DE19719232A1

DE19719232A1 - Automated system for heating, ventilating and air conditioning

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Publication number: DE19719232A1
Application number: DE19719232A
Authority: DE
Inventors: Gregor Dr Ing Tebrake; Lothar Dipl Ing Hofer
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 1997-11-20

Abstract

An automated system for the heating, ventilating and air conditioning of a building comprising eg. electrically operated heating/cooling units, ventilators, shutters, safety doors etc. has a decentralised layout. The need for multiple switchgear enclosures and power supply/signal cabling which normally radiate from a conventional control centre to units located around the building is thereby eliminated. These units are each fitted with a module (6) specific to their requirements which incorporates elements (61, 63) for control, an element (64) for measurement/feedback and a terminal (60) for connection to a bus system (7) comprising a mains supply (71) databus (70) with operating/monitoring centre (8), emergency lock-out (7A) and fire protection bus (73).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Automatisierungssystem für eine Heizungs-, Klima- und Lüftungs (HKL)-Anlage eines Gebäudes.The invention relates to an automation system for a heating, air conditioning and ventilation (HVAC) system of a building.

Grundlegende Technische Richtlinie für die Automatisierung von HKL-Anlagen ist die VDI-Richtlinie 3814. Diese Richtlinie beschreibt den technischen Aufbau von Gebäude automationsanlagen (GA) und ihre Abgrenzung zu den "Betriebstechnischen Anlagen" (BTA).The basic technical guideline for the automation of HVAC systems is the VDI guideline 3814. This guideline describes the technical structure of buildings automation systems (GA) and their differentiation from the "operational systems" (BTA).

In der VDI-Richtlinie 3814, Blatt 1, Ausgabe 06.1990, "Gebäudeleittechnik (GLT); Strukturen, Begriffe und Funktionen", Beuth Verlag, Berlin, ist auf Seite 3 die Struktu rierung einer Gebäudeautomationsanlage in leittechnische Ebenen dargestellt. Insbe sondere sind dort eine Leitzentrale in einer Gesamtleitebene und unterschiedliche Un terstationen in einer Einzelleitebene sowie angeschlossene Geber in einem Bild 1 dar gestellt und im zugehörigen Text erläutert. Dabei ist in Punkt 4.2 beschrieben, daß Schaltschränke vorhanden sind, sowie direkte Verbindungen (Verbindungsleitungen) zwischen Gebern und den Schaltschränken, sowie zwischen den Schaltschränken und Unterstationen. Erst in den Unterstationen erfolgt eine Umsetzung der aus den Be triebstechnischen Anlagen (BTA) kommenden Signale in digitale Informationen, die in nerhalb der Gebäudeleittechnischen Anlage (GLT) zu anderen Unterstationen und zur Leitebene übertragen werden. In VDI Guideline 3814, Sheet 1, Edition 06.1990, "Building Management Technology (GLT); Structures, terms and functions ", Beuth Verlag, Berlin, on page 3 is the structure ration of a building automation system shown in process control levels. In particular in particular there are a control center in one overall control level and different un stations in a single control level and connected encoders in Figure 1 and explained in the accompanying text. It is described in point 4.2 that Control cabinets are available, as well as direct connections (connecting lines) between encoders and the control cabinets, and between the control cabinets and Substations. Only in the substations is the implementation of the Be drive systems (BTA) coming signals in digital information that in within the building management system (GLT) to other substations and Control level are transferred.

Zur Übertragung digitaler Informationen sind eine Reihe von Bussystemen bekannt. So sind beispielsweise in Wärmetechnik 11/1993, Seiten 590 bis 594 Bussysteme be schrieben, die auch als Datenbusse in Gebäudeleitsystemen einsetzbar sind.A number of bus systems are known for the transmission of digital information. So are for example in Wärmetechnik 11/1993, pages 590 to 594 bus systems wrote, which can also be used as data buses in building management systems.

In der DE 195 07 407 A1 ist eine Einrichtung zur Betätigung und Überwachung von Rauch- und/oder Wärmeabzugsöffnungen angegeben, wobei Motorsteuergeräte, Lüf tertaster und Rauchmelder als Module vorhanden sind, die über einen Datenbus mit einer Zentrale verbunden sind. Der Bus enthält zwar auch 24V-Versorgungsleitungen zur Speisung der Busteilnehmer, motorische Antriebe werden jedoch dezentral mit Energie versorgt.DE 195 07 407 A1 describes a device for actuating and monitoring Smoke and / or heat exhaust openings specified, engine control units, Lüf The pushbutton and smoke detector are available as modules that are connected via a data bus are connected to a central office. The bus also contains 24V supply lines to supply the bus participants, however, motor drives are distributed locally Energy supplied.

Aus der DE 42 38 342 A1 ist eine elektronische Unterstation als Steuereinheit für Ein zelgeräte einer Anlage industrieller Heizungs- und Belüftungstechnik bekannt, bei der Unterstationen über Befehlsleitungen miteinander und mit einer Zentralstation verbun den sind.DE 42 38 342 A1 describes an electronic substation as a control unit for one zelgeräte a system of industrial heating and ventilation technology known in the Substations connected to each other and to a central station via command lines they are.

