5 Installatiebussystemen


5.1 Inleiding
Elektrische installaties in gebouwen hebben zich vanuit het verleden voornamelijk gericht op het verdelen en schakelen van elektrische energie. De ontwikkelingen binnen de moderne gebouwsysteemtechniek hebben echter niet stilgestaan. De laatste tiental jaren hebben zich daar diverse wijzigingen en uitbreidingen voorgedaan, zoals;
- uitbreidingen ter verhoging van het comfort;
- mogelijkheden tot flexibeler ruimtegebruik;
- centrale en decentrale sturingen;
- intelligente verknopingen van de diverse installaties en systemen;
- meer communicatiemogelijkheden;
- aspecten wat betreft het milieu;
- energie- en bedrijfskosten vermindering.

Gebouwen die naast het verdelen en schakelen van energie ook diverse andere elektrisch of elektronisch gestuurde gebouwfuncties bevatten, hebben vaak een wirwar van leidingen. De nieuwe apparatuur die voor deze verschillende functies nodig is, leidt tot een complex geheel van verschillende installaties. In de meeste gevallen kan niet alleen worden volstaan met het leggen van sterkstroomleidingen maar zijn er ook extra leidingen nodig voor gegevensoverdracht. Steeds meer van dergelijke apparaten beschikken over sensoren en melders of regelelementen, zodat er een continue informatiestroom nodig is tussen deze apparaten. De mogelijkheid van communicatie tussen de verschillende functies is meestal niet aanwezig. Het geheel wordt onoverzichtelijk, de ontwerpkosten zijn hoog en het geheel is vrij prijzig. Deze nadelen kunnen door het gebruik van een installatiebussysteem voor een groot deel ondervangen worden.

5.2 Toepassingsgebieden
Het toepassingsgebied van bussystemen binnen de gebouwsysteemtechniek is heel breed. Het hangt sterk af van de componenten die de verschillende fabrikanten op de markt brengen of het systeem voor een bepaalde toepassing gebruikt wordt. Enkele sectoren waar bussystemen momenteel worden toegepast zullen kort worden toegelicht.

Verlichtingsregeling
Het schakelen en regelen van verlichting door middel van een bussysteem heeft de volgende voordelen:
- De functie van de bedieningselementen kan later op een simpele wijze al of niet softwarematig gewijzigd worden.
- Tijd gestuurde automatische functies kunnen zonder extra bedrading gerealiseerd worden. De tijdklok kan op iedere willekeurige plaats op de bus aangesloten worden.
- Vanuit een centrale plaats kan het gehele verlichtingssysteem bewaakt en bestuurd worden.
- Alle informatie die door bewegingsmelders, daglichtsensoren en andere sensoren op de bus gezet wordt, kan op iedere willekeurige plaats gebruikt worden voor een bepaalde actie.

Zonweringbesturing
Het besturen van de zonnewering door middel van een bussysteem heeft grote voordelen. De zonnewering kan hiermee zowel lokaal (per ruimte) als centraal wel of niet automatisch bediend worden. Ook kan ter voorkoming van schade de zonnewering door middel van een windsnelheidsmeter automatisch opgehaald worden bij te harde wind. Op deze manier kan de lichtintensiteit in een ruimte gemakkelijk aan de weersomstandigheden worden aangepast.

Sturen van verwarming en klimaatregeling
In het bijzonder voor deze sector is het toepassen van energiebesparende technologieën erg belangrijk. Een bussysteem kan op dit gebied een aanzienlijke bijdrage leveren. Omdat alle sensoren en actuatoren op dezelfde gemeenschappelijke bus zijn aangesloten, staat als gevolg daarvan de informatie van alle sensoren op elk punt van de buslijn ter beschikking. Op deze manier kan het aantal sensoren beperkt blijven. Een regeling per ruimte of per afdeling is mogelijk zonder dat standaardfuncties, zoals aparte dag / nacht temperatuur en tijdschakelingen extra bekabeling met zich mee brengt. Door de informatie die op de bus beschikbaar is kan vastgesteld worden welke ruimten in gebruik zijn en welke niet. Zodoende kan, afhankelijk van het gebruik, voor elke ruimte afzonderlijk een temperatuur worden ingesteld, waardoor de energiebehoefte zo laag mogelijk wordt gehouden.

Beveiliging
Allerlei sensoren die voor een bepaalde toepassing zijn aangebracht kunnen ook dienen voor de beveiliging van een gebouw. Zoals bewegingsmelders voor het schakelen van de verlichting die bovendien een melding geven aan een centrale post. Ook zijn er speciale kaartlezers bestemd voor toegangscontrole. Waarbij een centraal registratiesysteem noteert wie op welk tijdstip in het vertrek is geweest.

