Gebäudeautomation neu gedacht: Wie ein modularer KNX-Controller Insellösungen im Installationsverteiler vereint

Vom Relais zur vernetzten Gebäudetechnik

Die Automatisierung von Gebäuden hat eine lange technische Entwicklung durchlaufen. In den 1980er-Jahren übernahmen Zeitrelais und einfache Schaltlogiken zunehmend komplexere Aufgaben, etwa die zeitgesteuerte Treppenhausbeleuchtung. Mit der Zeit entstanden jedoch klar abgegrenzte „Inseln“: Beleuchtung, Heizung/Lüftung/Klima (HLK) und IT-Sicherheitssysteme wie Kameras oder Zutrittskontrollen wurden jeweils mit eigenen, oft herstellerspezifischen Kommunikationsprotokollen betrieben. Diese Systeme koexistierten, ohne miteinander zu kommunizieren.

Der offene KNX-Standard hat dieses Problem für weite Teile der Gebäudeautomation bereits gelöst, indem er verschiedenste Gewerke über einen gemeinsamen Bus verbindet. Dennoch bleibt in vielen Projekten – insbesondere bei Sanierungen von Bestandsgebäuden – die Herausforderung bestehen, unterschiedliche Signalarten und Protokolle (etwa analoge 0–10-V- oder 4–20-mA-Signale, digitale Ein- und Ausgänge sowie klassische Feldbusse) in ein gemeinsames System zu integrieren.

Ein Controller für das REG-Portfolio

Genau an dieser Schnittstelle setzt der hier besprochene Controller an. Er wurde speziell für das REG-Format entwickelt – also für den Einbau in Installationsverteiler statt in klassische Schaltschränke – und in diesem Jahr auf der Fachmesse Light + Building in Frankfurt erstmals vorgestellt. Der Anspruch dabei war, jahrzehntelange Erfahrung aus der industriellen Steuerungstechnik mit den Anforderungen der Gebäudeautomation zu verbinden.

Zentrale Entwicklungsziele waren unter anderem:

• Kompakte Bauform für den Installationsverteiler statt für den Standardschaltschrank

• Konformität mit dem Cyber Resilience Act (CRA) der EU, der ab den kommenden Jahren für digitale Produkte gilt und unter anderem Update-Fähigkeit und abgesicherte Applikationen verlangt

• Erweiterbarkeit über Single-Pair-Ethernet (SPE), um zusätzliche Ein-/Ausgangsmodule flexibel anzureihen

• Optionales Display für eine lokale Vorrangbedienung direkt am Gerät

• Ein offenes Betriebssystem, das sich um Apps von Drittanbietern erweitern lässt

Technische Ausstattung im Überblick

Der Controller bringt mehrere Kommunikationsschnittstellen mit, die ihn für unterschiedliche Installationsszenarien einsetzbar machen. Dazu zählen zwei RS-485-Schnittstellen für den Anschluss weiterer Geräte über Modbus RTU, eine integrierte KNX-Klemme zur Anbindung an ein bestehendes KNX-Netzwerk, drei Ethernet-Schnittstellen sowie eine USB-C-Schnittstelle, die zusätzlich als Netzwerkschnittstelle für die Inbetriebnahme vor Ort genutzt werden kann – etwa direkt über ein Tablet auf der Baustelle, ohne dass zuvor eine IP-Adresse vergeben oder ein Netzwerk eingerichtet werden muss.

Ein weiteres zentrales Merkmal sind die multifunktionalen Ein- und Ausgangskanäle. Jeder Kanal lässt sich individuell konfigurieren, unter anderem als:

• Digitaler oder analoger Eingang (0–10 V, 0–20 mA, 4–20 mA)

• PWM-Signal oder S0-Impulseingang für Zählerdaten

• Temperaturwiderstandseingang für PT1000- oder NI1000-Fühler

Diese Flexibilität soll verhindern, dass bei nachträglichen Planungsänderungen auf der Baustelle zusätzliche Hardware benötigt wird – ein Kanal kann bei Bedarf von Ausgang auf Eingang umkonfiguriert werden, statt neue Module nachzukaufen.

Ergänzt wird der Controller durch Erweiterungsmodule im gleichen Baubreitenformat von sechs Teilungseinheiten (TE), darunter ein Modul mit zusätzlichen Ausgangsrelais und universellen Eingängen sowie ein digitales/analoges Ein- und Ausgangsmodul. Ein DALI-Modul für die Ansteuerung von Beleuchtungssystemen ist ebenfalls angekündigt; die Softwareintegration dafür befand sich zum Zeitpunkt der Vorstellung noch in der finalen Entwicklungsphase. Alle Module werden über Single-Pair-Ethernet verbunden, das bei direkter Verkabelung zwischen zwei Geräten Distanzen von bis zu 350 Metern erlaubt; alternativ ist eine IP-basierte Vernetzung möglich, etwa um mehrere Räume, Etagen oder einen ganzen Gebäudekomplex zu einer Struktur zu verbinden.

