Spülsteuerung an die Gebäudeleittechnik anbinden

Warum überhaupt anbinden

Ein Grund ist der Nachweis. Ein Gebäude mit mehreren hundert gesteuerten Entnahmestellen führt mehrere hundert kleine Aufzeichnungen, und die zentrale Erfassung ist der Unterschied zwischen einem Betreiber, der eine Frage zu einer Entnahmestelle an einem bestimmten Datum in Sekunden beantwortet, und jemandem, der die Liegenschaft mit einer Taschenlampe abgeht.

Darüber hinaus macht die Anbindung aus einem Entdecken eine Meldung. Eine Batterie, die sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähert, oder ein Zyklus, der nicht gelaufen ist, ist es wert, dann bekannt zu werden, wenn es geschieht, und nicht erst bei der nächsten Begehung. Welche Zustände sich als Alarm ausgeben lassen, hängt vollständig davon ab, was das Gerät meldet: Ein potentialfreier Kontakt belegt lediglich, dass ein Signal abgesetzt wurde, und eine serielle Verbindung überträgt nur die Parameter und Ereignisse, die ihre Register- oder Datenpunktliste umsetzt.

Sie nimmt außerdem die Trittleiter aus routinemäßigen Änderungen heraus. Ein Intervall über einen ganzen Gebäudeflügel anzupassen, Zyklen zu versetzen, damit nicht ein ganzer Steigstrang gleichzeitig spült, oder ein Regime bei geänderter Belegung umzustellen, geschieht dann von derselben Stelle aus, an der auch die übrige Anlagentechnik verwaltet wird.

Was kein Grund ist: Die Anbindung macht das Regime nicht richtiger. Ein vernetztes System mit einer unzutreffend gewählten Spüldauer tauscht an jeder gesteuerten Entnahmestelle zu wenig Wasser aus, oder es verschwendet Wasser. Die hydraulischen Einstellungen gehören zuerst richtig bestimmt.

Was tatsächlich ausgetauscht wird

Der Datenumfang ist gering.

Das sind eine Handvoll Register oder Objekte je Entnahmestelle. Der ingenieurtechnische Aufwand liegt nicht in der Nutzlast. Er liegt in der Adressierung und in der Inbetriebnahme, und im Energiebudget überall dort, wo Geräte aus einer Batterie laufen.

Die Protokolllandschaft

Gebäude entstehen nicht auf der grünen Wiese, und das Protokoll der obersten Ebene, der Gebäudeleittechnik (GLT), steht in der Regel fest, bevor jemand eine Armatur ausschreibt.

BACnet ist ein weit verbreitetes Protokoll der Gebäudeautomation auf der Leitebene, insbesondere in gewerblichen und institutionellen Liegenschaften, und ein übliches Ziel für alles, was neben HLK- und Energiesystemen erscheinen soll.

Modbus ist eine gängige Option auf Geräte- und Steuerungsebene. Implementierungen sind auf beiden Seiten der Verbindung breit verfügbar, in den Geräten an den Entnahmestellen ebenso wie in den Steuerungen und Gateways, die von ihnen sammeln, und genau das macht es zu einem praktikablen Weg, Daten von der Entnahmestelle bis zu etwas zu bringen, das das Gebäudeprotokoll spricht.

KNX wird vor allem in der Raum- und Gebäudeautomation eingesetzt, unter anderem für Beleuchtung, Jalousien und Raumregelung, und findet sich in Gewerbebauten und Hotels ebenso wie im Wohnbau. In Wasseranwendungen konzentrieren sich die KNX-Unterlagen auf Leckageerkennung, Verbrauchserfassung, Durchflussüberwachung und Absperrung, nicht auf die zeitgesteuerte Hygienespülung. Es ist als sekundäres Anbindungsziel zu behandeln, wo ein Projekt KNX ohnehin für die Raumautomation nutzt, erreicht über ein Gateway oder eine örtliche Steuerung, und nicht als Protokoll auf Entnahmestellenebene.

Zählerprotokolle und energiearme Funkprotokolle treten an der Peripherie auf, insbesondere dort, wo Geräte batteriebetrieben sind und eine Verkabelung unpraktikabel ist.

