Elektrotechnik
Grundlagen der LON-Technologie
ep6/2000, 4 Seiten
Born in USA Lon Works wurde von der seit 1986 bestehenden Firma Echelon Corporation in den USA entwickelt. Echelon, mit weltweit ca. 170 Mitarbeitern und Sitz in Palo Alto/ USA, ist Marktführer angewandter Kontrollnetzwerke mit einigen Millionen installierter Knoten, die für Effizienz, Sicherheit und Produktivität im Gebäude, der Industrieautomation und auch im Verkehrswesen sorgen. Für die weltweite Verbreitung sorgt Echelon durch die Offenlegung technischer Standards. Durch diese gewünschte Transparenz der Technologie tragen mittlerweile mehr als 3.500 Firmen weltweit durch ihre Entwicklungsleistungen zum breiten Angebot an Komponenten bei. Für Vertrieb, Schulung und Support sorgt Echelon durch Niederlassungen in China, Deutschland, England, Frankreich, Hong-Kong, Korea, Niederlande, Schweden und Japan. Schon seit einigen Jahren kristallisiert sich heraus, dass immer mehr namhafte Anbieter auf Lon-Works-Lösungen zurückgreifen, um für den stetig wachsenden Markt in der Gebäudeautomation gewappnet zu sein. Offenes Steuerungssystem ermöglicht breiten Einsatz Lon Works ist ein offenes und intelligentes Kontroll- und Kommunikationssystem, das die Vernetzung intelligenter Knoten (Sensoren, Aktoren oder Regler) durch verschiedene Medien ermöglicht. Lon Works ist auch deshalb ein dezentrales System, weil es vor Ort aktiv ist - d.h. der Knoten entscheidet selbst, wann er in Aktion tritt (ereignisgesteuert). Alle Teilnehmer sind im Netzwerk gleichberechtigt. Unnötiger Datenverkehr wird vermieden und ein späterer Ausbau ist leichter realisierbar. Aufbau des LON-Knotens Der Knoten im Lon Works-Netzwerk setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Die zentrale Recheneinheit - der Neuron Chip - stellt die Intelligenz und ist für die Abarbeitung des Kommunikationsprotokolls und der eigentlichen lokalen Steuerfunktion (Applikationsprogramm) zuständig. Außer dem Neuron Chip benötigt der Knoten ein Interface (Transceiver) zum Kommunikationsmedium (z.B. zur Zweidrahtleitung) und zur lokalen Ein-/Ausgabeelektronik. Letzteres ermöglicht die Anbindung an die Applikation, z.B. Heizungsventil, Lichtschalter oder Temperatursensor. Herzstück eines Knotens ist der Neuron Chip, der aus drei 8-Bit Prozessoren und einer Speichereinheit besteht. Prozessor 1, die MAC-CPU, realisiert das Zugriffsverfahren auf dem Netzwerk - das CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance). Durch dieses Zugriffsverfahren wird geprüft, ob auf dem Netzwerk „Verkehr“ ist und erst gesendet, wenn „die Luft rein ist“. Prozessor 2, die Network-CPU, ist der „Netzwerkprozessor“. Mit ihm werden alle logischen Netzwerkdienste, wie die Erzeugung und Auswertung von Adressinformationen, die Authentifizierung von Telegrammen und das Management des Netzwerks geregelt. Prozessor 3, die Applikations-CPU, steuert das Anwendungsprogramm und ist die Verbindung zum Lon Works-Protokoll - dem Lon Talk - durch die SNVTs - die Standard-Netzwerk-Variablen. Durch diese wird der Austausch von Nachrichten ermöglicht. Sobald sich eine SNVT ändert, wird das im Netz bekannt gegeben. Wenn sich beispielsweise die Temperatur am Temperatursensor ändert, sendet dieser die Standard Netzwerk Variable „SNVT_temp“ an den Aktor „Heizungsventil“ um dort eine Änderung zu bewirken. Der letzte Baustein des Neuron Chips dient als interner Speicher der Ablage des Betriebssystems, der Netzwerkvariablen und des eigentlichen Anwendungs-Programmes. Hier wird zwischen Neuron 3120 und 3150 unterschieden. Beim 3150 kann zusätzlich ein externer Speicher von 60Kbyte angesprochen werden. Gebäudesystemtechnik Elektropraktiker, Berlin 54 (2000) 6 506 Grundlagen der LON-Technologie W. Wiest, Nürnberg Vernetzungstechnologien in der Gebäudetechnik sind mittlerweile weit verbreitet und finden überwiegend im Zweckbau ihre Anwendung. Im privaten Wohnbau dagegen wird derzeit nur ein kleiner Prozentsatz per Bussystem vernetzt, wobei die ständig wachsenden Anforderungen an Sicherheit, Komfort und Energieeinsparung auch hier den Einsatz eines Bussystems in Zukunft unumgänglich machen werden (Bild ). Die LON-Technologie ist dabei, sich in beiden Bereichen zu etablieren. Dipl.