Grundlagenwissen zum KNX Standard 300 Hersteller aus 34 LändernGrundlagenwissen zum KNX Standard1Grundlagenwissen (2013)Bussysteme allgemein 2Zukunft und Vergangenheit / Nachholebedarf in der Elektroinstallation /Mehr Vernetzung / Warum KNX? / Rechnet sich eine Businstallation?Das KNX Bussystem4Wieso heißt das System KNX? / Was ist das KNX System? /Wie groß kann das System werden? / Welche Übertragungsmedien gibt es? /KNX Zweidraht (TP) / KNX Powerline (PL) / KNX Funk (RF) /Wie sieht ein KNX Telegramm aus? / Wie wird der Buszugriff geregelt? /KNX RF Funk (RF) / KNX IP / Der Datendurchsatz im VergleichDie KNX Topologie 8Topologie bei KNX TP / Topologie bei KNX PL / Topologie bei KNX IP /Zusammenschalten von KNX TP, KNX PL, KNX IP und KNX RF /KNX GeräteInstallationsvorschriften für KNX 10KNX Twisted-Pair / KNX PL und IPDie ETS Software 13Aufgaben der ETS / Aufbau der ETS / Projektierung mit der ETS /Inbetriebnahme / Diagnosefunktionen / Installation und Lizensierung /Schnittstellen / Plug-In / Zusatzwerkzeuge / ETS AppsKNX over Ethernet (KNX IP) 16Ethernet / Übertragungsprotokolle / Das IP-Protokoll / Das TCP-Protokoll /Das UDP-Protokoll / IP-Kommunikationsarten des KNX-Systems /KNX Protokolle / Geräte und Anwendungen / IP-Koppler / Kommunikation über KNXnet/IP / Konfiguration / KNX IP im Vergleich zu KNX TPInhaltGrundlagenwissen zum KNX Standard2Grundlagenwissen (2013)Bussysteme allgemeinIntelligente Gebäudesys-teme werden eingesetzt, um die Eigenschaften von Gebäuden in den Berei-chen Betriebskosten, Si-cherheit und Flexibilität der Nutzung sowie die Energieeffizienz zu verbes-sern. Einen hohen Markt-anteil unter den Systemen für die Gebäudevernetzung hat der KNX Standard. Diese Artikelserie vermit-telt das notwendige Know-how für den Einstieg in die KNX Technik vermitteln. In diesem Artikel werden die grundlegenden KNX Funk-tionen beschrieben.Zukunft und VergangenheitUnser Alltag hat sich verän-dert. Wir ziehen Bargeld aus dem Automaten, kaufen und verkaufen über das Internet, telefonieren mobil rund um die Welt, wundern uns so-gar, wenn eine MMS oder E-Mail mehr als 5 min zum Freund in die USA braucht. Im Auto nutzen wir ein Navi-gationssystem, die Autotüren verriegeln und öffnen wir per Funk. Das Innenraumlicht im KFZ schaltet sich an, sobald wir einsteigen und nach einer Weile dimmt es langsam her-unter, um Energie zu sparen. Kurzum, bei Kommunika-tion, Unterhaltung oder im Auto heißt es seit geraumer Zeit: »Willkommen in der Zukunft«. Ein anderes Bild eröffnet sich, wenn wir den Stand der Technik in unse-ren Gebäuden betrachten. Nicht selten lautet hier das traurige Fazit: »Heimkom-men in die Vergangenheit«. Selbstverständlich öffnen wir unsere Wohnungstür mit ei-nem konventionellen Schlüs-sel. Sollten wir diesen nicht schnell genug finden, werden wir vom Treppenlichtauto-maten mit Dunkelheit be-straft. Auch wenn wir den ganzen Tag arbeiten waren, die Heizung hat die Wohl-fühltemperatur gehalten. Sie hat nur nicht bemerkt, dass im Wohnzimmer die gan-ze Zeit das Fenster offen stand. Das bemerkt nur der Energiezähler – still und lei-se im Hausanschlusskasten. Sicher wäre es ratsam, vor