Daraus folgen zwei praktische Punkte. Eine Steuerung an der Entnahmestelle muss das übergeordnete Protokoll selten selbst sprechen; sie muss etwas erreichen, das es spricht. Und die Protokollwahl wird in der Regel vom Gebäude vorgegeben, sodass ein Produkt mit einer unkomplizierten Schnittstelle auf Geräteebene und einem Weg über ein Gateway in mehr Projekte passt als eines, das sich auf ein einziges übergeordnetes Protokoll festlegt.

Wie Geräte angebunden werden

Vier Anordnungen sind gebräuchlich.

Kontakt- oder Digitaleingang. Die Steuerung schaltet einen Ausgang, wenn ein Zyklus läuft, und eine örtliche Steuerung, eine SPS oder eine Eingangsbaugruppe zählt ihn und versieht ihn mit einem Zeitstempel. Die Verbindung ist ein Ausgang auf einen Eingang, sodass es wenig zu konfigurieren gibt und in der Verbindung selbst wenig schiefgehen kann. Sie überträgt zugleich keine Parameter, keinen Gerätestatus und keine Diagnose und beantwortet damit ausschließlich die Frage, ob Zyklen befohlen werden.

Serieller Feldbus. Das Gerät sitzt mit anderen auf einem Bus und antwortet auf eine Adresse, was Zugriff auf alle Parameter und Ereignisse gibt, die seine Datenpunktliste umsetzt. Anwendbar, wo eine Verkabelung vorhanden ist oder in einem Steigschacht verlegt werden kann.

Örtliche Steuerung mit übergeordneter Anbindung. Die Geräte an den Entnahmestellen melden an eine kleine Steuerung, die eine Zone bedient, die Meldungen zusammenführt und nach oben das Gebäudeprotokoll spricht. Das hält die Geräte an den Entnahmestellen einfach und bündelt die Komplexität an einer Stelle je Zone.

Funk auf ein Gateway. Wo die Verkabelung das Hindernis ist, was häufig dieselbe Situation ist, in der das Gerät batteriebetrieben arbeitet, ist eine energiearme Funkstrecke zu einem Gateway die praktikable Antwort, mit der Standortbegehung und der Abdeckungsplanung, die das mit sich bringt. Der Funk wird üblicherweise von einem Modul übernommen und nicht in die Steuerung an der Entnahmestelle integriert, was die Wahl der Funktechnologie offen hält: Dieselbe Steuerung kann hinter unterschiedlichen Funkmodulen sitzen, wie es ein Projekt oder ein Markt verlangt, statt das Produkt für seine Lebensdauer auf eine Technologie festzulegen.

Die Energieversorgung prägt die Architektur

Das ist die Randbedingung, die eine funktionierende Spezifikation von einer enttäuschenden trennt.

Ein netzgespeistes Gerät an der Entnahmestelle kann eine Schnittstelle aktiv halten, zügig antworten und sich wie jedes andere Feldgerät verhalten. Im Batteriebetrieb werden Verfügbarkeit und Latenz mit Energie bezahlt, und die Auslegung muss entscheiden, wie viel von beidem sie haben will. Energiearme Netze behandeln diesen Kompromiss unterschiedlich: geplante Empfangsfenster zu vereinbarten Zeiten, eine zyklische Abfrage, die vom Gerät ausgeht, oder eine dauerhafte Verbindung mit niedrigem Lastprofil, wo Funktechnik und Protokoll es zulassen.

Die Folgen für eine Spezifikation sind praktischer Natur und nicht exotisch. Eine sofortige Antwort auf eine ungeplante Abfrage steht möglicherweise nicht zur Verfügung. Befehle werden unter Umständen zentral vorgehalten und vom Gerät im nächsten Fenster abgeholt. Die Zeitführung muss berücksichtigen, dass das Gerät nicht durchgehend synchronisiert ist. Und das Meldeintervall selbst wird zu einer Energieentscheidung und nicht zu einer Vorliebe: Jedes Ereignis zeitnah zu melden kostet mehr als eine gebündelte Übertragung.

