KNX-Standard

mini|250px|Das Logo des Standards

KNX ist ein Feldbus zur Gebäudeautomation. Der Name KNX entstand als Verkürzung aus dem vorübergehenden Namen KONNEX, wobei dies von abgeleitet war. Auf dem Markt der Gebäudeautomation ist KNX der Nachfolger der Feldbusse Europäischer Installationsbus (EIB), BatiBus und European Home Systems (EHS). Technisch ist KNX eine Weiterentwicklung des EIB durch Erweiterung um Konfigurationsmechanismen und Übertragungsmedien, die ursprünglich für BatiBus und EHS entwickelt wurden. KNX ist mit EIB kompatibel.

Historie

Bereits Mitte der 1980er Jahre sind die ersten Überlegungen zur Anwendung der Bustechnologien für die elektrische Installationstechnik und zur Gebäudetechnik parallel von verschiedenen Firmen angeregt worden. Die Markteinführung von herstellerspezifischen Systemen hätte einer breiten Marktdurchdringung im Wege gestanden und dem Bauherren die unterschiedlichsten proprietären „Standards“ und „Systeme“ geboten. Daraufhin hatten sich führende Hersteller der elektrischen Installationstechnik 1990 im Rahmen der European Installation Bus Association (EIBA) mit der Zielsetzung zusammengeschlossen, einen Standard in den Markt einzuführen. Dieser Standard garantierte die Kompatibilität und Interoperabilität der verschiedenen Geräte und Systeme unterschiedlicher Hersteller aus vielen Bereichen, sowohl der Elektroinstallationstechnik, als auch anderer Bereiche wie Klima & Lüftung oder Hausgeräte.

Gründungsmitglieder waren Berker, Jung, Gira, Merten und Siemens. Grundlage war der Europäische Installationsbus (EIB), auch Instabus, in der aktuellen Version wird er als KNX-Standard bezeichnet.

Er beschreibt, wie bei einer Installation Sensoren und Aktoren in einem Haus miteinander verbunden werden können, Er legt fest, wie Sensoren und Aktoren miteinander kommunizieren müssen (das Protokoll).

1996 starteten die drei europäischen Organisationen BatiBUS Club international (BCI), European Installation Bus Association (EIBA) und European Home System Association (EHSA) den Konvergenzprozess, um einen gemeinsamen Standard für die Anwendungen in der Gebäudeautomation in kommerziellem und Wohnbau-Markt zu finden. Im Jahre 1999 unterzeichneten neun führende europäische Unternehmen aus der elektrotechnischen und Gebäudemanagementindustrie die Statuten der neuen Organisation. Die Gründungsmitglieder der KNX-Association (übergangsweise zunächst als Konnex-Association bezeichnet) sind: Albrecht Jung, Gira, Bosch Telecom, Delta Dore, Électricité de France, Electrolux, Hager Group, Merten, Siemens (Bereich AD ET), Siemens Building Technologies, Landis&Staefa Division.

Im Frühjahr 2002 wurde die Spezifikation von KNX veröffentlicht, im November 2003 in die europäische Norm EN 50090 übernommen und im November 2006 diese Norm als internationale Norm ISO/IEC 14543-3 akzeptiert.

So ging aus der KNX Association der „Instabus“ oder KNX-Standard hervor, wobei die offizielle Bezeichnung nur noch KNX lautet. Der KNX-Standard ist ein offener Standard, dem sich mittlerweile mehr als 400 Firmen weltweit angeschlossen haben.

KNX Deutschland e. V. wurde am 27. Juni 2022 in Frankfurt gegründet.

Offener Standard

KNX ist, anders als viele vergleichbare Lösungen und Konkurrenzprodukte, nicht proprietär, sondern ein sog. offener Standard. Die Dokumente, welche den Standard und notwendige Details zur Implementierung von kompatiblen Geräten bzw. kompatibler Software beschreiben, sind jedem nach Registrierung zugänglich.

Bestimmte Aspekte, z. B. der KNX Secure Standard, sind zwar über Organe wie die Internationale Organisation für Normung standardisiert, aber nur gegen Schutzgebühren zugänglich.