Die DE 195 07 039 A1 beschreibt eine Verbindungsanordnung, bei der mehrere Ver braucher, z. B. in einem Fahrzeug, über einen Energiebus mit elektrischer Energie ver sorgt werden.DE 195 07 039 A1 describes a connection arrangement in which several Ver need, e.g. B. in a vehicle, via a power bus with electrical energy be worried.

Weiterhin ist der Europäische Installations-Bus EIB bekannt, bei dem eine Speisung der angeschlossenen Teilnehmer über die Busleitungen erfolgt.The European installation bus EIB is also known, in which a supply of the connected participants takes place via the bus lines.

In der VDI-Richtlinie 3814, Blatt 2, Ausgabe 03.1993, "Gebäudeautomation (GA); Schnittstellen in Planung und Ausführung", Beuth Verlag, Berlin, sind insbesondere auf Seite 5 Prozeßschnittstellen beschrieben. Dabei definieren unterschiedliche, z. B. mit Klemmen oder Koppelrelais realisierte Prozeßschnittstellen die Verbindungen der Un terstation/Automationsstation mit den Betriebstechnischen Anlagen (BTA).In VDI Guideline 3814, Sheet 2, Edition 03.1993, "Building Automation (GA); Interfaces in planning and execution ", Beuth Verlag, Berlin, are particularly on Page 5 process interfaces described. Define different, e.g. B. with Terminals or coupling relays realized process interfaces the connections of the Un terstation / automation station with the operational systems (BTA).

Eine ähnliche Strukturierung einer Anlage zur Gebäudeautomation ist angegeben im Lehrbuch "Regelungstechnik in der Versorgungstechnik", hrsg. vom Arbeitskreis der Dozenten für Regelungstechnik: Hans Bach et al., 3. Auflage 1992, C.F. Müller, Karls ruhe, wobei auf Seite 343 ebenfalls Schaltschränke als Teil der Betriebstechnischen Anlage (BTA) dargestellt sind.A similar structure of a building automation system is given in Textbook "Control engineering in supply engineering", ed. from the working group of Lecturers for control engineering: Hans Bach et al., 3rd edition 1992, C.F. Müller, Charles rest, on page 343 also control cabinets as part of the operational Annex (BTA) are shown.

Auch die praktische Umsetzung der Fachbüchern und insbesondere der VDI-Richtlinie 3814 entnehmbaren Strukturen in ausgeführten HKL-Anlagen erfolgt bisher unter An ordnung einer größeren Anzahl von Schaltschränken. Solche Anlagen sind z. B. in Abbildungen dargestellt und beschrieben in "Bauanalyse: Messeturm Frankfurt, Teil 1", 228 TAB am Bau, 27. Jahrgang 1996, Sondernummer Bauanalysen, Seite 39 ff, ins besondere Seite 48, sowie in Bauanalyse: "Neubau eines Geschäftsgebäudes mit Re chenzentrum in München", 226 TAB Technik am Bau, 27. Jahrgang, Heft 3, Seite 35 ff, insbesondere Seiten 52 bis 54. Dort sind die Schaltschränke untergliedert in Netzein speisung, Leistungsteil und DCC-Prozeßebene.Also the practical implementation of the specialist books and especially the VDI guideline 3814 removable structures in executed HVAC systems are currently under An order a larger number of control cabinets. Such systems are e.g. B. in Images shown and described in "Construction Analysis: Messeturm Frankfurt, Part 1", 228 TAB am Bau, 27th year 1996, special number Bauanalysen, page 39 ff, ins special page 48, as well as in construction analysis: "New construction of a business building with re chenzentrum in München ", 226 TAB Technik am Bau, 27th year, issue 3, page 35 ff, especially pages 52 to 54. There the control cabinets are divided into networks power supply, power section and DCC process level.

Das jeweils zugrundeliegende allgemeine Schema ist in Fig. 3 dargestellt. Bei solchen konventionellen Schaltanlagen werden Unterstationen der Gebäudeautomation wie auch der zugehörige Leistungsteil in Schaltschränke eingebaut, die in relativer Anla gennähe aufgestellt werden.The underlying general scheme is shown in Fig. 3. In such conventional switchgear, substations of building automation as well as the associated power section are installed in control cabinets, which are set up close to the system.

Die Verdrahtung zwischen Schränken und der Betriebstechnischen Anlage erfolgt sternförmig; die Schaltschränke bilden den zentralen Punkt.The wiring between cabinets and the operating system is done star-shaped; the control cabinets form the central point.

