Neue Ära der flexiblen Raumautomatisierung

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• Bei dem Raumautomationssystem L-ROC von Loytec werden die Funktionen aller erforderlichen Raumsegmente übergeordnet programmiert, die Segmente zu gemeinsam agierenden Einheiten (Räume, ggf. mit separaten Zonen) und darauf basierend zu Gebäudeteilen, Stockwerken und Gebäuden zusammengefasst. Erst danach werden die Funktionen den Räumen (Room Controllern) zugeordnet.
• Der große Vorteil dieser typbasierten Programmierung ist, dass die Funktionen der Segmente und ähnliche Gebäudeteile nur einmal angelegt werden müssen. Zusätzlich können individuelle Abweichungen implementiert werden.
• Mit dem Konzept fallen bei Nutzungsänderungen nur minimale Kosten an, und die native Unterstützung offener Kommunikationsprotokolle gewährleistet, dass langfristig neue Geräte einfach integriert werden können.

Das L-ROC-System ist eine Raumautomatisierungslösung, die sämtliche Anforderungen an ein modernes Gebäude abdeckt Abb. 1 Abb. 2. Dabei wurden bewährte Verfahren, wie die VDI-Richtlinie 3813, TCP/IP-Netzwerktechnik und ereignisgesteuerte Programmiertechniken zu einem flexiblen Automatisierungssystem weiterentwickelt. Es besteht aus zwei Kernkomponenten: den L-ROC-Geräten und dem L-Studio. Die L-ROC-Geräte sind leistungsfähige Steuerungen, die mit allen gängigen Gebäudebussystemen kommunizieren können. L-Studio ist die Programmierumgebung, mit der verteilte, ereignisgesteuerte Anwendungen und Visualisierungen für L-ROC-Geräte programmiert werden.

Vom Geräte- zum Systemdenken

Bei der Programmierung wurden bewährte Konzepte aus der Vergangenheit in die Sprache des 21. Jahrhunderts übersetzt. Die Programmerstellung erfolgt in der graphischen Programmiersprache IEC 61 499. Diese bringt eine Vielzahl an Verbesserungen mit sich, da sie die bekannte Sprache IEC 61 131 um moderne Konzepte erweitert:

Kommunikation: Mit IEC 61 149 werden ganze Systeme entworfen. Das Denken in einzelnen Steuerungen und ihre nachträgliche, zeitintensive Integration entfällt vollständig. Wenn zwei Objekte in der 61 499-Anwendung kommunizieren, werden automatisch Kommunikationsbausteine eingefügt, die ohne manuelle Konfiguration auskommen. Ob diese Objekte dann auf derselben Steuerung liegen oder im Netzwerk verteilt sind, spielt dabei keine Rolle.

Reaktionszeit: Die zyklische Abarbeitung der Programmlogik wird durch ein ereignisgesteuertes System ersetzt, das ohne Zeitverzögerung auf Sensorwerte, Benutzereingaben oder Alarme reagieren kann. Die Ereignissteuerung verringert die CPU-Last der Steuerung erheblich, wodurch die Bedienung mehrerer Raumachsen mit nur einer Steuerung ermöglicht wird.

Wiederverwendung: Die Programmierung erfolgt objektorientiert. Alle Elemente eines Gebäudes, seien es Stockwerke oder Jalou-sien, werden direkt als Objekte repräsentiert. Dabei kapselt ein Typ die Logik, die I/O- und Netzwerkanbindung sowie die Visualisierung. Jede Instanz dieses Typs übernimmt auto-matisch die Eigenschaften seines Typs, wo-durch Copy-and-paste-Fehler ausgeschlossen werden. Wird beispielsweise eine neue Funktion zu einem Lichtmodul hinzufügt, erhalten alle Instanzen automatisch diese neue Funktion. Da Typen ineinander verschachtelt werden können, lassen sich so ganze Stockwerke mit wenigen Mausklicks anlegen. Häufig verwendete Typen können in Bibliotheken ver-waltet werden.

Visualisierung: Da die Visualisierung schon mit der Applikation mitentwickelt wird, entfällt die aufwendige, nachträgliche Integration der Visualisierung. Die Raumbedienung lässt sich direkt auf L-VIS-Geräten und mittels LWEB-800 und LWEB-802 realisieren. Alle Visualisierungsprojekte werden automatisch erstellt und auf die Steuerungen geladen.

Ein Werkzeug: L-Studio ist die Antwort auf den Wildwuchs an Werkzeugen, die zur Integration notwendig sind. In dieser Entwicklungsumgebung können Bibliotheken entwickelt und Projekte abgewickelt werden. Sowohl Logik und Datenpunktkonfiguration als auch Visualisierung können hier entworfen werden. Alle Projektphasen von Entwicklung, Test, Inbetriebnahme bis hin zur Wartung werden direkt unterstützt. Auch Dokumentation und Projektverwaltung erfolgen direkt aus dem Tool.

