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