BACnet MSTP

Feldbusmodule mit dem BACnet Protokoll auf Basis von MS/TP (Master-Slave/Token-Passing) über RS‑485

Stand 11 / 2017

1. Einleitung

Jedes Gebäude benötigt eine sichere und zuverlässige Brandschutzlösung. Diese muss den gültigen Normen, Verordnungen und Richtlinien entsprechen.

Dieses schafft unser Bussystem, das den Verkabelungsaufwand drastisch reduziert bzw. minimiert und gleichzeitig die Sicherheit erhöht und auf einem Neutralen Kommunikationsprotokoll basiert: BACnet.

Die Feldbusmodule dienen zur Steuerung und Überwachung von motorisierten Brandschutzklappen von raumlufttechnischen Anlagen. Das System ist auch für die Einbindung von Schaltkontakten der Brandmeldeanlage sowie der Abgabe von Schaltbefehlen an die Lüftungsanlagen und Ventilatoren geeignet. Ferner können auch mechanische Brandschutzklappen mit Endschalter überwacht werden.

1.1. Warum Feldbusmodule mit BACnet?

BACnet ermöglicht den Betreibern von automatisierten Gebäuden die maximale Flexibilität und Rentabilität durch die Integration der verschiedensten Hersteller von Gebäudeautomationssystemen.

BACnet ist offen, interoperabel und erweiterbar für neue Technologien.

Da BACnet ein herstellerunabhängiges Protokoll ist, besteht keine Abhängigkeit von einzelnen Konzernen, die die Rechte an den anderen sogenannten „offenen Protokollen“ besitzen. BACnet unterliegt einer öffentlichen Aufsicht und Kontrolle. Standards können nicht ohne öffentliche Überprüfung geändert werden.

BACnet ist unabhängig von spezieller Hardware oder Betriebssystemen
BACnet ist ein ISO Standard
BACnet ist lizenzfrei verfügbar
BACnet unterstützt zahlreiche Netzwerkoptionen und passt sehr gut in die IT-Infrastruktur
BACnet hat tausende erfolgreiche positive Projekterfahrungen
BACnet wird von allen führenden Herstellern unterstützt
BACnet reduziert die Abhängigkeit von bestehenden Lieferanten
BACnet erleichtert die Vergleichbarkeit (PICS, BIBBS)

BACnet ermöglicht, dass Controller verschiedener Hersteller Informationen austauschen und den Betrieb unterschiedlichster Geräte koordinieren, um eine optimale Gebäude Performance zu erreichen.

Erweiterungen können herstellerneutral geplant und realisiert werden. Durch BACnet ist ein optimaler Investitionsschutz gewährleistet.

2. Leistungsmerkmale

2.1. Bussystem

Das gesamte System zur Überwachung und Steuerung von Brandschutzklappen wird über einen 2-Draht Feldbus verdrahtet, um eine kürzere und kostengünstigere Installation zu ermöglichen.

Im Fokus steht die Betriebssicherheit und einfache Installation (somit kostengünstig).
Die Inbetriebnahme, Diagnose, Wartung und Erweiterung der Anlage kann somit schnell und unkompliziert durchzuführen sein.

2.1.1. Kommunikationsmerkmale

Standardisiertes Protokoll aus der Gebäudeautomation
(BACnet Profil: BACnet Advanced Application Controller (B-AAC) (Masterfunktion und COV)
Leitungslängen bis 7,2 km ohne zusätzliche Repeater oder Leistungsverstärker
Bis zu 127 Teilnehmer ohne zusätzliche Repeater oder Leistungsverstärker
Einfache Installation mit 2-Draht, verpolungssicher
Reaktionszeit unter einer Sekunde
Bereitschaft nach Einschalten weniger als 10 Sekunden
Betriebsart Linie oder Baumstrucktur
Ansteuerung von mindestens 250 Klappen auf einer Linie (2-fach Module)
BACet MS/TP Module anderer Hersteller im selben Bussystem betreibbar

2.2. Hardware

Modul zur Ansteuerung und Überwachung von bis zu zwei Brandschutzklappen über ein normiertes Feldbussystem (BACnet MS/TP). Es können mechanische und elektrische Brandschutzklappen mit 24V AC oder 230V AC Federrücklaufantrieb sowie Rauchmeldern eingesetzt werden.

