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I/O, Building AutomationApplication Note DK9221-1110-0037

KeywordsKL6301EIBLinienkopplerKNXETSSensor/AktorGebäudeautomationGruppenfilterGruppenadressephysikalischeAdresse

Integration von EIB-Linien in eine PC-basierte Gebäudesystemtechnik

Dieses Application Example aus der Serie „Subbussysteme der Gebäudeautomation“ beschreibt, wie

über die EIB-Busklemme KL6301 von Beckhoff eine EIB-Linie in die PC-basierte Gebäudesystemtechnik

integriert werden kann. EIB ist ein dezentrales Zweidraht-Bussystem zur Verbindung von Sensoren und

Aktoren. Haupteinsatzgebiet ist die Gebäudeautomation, da sich EIB hervorragend zur Implementation der

verschiedenen Gewerke eignet.

1. EIB – Europäischer InstallationsbusEIBisteinPeer-to-Peer-BussystemfürdieGebäudeautomationvonPrivathäusernundZweckbautenundsteigertdurchdie

VernetzbarkeitdereinzelnenGewerkedenNutzwerteinesGebäudeserheblich.DurcheinezweiadrigeBusleitungverbunden

tauschendieangeschlossenenAktorenundSensorenuntereinanderDatenaus;weiterhinübernehmenKoppler(Linien-,

Bereichs-oderSegmentkoppler)strukturelleFunktionenalsVerstärker,Routeretc.AlsweitereÜbertragungsartensind

PowerlineundFunkübertragungmöglich.

DieGesellschaftzurBetreuungundVerbreitungdesBussystemswarursprünglichdie„EIBA“(EuropeanInstallationBus

Association);derenNachfolgeorganisationistseit1999die„KNXAssociation”.

New Automation TechnologyBeckhoff 1AnwendungshinweisesieheDisclaimeraufderletztenSeite

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2. Typische FeldgeräteBeiEIBgibtesalleFeldgeräteinallenAusprägungenderInstallationstechnik:

– Aufputz

– Einbau

– Unterputz

– Hutschienenmontage

DieGeräteunterschiedlicherHerstellersindmeistkompatibel,sodassdasProduktspektrumverfügbarerEIB-Gerätensehr

umfangreichist:

– Beleuchtungssteuerung

– Verschattungssteuerung

– Heizungs-undLüftungssteuerung

– Einzelraumtemperaturregelung

– Energie-undLastmanagement

– Anzeigen,Überwachen,MeldenundBedienen

– KommunikationmitanderenSystemen

EIBvernetztdieeinzelnenGewerkezueinemeinheitlichenSystem,waszusätzlicheFunktionalitätenerlaubt.Mitdiesem

gewerkeübergreifendenSystemwachsendieTechnik,diePlanungunddieAusführungzusammen.

3. Master-AusführungenEIBisteinSystemmitdezentralerIntelligenz,undhatdaherkeinenMasteralszentraleSteuereinheit.JederTeilnehmerist

berechtigt,Telegrammezusendenundzuempfangen.


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4. TopologieEIBistaufgeteiltin15Bereichemitjeweils15Linienundnochmals64TeilnehmernproLinie.DiedreiLinien12bis15sind

reserviertfürzukünftigeAnwendung,somitkönnenbiszu15×12×64=11.520Busteilnehmereinzelngesteuertwerden.

DamitbezeichnetzumBeispieldiephysikalischeAdresse8.7.233inBereich8,Linie7,denTeilnehmer233.

