Gebäudeautomation Energieversorgung und Aktoren für KNX

Der KNX-Bus ist ein verbreiteter Standard für die Vernetzung in der Gebäudeautomation. Im Mittelpunkt des Bus-Betriebs steht ein AC/DC-Netzteil mit besonderen Ausgabe-Eigenschaften, das spezielle Anforderungen an die jeweiligen Stromversorgungseinheiten und Aktoren stellt.

Um Energieeinsparungen, vernetzte Geräte und Kostensenkung geht es bei vielen neuen Techniken. In der Gebäude- und Heimautomation spielen all diese Faktoren jedoch tatsächlich eine essenzielle Rolle. So prognostizierte man beispielsweise bereits im Jahr 2010 Energieeinsparungen aus der Gebäudeautomation von bis zu 41 Prozent. Aufgrund des schnellen technischen Fortschritts und der steigenden Zahl vernetzter Geräte könnte dieser Prozentsatz heute sogar weit darüber liegen.

Für Einsparungen in Wohn- und Gewerbeimmobilien müssen Heizung, Ventilation und Klimaanlage aktiv gesteuert werden, und mit anderen Funktionen wie Beleuchtung und Alarmanlage verbunden werden. Dafür müssen Steuerungen, Aktoren und Sensoren verschiedener Anwendungen gegebenenfalls miteinander gekoppelt werden. Effektiv lässt sich dies mit dem Bus »KNX« umsetzen.

Die Logikzustände von KNX

Obwohl sich der KNX-Bus auch drahtlos, über Powerline oder IP/Internet realisieren lässt, ist die gängigste Methode ein zweiadriges Twisted-Pair-Kabel (KNX TP), das alle Systemmodule miteinander verbindet, sowie mit Daten und der benötigten Betriebsspannung versorgt.

Die Datenübertragungsrate beträgt 9600 Bit/s, wobei die Daten seriell mit dem Verfahren asynchroner Datenübertragung übermittelt werden. Der Logikzustand »1« mit einer konstant positiven Bus-Spannung von normalerweise 30 V entspricht dabei dem Ruhezustand des Busses, während die Spannung im Logikzustand »0« erst kurzzeitig abnimmt, dann wieder ansteigt und nach rund 104 Mikrosekunden zur ursprünglichen Spannung zurückkehrt (Bild 1). Die Empfangsvorrichtungen sind dabei mit einer Logik ausgestattet, die den Wellenverlauf von verschiedenen Quellen interpretiert, um die Datenkollisionsvermeidung und eine Zwei-Wege-Kommunikation im Halbduplex-Modus zu aktivieren.

Im Grunde ist der KNX-Zweidraht-Bus nichts anderes als eine Stromversorgungsschiene, die durchgeschaltet wird, indem Verbraucher auf logisch Null gesetzt werden. Tatsächlich können die Verbraucher ihren Strom – wenn eine niedrige Spannung ausreicht – direkt über den Bus beziehen. Der Bus ist auch in der Lage, die erforderliche Wellenform von der Stromversorgung zu beziehen, wenn eine Induktivität in Reihe geschaltet ist. Der anfängliche Einbruch wird durch eine kontrollierte Stromabsenkung der Sendevorrichtung verursacht – dies ist keine Überlastung der Stromversorgung, sondern die Folge des Faradayschen Gesetzes. Der Spannungsabfall über einen Induktor ist proportional zur Änderungsrate des Stroms durch ihn.

Stromversorgungslösungen

Die Stromversorgung für KNX-Bus-Anwendungen muss in Verteilerschränke auf »Hutschienen« mit einer Breite der Standardeinheit in Schritten von 18 mm passen. Einsetzen lässt sich hierfür etwa das KNX-20E-640 von Meanwell (Bild 2), das mit einer Breite der Teilungseinheit (TE) von 3 und einer Nennleistung von 30 V/640 mA bis zu 64 KNX-fähige Geräte unterstützen kann. Die größere Ausführung, das KNX-40E-1280 mit einer Nennleistung von 1280 mA, besitzt eine Breite von 4 TE beziehungsweise 72 mm für bis zu 128 Geräte. Beide Produkte verfügen über die für die KNX-Kompatibilität erforderliche Ausgangsinduktivität, einen zweiten Zusatzausgang, über den andere Ge­­räte mit konstanter Leistung versorgt werden können, sowie einen umfassenden Fehlerschutz.

Aktorlösungen

Aktoren sind einer der vielen Gerätetypen, die sich mit einem KNX-Bus verbinden und dabei auf Daten-»Telegramme« im Bus reagieren, um isolierte Relaisausgänge anzusteuern, die wiederum Lasten wie Beleuchtung, Motoren und Heizungen schalten. Sie werden typischerweise auf einer Hutschiene mit mehreren Ausgangskanälen montiert. Ein Beispiel für einen 8-Kanal-Aktor mit Relaiskontaktleistungen von 10 A oder 16 A in einer Breite von 72 mm (4 TE) ist die Meanwell-Serie KAA-8R (Bild 2). Die Besonderheit: Bei dieser Produktserie werden Kipprelais eingesetzt, die nicht kontinuierlich angesteuert werden müssen. Dadurch wird der Stromverbrauch auf weniger als 180 mW reduziert, sodass das Bauteil direkt vom KNX-Bus versorgt werden kann. Die Relaiskontaktleistungen sind mit entsprechendem Derating gemäß EN 60669-1 für verschiedene Lastarten – induktiv – zum Beispiel mit Motoren oder – kapazitiv – wie bei Beleuchtungsvorschaltgeräten, vollständig charakterisiert.

Sicher und vielfältig

KNX-Systeme eignen sich für die Vernetzung einer Vielzahl von Produkten in der Gebäudeautomation, die die Einsparung von Energie- und Installa­tionskosten ermöglichen. Die Sicherheit wird auch durch die Niederspannungssignalisierung bei einer im Vergleich
zu älteren Systemen geringeren Anzahl von Kabeln erhöht, was die Brandgefahr verringert.

Stromversorgungseinheiten und Aktoren wie die von Meanwell sind auf Anwendung dieser Art abgestimmt. KNX-Produkte von Meanwell sind über TTI Europe erhältlich.