Nichts davon schließt angebundene Batteriegeräte aus. Es bedeutet aber, dass eine Auslegung, die ein durchgehendes Abfrageverhalten voraussetzt, nicht die Nutzungsdauer erbringt, nach der die Spezifikation verlangt hat. Wo eine Meldung nicht wirklich benötigt wird, bleibt der autarke Betrieb von Batteriegeräten eine legitime Antwort.

Die eigentliche Arbeit ist die Inbetriebnahme

Eine einzelne Entnahmestelle anzubinden ist eine begrenzte Aufgabe mit bekanntem Vorgehen, und die Schnittstellendokumentation sagt das meiste, was man dafür braucht. Über mehrere hundert hinweg wird dieselbe Arbeit zu einem Projekt, weil der Aufwand von der Schnittstelle zur Identität und zur Konfiguration jedes einzelnen Geräts wandert.

Jedes Gerät braucht eine Adresse und eine Standortkennung, die für den Betreiber eine Bedeutung hat, damit ein Alarm sich als Raum und Armatur liest und nicht als Knotennummer. Die Parameter unterscheiden sich je Entnahmestelle, weil sich die Volumina der versorgenden Leitungsabschnitte unterscheiden, auch wo der Standort mit wenigen standardisierten Regimeprofilen arbeitet. Die Zeitlage der Zyklen ist über das Gebäude hinweg abzustimmen: versetzt, um die Entnahme zu verteilen, oder gruppiert, wo das jeweils geltende Regime oder die hydraulische Auslegung eine Zielfließgeschwindigkeit in gemeinsam genutzten Leitungen verlangt, was nur dort praktikabel ist, wo die Summenleistung geprüft wurde. Und die Zuordnung zwischen den Datenpunkten der Geräte und den Objekten des übergeordneten Gebäudesystems ist je Datenpunkttyp einmal aufzubauen und zu prüfen und anschließend zu vervielfältigen.

Zwei Dinge verringern diesen Aufwand erheblich. Geräte, die mit bereits vor der Auslieferung eingestellten Parametern geliefert werden, verhalten sich dort von Anfang an richtig, wo die Werte bereits bekannt sind, wobei das installierte Leitungsvolumen und der tatsächliche Volumenstrom weiterhin vor Ort zu prüfen sind. Und eine über alle Geräte einheitliche Datenpunktliste bedeutet, dass die Anbindung einmal aufgebaut wird und nicht je Armaturentyp.

Kurz zur Sicherheit

Steuerungen an Entnahmestellen sitzen in Netzen neben empfindlicheren Systemen, und genau diese Nachbarschaft ist der Punkt.

Die Feldebene ist vom allgemeinen IT-Netz zu trennen, Gateways sind nicht unmittelbar ins Internet zu stellen, Standardzugangsdaten sind zu ändern, und der entfernte Zugriff auf Parameter ist als privilegierte Funktion zu behandeln und nicht als Bequemlichkeit. Wo ein System einen Cloud-Zugang bietet, ist klar zu benennen, was das Gebäude verlässt und wer darauf zugreifen kann. Ein nicht segmentiertes Gerät ist als möglicher Weg zu etwas anderem zu behandeln, und die Auslegung hat dem zu folgen.

Was eine gute Anbindung ausmacht

Im Betrieb beurteilt und nicht bei der Inbetriebnahme, ist eine gute Anbindung unauffällig. Zyklen erscheinen als Ereignisse an benannten Entnahmestellen. Zustände, die das Gerät tatsächlich erkennen kann, lösen Alarme mit genug Kontext aus, um jemanden zu schicken. Parameter lassen sich zurücklesen, sodass die Aufzeichnung zeigt, worauf das Gerät eingestellt war, und nicht, was eine Zeichnung angibt. Und sie verhält sich im Störungsfall vernünftig: Ist das Netzwerk nicht verfügbar, führen die Geräte an den Entnahmestellen ihre Regime weiter aus, denn das Regime gehört zum Gerät und nicht zum Netzwerk.

Die Anbindung soll einem System, das auch ohne sie funktioniert, eine Überwachung hinzufügen.