Wie funktioniert die Kommunikation zwischen KNX-Sensoren und Aktoren?
Wie funktioniert die Kommunikation zwischen KNX-Sensoren und Aktoren?
Wie funktioniert die Kommunikation zwischen KNX-Sensoren und Aktoren? In einem KNX-System tauschen Sensoren und Aktoren Informationen über den KNX-Bus aus. Ein Sensor erkennt beispielsweise einen Tastendruck, eine Temperaturänderung oder eine Bewegung und sendet daraufhin ein Telegramm mit der entsprechenden Information. Der passende Aktor empfängt dieses Telegramm und führt die konfigurierte Funktion aus, etwa das Einschalten einer Leuchte, das Verstellen einer Jalousie oder die Anpassung einer Heizungsregelung.
Anders als bei einer klassischen Elektroinstallation benötigen Sensor und Verbraucher dabei keine direkte Steuerleitung zueinander. Die Kommunikation läuft über das Bussystem und über zuvor konfigurierte Funktionen. Dadurch lassen sich unterschiedliche Gewerke innerhalb eines Gebäudes miteinander verknüpfen.
Sensoren erfassen Zustände und senden KNX-Telegramme
KNX-Sensoren bilden die Eingabeseite einer Gebäudeautomation. Typische Beispiele sind Tastsensoren, Bewegungs- und Präsenzmelder, Temperatursensoren, Wetterstationen oder Helligkeitssensoren. Sie erfassen eine Bedienhandlung oder einen physikalischen Wert und stellen diese Information dem KNX-System zur Verfügung.
Drückt eine Person beispielsweise einen KNX-Taster, erzeugt das Gerät kein direktes 230-Volt-Schaltsignal für die Leuchte. Stattdessen sendet es ein digitales Telegramm über den Bus. Dieses Telegramm enthält unter anderem die für die Funktion relevante Gruppenadresse sowie den zugehörigen Wert.
Für eine einfache Schaltfunktion kann dieser Wert beispielsweise „1“ für Ein oder „0“ für Aus bedeuten. Bei einer Dimmfunktion, Temperaturvorgabe oder Jalousiesteuerung kommen andere Datentypen und Werte zum Einsatz. KNX definiert dafür standardisierte Datenpunkttypen, damit Geräte unterschiedlicher Hersteller Informationen eindeutig interpretieren können.
Bei KNX Twisted Pair erfolgt die Kommunikation über eine verdrillte Zweidrahtleitung. Die Busspannung liegt im Bereich der Schutzkleinspannung; typische KNX-Stromversorgungen stellen rund 30 V DC als SELV bereit. Die Busleitung dient gleichzeitig zur Versorgung vieler KNX-Teilnehmer und zur Datenübertragung.
Gruppenadressen verbinden Sensoren und Aktoren logisch miteinander
Der entscheidende Punkt bei der Frage „Wie funktioniert die Kommunikation zwischen KNX-Sensoren und Aktoren?“ liegt in den Gruppenadressen. Sie stellen die logische Verbindung zwischen den Kommunikationsobjekten der Geräte her.
Ein Sensor besitzt eine individuelle Adresse, über die er innerhalb der KNX-Topologie eindeutig identifizierbar ist. Für die normale Gebäudefunktion arbeitet KNX jedoch überwiegend mit Gruppenkommunikation. In der ETS-Software verknüpft der Systemintegrator dazu passende Kommunikationsobjekte mit einer gemeinsamen Gruppenadresse.
Ein einfaches Beispiel zeigt das Prinzip: Ein Tastsensor und der Schaltkanal eines Beleuchtungsaktors erhalten für die Funktion „Deckenlicht ein/aus“ dieselbe Gruppenadresse. Betätigt jemand den Taster, sendet der Sensor ein Telegramm an diese Gruppenadresse. Jeder Teilnehmer am Bus kann das Telegramm empfangen. Reagieren muss jedoch nur das Gerät, dessen entsprechendes Gruppenobjekt auf diese Adresse hört.