Energiebesparing
Voor grootverbruikers die een speciale tariefopbouw hebben is het zinvol om aan piekscheren te doen. Piekscheren wil zeggen dat gekeken wordt welke verbruikers er ook op andere tijdstippen ingeschakeld kunnen worden en niet tijdens de pieken in de energieafname, zodat er sprake is van een gelijkmatigere energieafname. Bij industriële installaties wordt met de gangbare systemen maar enkele verbruikers van groot vermogen volgens het piekscheer systeem gestuurd. Het bekabelingssysteem zou te uitgebreid worden om ook de kleinere verbruikers hierbij te betrekken. Door het toepassen van de installatiebus kan het grote aantal kabels worden gereduceerd tot een enkele lijn: de buslijn. Ook kan met behulp van de buslijn voor het eerst op betrekkelijk eenvoudige wijze een geheel volledige documentatie van alle bedrijfs- en verbruikstijden worden aangelegd. Hiermee kan het energiebeheer daadwerkelijk worden geoptimaliseerd.



5.3 Het EIB-systeem
Het EIB-systeem is ontworpen om toegepast te worden binnen gebouwinstallaties en valt daardoor onder de gebouwsysteemtechniek. Het grote voordeel van dit installatiebus-systeem is dat het een Europees, genormaliseerd systeem is. Meer dan zeventig fabrikanten ondersteunen dit systeem. De componenten van de verschillende fabrikanten kunnen door elkaar gebruikt worden, zodat de beschikbaarheid van componenten geen probleem vormt. EIB staat voor Europese Installatie Bus en is een keurmerk van EIBA s.c., Brussel (European Installation Bus Association). Het EIB-systeem heeft slechts één leiding voor de besturing, waarbij de busdeelnemers over één aderpaar met elkaar kunnen communiceren. Dit betekent vereenvoudigde leidingloop en minder kosten aan stuurleidingen. De sterkstroomleidingen worden niet meer als stuurleidingen gebruikt, maar alleen nog als voeding van elektrische verbruiksapparatuur.

5.3.1 Systeem beschrijving
Het EIB-systeem is een systeem met zogenaamde ‘decentrale intelligentie'. Dit wil zeggen dat er geen centrale computer is die alles stuurt en controleert, maar dat iedere deelnemer een eigen intelligentie heeft in de vorm van een microprocessor en geheugen. Voor het programmeren is een PC met speciale software vereist. Om zowel in kleine als in zeer uitgebreide installaties toegepast te kunnen worden is het EIB-systeem hiërarchisch opgebouwd. Deze opbouw is als volgt:

Buslijn Op één lijn kunnen maximaal 64 deelnemers aangesloten worden.
Hoofdlijn Op één hoofdlijn mogen maximaal 12 buslijnen aangesloten worden. De verschillende buslijnen worden doormiddel van lijnkoppelaars met de hoofdlijn verbonden. Deze buslijnen vormen tesamen met de hoofdlijn één zone of ook wel bereik genoemd.
Zonelijn Op de zonelijn mogen maximaal 15 zones aangesloten worden. De verschillende zones worden door een zonekoppelaar met de zonelijn verbonden
Het aantal deelnemers komt hierbij op maximaal 64 x 12 x 15 = 11 520 deelnemers


De voeding voor de bus is 28 V gelijkspanning en per lijn is er een voedingsapparaat nodig.
De lijn- en de zonekoppelaar vormen een galvanische scheiding. Hierdoor hebben storingen binnen één lijn alleen gevolgen voor die betreffende lijn terwijl de rest van de installatie goed blijft functioneren.
Als topologie voor het EIB-systeem mag de boomstructuur gebruikt worden. Wel moet men er op letten dat er geen ring gevormd wordt of dat er een doorverbinding komt tussen twee verschillende lijnen.

De deelnemers
De deelnemers kunnen we onderscheiden in actuatoren en sensoren. De sensoren worden over het algemeen alleen op de bus aangesloten en betrekken hun benodigde voeding uit de bus. De actuatoren hebben daarentegen ook een sterkstroom aansluiting en betrekken geen energie uit de bus. Enkele op de markt gebrachte EIB-componenten zijn:

sensoren: drukknop 1- 8 voudig actuatoren: schakelactuatoren 1-4 voudig
jaloezie drukknoppen dimactuatoren
infraroodsensoren binaire actuatoren
temperatuursensor jaloezie-actuatoren
helderheidssensor info-actuatoren
bewegingssensor stuur-actuatoren
schakelklokken
windsnelheidssensor






5.4 Batibus
Het Batibus-systeem is net als het EIB-systeem ontwikkeld voor de gebouwen automatisering en is van oorsprong ontwikkeld door enkele Franse bedrijven. Inmiddels zijn er ook zo'n 80 firma's aangesloten bij de BatiBUS club international. Ook hier geld dat door de vele participanten binnen het BatiBUS-systeem de beschikbaarheid van componenten gewaarborgd is.