-Ing (FH) Wolfgang Wiest ist Mitarbeiter der GWD Consulting Gmb H Nürnberg. Autor LON ermöglicht die gewerkeübergreifende Vernetzung aller technischen Funktionen eines Gebäudes Interoperabilität und Medienvielfalt Lon Works hat einen entscheidenden Vorteil: es ist völlig offen in der Art der Anbindung. Vor allem die Fähigkeit zur Interoperabilität machen Lon Works zum offenen System. Damit wird es möglich, verschiedene übergeordnete Systemfunktionen in Lon Works zu integrieren. Wichtig ist auch die Fähigkeit zur Kommunikation über eine Vielzahl von Medien. So sind Transceiver verfügbar für verdrillte Zweidrahtleitung (Twisted Pair), Koax-Kabel, 230 V Netzleitung (Power Line), Infrarot (IR), Funk (RF) oder Lichtwellenleiter (OF). Die neueste Transceiverlösung aus den USA ist ein Ultraschall-Transceiver zur Unterwasser-Vernetzung von LON-Komponenten. Die physikalischen Grenzen eines Lon-Works-Netzwerks sind die gleichen wie bei herkömmlichen Netzwerken. Der Mindestabstand der Knoten hängt vom Transceiver ab. So ist zum Beispiel für den gängigsten Transceiver - dem FTT10A - die Leitungslänge bei freier Topologie auf 500m begrenzt. Bei reiner Bustopologie würden sich 1.400m realisieren lassen. Aufbau und Hierachie eines LON-Netzwerkes Neben den physikalischen Grenzen durch Topologie und Ausdehnung eines LON-Netzwerkes trifft man auch auf logische Grenzen. Die hierarchische Einteilung des Netzwerkes erfolgt in Teilbereiche: Die oberste Ebene der Adressierung - die Domain - kann bis zu 255 Subnets (untergeordnetes Netz) beinhalten. In einem Subnet können dann bis zu 127 Knoten - sprich Sensoren oder Aktoren - betrieben werden. Wie in Bild zu sehen ist, kann die Gruppeneinteilung auch subnetübergreifend erfolgen. Da die Verteilung der Subnets automatisch vergeben wird, ist es notwendig, Gruppeneinteilungen wie Lichtszenarien oder Beschattungen nach eigener Gruppenzuordnung zu definieren. So kann für ein zentrales „Licht aus“ eine Gruppe mit allen Lampen definiert werden. Elektropraktiker, Berlin 54 (2000) 6 507 Die Hierachie eines LON-Netzwerk ist in drei Bereiche unterteilt: Domain, Subnet und Knoten Begriffe Aktive Komponenten z.B. Bridges, Router, Repeater CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance-Netzwerkzugriffsverfahren Domain Größter logischer Bereich eines Netzwerkes Echelon Begründer der Lon Works-Technologie Interoperabilität Zusammenarbeiten von Produkten verschiedener Hersteller Knoten Einheit aus Prozessor, Transceiver und Sensor oder Aktor, 127 bilden ein Subnet LON Local Operating Network Lon Mark LON-Vereinigung zur Festlegung einheitlicher Standards Lon Talk Protokoll im Lon Works® -Netzwerk Lon Works Vernetzungstechnologie der Firma Echelon® Neuron Chip Prozessor im Lon Works® -Netzwerk OSI-Referenzmodell Modell zur Verdeutlichung von Kommunikationsbeziehungen in einem Netzwerk SNVT Standard-Netzwerk-Variable Subnet Eine Domain ergibt 255 Subnets ELTEC 2000, Halle B5, Stand 115 Erstellen logischer Verknüpfungen (Binding) Die einzelnen Knoten können dann per Windows-Software verbunden werden. Beim Binden werden die Knoten zuerst adressiert, d.h. die Neuron-ID wird durch das Betätigen des Service Pin Tasters aktiviert bzw. - wenn schwer zugänglich - durch die Eingabe der ID per Hand ins Binding Tool. Danach werden die einzelnen Aktoren, Sensoren oder Controller per Maus durch Drag