Damit lassen sich auch mehrere Geräte miteinander verbinden. Mehrere Taster können dieselbe Leuchte schalten oder ein Sensor kann mehrere Aktoren gleichzeitig ansprechen. Die physische Verdrahtung muss dafür nicht jedes Bedienelement direkt mit jedem Verbraucher verbinden.
Aktoren setzen die empfangenen Befehle in elektrische Funktionen um
Aktoren bilden die Ausgangsseite des KNX-Systems. Sie empfangen Informationen vom Bus und steuern anschließend die angeschlossenen Verbraucher. Ein Schaltaktor schaltet beispielsweise einen Stromkreis, ein Dimmaktor verändert die Helligkeit einer Beleuchtung und ein Jalousieaktor steuert die Fahrtrichtung sowie die Position eines Sonnenschutzes.
Empfängt ein Aktor ein Telegramm mit einer für ihn relevanten Gruppenadresse, wertet seine Applikation den übertragenen Wert aus. Anschließend setzt er die zuvor in ETS konfigurierte Funktion um.
Die Kommunikation muss dabei nicht in einer Richtung enden. Viele Aktoren senden ihren aktuellen Status zurück auf den Bus. Schaltet ein Aktor beispielsweise eine Leuchte ein, kann er anschließend über eine separate Status-Gruppenadresse melden, dass der Ausgang tatsächlich eingeschaltet ist. Ein KNX-Taster mit Status-LED oder eine Visualisierung kann diese Rückmeldung empfangen und den aktuellen Zustand anzeigen.
KNX kennt dafür unter anderem Telegramme zum Schreiben, Lesen und Antworten auf Gruppenwerte. In der ETS lassen sich diese Vorgänge über Gruppen- und Busmonitor analysieren. Dadurch kann eine Elektrofachkraft bei der Inbetriebnahme nachvollziehen, welcher Teilnehmer ein Telegramm sendet, welche Gruppenadresse angesprochen wird und welcher Wert übertragen wurde.
Planung, Busleitung und Parametrierung bestimmen die zuverlässige Kommunikation
Damit Sensoren und Aktoren zuverlässig zusammenarbeiten, braucht ein KNX-System mehr als korrekt angelegte Gruppenadressen. Auch Topologie, Spannungsversorgung, Leitungsausführung und Parametrierung spielen eine wichtige Rolle.
Bei größeren Installationen unterteilt KNX das Netzwerk in Linien und Bereiche. Linienkoppler verbinden diese Abschnitte und können Telegramme gezielt weiterleiten. Dadurch muss nicht jedes Telegramm unnötig durch das gesamte Gebäude laufen. Die ETS erstellt passende Filterinformationen anhand der projektierten Kommunikationsbeziehungen.
Auch die elektrische Installation verlangt fachgerechte Planung. KNX-TP arbeitet mit Schutzkleinspannung. Für SELV-Stromkreise gelten Anforderungen an die sichere Trennung gegenüber Stromkreisen, die keine SELV-Stromkreise darstellen. Die einschlägigen Regeln ergeben sich unter anderem aus der DIN-VDE-0100-Reihe; für die Businstallation kommen weitere KNX- beziehungsweise busspezifische Vorgaben hinzu.
Eine korrekt ausgeführte Installation sorgt damit nicht nur für stabile Datenübertragung, sondern auch für die notwendige elektrische Sicherheit.
Wer verstehen möchte, wie die Kommunikation zwischen KNX-Sensoren und Aktoren funktioniert, kann sich den Ablauf daher als klare Kette vorstellen: Der Sensor erkennt ein Ereignis, erzeugt daraus einen KNX-Datenwert und sendet ein Telegramm an eine Gruppenadresse. Der zugeordnete Aktor empfängt die Nachricht, verarbeitet den Wert und führt die konfigurierte Aktion aus. Statusmeldungen können anschließend wieder über den Bus zurücklaufen. Auf dieser dezentralen Kommunikation baut ein großer Teil der flexiblen Gebäudeautomation mit KNX auf.