Die Eigensicherheit und Funktion der Brandschutzklappen ist zu jedem Zeitpunkt gegeben. Sie wird weder bei Busfehler noch durch Fehler in der Software oder Hardware beeinträchtigt. Die Rauch- und Brandmeldekontakte bilden eine Sicherheitskette, die ein Betätigen der Klappe im Fehlerfall sicherstellt. Diese Sicherheitskette besteht aus Sicherheitskontakten in Form von Öffner-Kontakten in Serie zum Schaltrelais in Form eines Schließers. Das Betätigen der Klappe erfolgt auch bei Spannungsausfall durch in den Klappenantrieben gespeicherte Energie (in der Regel Federkraft).

2.2.1. Stromversorgung und Bus

Die Spannungsversorgung erfolgt bei 230V als auch bei 24V Klappenantrieben über 230V AC.

Anschlüsse:

Energieversorgung 230V AC eingehend
Energieversorgung 230V AC abgehend zum nächsten Modul
Busanschluss ankommend
Busschluss abgehend

2.2.2. Anschlüsse je Klappenantrieb

Ausgang für Klappenantrieb 230V AC
Wahlweise 24VAC / DC max. 500mA
Klemmen für Sicherheitskontakt Thermoauslöser
Klemmen für Sicherheitskontakt Rauchmelder
Potentialfreier Digitaleingang für Endlage AUF
Potentialfreier Digitaleingang für Endlage ZU
Potentialfreier Digitaleingang für Rauchmeldung
Potentialfreier Digitaleingang für Rauchmelder Verschmutzung
Potentialfreier Digitaleingang für Luftstromüberwachung
Stromversorgung für Rauchmelder 24V DC 4VA

Abb. 2

Optional können herstellerspezifische Steckverbinder (AMP) vorgesehen werden.

Für den Motor:

Für die Endlagenschalter:

2.2.3. Test und Statusanzeige je Klappenantrieb auf dem Modul

Anzeige aller Digitaleingänge über LED
Anzeige aller Digitalausgänge über LED
Anzeige Kommunikation- und Betriebsstatus über LED
Taster zum Betätigen der Klappenantriebe bei der Inbetriebnahme (Funktionstest)

2.2.4. Überwachungsfunktionen Klappenantrieb

Überwachung der Sicherheitskette Brandmeldekontakt
Überwachung der Sicherheitskette Rauchmeldekontakt
Überwachung der Motorspannung (nur bei 24)
Überwachung des Verschmutzungsgrads (bei Rauchauslöseeinrichtung)
Laufzeitüberwachung des Klappenmotors

2.2.5. Systemüberwachung

Systemüberwachung (Watchdog)
Überwachung der Spannugsversorgung

2.2.6. Feldbusschnittstelle

RS485 Schnittstelle nach (ANSI/TIA/EIA-485-A-98) (R2003)
integrierter, zuschaltbare Repeater (Signalverstärkung)
integrierte, zuschaltbare Busabschlüsse
Überwachung auf Kurzschluss im Segment
Überwachung auf Leitungsbruch im Segment
Kommunikationsüberwachung (Watchdog)
Überwachung und automatische Korrektur bei Verpolungsfehler

2.2.7. RTC (Echtzeituhr mit Kalender)

Automatische Sommer- und Winterzeit Umschaltung
Schaltjahrkorrektur
Optional Kalenderfunktion (BACnet Calenter nur mit Master)
Optional Schaltprogramme mit Sonderzeiten (BACnet Scheduler nur mit Master)
Überbrückungszeit bei Spannungsunterbrechung mindestens 72h

2.3. Funktionale Eigenschaften

2.3.1. Verhalten nach Einschalten und Software-Reset

Das Modul besitzt keinen Netzschalter. Nach Einschalten des Moduls beginnt sofort die Verarbeitung des internen Programmes.

