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Einfachheit, Effizienz und Flexibilität im eigenen Gebäude

Christian Lang ist Vertriebsleiter bei der Bihl+Wiedemann GmbH in Mannheim

Vor der Renovierung war das Gebäude eine unbeheizte Lagerhalle mit altmodischem Bürotrakt

Die AS-i-Modbus-Gateways BWU2381 mit integrierter Kleinsteuerung übernehmen die Ansteuerung der Gebäudesystemtechnik

Die auf dem Dach installierten Photovoltaikpanels sorgen für die Stromversorgung der Kühlung des Gebäudes. Die Kühlung startet erst, wenn die Wechselrichter genügend Strom bereitstellen

Das Feldbussystem Aktuator-Sensor-Interface wird in industriellen Anwendungen vor allem deswegen so gern genutzt, weil es einfach und flexibel einsetzbar ist und Installationsaufwand einspart. Diese Vorteile von AS-i gelten genauso für die Gebäudetechnik. Passende Module dafür stellt Bihl+Wiedemann zur Verfügung. Dass diese auch problemlos funktionieren, lässt sich am Beispiel der neuen Produktionshalle von Bihl+Wiedemann zeigen. building & automation war vor Ort und sprach mit Vertriebsleiter Christian Lang.
„Wer von seinen eigenen Produkten überzeugt ist, setzt sie auch ein“, betont Dipl.Ing. Christian Lang, Vertriebsleiter für Deutschland bei Bihl+Wiedemann in Mannheim [1]. Die Vorgeschichte dazu: Vor etwa drei Jahren hatte der Hersteller von Automatisierungskomponenten die einmalige Gelegenheit, das Nachbargrundstück zu erwerben, eine ehemalige Spedition inklusive Lagerhalle und Bürogebäude. „Das Grundstück grenzte direkt an das eigene Gelände – ein echter Glücksfall, da wir dringend nach Expansionsmöglichkeiten gesucht haben“, schließt C. Lang an. „Die Lagerhalle war unbeheizt, ohne jede Technik und nur mit etlichen Lagertoren versehen. Und der Bürobereich versprühte den Charme der frühen 1970er-Jahre.“ Damit das 2.000 m 2 große Gebäude als neuer Fertigungsstandort in Betrieb gehen konnte, musste es zunächst energetisch saniert und auf den aktuellen Stand gebracht werden. „Ursprünglich wollten wir im Bürobereich nur renovieren, inklusive neuer Teppiche und neuer Türen“, so C. Lang. „Doch, wie so oft bei Bauprojekten, wenn man einmal anfängt, folgt gleich eine Kernsanierung.“ Die reine Umbauzeit betrug trotzdem nur ein ¾ Jahr; im September 2014 konnte das Gebäude, das auf einen Dreischichtbetrieb ausgelegt ist, bezogen werden. „Kaum zu glauben, dass die neue Halle nach so kurzer Zeit schon wieder komplett in Beschlag genommen ist“, ergänzt er. „Dies zeigt, wie dringend die Erweiterung war.“ Ziel war es, überall dort moderne Technik einzusetzen, wo es Sinn ergibt. Es sollte möglichst viel automatisiert oder entsprechend vorgerüstet werden. In der Produktionshalle kommen ausschließlich LED-Strahler zum Einsatz. Die auf dem Dach installierten Photovoltaikpanels sorgen für die Stromversorgung der Kühlung des Gebäudes. Die Kühlung startet erst, wenn die Wechselrichter genügend Strom bereitstellen. Selbst bei Minustemperaturen wird kaum eine zusätzliche Heizung benötigt. Eine wesentliche Rolle spielt die Gebäudeautomatisierung, die auf dem Aktuator-Sensor-Interface (AS-i) basiert. Hierbei handelt es sich um einen robusten Industriebus mit weltweit mittlerweile über 32 Mio. installierten Knoten. Der Feldbus AS-i wurde einmal komplett um das Gebäude in die Fassade integriert. Sämtliche Steckdosen für die Maschinen und Beleuchtungen lassen sich automatisiert ein und ausschalten“, setzt der Diplom-Ingenieur fort. „So können Maschinen rechtzeitig gestartet und auch die Heizung frühzeitig ein- und ausgeschaltet werden.“ Damit sind sogar die Grenzen zwischen Gebäudeautomatisierung und Produktionsoptimierung fließend, das Energiemanagement ist vorbereitet. Und eine Jalousiesteuerung ist ebenfalls integriert. „Wir haben alles über AS-i direkt automatisiert, mit Ausnahme des geschlossenen Heizungssystems“, fährt C. Lang fort. Die Heizungsregelung ist ein autarkes System, das über AS-i nur ein- und ausgeschaltet werden kann. Bei allen anderen Systemen lassen sich die Stellgrößen direkt verändern. Von Vorteil ist dabei, dass sich die Netzwerktopologie bei AS-i frei wählen lässt. Als Übertragungsmedium reicht ein ungeschirmtes, zweiadriges Flachkabel. Wie effizient Gebäudeautomatisierung mit AS-i realisiert werden kann, belegen auch andere große Gebäudeprojekte, die bereits damit umgesetzt wurden [2].

