2.3  Das Smart-House Netzwerk

Zur Automation eines Gebäudes oder einer technischen Anlage ist es einerseits notwendig Daten zu erfassen, andererseits müssen Geräte über Befehle gesteuert werden. Daten werden über Sensoren erfasst, wie beispielsweise Temperatur-Sensoren, Bewegungsmelder oder Magnetkontakte. Befehle sind notwendig, um elektrische Verbraucher zu steuern, wie beispielsweise eine Lampe oder den Antrieb einer Jalousie. Damit nicht hunderte von Kabeln durch das Gebäude verlegt werden müssen, erfolgt die Übertragung von Daten und Befehlen über ein Netzwerk. Theoretisch genügt ein einzelnes Kabel mit nur 4 Drähten, um die Daten hunderter Sensoren übertragen zu können. Bei einem echten "Smart Home" basiert das Netzwerk auf dem Internet-Protokoll und ist somit bereit für die vielfältigen Aufgaben moderner Technologie und zugleich bestens vorbereitet für die Herausforderungen der nahen Zukunft.

Der Smart-House Controller bildet die zentrale Steuereinheit des Gebäudes und dieser schaltet, steuert und regelt elektrische Verbraucher (z.B. Lampen, Antriebe etc.) und überwacht mittels Sensoren alle Räume im Gebäude.

Abb.2.3   Das Smart-House Netzwerk Der Smart-House Controller ist im übertragenen Sinn der "Bordcomputer" des Gebäudes. Die elektrischen Signale von Sensoren wie z.B. Bewegungsmelder, Rauchmelder, Temperaturfühler usw. werden durch Steuergeräte (RTU) direkt vor Ort erfasst und über das Netzwerk an den "Bordcomputer" übertragen.
In einem Smart-Home sind die Steuergeräte (RTU) dabei dezentral über das Gebäude verteilt und werden exakt da angebracht, wo sich die zugehörigen Sensoren und Aktoren befinden.
Bei dem Netzwerk handelt es sich um einen so genannten "Feld-Bus", nach RS485 Standard. Dieser Standard wird weltweit in den Anlagen der Industrie eingesetzt, da diese Netzwerke sehr robust sind, auch für den Einsatz unter rauen Bedingungen gut geeignet sind und eine relativ hohe Daten-Übertragungsrate zulassen. Feld-Bus Netzwerke sind deshalb geradezu ideal zur Automation von Gebäuden, da sie nicht nur einen echten "Profi-Standard" repräsentieren und einfach in der Installation sind, sondern auch noch Preisgünstigkeit mit hoher Sicherheit kombinieren. Zudem können damit auch Distanzen in einem größeren Gebäude problemlos überbrückt werden, was bei anderen Netzwerktypen (z.B. Ethernet LAN) meist nur durch Einsatz von Verstärkern (Repeater) gelingt. Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass hier mehrere Geräte an ein einzelnes Kabel-Segment angeschlossen werden können. Damit sinkt der Aufwand der Kabel-Installation und es besteht die Möglichkeit das System jederzeit problemlos durch zusätzliche Geräte zu erweitern.

2.3.1  Der Aufbau des Smart-House Netzwerks

Die Installation ist einfach und erfordert nur wenige elektrotechnische Grundkenntnisse. Wie bei den meisten bewährten Standards (z.B. Ethernet LAN, USB, Firewire, etc.) verwendet auch dieses Netzwerk ein Kabel mit 4 Drähten.
Abb.2.3.1a   Kabel des Smart-House Netzwerks Das Netzwerk kann mit einem sogenannten "Telefonkabel" aufgebaut werden, so wie es häufig in der Gebäude-Technik eingesetzt wird. Diese Kabel sind im Handel preisgünstig erhältlich, z.B. J-Y(ST)Y. Es ist dabei jedoch wichtig hochwertige und geschirmte Kabel zu verwenden, um die EMV Richtlinien zu erfüllen.

Abb.2.3.1b   Anschluss von Geräten im Smart-House Netzwerk Alle Geräte werden mit den 4 Drähten des Netzwerk-Kabels verbunden und erhalten somit ihre Stromversorgung und den Anschluss zum Smart-House Controller. Steuergeräte und Zusatzgeräte benötigen keine eigenen separaten Netzteile und auch keine Batterien, da sie über das Netzwerk mit Energie versorgt werden. Der Anschluss erfolgt elektrisch gesehen parallel d.h. alle Geräte werden 1zu1 mit den 4 Drähten des Netzwerk-Kabels verbunden. Da es sich beim Netzwerk um 12 Volt Gleichspannung handelt, kann auch ein Laie absolut gefahrlos mit dieser Technik umgehen.
Ein einzelnes Kabel kann hierbei bis zu 50 m lang sein und an ein solches Netzwerk-Segment können bis zu 30 Geräte angeschlossen werden. Um den Aufwand der Installation auf ein Minimum zu begrenzen, befindet sich eine RTU immer direkt in der Nähe der zugehörigen Sensoren und Aktoren, deren Drähte auf kürzestem Weg mit dem zugehörigen Steuergerät verbunden werden. Die Drähte von Sensoren und Aktoren müssen somit nicht durch das gesamte Gebäude verlegt werden.

2.3.2  Der Smart-House Controller

Abb.2.3.2   Smart-House Controller
Die Darstellung zeigt einen Entwurf Der Smart-House Controller bildet die Zentrale des Gebäudes und dieser steuert elektrische Verbraucher und überwacht das Gebäude mittels Sensoren. Die elektrischen Signale von Sensoren werden dezentral im Gebäude durch Steuergeräte (RTU) erfasst und über das Smart-House Netzwerk an den Contoller übertragen. Der Controller verfügt über ein Programm, das die Sensor-Daten der Steuergeräte auswertet und entsprechende Befehle ausgibt. Mittels Aktoren (z.B. Relais) lassen sich Schalthandlungen elektrischer Verbraucher steuern (z.B. Antriebe, Lampen etc.) und somit die Befehle des Controllers ausführen. Wie bei den Sensoren werden auch die Aktoren durch Steuergeräte (RTU) beeinflusst, die über das Netzwerk mit dem Controller verbunden sind.