5.4.1 Systeembeschrijving
Net als bij het EIB-systeem heeft bij het Batibus-systeem iedere deelnemer een eigen intelligentie in de vorm van een microprocessor met geheugen. Het BatiBUS systeem kan opgesplitst worden in twee delen:
- het netwerk
- de stations of deelnemers

Door deze splitsing kan het systeem flexibel en modulair worden opgebouwd en zijn de aanvang kosten laag. Het netwerk kan voor een deel ontworpen en geïnstalleerd worden zonder dat de wensen van de gebruiker vooraf bekend zijn (voorbekabeling).

Het netwerk
Voor het BatiBUS netwerk wordt gebruik gemaakt van een afgeschermd getwist ader paar (STP) Voor de topologie van dit net werk kan gekozen worden uit alle mogelijke bekabelingsstrukturen zoals: bus, ster, ring, boom en een combinatie van elk. Op één besturingsnetwerk zijn 240 adressen beschikbaar. Wanneer dit niet voldoende is dan kan het systeem uitgebreid worden door een zogenaamde Back Bone toe te passen. Op deze backbone kunnen 250 besturingsnetwerken aangesloten worden. Ieder besturingsnetwerk wordt via een backbone-module aan de backbone gekoppeld. Deze backbone-module heeft tevens een RS232 uitgang. Op deze uitgang kan een PC aangesloten worden om het geheel te programmeren. In totaal kan het systeem uitgebreid worden tot meer dan 60.000 I/O's.

Het installeren van een BatiBUS netwerk moet voldoen aan de BatiBUS norm.
- kabelweerstand < 12 ohm
- kabelcapaciteit < 250 nf
- DC < 300

opm.: dc is een constante, die wordt gebruikt om de kabelcapaciteit te berekenen. deze waarde wordt in de datasheet vermeld.
De voedingsspanning van het netwerk is 15 V gelijkspanning en per besturingsnetwerk is een voedingsapparaat nodig.

De stations
Wanneer bekend is welke functies via het BatiBUS-systeem gerealiseerd moeten worden kunnen er producten gekozen worden van de leveranciers die zijn aangesloten bij de BatiBUS club international. Een dergelijk product vormt een station op het BatiBUS netwerk. Een station kan over meerdere aansluitpunten beschikken met ieder een eigen functietype. (een 2 IO moduul heeft 2 digitale ingangen en 2 digitale uitgangen). Om de aansluitpunten van hetzelfde type te kunnen benaderen wordt ieder aansluitpunt voorzien van een uniek adres. Het instellen van dit adres gebeurt, afhankelijk van het product, door middel van duimwiel-schakelaars of softwarematig via een PC

Enkele typen stations zijn:
- IO module 2 - 8 (dit getal staat voor het aantal in- en uitgangen)
- ingangsmodule 2 - 4 voudig (past in een inbouwdoos achter bestaand schakelmateriaal)
- Intelligente Relais Unit IRU
- Infrarood ontvanger voor afstandbediening
- Infrarood bewegingsmelder
- licht/temperatuur sensor
- menu module met vier RS232 uitgangen voor de aansluiting van PC en / of modem
- Bus Control Panel met:
RS232 uitgang voor PC
een aantal vrij programmeerbare drukknoppen en LED's
een alfanummeriek display van 2 regels.
- Synoptiek module voor centrale bediening en signalering.
Op deze Synoptiek module kunnen diverse lampjes (LED's) en drukknoppen aangesloten worden die in en plattegrond ingebouwd kunnen worden.






5.5 Nikobus
Het Nikobus-systeem is in tegenstelling tot de twee voorgaande systemen een fabrikant gebonden systeem. Het is speciaal ontwikkeld om toegepast te worden in woningen en andere kleinere gebouwen. De opzet er van is dusdanig dat er geen moeilijke apparatuur en software bij nodig is. Het programmeren gebeurt middels twee drukknoppen en een schroevendraaier.

5.5.1 Systeembeschrijving
Het hart van het Nikobus-systeem bestaat uit een schakel- of rolluikmodule met 2 x 6 relais uitgangen die direct de verbruikers schakelen. In deze schakel- of rolluikmodule bevindt zich de intelligentie van het systeem gebaseerd op microprocessor techniek. Alle sensoren (schakelaar, bewegingsmelder, winddetector, glasbreukmelder, enzovoort) worden via een twee-aderige busleiding op de schakelmodule aangesloten. Per module kunnen 256 sensoren aangesloten worden. De schakelmodule kan gezien worden als een 2 x 6 voudige schakelactuator. Alle 230V apparaten, wandcontactdozen of verlichtingsarmaturen worden direct geschakeld door deze module. Voor het 230V gedeelte is er dus sprake van een sterbekabeling.