Linien-koppler 2

Linien-koppler 3

TLN 1TLN 1

Lini

e 1

Lini

e 2

Lini

e 3

Lini

e 10

Lini

e 11

Lini

e 12

Linien-koppler 1

Bereichs-koppler 1

Bereichs-koppler 15

TLN 1TLN 1 TLN 1TLN 1

TLN 1TLN 2 TLN 1TLN 2 TLN 1TLN 2







Linien-koppler 11

Linien-koppler 12

TLN 1TLN 1

Linien-koppler 10

TLN 1TLN 1 TLN 1TLN 1








Hauptlinie

Abb. 1 Gruppierung von EIB-Teilnehmern in Linien, Hauptlinien und Bereichslinien

EineBusliniekanninvierSegmenteà64Teilnehmer(TNoderTLN)unterteiltwerden,jedesLiniensegmentbenötigtjedocheine

eigeneSpannungsversorgung.BeieinemderartigenAusbaulässtsicheinEIB-Netzwerkmitbiszu45.900TLNerstellen.

UmdieLinieninihrerStrukturzuerweitern,werdensieüberLinienkopplermitdersogenanntenHauptlinieverbunden.

DieHauptlinieselbstbenötigtwiederummindestenseineSpannungsversorgungundkannmaximal12Linienmiteinander

verbinden.HauptlinienkönnenweiterübereinesogenannteBereichslinieverbundenundsomiterweitertwerden.Auchmit

dieserlassensich15Hauptlinienmiteinanderverbinden.


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4.1 VerkabelungTypischfürEIBistdasgrüneEIB-KabelPYCYM2x2x0,8oderdasTelefonkabelJ-Y(ST)Y2x2x0,8,daszurVerdrahtung

empfohlenwird.EssindkeineEndwiderstände(Terminatoren)erforderlich.

TLN

TLN

TLN

TLN

TLN

TLN

TLNTLN

EIB-Linien-Koppler

TLN

TLN

TLN

TLN

TLN

TLN

TLNTLN

TLN

TLN

TLN

TLN

TLN

TLN

TLNTLN

EIB-Linien-Koppler

Abb. 2 Mögliche Topologie beim EIB

5. KommunikationJenachÜbertragungsphysiksindunterschiedlicheÜbertragungsgeschwindigkeitenmöglich:

– TwistedPair 9.600Baud

– Powerline 1.200…2.400Baud

– Funktechnik 19.200Baud

DieBeckhoffBusklemmeKL6301zurEIB-IntegrationunterstütztdieTwisted-Pair-VerdrahtungmitfolgendenCharakteristiken:

KL6301:CharakteristikderEIB-Twisted-Pair-Verdrahtung

Max.LängedesBusstrangsohneRepeater 1.000m

Max.EntfernungzwischenzweiTeilnehmern 700m

Max.Entfernungzw.SpannungsversorgungundTeilnehmer 350m

Min.AbstandzwischenzweiSpannungsversorgungen 200m

AnzahlTeilnehmerproLinie 64

AnzahlSpannungsversorgungenproLinie 2

Max.AnzahlanTeilnehmernimEIB-Netzwerk 57.600

Abschlusswiderstand nichterforderlich

Buszugriffsverfahren CSMA/CA

Tab. 1 Charakteristik der EIB-Verdrahtung (TP) bei Einsatz der KL6301


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5.1 Physikalische Adresse/GeräteadresseDiephysikalischeAdresseidentifiziertdieeinzelnenBusteilnehmerunddientderProgrammierung,DiagnoseundFehlersuche.

DieEIB-Adressewirdeinmaligvergebenundbeibehalten;siegibtan,inwelchemBereichundinwelcherLiniedasGerät

installiertist.DiephysikalischeAdresseistnachBereich,LinieundGerätgegliedertundformaldurchPunktegetrennt.

DieZiffernfolge2.4.7hatalsofolgendeBedeutung:im2.Bereichder4.Linie,TeilnehmerNummer7.DieVergabeder

physikalischenAdressegeschiehtbeiderProjektierungmitderETS.

5.2 GruppenadresseDieGruppenadressebzw.logischeAdresselegtfest,welcherSensorwelchenAktorsteuert.Dabeiistesunabhängig,in

welcherLiniesichdieTeilnehmerbefinden.JedeGruppenadressekanneinemTeilnehmerzugeordnetundauchbeliebigwieder

geändertwerden.ImGegensatzzurphysikalischenAdresse(2.4.7)werdenGruppenadressendurchSchrägstrichegetrennt

geschrieben(1/4/18).AktorenkönnenmehrerenGruppenadressenzugeordnetwerden,Sensorenhingegenkönnennuraneine

Gruppenadressesenden.