In der Regel werden die Steuerungsmodule (Mikrorechner) vom Leistungsteil (z. B. Schütze, Umrichter) getrennt indem sie in verschiedene Abteile des Schaltschrankes eingebaut werden. Diese Felder werden DCC-Feld nach "Direct Digital Control" und Leistungsfeld genannt (vergl. Fig. 3). Die Trennung kann zwingend sein, wenn die Steuerungsmodule nicht EMV-fest genug sind.As a rule, the control modules (microcomputers) are separated from the power section (e.g. contactors, converters) by installing them in different sections of the control cabinet. These fields are called DCC field after "Direct Digital Control" and performance field (see FIG. 3). The separation can be mandatory if the control modules are not EMC-proof enough.

In den Steuerungsschränken sind normalerweise die eigentlichen Steuerungskompo nenten, Übergaberelais und Trennklemmen angeordnet, falls erforderlich wird auch eine Notbedienebene integriert, die ein Bedienen der Anlage ohne die Steuerungskom ponenten erlaubt. Analoge Ein-/Ausgänge und Meldungseingänge gehen von den Trennklemmen des Steuerschrankes direkt zur Prozeßperipherie (Temperatur-Fühler, Feuchte-Fühler, Ventile usw.). Ausgänge, die z. B. Motoren schalten, werden erst zum Leistungsschrank herüberrangiert, wo eine Leistungssteuerung realisiert wird. Zumeist handelt es sich um eine Schützschaltung für Direktanlauf, Stern-Dreieck-Anlauf oder Zweiwicklungsmotoren.The control cabinets are normally in the control cabinets elements, transfer relays and disconnect terminals, if necessary an emergency operating level integrated, which allows the system to be operated without the control comm components allowed. Analog inputs / outputs and message inputs go from the Disconnect terminals of the control cabinet directly to the process periphery (temperature sensor, Humidity sensors, valves etc.). Outputs z. B. switch motors are only to Power cabinet ranked over where power control is implemented. Mostly is a contactor circuit for direct start, star-delta start or Two-winding motors.

Zwischen den Baugruppen des Leistungsteils werden bestimmte "Verriegelungen" di rekt auf den Relais und Schützen verdrahtet. Auf diese Weise wird ihre Einhaltung völ lig unabhängig von der eigentlichen Steuerfunktion sichergestellt. Ein Beispiel für eine solche Verriegelung ist z. B. die Frostschutzfunktion, die das Einfrieren der Klimaanlage verhindert.Certain "interlocks" di wired directly to the relay and contactors. In this way, their compliance becomes complete lig ensured regardless of the actual control function. An example of a such locking is z. B. the frost protection function that freezes the air conditioner prevented.

Planung, Aufbau und Verdrahtung der Schaltschränke erfolgen für jede Anlage indivi duell.The planning, construction and wiring of the control cabinets is carried out individually for each system duel.

Zusammengefaßt läßt sich somit zum Stand der Technik feststellen:
Bekannte Anlagen zur Automatisierung von Heizungs-, Klima- und Lüftungs-(HKL)-Ein richtungen in Gebäuden enthalten Schaltschränke für die Steuerungselektronik und für Leistungsschaltgeräte. Steuerungsschränke enthalten üblicherweise DDC-Felder mit DDC (Direct Digital Control)-Modulen, elektromechanische Relais und Klemmen für Anlagenkabel. Leistungsschaltschränke enthalten Einrichtungen zur Netzeinspeisung, Motorsteuerung, Leistungssteuerung, Verriegelung und Rückmeldung, aufgebaut mit elektromechanischen Schaltgeräten oder leistungselektronischen Geräten, und schließlich Anschlußklemmen für Antriebe bzw. sonstige Verbraucher sowie für Steuer- und Meldeleitungen.In summary, the state of the art can be ascertained:
Known systems for the automation of heating, air conditioning and ventilation (HVAC) devices in buildings contain control cabinets for the control electronics and for power switching devices. Control cabinets usually contain DDC fields with DDC (Direct Digital Control) modules, electromechanical relays and terminals for system cables. Power control cabinets contain devices for power supply, motor control, power control, locking and feedback, built with electromechanical switching devices or power electronic devices, and finally connecting terminals for drives or other consumers as well as for control and signaling lines.

Signale werden zwischen solchen Schaltschränken über Klemmen rangiert bzw. wer den über Kabel zu Anlagenteilen geleitet. Die Verkabelung der Anlage erfolgt vom Auf stellungsort der Schränke aus in der Regel sternförmig. Die mittlere Länge von Verbin dungskabeln zwischen den Schaltschränken und HKL-Komponenten beträgt bei Auf stellung der Schränke in einer Klimazentrale etwa 30 m. Kabelverbindungen zu in den Gebäuden verteilt angeordneten Brandschutzklappen sind etwa 100 m lang. Signals are routed between such control cabinets via terminals or who which is routed via cable to system parts. The system is wired from the open The location of the cabinets is usually star-shaped. The mean length of Verbin connection cables between the control cabinets and HVAC components when open position of the cabinets in a central air-conditioning system about 30 m. Cable connections to in the Fire dampers distributed around buildings are around 100 m long.

Die Planung und der Aufbau der Schaltschränke erfordert handwerkliche Einzelarbeit, die etwa 30% der Anlagen kosten verursachen kann.The planning and construction of the control cabinets requires individual manual work, which can cost about 30% of the equipment.

