Flexible Kommunikationssysteme auf AS-Interface-Basis
Fit für Produktion und Gebäude
AS-Interface hat sich als Kommunikationsstandard für die Feldebene einen Namen gemacht und ist in der Industrie weit verbreitet. Dass die Vorzüge des Systems hinsichtlich Funktionalität und Einfachheit aber nicht nur auf die Produktion beschränkt sind, belegt der AS-i-Spezialist Bihl+Wiedemann am eigenen Beispiel. Am Mannheimer Fertigungsstandort wurde die Gebäudeautomatisierung durchgängig mit AS-i realisiert.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbHIn der Industrie ist AS-Interface ein etabliertes Kommunikationsprotokoll - vorrangig für die Verdrahtung der unteren Feldebene, also für die Verbindung von der Sensorik und Aktorik mit der Steuerung.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbH
Kommunikationsvielfalt in der Gebäudewelt
Theoretisch ist es in der Automatisierungstechnik von der Fertigung zum Gebäude nicht sonderlich weit, doch gibt es durchaus gewichtige Unterschiede zwischen den beiden Branchen. Das wird schnell bei der Steuerungstechnik deutlich: Die Performance von SPSen spielt im Gebäude eine deutlich geringere Rolle als in der Fabrik, entsprechende Regelungsprozesse laufen vergleichsweise langsam ab. Das spiegelt sich auch auf Kommunikationsseite wider, und so hat sich eine eigene Welt an Kommunikationsstandards entwickelt, die in der Gebäudeautomation genutzt wird. Neben weit verbreiteten Standards wie KNX, LON, Modbus oder BACnet gibt es eine Vielzahl spezialisierter Systeme, die unter bestimmten Umständen bestimmte Vorteile bieten. Das Kompatibilitätsproblem, das man von den Feldbussen aus der Fabrik kennt, besteht in diesem Markt genauso: die unterschiedlichen Lösungen passen in der Regel nicht zusammen und können nicht miteinander kommunizieren.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbHAS-Interface als Alternative
Wie sinnvoll ist es also dieser Vielfalt mit AS-Interface ein weiteres Protokoll hinzuzufügen? "Wir haben seit vielen Jahren Kunden, die AS-i für die Gebäudetechnik einsetzten, zum Beispiel im Brandschutz oder in der Klimatechnik", sagt Christian Lang, Vertriebsleiter Deutschland bei Bihl+Wiedemann. Im Fokus steht dabei nicht das Smart Home, sondern große Büro-, Industrie- und Zweckbauten. Prominente Beispiele sind die Zwillingstürme der Deutschen Bank, der Frankfurter Flughafen sowie das zweithöchste Gebäude der Schweiz, der Prime Tower. "Hier ist AS-i-Technik verbaut, weil es entsprechende Vorteile mitbringt", ergänzt Lang. Hauptsächlich in Hinsicht auf die Verkabelung: Das Thema intelligente Installationssysteme ist im Gebäude mindestens so wichtig wie in der Fabrik. Mehr noch: Die Eigenschaften von AS-i können hier oft noch besser greifen. Denn in der Fabrik lassen sich Leitungen in aller Regel ohne großen Aufwand neu ziehen oder ergänzen. "Das ist im Gebäude meist nicht der Fall", erklärt Lang. "Wenn Leitungen verlegt und die Wände erstmal verputzt und gestrichen sind, dann tut man sich mit dem Austausch oder der Erweiterung der Kabel extrem schwer." Eine Wand nochmals aufzureißen, um Leitungen neu zu verlegen, das kostet schnell mehr als die ursprüngliche Installation und bringt jeden Zeitplan durcheinander. Das AS-i-Konzept des zweiadrigen Flachbandkabels ermöglicht hingegen nachträgliche Modifikationen oder Erweiterungen der Gebäudetechnik ohne großen Kosten- und Zeitaufwand. Änderungen der Struktur sind einfach zu parametrieren, zusätzliche Komponenten lassen sich unkompliziert hinzuzufügen. Man ist aber nicht nur sehr flexibel, aufgrund der Topologiefreiheit von AS-i ist für die Verdrahtung meist auch deutlich weniger Kabel nötig. Ein weiterer Vorteil auf der Kostenseite: "Die meisten der proprietären Systeme für die Gebäudetechnik haben sehr geringe Stückzahlen, was sich natürlich auf den Preis auswirkt", führt Vertriebsleiter Lang aus. "Mit AS-i hingegen profitiert der Anwender von den hohen Stückzahlen aus der Industrie." Zudem seien die Komponenten und Lösungen ausgiebig getestet: "Wenn das System bei einem Automobilisten die Produktion am Laufen hält, dann funktioniert das für die Gebäudetechnik auch", versichert Lang.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbHFertigungsgebäude Mannheim