DieGruppenadressensindineinerZweiebenen-oderDreiebenenstrukturausgeführt.DadurchbestehtdieMöglichkeit,die

FunktioneninHaupt-undUntergruppenoderinHaupt-,Mittel-undUntergruppeneinzuteilen.Esstehen16Hauptgruppenmit

je2.048Untergruppen(zweiEbenen)oder16Haupt-,16Mittel-und256Untergruppen(dreiEbenen)zurVerfügung.DieWahl

zwischenzweioderdreiEbenenkanninderETSvorgenommenwerden.DieGruppenadressenkönnennachverschiedenen

Kriteriengeordnetwerden.DieBeckhoffBusklemmeKL6301zurIntegrationvonEIBLinienunterstütztdieDreiebenenstruktur.

5.3 Konfiguration der TeilnehmerDieProgrammierungderTeilnehmerunddasZuweisenderGruppenadressenerfolgenmiteinerspeziellen,jedochebenfalls

standardisiertenSoftware,derEngineering-Tool-Software(ETS),sieheKapitel8.Software.

6. SpannungsversorgungTypischfürEIBistdieTrennungvonVersorgungsspannung(meist230VAC)undSteuerspannung(typischerweise30VDC).

JedeEIB-LiniebenötigtzurVersorgungdereinzelnenTeilnehmereinseparatesNetzteil.ÜberdiePowerline-Variantekönnendie

TeilnehmerauchüberdasStromnetzversorgtwerden.ZudemisteineFunkübertragungmöglich.DieBeckhoffBusklemmefür

dieEIB-KommunikationunterstütztnurVariantenmitgetrenntenSpannungen,inderEIBBusklemmeKL6301istkeinNetzteil

integriert.


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230 V AC

EIB-Linie

Spannungsversorgung

Aktoren

Sensoren

Lüfter Heizung Verschattung Beleuchtung

Zeitschaltuhr Binäreingang Verschattungs-sensor

Taster Schwellwert-geber

100

0

Schaltaktor Binärausgang Verschattungs- aktor

M

Dimm-/Schalt- aktor

Abb. 3 Trennung von Versorgungsspannung und Steuerspannung

7. EIB-Busklemme KL6301 von BeckhoffDieEIB-BusklemmeKL6301wirdineinEIB-NetzwerkeingebundenundkannDatenvonanderenEIB-Teilnehmernempfangen

oderzuanderenEIB-Teilnehmernsenden.DurchdieIntegrationindasBusklemmensystemlassensichEIB-Komponentenin

übergeordneteBussysteme,wiez.B.Ethernet,einbinden.DieInbetriebnahmeundKonfigurationderEIB-KlemmeKL6301

erfolgtausschließlichüberTwinCAT-FunktionsbausteineausdereigensfürdieEIB-KlemmeentwickeltenTwinCATPLCLibrary

TcKL6301.lib.Status-LEDszeigendenBuszustanddirektan.DieEIB-KlemmearbeitetunabhängigvomeingesetztenBussystem.

DerEinsatzmehrererKL6301aneinemBuskopplerodereinemBusklemmenControlleristmöglich.Eskönnenmaximal256

Gruppenadressenempfangenwerden;dasSendenistnurdurchdieApplikationbegrenzt.

8. Software ZurProjektierung,InbetriebnahmeundDiagnosevonEIB-SystemenisteinespezielleProgrammiersoftware„Engineering-Tool-

Software“(ETS)erforderlich,beispielsweise„ETS©3“.DieProgrammierungundKonfigurationderEIB-Klemmeerfolgtjedoch

unabhängigdavonüberdieTwinCAT-LibraryTcKL6301.lib.