Die Klappen werden auf die vor dem Ausschalten gültige Position gefahren.
Im Auslieferzustand ist die Position der Klappenstellung „ZU“
Nach Erhalt einer neuen Positionsanforderung über das Kommunikationsnetzwerk wird die neue Position unmittelbar angesteuert.

2.3.2. Unterspannungserkennung

Bei Unterspannung wird die aktuelle Position und sonstige Betriebsdaten gesichert, damit nach Neustart sich das Modul im gleichen Zustand befindet.

Der Schwellwert für die Unterspannung ist 18,5V (EIN) … 19,6V(AUS) festgelegt. Unter dieser Spannung werden die Motoren abgeschaltet und über die LEDs eine Störung angezeigt.

2.3.3. Überlastung am Ausgang (Kurzschluss)

Die Ausgänge sind gegen Überlastung abgesichert.

Bei 230V Antriebe über eine Schmelzsicherung,

bei 24V Antrieben über eine elektronische und rücksetzende Sicherung.

2.3.4. Adressierung

Die Adressierung und Inbetriebnahme erfolgt über USB.

2.3.5. Verknüpfungen (Folgeschaltung) mit anderen Modulen

Das Modul kann während der Laufzeit programmiert werden.

AND / OR / EXOR / NOT Verknüpfungen,
mit Ein- und Ausgängen der anderen Module,
und Kommunikationsüberwachung mit den verknüpften Modulen.

Denkbar als Matrix mit bis zu 256 Eingängen und 128 Merkern.

2.3.6. Gruppensteuerung

Über die Gruppensteuerung wird festgelegt, welche Klappen automatisch bei Brand oder einer Störung (z. B. Schmelzlot ausgelöst oder Rauchmeldung) gemeinsam gesteuert werden.

Das Modul kann auch zu mehreren Gruppen (max.16) zugeordnet sein.

2.3.7. Funktionsprüfung der Klappen

Eine Funktionsprüfung prüft die Klappenfunktionalität und Laufzeit.

Der Zyklus einer Prüfung ist immer von AUF nach ZU nach AUF
Ist die Klappe vor Prüfung geschlossen, erfolgt erst ein Befehl AUF
Ist die Klappe vor Prüfung geschlossen, wird die Klappe nach dem Test wieder geschlossen
Ein Steuerbefehl während der Prüfung wird erst nach der Prüfung ausgeführt
Eine Störung (Brandfall oder Rauchmeldung), wird die Klappe sofort geschlossen

Die Prüfung kann

manuell durch die lokalen Taster im Gerät,
über Kommunikation
oder optional, in Abhängigkeit vom Master, automatisch über Kalenderfunktion (Datum und Uhrzeit) ausgelöst werden.

Folgende Daten werden dabei nicht flüchtig gespeichert:

Datum und Uhrzeit der Prüfung (Sekundengenau)
Laufzeit für das Öffnen der Klappe
Laufzeit für das Schließen der Klappe

Diese Daten können über die Kommunikationsschnittstelle jederzeit ausgelesen werden.

Für die Überwachung der Laufzeiten sind die Laufzeiten der Motoren mit Toleranzbereich einstellbar. Eine Überschreitung der Laufzeit führt zu einem Fehler.

Die Verarbeitung des Fehlers ist über die BACnet-Alarmbehandlung (Selbsthaltend mit Quittierung etc.) einstellbar.

2.3.8. Kalenderfunktion (Optional)

Für die Steuerung von automatischen Funktionsprüfungen.

Mindestens 32 Einträge
Mit Wildcard (jeden Monat, jedes Jahr, …) (BACnet Konform)

Die interne Uhrzeit muss über die Kommunikation automatisch synchronisiert werden können.