Ein System für alle Anwendungen

Die Flexibilität der L-ROC-Hardware ermöglicht es, Sensoren und Aktuatoren sowie Raumbediengeräte frei nach Projekt- und Benutzer-anforderungen auszuwählen. Dafür stehen die offenen Kommunikationsschnittstellen BACnet, KNX, CEA-709 (LON), OPC XML-DA, OPC UA, Modbus und M-BUS zur Verfügung. Über L-IOB-Module können auch physikalische I/Os direkt verwendet werden. Neue LIOB-Modelle mit Unterstützung für DALI und EnOcean sind für 2014 geplant.

Die Anbindung des L-ROC-Systems an Leitsysteme ist ebenso leicht möglich. Mit BACnet, OPC XML-DA und OPC UA können sämtliche Prozessparameter überwacht und verändert werden.

Die Möglichkeiten der Raumbedienung reichen von einem einfachen Hardwaremodul, das an physikalische I/Os angeschlossen wird, bis zu einer L-VIS- oder mobilen LWEB-802-Lösung Abb. 3.

Bei der Auslegung des L-ROC-Systems kann gänzlich auf die baulichen Gegebenheiten Rücksicht genommen werden. Die Steuerungen können im Schaltschrank oder in Boden/Deckenverteilern untergebracht werden. Die eingebauten Ethernet-Switches erlauben es, die Steuerungen ringförmig zu vernetzen. Dazu kann ein Standard-Ethernet-Switch mit Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) eingesetzt werden, was einerseits den Verkabelungsaufwand minimiert, andererseits für Redundanz sorgt.

Die Anbindung physikalischer I/Os über L-IOB-Module passt sich ebenfalls den Projektanforderungen an. Die Verkabelung kann dabei zentral mittels LIOB-Connect oder dezentral mittels LIOB-FT oder LIOB-IP erfolgen.

Durch die Ereignisorientierung und die leistungsfähige LROC-100-Hardware lassen sich 16 Raumsegmente mit Heizen / Kühlen, Belüftung, Licht, Beschattung und Einbruchschutz mittels einer Steuerung automatisieren. Noch für 2014 ist ein integrierter LROC-400 geplant, der eine L-ROC Steuerung und I/Os für zwei Raumsegmente in einem kompakten Gehäuse vereint.

Vom Segment zum Gebäude

Das L-ROC-System basiert auf einer IEC-61 499-Bibliothek, die anhand der VDI-Richtlinie 3813 entwickelt worden ist. Die Bibliothek enthält Module für Heizen / Kühlen, Beleuchtung, Beschattung, Ventilation und Einbruchschutz. Neben den Basisfunktionen sind auch Komfortfunktionen, wie Lamellennachführung, Optimum Start und Konstantlichtregelung implementiert. Auch Funktionen zur Energieoptimierung stehen zur Verfügung.

Enthusiasten haben Zugriff auf die gesamte IEC-61 499-Umgebung. Von der graphischen Programmierung bis hin zu einem Structured Text können beliebige Funktionen nachgerüstet werden. Eine Notwendigkeit für Spezialsteuerungen entfällt dadurch.

Das Basiselement eines Projekts ist das Raumsegment, welches die verfügbaren Funktionen festlegt. Hierbei gilt es zuallererst im Zuge der Planungsphase die Segmentarten zu identifizieren. Typischerweise gibt es ein Segment für einen Büroraum, welches alle Automatisierungsfunktionen benötigt. Des Weiteren existieren auch noch häufig Gangsegmente, in denen nur die Beleuchtungsfunktion verwendet wird sowie Sondersegmente für spezielle Funktionen, wie sie beispielsweise ein Konferenzraum benötigt.

Für diese Segmente lassen sich Visualisierungen erstellen, die auf L-VIS-Geräten oder mittels LWEB-802 auf Mobilgeräten angezeigt werden. Diese Visualisierung kann aus den Symbolen der einzelnen Steuerungsmodule mittels Drag-and-drop erstellt werden oder auch komplett nach Kundenvorgaben entworfen werden.

L-ROC ermöglicht es, mehrere Segmente zu einem Raum zusammenzufassen Abb. 4. Diese Zuordnung kann zur Laufzeit parametriert werden, ohne dabei die Programmierung verändern zu müssen. Hierbei synchronisieren sich alle beteiligten Segmente und agieren als eine Einheit, die von einer beliebigen Raumbedieneinheit gesteuert werden kann. Innerhalb eines Raumes lassen sich wiederum separate Zonen bilden, beispielsweise für unterschiedliche Beleuchtungsszenarien. Bis zu 16 Segmente lassen sich auf einem LROC-100 abbilden. Auf diesem Gerät wird dann auch die Netzwerk- und I/O-Anbindung definiert.

Aufbauend auf den Raumsegmenten des Projekts können nun größere Gebäudeteile definiert werden. So ist es möglich, Flügel oder Gebäudeteile in Bereiche zusammenzufassen Abb. 4. Ein Stockwerk wiederum kann mehrere dieser Bereiche enthalten. Das Gebäude besteht letztendlich aus mehreren Stockwerken. Bei diesem Ansatz zeigt sich der Vorteil der typbasierten Programmierung besonders deutlich: ähnliche Gebäudeteile müssen nur einmal angelegt werden, ihre Instanziierung erfolgt dann automatisch.