8.1 ETS – Engineering-Tool-SoftwareDurchdieETSwirddiephysikalischeAdressederTeilnehmerunddielogischeVerknüpfungderTeilnehmeruntereinander

überdieGruppenadressierungfestgelegt.ImDetailwirddefiniert,wiedieGeräte(AktorenundSensoren)zusammenwirken.

InderETSwirdaußerdemverwaltet,wasfürEIB-GeräteimGebäudeverbautsind,wosichdieseEIB-Teilnehmerinnerhalb

desGebäudesbefindenundwiesieimDetailparametriertsind.AlleInformationenundSoftwareeigenschaftenrundum

dieProgrammierungeinesEIB-ProduktsbefindensichineinerProduktdatenbank,dieüberdenHerstellerzubeziehen

ist.NachDownloadderProduktdatenbank(meistalsvd2-odervd3-Datei)stehenalleKonfigurationsmöglichkeitenin


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derETSzurVerfügung.BeikomplexerenGeräten,wiez.B.Raumbediengeräten,sinddiedetailliertenInformationenund

KonfigurationseinstellungenalsPlug-inverfügbar.

DiefolgendeAbbildungzeigteinenScreenshotderaktuellenVersionvonETS,ETS©3(StandJuli2010).

AufdemBildzusehensinddiedreibereitsgenanntenBereiche,indiesichdieBedienoberflächegliedert.

ImoberenDrittelderAbb.4,demsogenanntenGruppenadressenfenster,wirddiegesamteAnlageausSichtderinihr

vorhandenenFunktionengezeigt.Hierlässtsichguterkennen,welcheGeräteimGebäudewiezusammenwirken.

EineweiterewichtigeAnsichtistdasTopologiefenster:EszeigtdieTopologiedesBussystems(mittleresDrittelderAbb.4).

DielinkeHälftedesFensterszeigteineÜbersichtinFormeinerBaumstruktur;inderrechtenFensterhälftewerdeneinzelneTeile

derlinkenBaumstrukturalsDetailinListenformdargestellt.DasHauptarbeitsfenster(unteresDrittelderAbb.4)zeigtdie

AnlageausderSichtdesGebäudes,indemsiedieGebäudemitdeninihnenenthaltenenRäumenundVerteilernzeigt.Diesen

RäumenundVerteilernlassensichdieinihnenenthaltenenGerätezuordnen,sodassmandieGeräteinderSoftwareüber

ihrenEinbauortimGebäudeleichtauffindet.

Abb. 4 Screenshot von ETS®3


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EssindzunächstdieProduktdatenderHerstellerindieDatenbankderETSzuladen.NachImportierendieserDatenindie

ETS-DatenbankkanndieeigentlicheProjektierungbeginnen.NachAnlegenderwichtigstenProjektdatenwirddieStrukturdes

GebäudesmitdenentsprechendenEIB-TeilnehmernvirtuellnachgebildetunddiephysikalischenAdressenvergeben.Durch

importierteProduktdatenkönnendieEigenschaftenderEIB-TeilnehmerentsprechendihrervorgesehenenFunktionausgewählt

werden.Sokannz.B.beieinemTasterausgewähltwerden,oberalsDimm-Taster,SchalteroderStart-Stop-Taster(für

Jalousien)verwendetwerdensoll.BeiAktorenkanndasVerhaltenbeispielweisedurchZeitfunktionenfestgelegtwerden.Im

nächstenSchrittwerdendieFunktioneninnerhalbderAnlagefestgelegtundGruppenadressenzugeordnet.Danacherfolgtdie

VerbindungvonSensorenundAktoren,umnachdemEVA-Prinzip(Eingang-Verarbeitung-Ausgang)dendefiniertenFunktionen

EingängeundAusgängezuzuordnen.OptionalkannaucheineZuordnungderGruppenadressenzudeneinzelnenGewerken

erfolgen.

