Digitale Gebäudeautomation

ISBN-13: 9783642621765 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 452 str.

Arbeitskreis Der Professoren F. R. Regelungstechnik; Siegfried Baumgarth; Elmar Bollin

Opis

Der zunehmende Einsatz der Mikroprozessortechnik im Bereich der Gebaudeautomation und anderen versorgungs- und verfahrenstechnischen Bereichen verdrangt die klassische analoge Regel- und Steuerungstechnik. Dieses Buch fuhrt in die Grundlagen ein, schildert die Moglichkeiten der Anwendung und nennt die Probleme. Beispiele machen das Buch insbesondere auch fur den Praktiker in der Industrie und in Planungsburos interessant.

Spis treści

1 Einleitung.- 2 Einführung in die binäre Steuerungstechnik.- 2.1 Kontaktbehaftete Steuerungstechnik in der Gebäudeautomation.- 2.1.1 Übersicht.- 2.1.2 Hauptstromkreise.- 2.1.2.1 Drehrichtungsumsteuerung.- 2.1.2.2 Stem-Dreieck-Anlauf.- 2.1.2.3 Drehzahlumschaltung eines D-Motors mit getrennten Wicklungssystemen.- 2.1.2.4 Drehzahlumschaltung eines D-Motors mit Dahlander-Wicklung.- 2.1.3 Hilfsstromkreise.- 2.1.3.1 Kontaktverriegelung.- 2.1.3.2 Hand- und Notbedienebene.- 2.1.3.3 Überwachungs- und Sicherheitsschaltungen.- 2.2 Binäre Grundfunktionen.- 2.2.1 Verknüpfungsfunktionen.- 2.2.1.1 Elementarverknüpfungen.- 2.2.1.2 Abgeleitete Verknüpfungen.- 2.2.1.3 Übersicht über alle Verknüpfungsmöglichkeiten für 2 Variable.- 2.2.1.4 Systematischer Entwurf einer Verknüpfungssteuerung.- 2.2.1.5 Grundzüge der Schaltalgebra.- 2.2.2 Speicherfunktionen.- 2.2.2.1 RS-Speicher.- 2.2.2.2 Erzwingen eines Vorranges.- 2.2.2.3 Beispiel: Wendeschaltung für einen Drehstrommotor.- 2.2.2.4 Speicher mit dynamischem Eingang (T-Flipflop).- 2.2.3 Vergleicher.- 2.2.4 Zeitfunktionen.- 2.2.4.1 Ansprechverzögerung.- 2.2.4.2 Rückfallverzögerung.- 2.2.4.3 Kurzzeiteinschaltung.- 2.2.4.4 Erzeugung einer neuen Zeitfunktion aus einer vorhandenen Zeitfunktion.- 2.2.4.5 Mindesteinschaltzeit.- 2.2.4.6 Mindestausschaltzeit.- 2.3 Anwendungsspezifische Funktionen und Funktionsbausteine.- 2.3.1 Befehlsgabe mit Rastschaltern und Tastschaltem.- 2.3.2 Erfassen, Verarbeiten und Melden von Störungen.- 2.3.2.1 Speicherung von Störungsmeldungen.- 2.3.2.2 Sammelstörmeldung mit Hupe.- 2.3.3 Folgesteuerung.- 2.3.3.1 Handbetätigte Folgesteuerung.- 2.3.3.2 Zeitgesteuerte Folgesteuerung.- 2.3.4 Ausführungsüberwachung für einen Schaltbefehl.- 2.3.5 Drehzahlumschaltung für zweistufigen Ventilator.- 2.3.6 Filterüberwachung.- 2.3.7 Keilriemen- und Strömungsüberwachung.- 2.3.8 Pumpensteuerung.- 2.3.8.1 Einzelpumpe für Wärmeübertrager.- 2.3.8.2 Doppelpumpensteuerung.- 2.3.9 Frostschutz.- 2.3.10 Beispiel: Steuerung einer einfachen Lüftungsanlage.- 3 Mikroprozessortechnik und EDV.- 3.1 Die Darstellung von Zahlen und Zeichen im Computer.- 3.1.1 Die Codierung von Zahlen.- 3.1.2 Rechenregeln von Integer-Zahlen.- 3.1.3 Die Darstellung von Gleitkommazahlen im Computer.- 3.1.4 Die Übertragung von Zeichen.