dem Wochenendausflug die Warmwasser-Vorratshaltung der Heizkessel zu drosseln oder alle Standby-Verbrau-cher vom Netz zu trennen. Aber wer tut das immer? Der damit verbundene Auf-wand ist zu groß.Nachholbedarf in der ElektroinstallationDiese Szenarien zeigen, dass die Elektroinstallation in den meisten bestehenden Gebäu-den Nachholbedarf hat. In Autos sind vernetzte Senso-ren und Aktoren längst Stan-dard. In Gebäuden findet die-ser Wandel durch ihre lange Lebensdauer verzögert statt. Gerade wegen der langen Nutzungsdauer einer Elekt-roinstallation ist ein Umden-ken notwendig, denn heutige Neubauten werden sich in Bild 1. Ein Haus, das mitdenkt und es dem Bewohner in den eigenen vier Wänden besonders angenehm macht, das klingt wie Zukunftsmusik. Doch schon heute kann das intelligente Haus, in dem die technischen Geräte miteinander vernetzt sind und sich individuell steuern lassen, seinen Bewohnern den Alltag maßgeblich erleichternden kommenden Jahrzehn-ten an viele Veränderungen anpassen müssen. Flexibilität und Vernetzungsmöglichkeit sind heute notwendiger denn je. Technisch ist das alles machbar und als Regalware beim Großhändler zu bezie-hen(Bild 1).Mehr VernetzungDer Schlüssel zum »intelli-genten« Gebäude liegt in der Installation von Sensoren und Aktoren und deren Vernet-zung. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten.Konventionelle MöglichkeitenNaheliegend ist es zunächst, die Elektroinstallation als Sternverkabelung auszufüh-ren. Das heißt, alle Steckdo-senkreise, alle Decken- und Wandauslässe, alle Licht-schalter mit separater NYM-Leitung (am besten fünfadrig) auf eine zentrale Verteilung zu verdrahten und dort mit Schützen, Schaltrelais und einer SPS die logischen Beziehungen flexibel per Programm herzustellen. In kleineren Wohnungen wird dieser Weg gut funktionie-ren. Relativ schnell ist das al-lerdings mit einem enormen Leitungsaufwand und riesigen Stromverteilern verbunden und eine Nachrüstung/Erwei-terung würde hohen Installa-tions- und Programmierauf-wand bedeuten.BustechnikDie wesentlich bessere Lö-sung ist es, alle Sensoren und Aktoren im Gebäude über eine »Telefonleitung« zu ver-binden und mit der Fähigkeit auszustatten, untereinander Informationen auszutauschen (Bild 2). Jedes Gerät kann so mit jedem anderen kommu-nizieren: Der Lichtschalter »telefoniert« mit dem Dim-mer der Deckenleuchte und teilt ihm mit, auf welche Helligkeit er stellen soll. Der Bewegungsmelder meldet dem Aktor der Durchgang-beleuchtung, dass jemand den Raum betreten hat, und dem Raumthermostatregler, dass niemand mehr im Raum ist und er die Temperatur im Raum etwas drosseln kann.Beispiele für Sensoren, die Informationen auf den Bus geben:• Lichtschalter• Dimmtaster• Bewegungsmelder• Präsenzmelder (stellen auch ohne Bewegung fest, ob sich eine Person im Raum aufhält)• Fenster- und Türkontakte (Sicherheitsanwendungen, Heizungssteuerung)• Klingeltaster an der Haustür• Verbrauchszähler für Was-ser, Gas, elektrische Ener-gie, Wärmemengen• Überspannungssensoren• Temperaturfühler für Raum- und Außenluft• Temperatursensoren in Heizungs- und Warmwas-serkreisen• Module zum Vorwählen der Soll-RaumtemperaturGrundlagenwissen zum KNX Standard3Grundlagenwissen (2013)Bild 2. Die einzelnen Sensoren und Aktoren werden über eine Telefonleitung, die so genannte Busleitung verbunden. Das Ganze nennt man dann ein Bussystem.