PLCnext als offenes Betriebssystem

Softwareseitig basiert der Controller auf der PLCnext-Technologie, einer seit mehreren Jahren am Markt etablierten Steuerungsplattform. Der darunterliegende PLCnext Core ist ein Linux-basiertes System, das Sicherheit, Datenverwaltung, Netzwerkkommunikation und die Ein-/Ausgangsverarbeitung übernimmt. Direkt auf dem Controller läuft zunächst nur dieses Betriebssystem; die eigentliche Automatisierungsfunktion kommt über Apps aus dem zugehörigen App-Store hinzu.

Dieser App-Store-Ansatz erlaubt es, je nach Projektanforderung unterschiedliche Software nachzurüsten – etwa eine Firewall-Applikation, MQTT- oder OPC-UA-Anbindungen oder Funktionsbausteine für Regelungsaufgaben. Für die Inbetriebnahme im Feld lässt sich eine App auch offline als Datei herunterladen und über einen USB-Stick auf den Controller übertragen, ohne dass dafür eine Internetverbindung notwendig ist.

Die Softwareanbindung über Symcon

Zum Marktstart des Controllers wurde eine Partnerschaft mit dem auf Gebäudeautomation spezialisierten Softwareanbieter Symcon (vormals unter dem Namen IP-Symcon bekannt) geschlossen. Symcon mit Sitz in Lübeck bringt langjährige Erfahrung im Smart-Home-Bereich mit und stellt die Applikation bereit, über die sich die KNX-Schnittstelle des Controllers programmieren und visualisieren lässt.

Über Symcon lassen sich unter anderem folgende Funktionsbereiche abbilden:

• Energiemanagement, etwa die Anbindung von Photovoltaikanlagen, Wallboxen und Speichersystemen sowie die Berücksichtigung dynamischer Stromtarife

• Smart-Building- und Smart-Home-Szenarien für Licht, Beschattung, Heizung und Lüftung

• Integration nach §14a des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) für steuerbare Verbrauchseinrichtungen

• Eine eigene Visualisierungsumgebung (IPS View) zur Erstellung individueller Bedienoberflächen

Neben der KNX-Anbindung ist das System offen für eine Reihe weiterer Protokolle und Geräteklassen, darunter BACnet, Modbus, OCPP, DMX, DALI, MQTT und EnOcean. Auch die Anbindung von Kameras (etwa der Marke Reolink über das Bildübertragungsprotokoll ONVIF), von Beleuchtungssystemen wie Philips Hue sowie von Audiogeräten wie Sonos wurde in Praxisvorführungen gezeigt. Die Protokolle Matter und Thread sind laut Herstellerangaben bereits integriert; für Zigbee-Geräte ist ein zusätzlicher USB-Adapter erforderlich. Neben Symcon werden weitere Software-Optionen für den Controller geprüft beziehungsweise angekündigt, darunter Home Assistant, CODESYS und eine herstellereigene Engineering-Umgebung.

Praxisfragen: Platzbedarf, Energieverbrauch und Lebensdauer

Für die Planung im Installationsverteiler sind neben den Funktionen auch praktische Kenngrößen relevant. Der Grundcontroller benötigt sechs Teilungseinheiten (TE) Bauraum auf der Hutschiene; die Erweiterungsmodule folgen demselben Format, sodass sich Systeme modular und ohne Formatwechsel ausbauen lassen. Beim Energieverbrauch wird für den Controller ohne externe Last eine Stromaufnahme von rund 350 mA bei 24 V DC angegeben, was einer Leistungsaufnahme von etwa 8,4 W entspricht. Für die Lebensdauer wird – wie bei Industrieprodukten dieser Kategorie üblich – von mindestens zehn Jahren ausgegangen, wobei in der Praxis häufig 10 bis 15 Jahre oder mehr erreicht werden.

Weitere in der Praxis relevante Punkte:

• Die Ein-/Ausgangskanäle sind spannungsfest ausgelegt (laut Herstellerangaben bis 4 kV getestet) und benötigen keine zusätzliche Trennrelais-Ebene

• Eine Parametrierung erfolgt nicht direkt über die klassische KNX-Engineering-Software ETS, sondern über das Web-based Management des Controllers sowie die installierten Apps; ein ETS-Datenbankeintrag steht separat zum Download bereit, um das Gerät als vollwertigen KNX-IP-Router in bestehende ETS-Projekte einzubinden

• Eine VLAN-Kennzeichnung lässt sich dem Gerät selbst nicht zuweisen; hierfür wird der Einsatz eines separaten Managed Switch empfohlen

• Für den Blitzschutz gelten die allgemeinen Vorschriften für Installationsverteiler, ergänzt um die Hinweise im jeweiligen Gerätehandbuch