Trotz des offenen Standards gibt es diverse Einstiegshürden für Hersteller und Anwender, z. B.:

Zertifizierungsprozesse, um Kompatibilität zu garantieren und Produkte mit dem offiziellen KNX Logo verkaufen zu dürfen. Kosten für die Aufnahme der Produkte eines Herstellers in den Online-Katalog, um einfachen Zugriff für Anwender zu gewährleisten. Kosten für die Software-Lizenz, um KNX-Projekte verwalten und Geräte parametrieren zu können.

Außerdem gibt es faktisch nur eine Software, namentlich Engineering Tool Software (ETS), um KNX-Geräte zu parametrieren und damit KNX-Projekte umzusetzen.

Ausführung

Nachdem erste Produkte gemäß diesem Standard 1991 am Markt angeboten wurden, sind es nahezu 7000 Produktgruppen mit einem Vielfachen an unterschiedlichen Produkten von über 400 Firmen geworden. Diese Produkte decken die verschiedenen Gewerke und Anwendungen im Gebäude unter Wahrung der Austauschbarkeit der Produkte ab, sodass sie in einer mit dem KNX ausgeführten Anlage zusammenwirken können. Mittlerweile ist KNX der erste offene Weltstandard für Haus- und Gebäudeautomation. Geregelt wird dies in Europa seit 1994 in der EN 50090. Die Standardisierung durch die ISO ist als Standard ISO/IEC 14543-3 erfolgt.

Der KNX steuert die Beleuchtung und Jalousien beziehungsweise Beschattungseinrichtungen, die Gebäudeheizung sowie die Schließ- und Alarmanlage. Mittels KNX (EIB) ist auch die Fernüberwachung und -steuerung eines Gebäudes möglich. Eine Steuerung erfolgt dabei über einen Benutzer oder über einen mit entsprechender Software ausgerüsteten Computer. Ursprünglich auf Objektbauten konzipiert, findet KNX auch zunehmend in Wohngebäuden und Einfamilienbauten Anwendung. Dem Trend zur Übertragung von mehr Informationen aus Kameras, Sensoren, Sprache und Medien kann KNX nicht folgen. Diese müssen über gesonderte Netzwerke übertragen werden.

Während in Objektbauten die Stärke von KNX in einer dezentralen Verkabelung betriebswirtschaftlich hilfreich ist, setzte sich im Kleingebäudebereich eher eine zentralisierte Verkabelung durch (Führung aller Sensor- und Aktorleitungen an einen oder zwei zentrale Punkte). Der Trend zur All-IP-Lösung im Gebäudebau (VoIP) veränderte den Markt. Die zunehmende Tendenz zum Einsatz einer Logik (Server, Visualisierung) sorgt für eine starke Zunahme von SPS im Gebäudebau. Einige Hersteller von SPS bieten Gateways zu KNX an, um beide Welten zu verbinden. KNX wird derzeit vor allem bei neuen Gebäuden installiert, kann jedoch bei der Modernisierung von Altbauten nachträglich eingebaut werden. Es werden bereits bei preiswerten Fertighäusern KNX-Netze in das Gebäude standardmäßig integriert.

Höhere Datenraten insbesondere aus dem Medienbereich (Multiroom) erfordern andere Vernetzungskonzepte die oft weniger verlässlich sind. Ein wesentliches Merkmal und Vorteil von KNX ist und bleibt die sehr sichere und offene Busarchitektur. KNX-gesteuerte Gebäude können ein Jahrzehnt und länger betrieben werden ohne Anpassung, Neustart, oder Wartung zu benötigen.

Technische Grundlagen In herkömmlichen Elektroinstallationen sind die Steuerfunktionen mit der Energieverteilung fest verbunden und erfolgen mittels Aus-, Wechselschaltungen oder einfachen Tasterschaltungen. Nachträgliche Schaltungsänderungen sind daher schwierig umzusetzen. Auch übergeordnete Steuerfunktionen wie ein zentrales Schalten aller Beleuchtungsstromkreise in einem Gebäude können nur mit hohem Aufwand realisiert werden.