Diese Vorteile wollte Bihl+Wiedemann, seines Zeichens als Anbieter von Automatisierungstechnik auf AS-Interface spezialisiert, auch für seine eigenen Produktionsgebäude nutzen. Neben dem Werk am Stammsitz Mannheim betreibt das Unternehmen einen weiteren Fertigungsstandort in Antalya. "Wir sind quasi unsere eigene Second Source", sagt Matthias Lingg, Teamleiter Fertigung, mit einem Augenzwinkern. "Wir haben die gleiche Ausstattung und die gleichen Prozesse an beiden Standorten." Das Mannheimer Werk wurde vormals als Speditionshalle genutzt und umfasst auch einen Bürotrakt, der heute für produktionsnahe Bereiche wie Einkauf, Qualitätssicherung und Prüfmittelbau genutzt wird. Um die Halle fit für die Produktion von Automatisieurngskomponenten zu machen, war eine Kernsanierung erforderlich. In diesem Rahmen wurde die komplette Elektroinstallation im eigentlichen Hallenbereich erneuert - mit AS-Interface.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbHFlexible Umsetzung der Technik
Da auch bei Bihl+Wiedemann nach Beginn der Renovierung verschiedene Teile der Gebäudetechnik ergänzt oder geändert wurden, konnte man gut von der Flexibilität des Kommunikationssystems profitieren. "Anfangs waren wir der Meinung, dass ein Schalter für alle Leuchten in der Qualitätssicherung ausreicht", schildert Vertriebsleiter Lang einen solchen Fall. "Nach Aufnahme des Produktionsbetriebs wurde aber schnell klar, dass eine Viererwippe den Bedürfnissen viel besser entspricht." Da der Schalter über einen Slave mit AS-i angesteuert war, wurden einfach vier Eingänge belegt und die AS-i-Steuerung entsprechend abgeändert. "Im Handumdrehen war das Problem gelöst", so Lang weiter, "klassisch verdrahtet hätte das schlichtweg nicht funktioniert." Teamleiter Lingg ergänzt ein weiteres Beispiel: "Die Antriebe für die Fenster kamen mit drei Monaten Verspätung - die Produktion hatte längst begonnen." Mit AS-i habe man die Antriebssteuerung aber in aller Ruhe nachziehen können. Auch dass andere Antriebe geliefert wurden als ursprünglich gedacht, bedeutete keinen großen Aufwand. "Wo uns bei der klassischen Installation eine Ader gefehlt hätte", so Lingg, "konnten wir die Situation unkompliziert mit zusätzlichen AS-i-Slaves lösen." Im Ergebnis umfasst das AS-i-Netz die komplette Lichtsteuerung im Innen- und Außenbereich, die Jalousie-, Fenster- und Hoftorsteuerung sowie Sensorik für Temperatur, Regen, Luftfeuchte und Helligkeit. Weiterhin gibt es Schnittstellen zur Brandmelde- und Alarmanlage.
Visualisierung und Energiemanagement
Ein weiterer wichtiger Aspekt: Über AS-Interface werden die Verbrauchswerte der entsprechenden Zähler erfasst. Im Sinne eines modernen Energiemanagements sind auch alle großen Verbraucher eingebunden: vom Bestückungsautomat über den Kompressor bis hin zur Warmwasseraufbereitung. Mit diesem umfassenden Ansatz lässt sich der Energieverbrauch im Werk exakt auswerten und es lassen sich ggf. passende Energiesparmaßnahmen ableiten. "Dadurch lernen wir sehr viel über unsere Produktion und auch über unsere eigenen Produkte", erklärt Lingg. Auch die gesamte Klimatisierung des Produktionsgebäudes erfolgt auf der Basis von AS-i. Die Klimaanlage startet erst, wenn die Photovoltaikanlage auf dem Dach genügend Energie liefert. "Wir haben die Gebäudetechnik also durchgängig vernetzt, können das Sytem aber jederzeit ausbauen und neue Ideen einbinden", erklärt Christian Lang. So soll noch im laufenden Jahr eine intelligente Lüftungssteuerung integriert werden, die das Gebäude zeitgesteuert und wetterabhängig klimatisiert. Selbst die Visualisierung wurde über AS-Interface realisiert. Sie zeigt nicht nur die aktuellen Werte für Temperatur und Co. an, sondern meldet z.B. auch, in welchen Räumen noch Fenster und Türen geöffnet sind. Mit der AS-i-Parametrierung lassen sich zudem Leuchten sowie andere Verbraucher automatisch an- und abschalten. Manche Maschinen und Geräte sind dann über Nacht stromlos, andere wie Gabelstapler werden hingegen in dieser Zeit geladen. Auch die Lötstation kann rechtzeitig hochgefahren werden, um pünktlich zu Produktionsbeginn einsatzbereit zu sein. "All das können wir intelligent steuern und an die jeweiligen Bedürfnisse anpassen", sagt Lang. Durch die Kombination mit der Brandmeldeanlage schalten sich im Erstfall alle Verbraucher im betreffenden Bereich automatisch ab und entziehen damit auch einem möglichen Elektro- oder Gerätebrand die Energie.