• Helligkeitssensoren für innen und außen, z.B. zur Konstantlichtregelung• Windsensoren bei Jalousie-steuerungen• Stör- und Betriebsmel-dungen von weißer Ware (Waschmaschine, Trockner, Spülmaschine, Herd usw.)• Leckagesensoren, z.B. im Waschkeller• Füllstandsmessungen, z.B. für Regenwassernutzung, Öltank, Pelletlager• Funkempfänger am Tür-schloss• Empfänger für Infrarot-Fernbedienungen• Fingerprintmodule oder Chipkartenleser zur Zu-gangskontrolleBeispiele für Aktoren, die sich über den Bus steuern lassen:• Relais zum Schalten der Raumbeleuchtung• Dimmer, Dali-Gateways• elektrische Heizkörper-ventile• Temperaturanzeigen• Antriebe für Markisen, Jalousien, Vorhänge, Gar-agentore• Fensterantriebe• Umwälzpumpe der Heizung• Ventilsteuerungen, z.B. für Solaranlagen• Alarmmelder (Leuchte, Hupe)• Informationsdisplays, Anzeige-LED• Relais zum Schalten von Steckdosenkreisen (Stand-by-Abschaltung)• Brunnenpumpen• Klimaanlagen• Lüftungsanlagen, (WC-Lüf-ter, kontrollierte Wohn-raumlüftung)• Steuerung von Wasch-maschine, Trockner, Ge-schirrspüler• Unterhaltungselektronik• Freigaben für Alarmanlagen• Telefonanlage• elektrischer Türöffner, TürverriegelungBeispiele für Funktionsmo-dule (als separate Module oder in Geräten integriert):• Raumtemperaturregler• Zeitschaltfunktionen• Frei programmierbare Lo-gikmodule• SPS mit KNX Schnittstelle• Konstantlichtregler• Alarm- bzw. Gefahrenmel-dung• Telefonzentralen mit Bus-Anschluss• Medien-Steuerungen• Heizungsregelung• Pumpenregelung• Anwesenheitssimulation• Displays zur Anzeige und Schnittstelle zum Bediener• Module zur Verbindung von Bus und Telefon• Automatischer SMS-Ver-sand für Warnmeldungen• Zugriff auf Gebäudedaten von außen über das Inter-net oder TelefonWarum KNX?Es gibt mehrere Bus-Techno-logien am Markt, die alle ihre Berechtigung und Vorteile für bestimmte Anwendungs-bereiche haben.Es gibt jedoch kein Bussys-tem wie KNX, was von so vielen Herstellern gleichzeitig unterstützt wird.Die Gründe:• Alle starken Marken der Elektroinstallationsbranche treiben KNX voran.• KNX ist ein System, das speziell auf die Anforde-rungen der Elektroinstalla-tion hin entwickelt wurde.• Die Installation und Pro-grammierung/Parametrie-rung der Geräte ist von Elektrikern und System-integratoren leicht umsetz-bar.• KNX ist etabliert, der ver-fügbare Funktionsumfang ist enorm.• Über 7035 KNX zertifi-zierten Produktgruppen decken alle Anwendungen ab.• Endkunden können auf ein weites Netz von Fachhand-werkern mit fundierten KNX Kenntnissen zurück-greifen. Ihre Qualifikation beweist ein von einer KNX zertifizierten Bildungsstätte ausgestelltes Zertifikat.• KNX ist in Europa, in den USA, in China und welt-weit standardisiert, z.B. CENELEC (EN 50090), CEN (EN 13321-1), ISO/ IEC (ISO/IEC 14543-3), GB/T (GB/T 20965) US Standard (ANSI/ASHRAE 135). 