Blick in einen Schaltschrank mit AS-i-Modbus-TCP-Gateway BWU2381, IP20-E/A-Modulen BWU2490 und Relaismodulen BW1926

AS-i-Modul BW2375 zur Anbindung von Enocean-Funksensoren

AS-i-Gateways als Gebäudesteuerung
Die komplette Gebäudeautomation der Halle übernehmen AS-i 3.0-Modbus-TCP-Gateways mit integrierter Kleinsteuerung, die jeweils für ihre lokal verantworteten Bereiche in entsprechenden Schaltschränken untergebracht sind. Mit den AS-i-Gateways werden digitale und analoge Daten dezentral über AS-i-Slaves eingelesen und von der integrierten Kleinsteuerung verarbeitet. Die Gateways im Edelstahlgehäuse arbeiten dezentral und tauschen untereinander die Daten über Ethernet UDP aus. Da bei Bihl+Wiedemann nicht nur Safety, sondern auch Security groß geschrieben wird, ist das Hausnetzwerk sauber getrennt vom Internet. „Geschaltet wird lokal im Schaltschrank und dezentral im Feld“, erklärt C. Lang. „So konnte zum Teil auf die Bestandsverkabelung zurückgegriffen werden.“ Die Installation und die Ansteuerung aller elektrischen Verbraucher werden über das AS-i-System realisiert. Die Starkstromverbraucher – dazu gehören zum Beispiel Maschinen, Öfen, Durchlauferhitzer und Kaffeemaschinen – werden mit den digitalen IP20-AS-i-Modulen BWU2490 geschaltet, die auf 22,5 mm Baubreite jeweils acht Ein-und Ausgänge mitbringen. „Hier laufen auch die Rückmeldungen von den Stromzählern auf, denn wir wollen wissen, in welchen Bereichen wir wie viel Strom verbrauchen und wie wir mit intelligenter Gebäudeautomation Strom sparen können“, sagt der Gebäudetechnikspezialist. Mit den BWU2490-Modulen werden über 24 V handelsübliche Schütze angesteuert. „Damit kommen die Elektriker bestens klar“, berichtet er aus der Praxis. „Die kleineren Verbraucher schalten wir über unsere Relaismodule BW1926“, setzt C. Lang fort. „Diese Schaltschrankmodule im robusten Edelstahlgehäuse eignen sich aufgrund der Bauform auch gut für kleine Vorschaltkästen oder Kabelkanäle.“ Teilweise wurden zum Schalten auch vorhandene Schütze genutzt, um den Projektaufwand gering zu halten. Die Module BW2114 zur Steuerung der 230-V-Jalousien sind in den Zwischendecken integriert. Die Beleuchtungsansteuerung erfolgt zum einen Teil mit BWU2490-Modulen aus dem Schaltschrank heraus und zum anderen mit den BW1926-Modulen direkt im Feld. So gut es ging, wurde dabei auf die Bestandsverkabelung zurückgegriffen.
Passende Module für alle Anwendungen
„Für die gemauerten Wände werden AS-i-Module BW2388 für Unterputzdosen genutzt, an welche jeweils Viererwippen angeschlossen worden sind“, berichtet der Bihl+Wiedemann-Manager. „Dort, wo neue Leichtbauwände zum Einsatz kamen, sind unsere Aufputz-AS-i-Module BW2137 im Bereich der Zwischendecke installiert, die die Meldungen von jeweils zwei Lichtschaltern aufnehmen.