Einsatz in Bestandsprojekten

Besonders in der Altbausanierung zeigt sich der praktische Nutzen eines gewerkeübergreifenden Ansatzes. Ältere Gebäude verfügen häufig über eine gewachsene Mischung an Steuerungstechnik: klassische Relaisschaltungen für die Beleuchtung, separate Regler für die Heizung sowie punktuell nachgerüstete KNX-Linien. Statt jedes dieser Teilsysteme einzeln zu ersetzen, lässt sich ein modularer Controller so einsetzen, dass bestehende Signale – etwa analoge Messwerte von Zählern oder Temperaturfühlern – schrittweise in ein gemeinsames System überführt werden. Die multifunktionalen Kanäle sind dabei besonders hilfreich, weil sich die tatsächliche Kanalbelegung häufig erst während der Bestandsaufnahme vor Ort final bestimmen lässt.

Auch bei der Skalierung über mehrere Räume oder Etagen hinweg bietet der modulare Aufbau Vorteile: Mehrere Controller lassen sich zu einer Gebäude- oder Campus-Struktur vernetzen, etwa mit einem eigenen Gerät je Raum oder Etage, das jeweils über IP oder direkt per Single-Pair-Ethernet mit den übrigen Einheiten kommuniziert. Für Elektrofachbetriebe bedeutet das mehr Planungsfreiheit: Ein Projekt kann mit einer kleinen Zahl an Geräten beginnen und bei Bedarf modular erweitert werden, ohne dass die Grundarchitektur verändert werden muss.

Lizenzmodelle und Kosten

Die Software Symcon wird über unterschiedliche Lizenzmodelle vertrieben. Neben kostenpflichtigen Abonnements, die etwa Fernwartungsfunktionen und dauerhafte Updates einschließen, existiert eine kostenfreie Community-Lizenz für den privaten Einsatz ohne gewerbliche Nutzung. Für den Controller selbst wurde zum Zeitpunkt der Markteinführung eine unverbindliche Preisempfehlung von rund 1.199 Euro genannt; der tatsächliche Marktpreis kann je nach Bezugsweg über den Großhandel abweichen und sollte vor einer Kaufentscheidung dort erfragt werden. Neben dem hier vorgestellten Einstiegsmodell für kleinere und mittlere Installationen gibt es innerhalb derselben Controllerfamilie auch eine Variante auf Basis der Emalytics-Software und des Niagara-Frameworks, die für größere, gewerkeübergreifende Objekte wie Campus-Anlagen oder Einkaufspassagen ausgelegt ist und über ein eigenes Vertriebsteam betreut wird.

Sicherheit als Entwicklungsprinzip

Ein wiederkehrendes Thema bei der Entwicklung war die Frage der IT-Sicherheit vernetzter Gebäudetechnik. Mit zunehmender Vernetzung von Heizung, Beleuchtung, Zutrittskontrolle und Überwachungssystemen wächst grundsätzlich auch die Angriffsfläche für Cyberattacken. Der Cyber Resilience Act (CRA) der Europäischen Union schreibt für digitale Produkte künftig verbindliche Sicherheitsanforderungen vor, etwa die Fähigkeit zu sicheren Software-Updates über den gesamten Produktlebenszyklus. Für Planer und Errichter bedeutet das: Bei der Auswahl von Gebäudeautomationskomponenten lohnt sich ein Blick darauf, ob ein Produkt bereits heute auf entsprechende Update- und Absicherungsmechanismen ausgelegt ist, um spätere Nachrüstungen oder einen vorzeitigen Austausch zu vermeiden.

Fazit

Der Trend in der Gebäudeautomation geht klar in Richtung offener, modularer Systeme, die unterschiedliche Gewerke und Protokolle in einer gemeinsamen Plattform zusammenführen – gerade dort, wo Platz im Installationsverteiler begrenzt ist. Ein Controller, der KNX, klassische Steuerungstechnik und ein App-basiertes Software-Ökosystem miteinander verbindet, zeigt beispielhaft, wie sich Insellösungen aus Beleuchtung, HLK und Energiemanagement praktisch zusammenführen lassen. Für Elektrofachbetriebe und Systemintegratoren, die Sanierungs- oder Neubauprojekte im KNX-Umfeld planen, lohnt sich ein genauerer Blick auf solche modularen Ansätze – nicht zuletzt, weil regulatorische Anforderungen wie der Cyber Resilience Act die Anforderungen an zukunftssichere Gebäudetechnik in den kommenden Jahren weiter erhöhen werden.

Dieser Artikel basiert auf dem Webinar „Der neue CATAN C1 von PHOENIX CONTACT – das Highlight für die Gebäudesteuerung“. Das vollständige Webinar steht zur weiteren Vertiefung hier zur Verfügung.