Europäischer Installationsbus (EIB)
Standard in der Gebäudeautomation
Europäischer Installationsbus (EIB) – was ist das?
Ein Europäischer Installationsbus (EIB) ist ein System zur Automatisierung in Wohn- und Zweckbauten. Die aktuellste Version ist der KNX-Standard, der festlegt, wie bei einer Installation Sensoren und Aktoren in einem Gebäude miteinander in Verbindung stehen können. Außerdem legt er das Kommunikationsprotokoll fest.
Ein Europäischer Installationsbus macht es möglich, Beleuchtung, Jalousien, Beschattungseinrichtungen, Heizung und Kühlung, Schließ- und Alarmanlage in einem System zusammenzufassen und zu steuern. Durch diese Technik ist zusätzlich die Fernüberwachung des Gebäudes möglich. Außerdem können die Aktoren auch durch den Benutzer auch über das Mobilfunknetz selbst ferngesteuert werden. Weiterhin kann die Steuerung auch per Computer automatisiert ablaufen.
Vor allem bei neuen Wohn- und Zweckbauten wird ein Europäischer Installationsbus heute integriert. Selbst bei preiswerten Fertighäusern kann ein solches System installiert werden. Eine nachträgliche Installation in Altbauten ist möglich, aber schwieriger.
EIB Bus – Geschichte
Nachdem schon in den 1980er Jahren verschiedene Hersteller Systeme zur Vernetzung verschiedener Geräte in der Gebäudetechnik entwickelten, einigten sie sich im Jahr 1990 auf einen gemeinsamen Standard. Durch diese Standardisierung entstand ein Europäischer Installationsbus. Erste Produkte wurden bereits 1991 auf dem Markt angeboten. Mittlerweile gibt es fast 4000 Produktgruppen von über 200 verschiedenen Herstellern. Durch das einheitliche Protokoll können verschiedenste Geräte von unterschiedlichen Herstellern zusammenwirken und je nach Bedarf ausgetauscht oder erweitert werden.
Europäischer Installationsbus (EIB) – Technik
Ein Europäischer Installationsbus basiert auf zwei voneinander getrennten Netzen. Das herkömmliche 230 V Wechselspannungsnetz sorgt für die Stromversorgung, während das parallel verlaufende 30 V Gleichspannungsnetz der Steuerung dient. Weiterhin gibt es eine Powernet-Variante, in dem über das 230 V Versorgungsnetz auch die Steuerungssignale verteilt werden.
Zwischen Verbraucher und Netzspannung wird nun ein Steuerungsgerät zwischengeschaltet. Dieses Gerät empfängt Signale über die 30 V Leitung vom Benutzer oder einem Computer und schaltet somit den Verbraucher. Sensoren wie Schalter, Helligkeits-, Temperatur- oder CO2-Konzentrationsmesser können per Computer ausgewertet und somit in ein Steuerungssignal umgewandelt werden.
Ein Europäischer Installationsbus basiert auf einer zweiadrigen 30 V Gleichspannungs-Steuerleitung (Rot-schwarz und weiß-gelb). Von diesem speziellen UTP-Kabel wird allerdings nur die rot-schwarz Leitung verwendet. Der übliche Leitungsdurchmesser beträgt 0,8 mm. Maximal 1 mm werden angegeben.
Der Datenaustausch zwischen verschiedenen Busankopplern erfolgt über Telegramme. Ein spezielles Zugriffsverfahren (CSMA/CA) sorgt für Telegrammverluste. Bei einer Übertragungsrade von 9,6 kBit/s sind theoretisch mehrere 10.000 Geräte möglich.
Um auch die Anbindung an PC-Technik zu erreichen, wurden spezielle IP-KNX-Koppler entwickelt.
EIB Bus – Physikalische Struktur
Ein Europäischer Installationsbus ist in 15 Bereiche mit jeweils 15 Linien und 256 Teilnehmern pro Hauptlinie, bzw. 64 Teilnehmer pro Linie eingeteilt.