2.3.9. Systeminformationen

Über die Kommunikationsschnittstelle sind folgende Systeminformationen (nicht flüchtig) verfügbar:

Gerätetype
Seriennummer
Version der Firmware
CRC / Version der Applikation und Verknüpfungen
weitere systembedingte Zustände und Systemfehler

Zudem können Informationen (Kommentare) über die angeschlossenen Antriebe (Klappen) gespeichert und abgerufen werden. Mindesten 8 Textblöcke je 64 Zeichen je Klappe.

Fabrikat: D&S Steuerungssysteme Köln GmbH

Type: BSK-2-MS/TP

3. Normen und Richtlinien

CE	2014/30/EU	Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
Niederspannungsrichtlinie	2014/35/EU
RoHS	2011/65/EU	Rohstoffverordnung zur WEEE
Kommunikationsprotokoll	DIN EN ISO 16484-5:2011-03	Systeme der Gebäudeautom.-Teil 5
	ASHRAE 135-2010, Version 1.12
	AMEV Richtlinie BACnet 2011 V1.2 (AS Profil A)
	Modbus RTU
Schutzklasse	II
Schutzgrad besser	IP40
Temperaturbereich		mindestens 0°C … +50°C
Relative Feuchte		mindestens 5% … 95% rel. Feuchte, nicht kondensierend

3.1. Stabilitätsanforderungen

Das System ist für Dauerbetrieb ausgelegt.

Die in der Umgebung des Einsatzbereiches (Gebäudeinstallation) vorkommenden elektrischen, elektromagnetischen und funkbasierten Störungseinflüsse haben keine Auswirkungen auf den sicheren Betrieb des Systems. Grenzwerte sind durch die entsprechende EMV-Norm festgelegt

Alle Softwarekomponenten sind mit entsprechenden Watchdog-Mechanismen abgesichert. Diese überwachen alle Funktionen des Betriebssystems, der Kommunikations-Stacks und des Applikationsprogramm und schließen einen Deadlock aus.

3.2. Serviceschnittstelle

Dient zum Programmieren der Applikation. Das Programm wird im Werk des Auftraggebers auf das System geladen. Dies kann durch verschiedene Schnittstellentypen (z.B. USB) erfolgen.

3.3. Verwendung

Innerhalb von Gebäuden, ausgeschlossen

in explosionsgeschützten Bereichen,
in Umgebungen mit schädlichen Ölen, Säuren, Gasen, Dämpfen, Stäuben und Strahlungen,
in Außen- und Nassbereichen,
in Bereichen mit direkter Sonneneinstrahlung.

Bei Einhaltung der vorgeschriebenen Einsatzbedingungen ist das Modul wartungsfrei.

Das Gerät darf nur von einer Elektrofachkraft installiert und verdrahtet werden.

Eine Elektrofachkraft ist eine Person, die aufgrund ihrer fachlichen Ausbildung, Kenntnisse und Erfahrungen sowie Kenntnis der einschlägigen Normen die ihr übertragenen Arbeiten beurteilen und mögliche Gefahren erkennen kann.

4. Technische Daten

Elektrischer Anschluss:
Spannungsversorgung:	AC 230V +/- 10%	50 Hz
Leistungsaufnahme:	< 22 VA
Sicherung:	0,315AT	Schmelzsicherung 5 x 20mm
Brandschutzklappe:
Motor Spannung:	24V AC +/- 10%	mit elektrischen Federrücklaufmotor
Motor Leistung:	Max. 10VA
Überlastbegrenzung:	thermische Sicherung
Schaltstrom:	6 A	(≤ 10 A @ 5 ms)
Gebrauchskategorien:	AC15	Nach EN 60947-5-1
Störkette:
Rauchmelder:	Unterbrechung bei Störung	Öffner-Kontakt, wenn nicht vorhanden, muss der Eingang gebrückt werden.
Brandmelder:	Unterbrechung bei Störung	Öffner-Kontakt, wenn nicht vorhanden, muss der Eingang gebrückt werden.
Funktion:	In Serie zur Motorwicklung	Eigensicher auch bei defekten Schaltkontakt des Relais
Endlagenerkennung:
Digitaleingang Klappe AUF:	Potentialfrei NO	Geschlossen, wenn Endlage erreicht
Digitaleingang Klappe ZU:	Potentialfrei NO	Geschlossen, wenn Endlage erreicht
Potential:	24V DC	Eingangsstrom ca. 5mA
Funktion:	Integrierte Laufzeitmessung	(für beide Laufwege)