Üblicherweise als DDC-Module eingesetzte Regelungssysteme erfordern ebenfalls eine jeweils auf die einzelne Anlage zugeschnittene aufwendige Konfiguration und Program mierung.Control systems usually used as DDC modules also require one Elaborate configuration and program tailored to the individual system lubrication.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Automatisierungssystem für HKL-Anlagen anzugeben, das zu einer Reduzierung an Materialeinsatz und Planungs aufwand führt.The invention is therefore based on the object of an automation system for HVAC systems indicate a reduction in material usage and planning effort leads.

Diese Aufgabe wird durch ein Automatisierungssystem mit den im Anspruch 1 angege benen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.This task is indicated by an automation system with the in claim 1 characteristics resolved. Advantageous embodiments are in further claims specified.

Die vorgeschlagene Anordnung von für den jeweiligen HKL-Komponenten-Typ spezifi schen Modulen direkt am Ort der HKL-Komponenten, sowie Verbindung dieser Module über ein Bussystem hat eine Reihe von Vorteilen. Schaltschränke sind vollständig vermieden, die Anlagenverkabelung wesentlich reduziert. Es läßt sich ein hoher Grad an Standardisierung und Vorfertigung erzielen, da die Anzahl der zu berücksichtigen den HKL-Typen relativ klein ist, d. h. etwa 5 bis 10 Modultypen ausreichend sind.The proposed arrangement of specific for the respective HVAC component type modules directly at the location of the HVAC components, as well as connection of these modules A bus system has a number of advantages. Control cabinets are complete avoided, the system cabling significantly reduced. It can be a high degree achieve standardization and prefabrication because the number of to consider the HVAC types is relatively small, i. H. about 5 to 10 module types are sufficient.

Der für HKL-Anlagen benötigte Platzbedarf ist reduziert. Die Brandlast ist reduziert, da weniger Kabel notwendig sind. Für einen verbesserten Betrieb wünschenswerte dreh zahlgeregelte Antriebe und eine verbesserte Anlagenüberwachung lassen sich mit ge ringem Aufwand realisieren. Die Anlagenplanung, die Montage und Inbetriebnahme sind wesentlich vereinfacht und die Fehlerwahrscheinlichkeit ist reduziert. Insgesamt ergibt sich eine deutliche Kostensenkung für die Gesamtanlage.The space required for HVAC systems is reduced. The fire load is reduced because fewer cables are required. Rotation desirable for improved operation Number-controlled drives and improved system monitoring can be achieved with ge realize with little effort. Plant planning, assembly and commissioning are significantly simplified and the probability of errors is reduced. All in all there is a significant cost reduction for the entire system.

Eine ausführlichere Beschreibung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. A more detailed description of the invention is given below with the aid of an in the drawing shown embodiment.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ausführung einer HKL-Anlage; FIG. 1 shows an embodiment of an HVAC system according to the invention;

Fig. 2 eine zugrundeliegende funktionelle Sicht einer Klimaanlage, und Fig. 2 is an underlying functional view of an air conditioner, and

Fig. 3 eine Anlagenkonzeption nach dem Stand der Technik. Fig. 3 shows a system design according to the prior art.

Systematisiert man den Aufbau von HKL-Anlagen und der zugehörigen Regelungs technik in idealtypischer Weise unter einer funktionellen Sicht, so ergibt sich die in Fig. 2 dargestellte Struktur.If you systematize the construction of HVAC systems and the associated control technology in an ideally typical way from a functional perspective, the structure shown in FIG. 2 results.

Fig. 2 ist oben mit den verschiedenen Aggregaten zur Luftbehandlung, Meßfühlern und Schaltern zur Bedienerinteraktion dargestellt. Darunter ist in drei Schichten die Steue rungsfunktion zur Anlage gezeigt. Festzuhalten ist, daß mit diesen Steuerungsfunktio nen keine reine Softwarelösung gemeint ist, vielmehr können in allen Schichten Hard ware- und Softwarebestandteile erhalten sein. In realen Lüftungs- bzw. Klimaanlagen gibt es in der Ebene Klappen, Filter, Erhitzer/Kühler, Ventilatoren, Befeuchter, aus de nen in verschiedener Auslegung und Reihenfolge die ganze Palette der Anlagen auf gebaut wird. Die physikalische Wirkungsweise und auch die Ausstattung der Geräte mit Sensoren und Aktoren ist in allen Anwendungen ähnlich. Neben diesen großen Blöcken in der Anlagenstruktur sind noch einzelne Meßfühler zu betrachten, dazu kann man auch Schalter und Lampen zur Bedienerinteraktion zählen. Fig. 2 is shown above with the various units for air treatment, sensors and switches for operator interaction. The control function for the system is shown in three layers below. It should be noted that these control functions do not refer to a pure software solution, rather hardware and software components can be preserved in all layers. In real ventilation or air conditioning systems there are flaps, filters, heaters / coolers, fans, humidifiers on the level, from which the entire range of systems is built in different designs and sequences. The physical mode of action and also the equipment of the devices with sensors and actuators is similar in all applications. In addition to these large blocks in the system structure, individual sensors must also be considered, including switches and lamps for operator interaction.