- 3.2 Rechnersysteme.- 3.2.1 Die Baugruppen eines Rechnersystems.- 3.2.2 Einplatinenrechner und Mikrocontroller.- 3.2.3 Betriebssysteme.- 3.2.4 Schnittstellen.- 3.2.5 Programmiersprachen.- 4 Einführung in die digitaleSignalverarbeitung.- 4.1 Kommunikation zwischen Prozess und Rechner.- 4.1.1 Umwandlung analoger Signale in Binärsignale.- 4.1.2 Digital/Analog-Umsetzet (DA-Wandler).- 4.1.3 Analog/Digital-Umsetzer (AD-Wandler).- 4.1.4 Analog-Multiplexer.- 4.2 Zeitdiskrete Übertragungsglieder.- 4.2.1 Das Abtasten und Halten der Signale.- 4.2.2 Einfache zeitdiskrete Übertragungsglieder.- 4.2.3 Digitale Filter.- 5 Regelungsverfahren.- 5.1 Kopplung Rechner — Prozess.- 5.2 Regelalgorithmen in der DDC-Technik.- 5.2.1 Proportionaler Regler (P-Regler).- 5.2.2 Integraler Regler (I-Regler).- 5.2.3 PI-Regler.- 5.2.4 PD-Regler.- 5.2.5 PID-Regler.- 5.3 Spezielle Reglerprogramme.- 5.3.1 Sequenzansteuerung.- 5.3.2 Bedarfsabh ängige Schaltung.- 5.3.3 Kaskadenregelung.- 5.3.4 Regler mit Strukturumschaltung.- 5.4 Einstellregeln.- 5.4.1 Einstellregeln für Strecken mit Ausgleich.- 5.4.1.1 Einstellregeln ohne Berücksichtigung der Zykluszeit Tz.- 5.4.1.2 Einstellregeln mit Berücksichtigung der Zykluszeit Tz.- 5.4.2 Einstellregeln für Strecken ohne Ausgleich.- 5.4.3 Experimentelle Einstellregeln nach Ziegler und Nichols.- 5.4.4 Einfluss der Laufzeit des Antriebes.- 5.4.5 Einfluss der Nichtl inearität auf das Regelverhalten.- 5.5 Regelung mit Fuzzy-Logik.- 5.5.1 Einleitung.- 5.5.2 Struktur eines Fuzzy-Systems.- 5.5.3 Fuzzifizierung.- 5.5.4 Inferenz.- 5.5.4.1 Aggregation.- 5.5.4.2 Inferenz im engeren Sinne (Aktivierung).- 5.5.4.3 Akkumulation.- 5.5.5 Defuzzifizierung.- 5.5.6 Zusammenfassung aller Verarbeitungss chritte.- 5.5.7 Singletons.- 5.5.8 Fuzzy-Tools.- 5.5.9 Anwendungen in der Gebäudeautomation.- 6 Kommunikation und Bussysteme.- 6.1 Grundl agen der Datenkommunikation.- 6.1.1 Schnittstellen zum PC.- 6.1.2 Verfahren zur Datenübertragung.- 6.1.3 Bussysteme.- 6.1.4 Die 7 Schichten des ISOIOSI-Kommunikationsmodells.- 6.1.5 Das Referenzmodell am Beispiel des Internet.- 6.1.6 Verbindung von Netzwerken.- 6.2 Europäischer Installationsbus (EIB).- 6.2.1 Einführung.- 6.2.2 Aufbau des EIB.- 6.2.3 Adressierung, Telegrammaufbau und Buszugriffsverfahren.- 6.2.4 Arbeitsschritte beim Aufbau eines EIB-Systems.- 6.3 Local Operating Network (LON).- 6.3.1 Die Bedeutungder LonWorks-Technologie.- 6.3.2 LonWorks-Komponenten.- 6.3.2.1 Der Neuron-Chip.- 6.3.2.2 Transceiver.- 6.3.2.3 Das LonTalk-Protokoll.- 6.3.2.4 Entwicklungswerkzeuge.- 6.3.2.5 Das Kommunikationsprinzip.- 6.3.3 Die Schnittstellezur Anwendung.- 6.3.3.1 Das Netzwerkinterface der Anwendung.- 6.3.3.2 Standard-Netzwerk-Variablen-Typen (SNVTs).- 6.3.3.3 Die Konfigurationsparameter.- 6.3.3.4 Die LonMark-Objekte.- 6.3.3.5 Das externe Interface des LonWorks-Knotens.- 6.4 Building Automation and Control Network (BACnet).