8.2 Einbindung in TwinCATDieTwinCAT-PLC-BibliothekfürdieKL6301stelltdieFunktionsbausteinezurVerfügung,diefürdenDatenaustauschzwischen

demlaufendenAnwendungsprogrammaufderSPSunddenanderKL6301angeschlossenenEIB-Gerätenerforderlichsind.

ZurKommunikationwirdderFunktionsbausteinFB_KL6301derBasic-Schnittstelleaufgerufen,überdenauchgleichzeitigdie

KonfigurationderKL6301vorgenommenwird.

KL6301bActivate : BOOLidx : INTEIB_PHYS_ADDR : EIB_PHYS_ADDREIB_GROUP_FILTER : ARRAY[1...8] OF EIB_GROUP_FILTER

KL6301_IN : ARRAY[1...24] OF BYTE (VAR_IN_OUT)KL6301_OUT : ARRAY[1...24] OF BYTE (VAR_IN_OUT)

bActivate : BOOL

str_Date_Rec : EIB_REC

bError : BOOLiError : EIB_Error_Code

bReady : BOOL

KL6301_IN : ARRAY[1...24] OF BYTE (VAR_IN_OUT)KL6301_OUT : ARRAY[1...24] OF BYTE (VAR_IN_OUT)

iMode : INT

Abb. 5 FB_KL6301 zur Kommunikation der EIB-Klemme mit den Teilnehmern

BevordieKL6301indenDatenaustauschgehenkann,müssendieEIB-Gruppenfilterparametriertwerden.Füralle

gruppenadressiertenDaten,dieandieKL6301gesendetwerden,sindFilternotwendig,dajedesindenFilternenthaltene

GruppentelegrammmiteinemACKbeantwortetundindieProzessdateneingetragenwird.NurdannistdasTelegramminden

Funktionsbausteinensichtbar!EIB-TelegrammemiteinerGruppenadresse,dienichtindenFilternenthaltensind,werdenvon

derKL6301verworfen.DahermussdasEIB-NetzwerkaufdieFilterderKL6301abgestimmtsein:AufderEmpfangsseiteder

KL6301könnenentwedervierGruppenfilterà64GruppenadressenoderachtGruppenfilterà32Gruppenadresseneingestellt

werden.DieHaupt-undMittelgruppeinnerhalbdesFiltersstehenfest,daherkönnennurdieUntergruppenfreigewählt

werden.GesendetwerdenkannanalleEIB-TeilnehmerdesNetzwerks.DerKommunikationsbausteinkannnureinmalproSPS-


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ZyklusundnureinmalproKlemmeaufgerufenwerden.FallsdieGruppenfilternichtausreichen,müssenevtl.weitereKL6301

eingesetztwerden.

DieBasic-VersionderSchnittstelleenthältweiterhineineSammlungvoneinfachenFunktionsbausteinen,dieden

ProgrammierungsaufwandunddieWertkonvertierungenreduzieren.FürjedenpopulärenDatenwertsteheneinSende-undein

EmpfangsbausteinzurVerfügung;SendebausteineübertragendieDatennurbeiÄnderungen.

Abb. 6 Einfache Funktionsbausteine zum Senden und Empfangen, Beispiel hier: Bit senden/empfangen

Abb. 7 Ansicht des FB_KL6301 in ST


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9. Praxisbeispiel

BeiderAutomatisierungeinesZweckgebäudesstelltdasBürodiekleinsteEinheitdar.AlszentraleBedieneinheitder

komfortorientiertenRaumfunktionen(Temperatur,Belüftung,Verschattung,Beleuchtung)fungierteinRaumbediengerätauf

EIB-Basis,andasdieentsprechendenAggregateangeschlossensind.AlleweiterenKomponentensindüberdezentraleEin-und

AusgangsmodulealsBeckhoffBusklemmenangeschlossen,umdenMaterialeinsatzderkostenintensivenEIB-Verkabelungzu

reduzieren.