In der Funktionsebene HW-Verriegelung/Notbedienung werden die anlagensichernden Steuerfunktionen zwischen den einzelnen Aggregaten realisiert. Dazu gehören u. a.: Frostschutz, Brandfall, Reparatur-Schalter Zuluft-/Abluftventilator, Überlast, Keilriemen, Überdruck Zuluft, Unterdruck Abluft und Überlastüberwachung aller Pumpen.In the function level HW locking / emergency operation, the system-securing Control functions implemented between the individual units. These include a .: Frost protection, fire, repair switch supply air / extract air fan, overload, V-belt, Supply air overpressure, extract air underpressure and overload monitoring of all pumps.

Wie schon dargelegt, werden diese Funktionen bisher per Verdrahtung im Schalt schrank realisiert, um eine unabhängige Funktion sicherzustellen. Prinzipiell spricht je doch nichts gegen eine Verknüpfung mittels Software, solange diese zuverlässig genug funktioniert. Charakteristisch für die Verriegelungen ist, daß sie nichtlokal in Bezug auf die einzelnen Klimaaggregate sind. Als Beispiel kann dafür der erwähnte Frostschutz dienen, der abgeleitet von einem Temperaturwächter Klappen, Erhitzer und Ventilato ren anspricht. Logisch gehört in diese Ebene auch die Notbedienung für die einzelnen Aggregate, die definitionsgemäß ohne alle Automationseingriffe direkt auf die Hardware erfolgen soll. Nur so ist die Funktion auch bei Ausfall der Steuerung selbst gewährlei stet. Das Einhalten der sicheren Betriebsbedingungen der Anlage bleibt in diesem Falle dem Bediener selbst überlassen. Datentechnisch liegen in dieser Ebene HW-Signale aller möglichen Varianten vor. d. h. Schalterstellungen, Temperaturen, Drücke, Melde kontakte usw.As already explained, these functions have so far been implemented by wiring in the switch cabinet realized to ensure an independent function. In principle, ever speaks but nothing against a link using software, as long as it is reliable enough is working. A characteristic of the interlocks is that they are not local in terms of the individual air conditioning units are. The frost protection mentioned can serve as an example serve, derived from a temperature monitor flaps, heater and ventilator ren appeals. Logically, this level also includes emergency operation for the individual Units that by definition have no automation intervention directly on the hardware should be done. This is the only way to ensure the function itself even if the control fails continuous In this case, compliance with the safe operating conditions of the system remains left to the operator. In terms of data technology, HW signals are on this level of all possible variants. d. H. Switch positions, temperatures, pressures, signals contacts etc.

In der Ebene Baugruppen-Makros erfolgt die Einzelsteuerung der Klimaaggregate. Je dem der oben aufgeführten Aggregate können spezielle Funktionen zugeordnet wer den. So gibt es z. B. für Erhitzer/Kühler: Nachlaufzeit (Pumpe), Frostschutz, Vorspülen, Blockierschutz und Ausführkontrollzeit. Diese Funktionen sind universell, d. h., sie kön nen mit einigen Parametern für alle Aggregate gleichen Zwecks in allen Anlagen ver wendet werden. Darüberhinaus sind sie immer streng einem Aggregat zugeordnet, d. h., es besteht keine Notwendigkeit für eine horizontale Verflechtung. Die Zusammen fassung aller Funktionen zu einem Aggregat wird hier Baugruppen-Makro genannt. Die Makros sind Teil der Software-Steuerfunktion, daher arbeiten sie auf der internen Ab bildung der HW-Signale, den sogenannten "Physikalischen Datenpunkten". Diese Da ten heißen "physikalisch", da sie alle direkt an ein physikalisches Signal der Außenwelt gebunden sind. Im Zuge der Software-Bearbeitung entstehen neue Datenpunkte ohne direkten Hardwarebezug; diese werden virtuelle Datenpunkte genannt.The individual control of the air conditioning units takes place on the assembly macros level. Each that of the units listed above can be assigned special functions the. So there are z. B. for heaters / coolers: run-on time (pump), frost protection, pre-rinsing, Blockage protection and execution control time. These functions are universal, i. that is, they can with a few parameters for all units for the same purpose in all systems be applied. In addition, they are always strictly assigned to an aggregate, i. that is, there is no need for horizontal integration. The together The grouping of all functions in one unit is called the assembly macro. The Macros are part of the software control function, so they work on the internal Ab Formation of the HW signals, the so-called "physical data points". This da ten are called "physical" because they all directly connect to a physical signal from the outside world are bound. In the course of software processing, new data points are created without direct hardware reference; these are called virtual data points.