297 Mitglieder in 33 Ländern liefern Produkte nach KNX Standard. Dank Standardisierung sind sie untereinander kompatibel und spätere Änderungen oder Erweiterungen der In-stallation stellen kein Prob-lem dar.Rechnet sich eine Businstallation?Diese Frage ist eine der ers-ten, die interessierte Bauher-ren und auch Handwerker stellen, wenn sie beginnen, sich mit der Bustechnik zu beschäftigen. Eine pauscha-le Antwort gibt es auf diese Frage nicht. Vergleicht man Standard-Installationstechnik mit intelligenten Komponen-ten mit Busanschluss, sind letztere natürlich teurer. Aber: Die Frage stellt sich so nicht! Betrachtet werden müssen die Vorteile über die gesamte Nutzungszeit. Je nach Typ und Lebenssitu-ation können folgende Ar-gumente für Bauherren im Wohnbau ausschlaggebend für die Entscheidung zu einer Businstallation sein:• Energieeinsparung und damit Reduktion der Be-triebskosten• Komfortgewinn• Erleichterungen im Alter/Altengerechtes Wohnen• Zukunftssicherheit und Fle-xibilität der Installation• Sicherheit (Anwesenheits-simulation, Alarmierung bei Einbruchsversuch, Abtau-Bild 3. Die Studie »Energieeinsparpotenzial durch moderne Elektroinstallation« am Institut für Gebäude- und Energiesysteme an der Hochschule Biberach zeigt: Mit vernetzter Haus- und Gebäudesystemtechnik auf Basis von KNX sind Energieeinsparungen bis zu 50% möglichEinzelraumre-gelungHeizungs- automatisierungAutomatisierung des Sonnen-schutzesAutomatisierung der BeleuchtungAutomatisierung der Lüftung8070605040302010Reduzierter Energieverbrauch in %5040458060Grundlagenwissen zum KNX Standard4Grundlagenwissen (2013)Das KNX BussystemIntelligente Gebäudesys-steme werden eingesetzt, um die Eigenschaften von Gebäuden in den Berei-chen Betriebskosten, Si-cherheit und Flexibilität der Nutzung zu verbessern. Einen hohen Marktanteil unter den Systemen für die Gebäudevernetzung hat der KNX Standard. Wieso heißt das System KNX?Das Gebäudesystem KNX hieß ursprünglich »Europäi-scher Installationsbus« (ab-gekürzt EIB) und war ein von der EIB-Association (EIBA) entwickeltes und vermark-tetes System. 1999 kam es dann zu einem Zusammen-schluss der EIBA mit anderen europäischen Vereinigungen, dem BCI aus Frankreich, der das Batibus-System förder-te, und der European Home Systems Association aus den Niederlanden, die das EHS-System unterstützte. Bei diesem Zusammenschluss wurde der neue Name KNX geschaffen und die KNX As-sociation mit Sitz in Brüssel gegründet. Die Technik der heutigen KNX Geräte ist kompatibel mit der Technik des ehemaligen EIB-Systems, so dass alle Geräte, die ein KNX oder EIB-Logo tragen, problemlos miteinander be-trieben werden können.Was ist das KNX System?Beim KNX System handelt es sich um ein Bussystem für die Gebäudesteuerung. Dies bedeutet, dass alle Geräte das gleiche Übertragungs-verfahren benutzen und über eine gemeinsame Busleitung Daten austauschen. Daraus ergeben sich folgende Kon-sequenzen: • Der Zugriff auf die Buslei-tung muss eindeutig gere-gelt sein (Buszugriffsverfah-ren).