and Drop miteinander verbunden. Ein Beispiel: der Lichtschalterausgang wird durch das Ziehen der Maus mit gedrückter Maustaste mit dem Eingang der Lampe verbunden. Logisch gleiche Räume können in den meisten Fällen kopiert werden - eine Erleichterung bei Zweckbauten mit vielen gleichartigen Büroräumen. Binding Tools sind z.B der Lon Maker (Bild ) von Echelon, der Networker der Fa. Littwin, der ALEX der Fa. Mentzel+Krutmann, der Pathfinder der Fa. T-LON, das NL220 der Firma Newron und viele andere. Raumebene mit Sternstruktur Für die Planung eines Lon Works-Netzes muss grundsätzlich geprüft werden, wie das Gebäude vernetzt werden soll: per Raumcontroller (I/O-Modul)? Wenn ja, würde das eine sternförmige Struktur im Raum bedeuten. Die Module selbst wären dann durchs LON vernetzt. Vorteil: Das I/O-Modul ist kostengünstig. Standardkomponenten wie Aktoren oder Sensoren können unkompliziert an die digitalen oder analogen Ein-oder Ausgänge angebunden werden. Alle Daten der angeschlossenen Komponenten können ans LON übergeben oder aus dem LON übernommen werden. Nachteil: Die Verlegung wäre zeit- und platzintensiver und es ist für Renovierungen ungeeignet. Raumebene mit Bustopologie Eine Alternative ist die Verwendung von LON-fähigen Komponenten. Diese Lösung ist die verlegungstechnisch einfachere, da die Stromversorgung sowieso anliegt und nur eine Zweidraht-Busleitung zusätzlich verlegt werden muss. Vorteil: Der Hausherr kann die Busleitung mitverlegen lassen auch wenn er noch keine netzwerkfähigen Komponenten einbaut. Eine Erweiterung ist zu einem späteren Zeitpunkt ohne Aufwand möglich. Es werden nur die Komponenten angebunden, die auch automatisiert werden sollen. Nachteil: Durch die LON-spezifischen Bauteile werden Standard-Komponenten teuer, d.h. ein Lichtschalter würde dann ca. DM 100,- bis 150,- mehr kosten, und das nur um die Information „0“ oder „1“ ans Netzwerk zu geben. LON erlaubt komplexe Planung mit durchgängigem Konzept Die Planung eines komplexen Lon Works-Netzes erfolgt in der Regel durch ein Architektur- oder Planungsbüro. Hier werden die Funktionen eines Gebäudes festgelegt - z.B. die Automatisierung eines öffentlichen Gebäudes und die Subnetze wie etwa Beleuchtung, Beschattung, Heizung/Klima/Lüftung, Zugangskontrolle oder Sicherheit. Dies wird in der Regel allgemeingültig bestimmt, so dass verschiedene Lösungen zum Tragen kommen können. Wichtig ist hier immer die Transparenz der Lösung und die damit verbundene Möglichkeit, jederzeit Hardware tauschen zu können sowie die Verfügbarkeit von Ersatzteilen über Jahre hinweg. Vorzugsweise sollte die Gesamtlösung aus einer Hand kommen. Dabei empfiehlt es sich, Teilbereiche im System mit dem glei-Gebäudesystemtechnik Elektropraktiker, Berlin 54 (2000) 6 508 LON-Schulungsangebote Die logischen Verknüpfungen im Netzwerk stellt das Binding her. Hiefür gibt es sog. Binding Tools - Software, die von verschiedenen Herstellern angeboten wird Schulung zum Systemintegrator Die Firma GWD Consulting Gmb H, Nürnberg, ist offzieller Schulungspartner der Firma Echelon in Deutschalnd. Hier werden seit kurzem Schulungen für Systemintegratoren angeboten. Die große Nachfrage hat zu einer ständigen Erhöhung der Anzahl an Schulungsterminen geführt. Interessenten, die noch in diesem Jahr eine Schulung besuchen wollen, empfehlen wir eine zügige Anmeldung. Anmeldung GWD Consulting Gmb H Südwestpark 48 90449 Nürnberg Telefon: (09 11) 967 40-11 Telefax: (09 11) 967 40-29 www.gwdcon.de LON-Praxis-Tag Viele Ausschreibungen, die heute LON verlangen, können von vielen Bietern nicht richtig bearbeitet werden. Auch bei der praktischen Realisierung beschreiten viele Elektroinstallateure Neuland. Um dem hohen Informationsbedarf aus der Praxis der Planer und Installateure gerecht zu werden, veranstaltet der