In der Funktionsschicht Regelungs-Makros wird schließlich definiert, wie die vorlie gende Lüftungs-, Klimaanlage betrieben wird. Von dieser (Software-) Funktion hängt Energieverbrauch und Regelgüte der Anlage ganz wesentlich ab. So kann es z. B. für den Energieverbrauch einer Anlage von ausschlaggebender Bedeutung sein, ob eine enthalpiegeführte Regelung verwendet wird oder nicht; für die Regelgüte ist die Frage nach einer Kaskadenregelung ausschlaggebend. Alle Varianten können bei fast identi scher apparativer Ausstattung der Anlagen durchgeführt werden. Wesentliches Charak teristikum dieser Funktionsschicht ist wiederum, daß sie nichtlokal ist. d. h., eine ko härtente Funktion über alle Aggregate einer Anlage realisiert. Dabei kann sie auf Grund der in den tieferen Schichten klar definierten hardwarenahen Funktionen ganz unspezi fisch sein, was die Steuerungsabläufe angeht. An dieser Stelle reicht es, Sollwerte und Schaltstellungen vorzugeben. Bestimmte Meßgrößen innerhalb der Anlage werden von den Makros zur Baugruppensteuerung gar nicht verarbeitet, sondern gehen direkt in die Regelungsfunktion ein. Darüberhinaus kann es optionale Datenpunkte geben, die der Bediener aus informatorischen Gründen sehen will, die aber für die Regelungsfunktion unbedeutend sind. Idealerweise gibt es in dieser Schicht einen sogenannten Software- Hand betrieb. In dieser Betriebsweise wird die eigentliche Regelungsfunktion stillgelegt, alle Verriegelungen und alle Baugruppenmakros bleiben jedoch aktiv. Damit kann der Bediener unter voller Gewährleistung der Anlagensicherheit gewünschte Betriebspara meter einstellen. Der Software-Handbetrieb kann entweder das Regelprogramm global abschalten, oder einzelne Baugruppen selektiv aus der Regelung herausnehmen.In the control macros function layer, it is finally defined how this is available sufficient ventilation, air conditioning is operated. Depends on this (software) function Energy consumption and control quality of the system depend very significantly. So it can e.g. B. for the energy consumption of a plant is of crucial importance whether a enthalpy-controlled regulation is used or not; the question is for the control quality decisive after a cascade regulation. Almost identi equipment of the plants. Essential character The teristics of this functional layer is that it is not local. d. i.e., a knockout Hardened function implemented across all units in a system. It can be on the ground the hardware-related functions clearly defined in the deeper layers are quite unspecific be fish when it comes to control processes. At this point, it is enough to setpoints and Specify switch positions. Certain parameters within the system are used by the macros for module control are not processed at all, but go directly to the Control function. There may also be optional data points that the Operator wants to see for informational reasons, but for the control function are insignificant. Ideally, there is a so-called software Hand operated. In this mode of operation, the actual control function is shut down, however, all interlocks and all module macros remain active. So that the Operators want the desired operating savings while fully guaranteeing plant safety set meter. Manual software operation can either run the control program globally switch off, or selectively remove individual modules from the control system.

Bewertet man die konventionelle Realisierung der Gebäudeautomation anhand der oben dargestellten Systematik, so läßt sich feststellen, daß man bisher immer alle Steuerungsfunktionen in einem Schaltschrank zusammengezogen hat. Alle programm gesteuerten Funktionen wurden möglichst in einer programmierbaren Einheit abgear beitet. Das begründet sich zum einen in den erwähnten nichtlokalen Eigenschaften zum anderen im bislang als hoch erachteten Preis für die Elektronik. Der Preis für die bishe rige Zusammenfassung der Funktionen ist aber eine in der Praxis zumeist nicht sauber durchgehaltene bzw. gar nicht erkennbare Strukturierung. Daraus resultiert ein für jede Anlage spezifisch zu erstellendes Engineering, angefangen vom Schaltschrankaufbau bis hin zu den Funktionen der Regelung.If you evaluate the conventional implementation of building automation using the Systematics outlined above, it can be said that so far you have always all Control functions in a control cabinet. All program controlled functions were carried out in a programmable unit if possible works. On the one hand, this is due to the non-local properties mentioned others in the price for electronics that was previously regarded as high. The price for so far In practice, however, a summary of the functions is usually not clean sustained or not recognizable structuring. This results in one for everyone Plant-specific engineering, starting with the control cabinet down to the functions of the regulation.

