die Art und Anzahl der Ausgänge (einfache oder RGB-LEDs) wird ebenfalls festgelegt.
Der Installateur konfiguriert die von der Steuerung angebotenen Dienste mithilfe der ETS-Datenbank. Dazu gehören der Bauteilname, das Schaltverhalten, Dimm-Parameter, Timer (falls vorhanden) und Szenen wie Dimm-Stufen für verschiedene Zeiten, Räume oder Tageslichtverhältnisse.
Fazit
Das KNX-Protokoll ist eine leistungsfähige Plattform für die Haus- und Gebäudeautomation. Es gibt eine wachsende Nachfrage nach diesem Automatisierungsgrad, der etwa mit intelligenten Energiezählern (Smart Metern) zusammenarbeiten kann, um Gebäude aller Art energieeffizienter zu machen. Mit diesem wachsenden Ökosystem und vielen tausenden Installateuren weltweit wird KNX laut Experten zum dominierenden Protokoll im Bereich der Gebäudeautomation.
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