“ Mit den Modulen BW1926 werden die Fenstermotoren gesteuert. „Alles ist so vorbereitet, dass auch andere Öffnungen als natürliche Rauchabzüge gesteuert werden können“, unterstreicht C. Lang. Das Modul BW1926 übernimmt auch die Torsteuerung. Die Signale von den Lichtschranken werden über das IP67-Digitalmodul BWU2487 aufgenommen. Über die PT1000-Feldmodule BWU1509 werden Temperaturen im Innen- und im Außenbereich an diversen Stellen gemessen. Alle anderen klimatechnisch relevanten Daten wie Sonneneinstrahlung, Luftfeuchtigkeit und Wind wer- den über die analogen AS-i-EA-Module BWU1232 bzw. BWU1233 mit Schutzart IP65 erfasst. „Die Ausgangssignale (4 … 20) mA oder (0 … 10) V führen wir auf die entsprechenden Slaves“, so der Gebäudetechnik-Spezialist. Damit die Arbeitsplätze in der Produktionshalle mobil bleiben, kommt das Funksystem Enocean zum Einsatz. „Wir haben an zwei Stellen AS-i-Enocean-Slaves BW2375 gesetzt und können so über Enocean-Funksensoren bis zu 62 Schalter und 16 Raumbediengeräte ansteuern“, erläutert der Vertriebsleiter.
Installationsauswand geringer, Flexibilität höher
„Anfangs waren die ausführenden Elektriker sehr skeptisch“, gibt. C. Lang zu. Bisher haben sie überwiegend nur Lösungen auf Basis von KNX installiert. „Doch sie waren angenehm überrascht, wie schnell und einfach die gesamte Installation mit AS-Interface zu realisieren war“, setzt er fort. Obwohl die ausführenden Elektriker vorher nie mit AS-i in Berührung kamen, sind sie sehr schnell mit der Technologie klar gekommen. Das Fazit der Elektriker: Der Installationsaufwand war deutlich geringer und die Verdrahtung wesentlich einfacher als mit konventioneller Verdrahtung. Positiv überrascht hat außerdem die hohe Flexibilität der Lösung. In der Bauphase wurde zum Teil weiter geplant, obwohl die Leitungen schon verlegt waren. „Mit AS-i kann die Installation extrem schnell und flexibel an andere Gegebenheiten angepasst werden“, so C. Lang. „Wir konnten im gesamten Projekt vermeiden, Wände später noch einmal aufzuklopfen.“ Auch nicht geplante Schalter-Slaves lassen sich schnell nachträglich setzen. So wurde ein einfacher Schalter noch während des Einzugs durch eine Doppelwippe ersetzt. Ebenso fiel nachträglich auf, dass der Produktionsleiter in seinem Meisterbüro auch in der Lage sein muss, das Licht der gesamten Produktion komplett ein- und ausschalten zu können, wenn er der letzte ist, der geht. „Auch dies ließ sich schnell nachrüsten, einfach durch eine Änderung der Parametrierung und ohne zusätzliche Verkabelung“, ist der Manager stolz. „AS-i ist eigentlich nur in einem Fall nicht die richtige Wahl – nämlich dann, wenn die Elektriker ausschließlich nach verlegten Metern Kabel bezahlt werden und die Gesamtkosten für die Erstellung des Gebäudes keine Rolle spielen“, fasst C. Lang die Erkenntnisse aus dem Umbau mit einem Augenzwinkern zusammen. Da über ein AS-i-Kabel alle Signale für Jalousie, Licht usw. übertragen werden, kann erheblicher Aufwand für die Kabelverlegung gespart werden. Insgesamt ist die Kosteneinsparung aufgrund des geringen Installationsaufwands und des reduzierten Einsatzes von E/A-Karten, Schaltschränken sowie Kabeln enorm.
Literatur
[1] Bihl+Wiedemann GmbH, Mannheim/Deutschland: www.bihl-wiedemann.de
[2] Heinze, R.: AS-i-Technologie im Züricher Prime Tower. building & automation 18 (2013) H. 8
www.bihl-wiedemann.de

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