Mittlerweile überwiegen die Arbeitskosten für das Engineering die Kosten für die Steue rungselektronik bei weitem; daher wird für die erfindungsgemäße Konzeption ein ande rer Ansatz gewählt. Dieser Ansatz läßt es zu, alle wiederkehrenden Arbeiten zu elemi nieren. Basis dafür ist eine Vorfertigung von HW-/SW-Modulen auf der Grundlage der oben angegebenen Strukturen. Alle Hardware-Geräte (Schütze, Schalter, Sicherungen usw.) sowie die Baugruppen-Funktionen sind zu Modulen zusammengefaßt, die direkt in die Anlage montiert werden können. Leitidee ist dabei ein "intelligenter Klemmenka sten", z. B. für Motore, in dem diese Module verwirklicht sind. Damit wird die Automati sierung inhärenter Teil der Anlage. Die Anfertigung von Schaltschränken und ihre Auf stellung wird unnötig. In the meantime, the labor costs for engineering outweigh the costs for taxes electronics by far; therefore another is for the conception according to the invention approach chosen. This approach allows all recurring work to be done by elemi kidneys. The basis for this is a prefabrication of HW / SW modules based on the structures given above. All hardware devices (contactors, switches, fuses etc.) as well as the assembly functions are combined into modules that directly can be installed in the system. The guiding principle here is an "intelligent Klemmka most ", for example for motors, in which these modules are implemented inherent part of the system. The manufacture of control cabinets and their opening position becomes unnecessary.

Die so eindeutig definierbaren Funktionen lassen sich mit einem Parametersatz an die verschiedenen Aggregate anpassen.The clearly definable functions can be assigned to the with a parameter set adapt to different aggregates.

Die nichtlokalen Funktionen, d. h. Verriegelungen und Regelfunktionen sind in einer verteilten Umgebung natürlich nicht direkt zu realisieren. Für diese Funktionen muß eine geeignete Aufteilung auf die Einzelmodule definiert werden; die Kommunikation zwischen diesen Teilfunktionen erfolgt dann über entsprechende Bussysteme, wie nachstehend anhand eines in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert wird.The non-local functions, ie interlocks and control functions, cannot of course be implemented directly in a distributed environment. For these functions, a suitable division into the individual modules must be defined; The communication between these sub-functions then takes place via corresponding bus systems, as will be explained below using an exemplary embodiment shown in FIG. 1.

Fig. 1 zeigt eine Reihe typischer HKL-Komponenten die in einer HKL-Anlage einzeln oder mehrfach vorhanden sein können. HKL-Komponenten mit elektrischem Antrieb oder elektrischen Betätigungseinrichtungen sind beispielsweise Klappen 1, Erhit zer/Kühler 2, Verdichter 3 und Befeuchter 4. Außerdem sind HKL-Komponenten, wie z. B. Filter 5 vorhanden, die zwar keinen elektrischen Antrieb haben, jedoch trotzdem Überwachungseinrichtungen mit Sensoren und einer Busankopplung aufweisen kön nen. Fig. 1 shows a number of typical HVAC components that can be present individually or several times in an HVAC system. HVAC components with an electric drive or electrical actuators are, for example, flaps 1 , heaters / coolers 2 , compressors 3 and humidifiers 4 . In addition, HVAC components such. B. Filters 5 are available, which do not have an electric drive, but can nevertheless have monitoring devices with sensors and a bus coupling.

Den mit elektrischen Antrieben oder Betätigungseinrichtungen versehenen HKL-Kom ponenten 1 bis 4 sind jeweils HKL-Komponenten-Typ-spezifische Module 6 direkt am Ort der HKL-Komponente zugeordnet. Komponenten der Module 6 sind ein Steuer- und Regelteil 61, ein Leistungsteil 62, der beispielsweise ein Stromrichter für Antriebe mit veränderlicher Drehzahl ist, ein Verriegelungs- und Überwachungsteil 63, Anschlußein richtungen 64 für Meß- und Meldeeinrichtungen und für elektrische Verbraucher, sowie Schnittstelleneinrichtungen 60 für die Verbindung mit einem Bussystem 7. Das Bussy stem 7 umfaßt zumindest einen Regelungs- oder Datenbus 70 und einen Energiebus 71. Über den Datenbus 70 erfolgt ein Informationsaustausch zwischen den Modulen 6 und einem Bediengerät 8, das zur Steuerung und Überwachung der HKL-Anlage dient. Der Datenbus 70 ist als fehlertoleranter Bus für hohen Datendurchsatz ausgelegt.The HVAC components 1 to 4 provided with electrical drives or actuating devices are each assigned HVAC component type-specific modules 6 directly at the location of the HVAC component. Components of the modules 6 are a control and regulating part 61 , a power part 62 , which is, for example, a converter for drives with variable speed, a locking and monitoring part 63 , connecting devices 64 for measuring and signaling devices and for electrical consumers, and interface devices 60 for connection to a bus system 7 . The bus stem 7 comprises at least one control or data bus 70 and an energy bus 71 . Information is exchanged via the data bus 70 between the modules 6 and an operating device 8 , which is used to control and monitor the HVAC system. The data bus 70 is designed as a fault-tolerant bus for high data throughput.