Technische gegevens

Buslijn twee draadstechniek
Voedingsspanning bus 9V gelijkspanning (SELV-keten)
Bus-topologie lijn-, ster- en boomstuctuur
Afstand deelnemer - verdeelkast 350 m.
Afstand deelnemer - deelnemer 750 m.
Max. buslengte totaal 1000 m.
Adressering vast voorgeprogrammeerd (niet te wijzigen)
Max. aantal sensoren 256 per module.
Max. aantal te koppelen modules 20
Montage stuurmodules zowel centraal als decentraal in een verdeelkast.


Bus-deelnemers
Niko heeft een beperkt aantal busdeelnemers op de markt gebracht.

drukknoppen: De meest gebruikte zijn de drukknoppen, deze zijn er in 1, 2 en 4-voudige uitvoering. Het voordeel van deze drukknoppen is dat er, door de platte uitvoering, voor meerdere drukknoppen naast elkaar maar één inbouwdoos nodig is.
interface: Verder zijn er ook nog een tweetal zeer compakte interfaces bedoeld om in te bouwen in standaard (waterdicht) schakelmateriaal. Ook andere standaard sensoren kunnen door middel van een interface-print met de bus gekoppeld worden.
bewegingsmelder
thermostaat
schemerschakelaar
RF-ontvanger: Niko heeft een tweetal draadloze RF-schakelaars. Eén voor vaste montage daar waar bedrading onmogelijk is en één voor handbediening. Op één RF-onvanger kunnen meerdere RF-zenders werken.
windsnelheidsmeter
schakelklok








5.6 Samenvatting

Introductie van bussystemen binnen de gebouwsysteemtechniek is het gevolg van een toename van allerlei elektrisch- en elektronisch gestuurde gebouwfuncties zoals:
- verlichtingsregeling
- zonnewering besturing
- verwarming- en klimaatregeling
- beveiliging
- energiebesparing

Het grote voordeel van een bussysteem is dat communicatie tussen deze verschillende functies mogelijk is.

Het EIB-systeem is een fabrikant onafhankelijk systeem met vele mogelijkheden. Het is een decentraal systeem dus iedere deelnemer heeft eigen intelligentie. Voor het functioneren van de bus is geen centrale computer nodig. Voor het programmeren is een PC met speciale software vereist.

Het BatiBUS-systeem toont veel gelijkenis met het EIB-systeem. Het aantal mogelijkheden is echter iets minder. Wel is het systeem ook fabrikant onafhankelijk. Het programmeren van de deelnemers gebeurd met behulp van duimwielschakelaars of met behulp van een PC met speciale software.

Het Nikobus-systeem is een fabrikant gebonden systeem. Op de bus worden alleen de sensoren aangesloten. Het systeem is half centraal. De intelligentie bevindt zich centraal in het (de) schakel-/rolluikmodu(u)l(en). Het systeem is beperkt in zijn mogelijkheden en alleen bedoeld voor toepassing in woonhuizen en andere kleine gebouwen.


5.7 Opgaven
1 Noem enkele ontwikkeling binnen de gebouwsysteemtechniek die hebben bijgedragen aan de introductie van bussystemen in gebouwen.

2 Noem enkele voordelen van het bussysteem als deze bestemd is voor meerdere gebouwfuncties in vergelijk met afzonderlijke conventionele installaties

3 Noem de voordelen van verlichtingsregeling met behulp van een bussysteem.

4 Noem nog enkele elektrisch bediende gebouwfuncties die via een bussysteem gerealiseerd kunnen worden.

5 Op welke manier kan een bussysteem een bijdrage leveren in de energiebesparing?

6 Wat wordt bij het EIB-systeem bedoeld met ‘decentrale intelligentie' en wat heeft dit voor voordelen?

7 Geef in het kort weer hoe een EIB-systeem opgebouwd kan worden. Geef ook de maximale mogelijkheden.

8 Noem een voordeel van het gebruik van lijn- en zonekoppelaars.

9 Noem enkele sensoren en actuatoren die voor het EIB-systeem verkrijgbaar zijn.

10 In welke twee delen kan het BatiBUS-systeem opgedeeld worden?

11 Hoe is de opbouw van het BatiBUS netwerk en welke eisen worden aan de kabel gesteld?

12 Noem enkele typen stations die voor het BatiBUS-systeem op de markt zijn.

13 Voor welk marktsegment is de Nikobus ontwikkeld?

14 Wat is het verschil van de deelnemers van het Nikobus-systeem ten opzichte van die van het EIB-systeem. Noem nog enkele verschillen tussen deze systemen.