Dadurch können bis zu 61455 verschiedene Busteilnehmer separat gesteuert werden. Die physikalische Adresse 4.5.124 bezeichnet damit den Bereich 4, Linie 5 und Teilnehmer 233.
Pro Linie können 64 Busteilnehmer integriert werden. Begrenzt wird dies durch die Spannungsversorgung. Maximal drei Linienverstärker können zur Erweiterung eingesetzt werden.
Um auch die Linien in der Struktur zu erweitern, werden sie über die Hauptlinie mittels Linienkopplern, die sich in Schaltschränken befinden, miteinander verbunden. Diese Hauptlinie kann maximal 255 Busteilnehmer beinhalten, da sie selbst eine Versorgungsspannung benötigt. Eine Hauptlinie verbindet wie oben beschrieben maximal 15 Linien miteinander und bildet einen Bereich.
Um Bereiche miteinander zu verbinden, werden Backbones benutzt, die wiederum ihre eigene Versorgungsspannung benötigen.
Europäischer Installationsbus – Logische Struktur
Ein Europäischer Installationsbus beinhaltet eine frei programmierbare logische Struktur. Über eine Gruppenadresse werden zusammengehörige Aktoren und Sensoren miteinander verbunden. Durch die einfache Einprogrammierbarkeit kann zum Beispiel die Zusammengehörigkeit von Schalter und Lampe jederzeit ohne Kabelverlegen geändert werden.
Da ein Europäischer Installationsbus ein offener Standard ist und somit jeder Hersteller vollen Zugriff auf die nötigen technischen Daten hat, gibt es mittlerweile eine sehr große Produktvielfalt, wobei aber alle miteinander kommunizieren können.
Ein Europäischer Installationsbus hat eine einheitliche Paketstruktur:
Die Programmierung erfolgt mit einer einheitlichen Software, der Engineering-Tool-Software. Die Paketstruktur sieht folgendermaßen in der zeitlichen Abfolge aus:
- Kontrollbyte
- Quelladresse
- Zieladresse
- DRL
- TPCI
- APCI
- Daten / APCI
- Daten
- Prüfsumme
Das Kontrollbyte bestimmt die Priorität des Paketes. Damit kann zwischen einem Standard- und einem erweiterten Paket unterschieden werden.
Die Quelladresse besteht aus zwei Bytes. Dabei wird erst der Bereich, dann die Linie und als letztes der Teilnehmer genannt. Die Zieladresse kann einen einzelnen Empfänger (uni-cast) ansprechen, oder aber eine Gruppe (multi-cast). Welche von beiden Optionen zutrifft, wird im DRL-Byte definiert.
Das DRL-Byte ist ein Byte lang und definiert, ob das Ziel eine physikalische Adresse oder eine Gruppenadresse ist.
Durch die „Transport Layer Protocol Control Information“ (TPCI) wird die Kommunikation auf einem Transport-Layer beschrieben. Die „Application Layer Protocol Control Information“ (APCI) hingegen sind für Lesen, Schreibe, Antwort-Kommunikationen zuständig.
Die Daten werden durch den „EIB Interworking Standard“ beschrieben. Dabei gibt es 15 verschiedene Formate:
- EIS 1 Schalten
- EIS 2 Dimmen
- EIS 3 Uhrzeit
- EIS 4 Datum
- EIS 5 Wert, Gleitkommazahl 16 Bit, proprietäres Format
- EIS 6 Relativwert, 0 ... 100 %
- EIS 7 Antriebssteuerung
- EIS 8 Zwangssteuerung
- EIS 9 Gleitkommazahl, 32 Bit, IEEE 754 single
- EIS 10 16-Bit-Wert
- EIS 11 32-Bit-Wert
- EIS 12 Zugangskontrolle
- EIS 13 ASCII-Zeichen
- EIS 14 8-Bit-Wert
- EIS 15 Zeichenkette
Die Prüfsumme wird durch eine Verrechnung aller bisher gesandter Bytes gebildet.
Ein Europäischer Installationsbus ist sowohl für eine Windows- als auch für eine Linux basierte Steuerung verfügbar.