ELEKTROPRAKTIKER gemeinsam mit GWD Consulting einen LON-Praxis-Tag am 20.9.2000 in Nürnberg. Im Südwestparkhotel werden ausgewiesene LON-Spezialsiten und eine kleine Hausmesse einen praktischen Einblick in die Technik des LON geben. Anfragen können bei GWD und dem ELEKTROPRAKTIKER gestellt werden. ep-Hotline: 030- 421 51 236. chen Bussystem zu realisieren, um anfällige und teure Schnittstellen zu vermeiden. Dann spielen natürlich die Erweiterbarkeit und die Möglichkeit für Wartung und Facility-Management eine immer wichtigere Rolle - auch unter Einsatz moderner Kommunikationsmedien wie dem Internet. Die Lon Works-Technologie - und da sind sich viele Experten einig - bietet hier derzeit den besten Ansatz, allen Forderungen einer ganzheitlichen und komplexen Planung in der Gebäudetechnik gerecht zu werden. Der Weg zum LON für Planer und Installateure Die Nachfrage nach LON kommt zur Zeit vor allem vom großen Zweckbau her. Gerade international tätige Bauherren haben bereits viele positive Erfahrungen mit LON gemacht. Das führt zunehmend zu einem Nachfragesog in Deutschland. Doch wie soll der Lon Works-Einsteiger die Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten und technischen Varianten überschauen? Praktische Schulungsmöglichkeiten gibt es zwar, doch ist ihre Anzahl in Deutschland bisher noch sehr begrenzt (siehe Kasten). Nicht überall, wo LON-Schulung „draufsteht“ ist auch wirklich eine praxisnahe Ausbildung „drin“ - daher lohnt sich der Blick nach der Zertifizierung immer. Neben der Schulung spielt natürlich die Auswahl der einzusetzenden Komponenten eine wichtige Rolle. Die klassische Dreistufigkeit des Vertriebes greift bei der LON-Technik noch nicht und es ist fraglich ob sich hier überhaupt jemals ein dreistufiges Vertriebsgebilde entwickelt - beratungsintensive Dienstleistung wird im Großhandel immer seltener. Auf Herstellerseite gibt es inzwischen Anbieter, die über Kataloge mit Gesamtlösungen verfügen, d.h. Komponenten, die die meisten Gewerke per Lon Works abdecken können. Auf dem heißumkämpften Markt ist u.a. auch eine Bündelung von Firmenaktivitäten verschiedener Bereiche zu beobachten, um die Unsicherheit und die Vielzahl der Anbieter auf dem Markt zu verringern. Eine weitere Möglichkeit für den Einsteiger ist die Zuhilfenahme eines LON-Spezialisten, der als Berater quasi „On The Project“ fungiert. Diese Berater sind z.T. Firmen, die auch als Systemintegrator tätig sind. Sie können meist auf Kontakte und Erfahrungen im Umgang mit Komponenten und deren Herstellern zurückgreifen. Systemintegratoren wissen auch, welche Komponenten problemlos miteinander kommunizieren können. Der Kunde entscheidet dann, ob er die Komponenten direkt oder vom Systemintegrator/Berater beziehen möchte. Wie sich in den letzten Jahren herausgestellt hat, ist für eine Marktdurchdringung komplexer Technologien die Realisierung weltweiter Standards sehr wichtig. Ein gutes Beispiel ist das Betriebssystem „Windows“ von Microsoft, das inzwischen von Millionen Anwendern weltweit angewendet wird. Lon Works könnte mit seiner Technologie einen ähnlichen Weg gehen. Ein wichtiges Werkzeug zur Globalsierung des Kontrollnetzwerkes Lon Works ist die Lon Mark Interoperability Association, eine Vereinigung mehrerer hundert Firmen weltweit. Sie sorgt dafür, dass durch einheitliche Richtlinien (Lon Mark-Objekte) verschiedene Komponenten zueinander interoperabel sind; d.h. dass Sensoren und Aktoren unterschiedlicher Hersteller weltweit miteinander kommunizieren können. Die Lon Mark Interoperability Association (www.lonmark.org) ist eine Vereinigung von Anwendern und Nutzern, die Lon-Works-Produkte auf die Lon Mark-Konformität hin testet und dieses zertifiziert. Gebäudesystemtechnik
Autor
- W. Wiest
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