Bild: Bihl+Wiedemann GmbHFlexibilität als steigender Mehrwert
Diese Möglichkeit, Struktur und Funktionalität der Automatisierungstechnik über das AS-i-Netz ohne großen Aufwand zu ändern, ist ein großer Mehrwert, der in Zeiten der Digitalisierung weiter an Bedeutung zunehmen wird. "Hat ein Kunde erst einmal ein Projekt mit AS-i realisiert, ist meist keine weitere Diskussion mehr nötig", erzählt Lang. "Ein solches Schlüsselerlebnis gab es etwa auch im Rahmen eines Hochhausprojektes." Ausgehend von klassischer Verkabelung hatte der Systemintegrator mit zwei Installateuren pro Etage und pro Woche kalkuliert. Durch den Einsatz von AS-Interface hat sich der Aufwand aber dermaßen verringert, dass die zwei Arbeiter jeden Tag eine Etage in Betrieb setzen konnten. "Seitdem hat der Bauherr auch alle Folgeprojekte mit AS-i umgesetzt", freut sich der Vertriebsleiter. Dennoch sind Kunden, die AS-i für die Gebäudeautomation nutzen noch eher Exoten. "Die Gebäudeautomatisierung ist konservativer als die Automatisierungsbranche allgemein", sagt Lang. "Zudem kennen viele Firmen und Integratoren den Standard und damit auch die Einsatzmöglichkeiten einfach noch nicht, zu denen neben den Bereichen Lüftung, Brandschutz und Entrauchung und Heizung/Klima z.B. auch die Anbindung von EnOcean Funksensoren gehört. Hier ist also noch viel Aufklärungsarbeit gefragt." Selbstverständlich unterstützt Bihl+Wiedemann bei Bedarf den Kunden vor Ort. "In den allermeisten Anwendungen ist AS-i aber so einfach, dass es jeder selbst machen kann", versichert Lang. "Die Visualisierung in unserer Fertigung hat z.B. ein Praktikant in sechs Wochen programmiert - inklusive Einarbeitung in das System."
Geschäft und Angebot ausbauen
Weil die Resonanz der Kunden sehr positiv ist, will Bihl+Wiedemann den Geschäftsbereich Gebäudeautomation ausbauen. Auch das Portfolio für den Gebäudebereich soll kontinuierlich erweitert werden. Eine Lücke wurde mit dem 2016 vorgestellten BACnet-Gateway geschlossen, so dass AS-i nun an alle relevanten Gebäudesysteme angebunden werden kann. Auch eine Integration in bestehende Gebäudesysteme oder die Kombination mit anderen Systemen ist unproblematisch. "AS-Interface ist an dieser Stelle komplett offen", resümiert Lang. "Wir haben Schnittstellen zu allen Kommunikations- und Automatisierungsstandards sowie zu den etablierten Gebäudeleitsystemen."
Kommunikationsvielfalt in der Gebäudewelt
Theoretisch ist es in der Automatisierungstechnik von der Fertigung zum Gebäude nicht sonderlich weit, doch gibt es durchaus gewichtige Unterschiede zwischen den beiden Branchen. Das wird schnell bei der Steuerungstechnik deutlich: Die Performance von SPSen spielt im Gebäude eine deutlich geringere Rolle als in der Fabrik, entsprechende Regelungsprozesse laufen vergleichsweise langsam ab. Das spiegelt sich auch auf Kommunikationsseite wider, und so hat sich eine eigene Welt an Kommunikationsstandards entwickelt, die in der Gebäudeautomation genutzt wird. Neben weit verbreiteten Standards wie KNX, LON, Modbus oder BACnet gibt es eine Vielzahl spezialisierter Systeme, die unter bestimmten Umständen bestimmte Vorteile bieten. Das Kompatibilitätsproblem, das man von den Feldbussen aus der Fabrik kennt, besteht in diesem Markt genauso: die unterschiedlichen Lösungen passen in der Regel nicht zusammen und können nicht miteinander kommunizieren.
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Bihl+Wiedemann GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN Hannover Messe 2017 - 14.04.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