Feldbus:
Feldbus:	RS485
Übertragungsraten:	9,6k … 115k
Protokoll 1:	BACnet MS/TP Master Adressbereich 1…127	BACnet Funktionen siehe PICS
Protokoll 2:	Modbus RTU Slave Adressbereich 1…250	Parity N, E, O, 1 oder 2 Stopbit
Digitalausgänge (je Motor):
Schaltausgang:	24V AC	Max. 10VA
Überlastbegrenzung:	thermische Sicherung
Schaltstrom:	6 A
Gebrauchskategorien:	AC15	Nach EN 60947-5-1
Digitaleingänge (× 10):
Pegel:	24V DC	Potentialfrei, ca. 5mA

Anzeige (LED):
System:	Power, Status1	grün gelb
Digitaleingänge:	BSK1 Endlage Auf/Zu BSK2 Endlage Auf/Zu RM1 – Alarm RM1 – Verschmutzt RM1 – Verschm. / Strömung RM2 – Alarm RM2 – Verschmutzt RM2 – Verschm. / Strömung	grün grün rot grün grün rot grün grün
Digitalausgänge:	Status BSK1, Status BSK2	gelb
Taster / Test BSK:	Test1, Test2	gelb
Schnittstelle 1:	RX (empfangen), TX (senden), Error(Fehler)	grün gelb rot
USB:	Link(gelb) RX/TX(grün)
Service-Kommunikation (× 1):
Service:	USB	Geräteklasse CDC (Kommunikation und CDC-Steuerung)
Protokoll:	Telnet
Einsatzbedingungen:
Temperatur:	-10 …+50 °C
Feuchte:	10 …95 % r.F.	nicht kondensierend

Lagerbedingungen:
Temperatur:	-20 …+70 °C
Feuchte:	10 …95 % r.F.	nicht kondensierend
Gehäuse (Installations-Einbaugehäuse):
Abmessung:	200 x 150 x 75 mm
Farbe:	grau
CE Konformität:
CE:	2014/30/EU	Nach der Richtlinie Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
RoHS:	2011/65/EU	Rohstoffverordnung zur WEEE
REACH	1907/2006/EG
Allgemein	DIN EN 50491	Allg. Anforderungen an die elektrische Systemtechnik für Heim und Gebäude und an Systeme der Gebäudeautomation
BACnet:
Norm:	DIN EN ISO 16484-5:2011-03	Systeme der Gebäudeautomation-Teil 5: Datenkommunikationsprotokoll
Version:	1.12	ASHRAE 135-2010
Testat:	AMEV (BACnet 2011 V2)	Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen Programmierbare Automationsstation (B-BC) mit AMEV Profil B (erweiterte Ausstattung)
BACnet Profil		BACnet Advanced Application Controller (B-AAC)

CPU:
Type:	32 Bit ARM-CPU
Echtzeituhr:	integriert	Pufferung min. 72h
Überwachung:	Integrierter Watchdog	Überwacht alle Funktionen des Betriebssystems, der Kommunikations-Stacks und des Applikationsprogramm.
Firmwareupdate:
Update:	Über USB	Ohne Verlust der Applikationsabhängigen Kalibrier-Daten und Variablen und ohne Abhängigkeit der Applikation.
Applikation:
Skript:	LUA	Integration eines LUA-Interpreters mit allen notwendigen API’s für den Zugriff auf BACnet-Objekte und IO. LUA ist eine eingebettete und Plattformunabhängige Skriptsprache. Die Programmquellen sind reine Textdateien. Eine Programmaktualisierung erfolgt durch Download über USB.