Funk-Bussysteme

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Funk-Bussysteme funktionieren grundsätzlich nach dem gleichen Prinzip wie leitungsgebundene Bussysteme, bei denen alle Busteilnehmer (Bedienungselemente, Sensoren, Aktoren usw.) an eine Busleitung angeschlossen werden und auf dieser Leitung Signale zum Schalten, Steuern, Regeln und Überwachen austauschen.

Die Datenübertragung, d. h. die physikalische Realisierung der Busleitung, ist grundsätzlich über vier verschiedene Medien möglich: In der Regel wird eine verdrillte Kupferleitung (TP = Twisted Pair) verwendet. Werden Funkwellen (RF = Radio Frequency) genutzt, spricht man von Funk-Bussystemen. Möglich ist es auch, die Steuerungsdaten der Netzspannung zu überlagern und über das 230/400-V-Netz zu übertragen (PL = Powerline) oder Infrarot-Lichtwellen (IR = Infra Red) zu verwenden. Die beiden letztgenannten Medien werden zur Datenübertragung auf den Bus aber noch vergleichsweise selten genutzt (siehe dazu Artikel zum Thema: Grundprinzip und Elemente von Bussystemen).

Funktionsprinzip
Ein Funk-Bussystem realisiert eine Funkübertragungsstrecke aus Sendern (Sensoren) und Empfängern (Aktoren). Diese lassen sich in die Unterputzdosen von Schaltern, Steckdosen oder in Leuchten usw. integrieren. Das System kann durch Zubehör wie Signalverstärker, Gateways, Controller oder einer Zentrale ergänzt werden. Die Sensoren (Befehlsgeber wie Taster, Fühler, Bewegungsmelder) senden per Funk Informationen an die Aktoren (Befehlsempfänger wie Lichtaktor, Jalousieaktor und Alarmsirene), die die Informationen auswerten und entsprechend schalten. Wie bei allen Bussystemen ist der Informationsaustausch auch beim Funk-Bus grundsätzlich bidirektional möglich, da jede am Bus angeschlossene Komponente mit jedem Sensor oder Aktor kommunizieren kann – vorausgesetzt, sie sind jeweils mit Sendern und Empfängern ausgestattet und entsprechend programmiert. So kann ein Sensor beispielsweise die Rückmeldung erhalten, dass der gesendete Befehl auch ausgeführt wurde. Möglich ist es auch, von einem Sensor Zentralbefehle (wie Alles aus) an alle relevanten Aktoren zu schicken.

Energieversorgung der Funkkomponenten
Bei der Planung und Anwendung von Funkbussystemen ist die Energieversorgung der Funkkomponenten zu beachten, die auf drei Arten möglich ist:

• Drahtgebunden mit 230 V oder Kleinspannung bei fester Montage von Komponenten (z. B. in der UP-Dose oder in einer Verteilung)
• Mit Batterie oder Akku für bewegliche Taster etc. (mit dem Nachteil einer begrenzten Lebensdauer der Batterien und einem Arbeits- und Kostenaufwand für den Batteriewechsel)
• Batterielos auf Basis der EnOcean-Technologie
  Hier beziehen die Sensoren ihre Sendeenergie aus Licht, Wärme oder Bewegungen in der Umgebung – Taster beispielsweise aus dem mechanischen Druck auf die Tastwippe (Piezo-Prinzip oder elektrodynamischer Wandler). Bei Temperaturfühlern oder Bewegungsmeldern genügt eine Solarzelle zur Speisung des Miniatur-Akkus. Die Sensoren können so an nahezu jedem beliebigen Ort angebracht werden und sind wartungsfrei.
  

Hauptanwendungsgebiete von Funk-Bussystemen
Grundsätzlich bieten sich Funk-Bussysteme überall dort an, wo drahtgebundene Lösungen nur mit großem Aufwand realisiert werden können. Da für funkbasierte Systeme keine Leitungen verlegt werden müssen, lassen sie sich schnell und einfach realisieren und insbesondere im Bestand auch gut nachrüsten. Naheliegend ist eine Anwendung bei historisch wertvoller Bausubstanz, auf Glastrennwänden, Sichtbeton oder Sichtmauerwerk oder wenn die Bedienung sehr flexibel bleiben soll.