Der Energiebus 71 versorgt die elektrisch angetriebenen HKL-Komponenten 1 bis 4 mit elektrischer Energie aus einer Versorgungseinrichtung 9. Mit dem Energiebus 71 wird das Problem gelöst, die einzelnen Verbraucher, die zum Teil eine relativ hohe Leistung aufnehmen, aus einem einzigen, durch die Anlage durchgehenden Leistungskabel zu versorgen. Der Energiebus 71 kann z. B. für eine Gesamtleistung von 30 kW bis 50 kW ausgelegt werden. Der Energiebus 71 und die HKL-Komponenten 1 bis 4 sind so kon zipiert, daß die Komponenten bei spannungsführendem Bus 71 austauschbar sind und alle gängigen Vorschriften für elektrische Anlagen entsprochen wird. Sicherungen und Reparatur-Schalter sind in den Komponenten enthalten, so daß sicherungslose Ab gänge am Energiebus 71 ermöglicht sind. Die Versorgungseinrichtung 9 kann zusätz lich für die Funktion eines Buskopplers oder eines Busverwalters ausgerüstet sein.The power bus 71 supplies the electrically driven HVAC components 1 to 4 with electrical energy from a supply device 9 . The power bus 71 solves the problem of supplying the individual consumers, some of which consume a relatively high power, from a single power cable that runs through the system. The power bus 71 can e.g. B. be designed for a total output of 30 kW to 50 kW. The power bus 71 and the HVAC components 1 to 4 are kon zipiert that the components are interchangeable with the voltage leading the bus 71 and is met all current electrical regulations. Fuses and repair switches are included in the components so that fuseless gears on the power bus 71 are made possible. The supply device 9 can additionally be equipped for the function of a bus coupler or a bus manager.

Über einen Buskoppler 10 kann ein Meldebus 73 mit dem Datenbus 70 gekoppelt wer den, über den die Stellung von Brandschutzklappen 11 in einzelnen Etagen 12a, 12b eines Gebäudes gemeldet wird. Der Meldebus 73 kann ein spezieller Bus sein, der je doch mit Komponenten eines bekannten Bussystems realisierbar ist, z. B. des Euro päischen Installationsbusses EIB. Alternativ dazu kann auch ein für andere Zwecke be reits vorhandener Bus als Meldebus verwendet werden.Via a bus coupler 10 , a message bus 73 can be coupled to the data bus 70 , via which the position of fire dampers 11 on individual floors 12 a, 12 b of a building is reported. The message bus 73 can be a special bus, which can be implemented with components of a known bus system, e.g. B. the European installation bus EIB. Alternatively, a bus that is already available for other purposes can also be used as a signaling bus.

Als weitere Komponente des Bussystems 7 ist ein Verriegelungs- und Notbedienungs bus 74 angeordnet und mit allen HKL-Komponenten 1 bis 4 sowie mit einem Notbedie nungsgerät 13 verbunden. Der Verriegelungs- und Notbedienungsbus 74 ist ein beson ders sicherer Bus, der Schutzfunktionen wahrnehmen kann. Er überträgt größtenteils nur einzelne Informationsbits und erfüllt seine Verriegelungsfunktion auch dann, wenn Mikroprozessoren in den HKL-Komponenten nicht arbeiten.As a further component of the bus system 7 , a locking and emergency operation bus 74 is arranged and connected to all HVAC components 1 to 4 and to an emergency operating device 13 . The locking and emergency control bus 74 is a particularly safe bus that can perform protective functions. For the most part, it only transmits individual information bits and fulfills its locking function even when microprocessors in the HVAC components are not working.

Die einzelnen Busse des Bussystems 7 können auf unterschiedliche Weise bezüglich der physikalischen Ebene, des Übertragungsprotokolls, des Zugriffsverfahrens und dergleichen ausgeführt sein.The individual buses of the bus system 7 can be designed in different ways with regard to the physical level, the transmission protocol, the access method and the like.

Claims

1. Automation system for a heating, air conditioning and ventilation (HVAC) system of a building, the HVAC components ( 1 to 4 ) of different types, such as heaters / coolers, fans and flaps, each with an electric drive or Electrical actuators are provided, a decentralized automation system being realized while avoiding switch cabinets with control electronics, voltage supply and power units, and avoiding star-shaped wiring, and wherein

a) the individual HVAC components ( 1 to 4 ) are locally assigned modules ( 6 ) that are designed to be HVAC component-specific and can be adapted to the respective specific component by entering parameters,
b) the modules ( 6 ) interface devices ( 60 ) for connection to a Bussy stem ( 7 ), control, regulating and monitoring devices ( 61 , 63 ) and a power unit ( 62 ), the modules ( 6 ) via the bus system ( 7 ) are connected to one another, in addition to an information exchange also providing the HVAC components ( 1 to 4 ) with power via the bus system ( 7 ), and
d) at least one operating device ( 8 ) for controlling and monitoring the HVAC components ( 1 to 4 ) and the associated modules ( 6 ) is connected to the Bussy stem ( 7 ).

2. Automation system according to claim 1, characterized in that the bus system ( 7 ) comprises at least one data bus ( 70 ) and an energy bus ( 71 ), and can optionally be supplemented by a locking and emergency control bus ( 74 ) and a fire damper signal bus ( 73 ).

3. Automation system according to one of the preceding claims, characterized in that the modules ( 6 ) work microprocessor-controlled and that pro programs for control, regulating, monitoring and locking functions for different devices of an HVAC component type are stored and selectable.