Lokale I/Os:Beckhoff Busklemmenund BK9100

Aggregate Jalousie Heizung Kühlung

Sensoren Fensterkontakt Helligkeitssensor Temperaturfühler Präsenzmelder

Aktoren Lüfter Dimmer Raumbediengerät

EIB

Abb. 8 Jedes Büro stellt eine Einheit dar, die über ein EIB-Raumbediengerät separat geregelt werden kann.

ZurvereinfachtenWartungundInbetriebnahmewerdendieEtagensegmentiert,d.h.dassmehrereBüros(hiervier)eine

Einheitbilden,inderdieProgrammierroutinenundKabelwegegenutztwerdenkönnen.JedesSegmentwirdmiteinem

Ethernet-TCP/IP-BuskopplerBK9100versehen,umdielokalenI/OsbiszurGLTdurchzureichen.DieRaumbediengerätewerden

etagenweiseübereineEIB-BusklemmeKL6301integriert,diemitanderenI/OsfürdieAnsteuerungderEtageaneinenCX8000

angeschlossenist.


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EIB

EIB

EIB

EIB

Ethernet(GLT)

Switch CX8000 KL6301EIB-BusklemmeKL6301amEmbedded-PCCX8000:etagenweiseAnbinbindungvonEIB-Teilnehmern

Ethernet-TCP/IP-BuskopplerBK9100:LokaleIOsfüreinSegmentausvierBüros

BK9100

Abb. 9 Bündelung der Büros einer Etage über EIB und Gruppierung der Teilnehmer innerhalb der Steuerung nach Gewerken

DieVerwendungvonEthernetalsBereichslinien-ÜbertragungsmediumerhöhtdenDatendurchsatzzwischendeneinzelnen

BereichenundermöglichtzusätzlichdemUmstiegaufdiekostengünstigereEthernet-Leitung.DurchdenEinsatzvonEthernet

kanneinegrößereDistanzzwischendenHauptlinienüberbrücktwerdenundderInbetriebnahme-AblaufdesEIB-Netzwerkes

vereinfachtsich,dabeiderInbetriebnahmenurdieTeilsegmentebetrachtetwerdenmüssen.


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DiesesDokumententhältexemplarischeAnwendungenunsererProduktefürbestimmteEinsatzbereiche.DiehierdargestelltenAnwendungshinweiseberuhenaufdentypischenEigenschaftenunsererProdukteundhabenausschließlichBeispielcharakter.DiemitdiesemDokumentvermitteltenHinweisebeziehensichausdrücklichnichtaufspezifischeAnwendungsfälle,daherliegtesinderVerantwortungdesKundenzuprüfenundzuentscheiden,obdasProduktfürdenEinsatzineinembestimmtenAnwendungsbereichgeeignetist.WirübernehmenkeineGewährleistung,dassderindiesemDokumententhalteneQuellcodevollständigundrichtigist.WirbehaltenunsjederzeiteineÄnderungderInhaltediesesDokumentsvorundübernehmenkeineHaftungfürIrrtümerundfehlendenAngaben.EinedetaillierteBeschreibungunsererProdukteenthaltenunsereDatenblätterundDokumen-tationen,diedarinenthaltenenproduktspezifischenWarnhinweisesindunbedingtzubeachten.DieaktuelleVersionderDatenblätterundDokumentationenfindenSieaufunsererHomepage(www.beckhoff.de).

©BeckhoffAutomationGmbH,November2010DieWeitergabesowieVervielfältigungdiesesDokuments,VerwertungundMitteilungseinesInhaltssindverboten,soweitnichtausdrücklichgestattet.ZuwiderhandlungenverpflichtenzuSchadenersatz.AlleRechtefürdenFallderPatent-,Gebrauchsmuster-oderGeschmacksmustereintragungvorbehalten.

–EIB-Busklemme www.beckhoff.de/KL6301

–BeckhoffBuildingAutomationwww.beckhoff.de/building

–InternetseitedesKNXwww.knx.org

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