KNX in der typischen Installationsvariante mittels Twisted Pair Leitungen (KNX TP) trennt die Gerätesteuerung und die Stromversorgung voneinander, sodass es zwei Netze gibt – das Stromnetz zur Stromversorgung mit Wechselspannung und das Steuerungsnetz (=KNX-Bus) mit einer Nennspannung von 24 V Gleichspannung (der Arbeitsbereich des Steuerungsnetzes liegt zwischen 21 V und 30 V Gleichspannung). Beide Netze können unabhängig voneinander oder parallel im Haus verlegt werden. Es existiert auch eine Powerline-Variante (PL), bei der die Steuersignale über ein phasengekoppeltes Stromnetz gesendet werden. KNX Powerline ist in erster Linie für die nachträgliche Installation gedacht. Es können gemeinhin alle Geräte über den Bus miteinander verbunden werden und so Daten austauschen. Die Funktion der einzelnen Busteilnehmer wird durch ihre Programmierung bestimmt, die jederzeit verändert und angepasst werden kann.

Die Geräte unterschiedlicher Hersteller können dabei uneingeschränkt miteinander in einem System eingesetzt werden, sofern sie die entsprechende Zertifizierung durch die KNX Association besitzen.

Einfache schematische Darstellung

Technik des KNX-Netzes mini|KNX-Transceiver-Board von Elmos (2014)

Zwischen dem Verbraucher (zum Beispiel Elektrogerät, Lampe, Fensteröffner) und der Netzspannung wird ein Steuerungsgerät, „Aktor“ genannt, eingebaut. Der Aktor ist an den KNX-Bus angeschlossen und erhält von diesem Daten in Form von Telegrammen. Diese Telegramme stammen entweder direkt von einem Sensor (zum Beispiel Schalter, Helligkeits-, Temperatur- oder CO2-Konzentrations-Sensor) oder aber indirekt von einem Computer, welcher etwa zeitgesteuerte Schaltungen regelt und sonstige Auswertungen von Sensordaten je nach Programmierung übernimmt und Aktoren entsprechend ansteuert.

Erhält ein Aktor den Befehl, dem Verbraucher Spannung zuzuführen, so schaltet er die Netzspannung an das Gerät durch.

Die Busleitung (Bezeichnung beispielsweise J-Y (St) Y 2x2x0,8 EIB oder YCYM 2x2x0,8) besteht in der Regel aus zwei Adernpaaren (rot-schwarz und weiß-gelb), wovon jedoch nur rot-schwarz verwendet wird. Die Busleitung muss wenigstens IEC 189-2 oder der äquivalenten nationalen Bestimmung entsprechen. Die Leitungen mit den zuvor genannten Bezeichnungen werden diesbezüglich empfohlen. Allerdings sind ebenso weitere Leitungen wie JH(St)H 2x2x0,8 bzw. A-2Y(L)2Y 2x2x0,8 zulässig. Der Leitungsdurchmesser ist im Allgemeinen 0,8 mm und darf maximal 1 mm betragen. Bei allen Leitungen sind die Verlegevorschriften einzuhalten, wobei die sogenannte zertifizierte EIB-(KNX-)Leitung (YCYM) auch direkt neben 230 V und 400 V Wechselspannungsleitungen verlegt werden darf.

Die KNX-Anlage wird von einer Spannungsversorgung über eine Drossel mit 30 V Gleichspannung versorgt. Diese Spannung versorgt die Busankoppler, über die jedes KNX-Gerät mit den anderen vernetzten KNX-Geräten kommuniziert. Durch das CSMA/CA-Prinzip (für Funkübertragungen) bzw. das CSMA/CR-Prinzip (für kabelgebundene Übertragungen) werden Telegrammverluste im Falle von Bus-Kollisionen vermieden. Der KNX-Bus kommuniziert mit einer Übertragungsrate von 9,6 kbit/s, was bei korrekter Programmierung auch für mehrere 10.000 Geräte ausreichend ist. Durch die Verbreitung von Ethernets wurden zeitnah IP-KNX-Koppler entwickelt, welche übergeordnete Linien (Bereichslinien) auch über deutlich schnellere Ethernetverbindungen kommunizieren lassen und der Bus somit die höheren Übertragungsgeschwindigkeiten nutzen kann. Dadurch wurde auch die vorher maximale Größe von 15 Bereichslinien mit 15 Linien und bis zu 255 Bus-Teilnehmern (Aktoren, Sensoren) erweitert.

Vorteile von KNX-Netzen