• Ein großer Anteil der über-tragenen Daten sind nicht Nutzdaten (z.B. Licht an/Licht aus), sondern Adress-informationen (von wem kommen die Daten, an wen sind sie gerichtet?).Ein weiteres wichtiges Merk-mal des KNX Bussystems ist der dezentrale Aufbau. Es gibt also kein Zentralgerät, sondern die Intelligenz des Systems ist gleichmäßig über alle Teilnehmer verteilt. Bei Bedarf können natürlich auch zentrale Geräte hinzu-gefügt werden, z. B. Steuer-einheiten. Jeder Teilnehmer verfügt über einen eigenen Mikroprozessor.Ein großer Vorteil einer de-zentralen Anlage ist, dass bei Ausfall eines Gerätes die üb-rigen Geräte weiter arbeiten. Es sind nur jene Funktionen gestört, die das ausgefallene Gerät betreffen.Neben den Systemgerä-ten (Spannungsversorgung, Busleitung usw.) wird beim KNX System generell zwi-schen Sensoren und Akto-ren unterschieden. Sensoren sind Geräte, die Ereignisse im Gebäude erkennen (Tas-tenbetätigung, Bewegung, Über-/Unterschreitung eines Temperaturwerts usw.) und in Telegramme umwandeln. Anschließend versenden sie diese Telegramme (Datenpa-kete). Geräte, die Telegram-me empfangen und die darin enthaltenen Befehle in Akti-onen umwandeln, bezeichnet man als Aktoren. Sensoren sind also die Befehlsgeber im Bus und Aktoren die Befehls-empfänger (Bild 4).Wie groß kann das System werden?Dank seiner dezentralen Struktur kann die Größe des Bussystems genau auf den Bedarf angepasst werden. Als kleinste Anwendung ist ein System mit zwei Busteil-nehmern möglich. Es verbin-det einen Sensor und einen Aktor. Beim weiteren Aus-bau kommen dann genau so viele Geräte hinzu, wie die Steuerungsaufgaben erfor-dern. Theoretisch kann eine KNX Anlage bis zu mehrere 10.000 Teilnehmer umfassen.Welche Übertragungs- medien gibt es?Der KNX Bus kennt mehre-re Übertragungsmedien und damit auch mehrere Über-tragungsverfahren:• Übertragung über verdrill-te Zweidraht-Datenleitung: KNX Twisted Pair (KNX TP)• Übertragung über das vor-handene 230 V-Netz: KNX Power Line (KNX PL)• Übertragung über Funk: KNX Radio Frequency (KNX RF)• Übertragung über Ethernet (KNX IP)alarm der Gefriertruhe, Pa-niktaster mit Meldung über Telefon usw.)• Wert der Immobilie steigt für Vermietung oder Ver-kaufGerade im Elektrohandwerk konzentriert man sich sehr auf die Kostenfrage. Im Sa-nitär- und Heizungsbereich wird der Bauherr schon länger erfolgreich mit dem Komfort- oder Wohlfühlge-danken beraten. Die Elekt-roinstallation verändert sich. Es ist Zeit, dem Kunden auch hier zunächst die Vorteile ei-ner zukunftssicheren Installa-tion aufzuzeigen und ihn dann entscheiden zu lassen, ob ihm eine erst mal höhere Investi-tion, mit der garantierten Aussicht auf langfristige Be-triebskostenersparnisse wertist.Im Zweckbau, also in Schu-len, Veranstaltungszentren, Hotels, Praxen, Kanzleien und Produktionsstätten, wird heute in den meisten Fällen eine Businstallation vorgesehen. Hier bietet die Bustechnik oft schon bei der Erstinvestition Kostenvor-teile gegenüber einer kon-ventionellen Lösung (da z.B. Stromkabel und damit Kup-fer eingespart werden kann, da z.B. KNX Taster lediglich über Datenleitungen ange-bunden sind).Nimmt man die Kostener-sparnis durch vereinfachte Änderungen und Erweiterun-gen und die Energieeinspa-rung hinzu, hat die Bustech-nik unbestritten die Nase vorn (Bild 3).Befehlsgeberz. B. ein TasterTelegrammBefehlsempfängerz. B. BinärausgangBusSensorAktorBild 4.Sensor/Aktor Prinzip