In Gebäuden liegen die Hauptanwendungsfelder in der Lichtsteuerung, dem Management von Jalousien und der Raumtemperaturregelung. Hierzu zählen das Schalten und Dimmen, das Abrufen kompletter Lichtszenen, das zentrale, gegebenenfalls auch zeitgesteuerte Öffnen und Schließen von Rollläden usw. und die Steuerung der Heizung. Über eine Funk-Buszentrale können auch weitere Funktionen wie Sicherheitstechnik, Anwesenheitssimulationen oder zentrale Kommen-und-Gehen-Funktion realisiert und eingebunden werden. Gleichzeitig dient die Zentrale auch als Repeater zur Verstärkung der Funksignale.

Probleme kann die Reichweite der Funkbussysteme bereiten, insbesondere wenn sich die Funklösung über einen Raum hinaus auf eine ganze Etage oder gar über ein ganzes Gebäude erstrecken soll. Innerhalb von Gebäuden rechnet man mit Reichweiten von 30 bis 50 m. Diese können sich jedoch je nach Anzahl und Stärke der zu durchdringenden Wände, dem Baumaterial und Funkschatten durch Metallteile u. ä. stark verringern.

Typische herstellerunabhängige Funk-Bussysteme

• Funk-KNX: Analog zum drahtgebundenen KNX-Installationsbus findet der Informationsaustausch zwischen Funk-Sensoren und Funk-Aktoren bidirektional statt, d. h. alle KNX-Funkgeräte sind sowohl mit Sendern als auch mit Empfängern ausgestattet. Geräte eines Funk-KNX-Systems arbeiten im Frequenzbereich von 868-870 MHz, der für Kurzstrecken-Funkgeräte reserviert ist und weder von Amateurfunkern noch für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendungen genutzt werden darf. Alle Funkelemente können durch einfache Parametrierung bei der Inbetriebnahme installiert oder in bestehende KNX-Anlagen integriert werden.
• EnOcean: Diese batterielose Funksensorik erlaubt eine kosten- und zeitsparende Installation und ermöglicht eine effiziente Energienutzung. Verschiedene Unternehmen in Europa und Nordamerika haben sich im April 2008 zur EnOcean Alliance zusammengeschlossen mit dem Ziel, ein breites Spektrum vollständig kompatibler kabelloser Produkte zu entwickeln und damit die Überwachung und Steuerung von Haus- und Gebäudetechnik zu unterstützen.
• Z-Wave-Standard: Die funkbasierte Heimautomationstechnik wird für die drahtlose Steuerung von Heizung, Lüftung, Beleuchtung, Klimaanlagen und Sicherheitstechnik verwendet. In der Z-Wave-Alliance sind über hundert Hersteller vereint, die nach diesem Standard Produkte für drahtlose Heimautomation herstellen.
• ZigBee: Das Funkprotokoll wurde für drahtlose Netzwerke mit kurzen Reichweiten zwischen 10 und 100 Metern und einem relativ geringem Datenaufkommen entwickelt, z. B. für die Hausautomation und die Lichttechnik. Die 2002 gegründete ZigBee-Allianz ist ein Zusammenschluss von über 230 Unternehmen, die die weltweite Entwicklung dieser Technologie vorantreiben wollen.
  

Proprietäre Hausautomationssysteme auch mit Funk-Komponenten
Diese Systeme oder Lösungen, die meist nur von einem Hersteller angeboten werden, enthalten häufig auch Funk-Komponenten. Im Gegensatz zu den offenen Funk-Bussystemen, auf deren Grundlage viele Hersteller Produkte anbieten, haben diese meist einfacheren Systeme oft einen geringeren Funktionsumfang und sind nicht kompatibel mit den Produkten anderer Hersteller. Sie sind aber oft leicht zu installieren und kostengünstiger.

Unterschiede zwischen Funk-Bus und klassischen Funkbedienungen
Klassische Funksysteme, die es schon vor den Funk-Bussystemen gab, basieren meist auf einer unidirektionalen Datenübertragung mit wenigen mW Sendeleistung, also nur in Richtung Sender zu Empfänger. Hier kann jeder Kommunikationsteilnehmer lediglich senden, aber nicht vom Teilnehmer darüber informiert werden, ob die Nachricht auch korrekt empfangen wurde. Insofern handelt es sich bei der Funkfernbedienung nicht um ein Bussystem, auch wenn hierfür gelegentlich der Begriff Funk-Bus verwendet wird.

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