Oftmals ähneln sich Gebäudeteile, weisen jedoch kleine Änderungen auf, etwa eine zusätzlich Leuchte oder eine Jalousie in einem Erker. Diese Funktionen können auf einem L-ROC zusätzlich implementiert werden, ohne das Typenkonzept aufgeben zu müssen.

Sobald die Applikation fertig erstellt worden ist, können alle notwendigen L-ROC-Geräte mit nur einem Mausklick angelegt werden. Nach dem Festlegen der IP-Adressen kann die 61 499-Applikation in wenigen Minuten in die Anlage eingespielt werden.

Bei der Inbetriebnahme kann mittels Watches jeder Logikblock der Anlage in Echtzeit überwacht werden. Fehlerhafte Sensorwerte oder Parametrisierungen können so ohne zusätzliche Tools aufgespürt und behoben werden.

L-ROC im Loytec-Firmensitz

Das L-ROC-System konnte bereits seine Leistungsfähigkeit im neuen Loytec-Firmensitz unter Beweis stellen. Dabei galt es Heizen / Kühlen, Beschattung und Beleuchtung zu automatisieren.

Sensoren und Aktuatoren sind über L-IOB-Geräte angebunden. Die Verdrahtung läuft dabei zentral pro Stockwerk in einem Schaltschrank zusammen. Bei entfernten Sensoren kommen LIOB-IP-Geräte zum Einsatz. Die Beleuchtung wird über L-DALI-Gateways gesteuert, die auch Helligkeitswerte und Anwesenheitserkennung der DALI-Sensoren an das L-ROC-System liefern.

Die Raumbedienung erfolgt über LVIS-100-Geräte und Mobilgeräte mit LWEB-802. In Gängen und größeren Räumen sind LVIS-115-Geräte installiert, auf denen maßgeschneiderte Visualisierungen laufen.

Bei der Projektierung wurden zuerst die Typen für die Stockwerke identifiziert. Das Erdgeschoss mit seiner Produktionshalle weicht deutlich von den oberen vier Regelstockwerken ab. Da die beiden Trakte der Regelstockwerke symmetrisch angeordnet sind, musste nur ein Bereichstyp definiert werden, der achtmal (vier Stockwerke mit jeweils zwei Flügeln) instanziiert werden konnte Abb. 5. Obwohl die Raumaufteilung in jedem Stockwerk unterschiedlich ist, konnte derselbe Bereichstyp verwendet werden. Dafür musste lediglich die Zuweisung der Raumnummern geändert werden. Ein weiterer Typ wurde für das Treppenhaus angelegt, welcher insgesamt fünfmal verwendet werden konnte.

Bei einer Aktualisierung des L-ROC-Projekts hilft die Deploy-Funktion von L-Studio dabei, die neue Applikation innerhalb weniger Minuten in die Anlage zu spielen. Dabei kann auch die Projektdatei selbst in die L-ROC-Geräte kopiert werden, wodurch jederzeit ein Backup des Projekts und der Dokumentation vor Ort zur Verfügung steht.

Die Parametrierung und Pflege des Systems wird mit einem LWEB-900-Projekt vorgenommen. Dazu werden Parameteransichten für Heizen / Kühlen, Beleuchtung und Beschattung angelegt. Firmware-Updates und Backups können einfach angestoßen werden.

Bei der Entwicklung des Projekts haben sich die eingebauten Projektierungs- und Dokumentationsfähigkeiten von L-Studio bestens bewährt. Änderungen wurden in ein Subversion-Repository eingeliefert, wodurch alle beteiligten Entwickler stets Zugriff auf den aktuellen Stand des Projekts hatten und jede Änderung dokumentiert werden konnte.

Aufgrund der Effizienzfunktionen des L-ROC-Systems hat Loytec für den neuen Firmensitz in der Blumengasse 37, Wien, eine eu.bac-Systemzertifizierung in der höchsten Klasse A+ mit 87 von 100 möglichen Punkten erreicht.

Fazit

Mit dem L-ROC-System bricht eine neue Ära der flexiblen Raumautomatisierung an. Durch modernste Technologie wird ein Gebäude als Gesamtsystem betrachtet und direkt im L-Studio abgebildet. Eine aufwendige Netzwerkintegration entfällt ebenso wie das mühsame Erstellen von Einzelvisualisierungen. Alle gängigen Gebäudenetzwerke lassen sich auf der Feld- und auch auf der Leitebene nutzen.

ist bei Loytec electronics, Wien, Produktmanager der L-ROC-Produktfamilie. Zu seinen Aufgaben gehören die Produktentwicklung sowie die Entwicklungswerkzeuge und die Netzwerkverwaltung. Neben seiner Entwicklungstätigkeit betreut er eine Forschungskooperation mit der FH Technikum Wien. http://www.loytec.com