- 6.4.1 BACnet im ISO-OSI-Referenzmodell.- 6.4.2 Datenobjektein BACnet.- 6.4.3 Zugriffsfunktionen (SERVICES).- 6.4.3.1 Objekt Zugriffsfunktionen.- 6.4.3.2 Filetransferfunktionen.- 6.4.3.3 Alarm und Event-Funktionen.- 6.4.3.4 Remote DeviceManagement Funktionen.- 6.4.3.5 Virtual Terminal Funktionen.- 6.4.4 Interoperabilität.- 6.4.4.1 Functional Groups.- 6.4.4.2 PICS (Protocol lmplementation Conformance Statement).- 6.4.4.3 BIBB’s (BACnet Interoperable Building Blocks).- 6.4.4.4 Vergabe von Prioritäten.- 6.4.5 Beispiele.- 7 Zentrale und dezentrale Automationssysteme.- 7.1 Zentrale Automationssysteme.- 7.1.1 Entwicklungund Aufbau der Systeme.- 7.1.2 Programmierung von Automationssystemen.- 7.1.2.1 Anlagendarstellung mit Regelungs- und Steuerungsstrategie.- 7.1.2.2 Programmierung binärer Steuerungsfunktionen.- 7.1.2.3 Programmierung analogerRegelungsfunktionen.- 7.2 Dezentrale Automation mit offenenFeldbussysten.- 7.2.1 Firmenspezifische und offene Bussysteme.- 7.2.2 Möglichkeiten und Einsatz offener Bussysteme.- 7.2.3 Verlagerung der Automationsintelligenzin die Feldebene.- 7.2.3.1 Dezentralisierung des Schaltschranks.- 7.2.3.2 Steuerungs- und Regelungsstrukturen von RLT-Anlagen.- 7.2.3.3 Feldbusmodule für RLT-Anlagen.- 7.2.4 Kommunikation der Module über offenes Bussystem.- 7.2.4.1 Erstellungeines Netzwerkes mit offenem Bussystem.- 7.2.4.2 Binden von Feldbusmodulen in ein offenes Netzwerk.- 7.2.4.3 Zentralmodul.- 7.2.4.4 Intelligente Sensoren.- 7.3 Raumautomation mit offenemFeldbussystem.- 7.3.1 Elektrische Installationstechnik.- 7.3.2 Raumtemperaturregelung.- 7.3.3 Anpassung der Energiebereitstellung an den Bedarf der Räume.- 8 Elektromagnetische Verträglichkeit und Überspannungsschutz in der Gebäudeautomation.- 8.1 Übersicht.- 8.2 Störquellen.- 8.2.1 Technische elektromagnetische Vorgänge.- 8.2.2 Elektrostatische Entladungen.- 8.2.3 Blitzentladungen.- 8.3 Kopplungsmechanismen.- 8.3.1 Galvanische Kopplung.- 8.3.2 Induktive Kopplung.- 8.3.3 Kapazitive Kopplung.- 8.3.4 Strahlungskopplung.- 8.4 Störfestigkeit diskreter und analoger Systeme.- 8.4.1 Störfestigkeit binärer Signalübertragungen.- 8.4.2 Störfestigkeit analoger Signalübertragungen.- 8.5 Störbeeinflussung in der Gebäudeautomation.- 8.5.1 Galvanische Kopplungen.- 8.5.2 Erdschleifen.- 8.5.3 Magnetische Kopplungen.- 8.5.4 Kopplungen über parasitäre Kapazitäten.- 8.5.5 Entstörmaßnahmen für Signalleitungen.- 8.6 Überspannungsschutz, Schutzbeschaltungen.- 8.6.1 Überspannungen durch Blitz.- 8.6.2 Schutz- und Entstörbeschaltungen.- 8.6.3 Blitzschutzzonen-, EMV-Konzept.- 8.7 EMV-gerechte Gebäudeautomation.- 8.7.1 Blitzschutz.- 8.7.2 Potenzialausgleich, Erdung.- 8.7.3 Verkabelung.- 8.7.4 Schutzbeschaltungen und Stromversorgungen.- 8.7.5 Strahlung und Aufladungen.- 9 Gebäudeautomation und technisches Gebäudemanagement.- 9.1 Einführung.- 9.2 Funktionen eines Gebäudeautomationssystems.- 9.2.1 Verarbeitungsfunktionen der Feldebene.- 9.2.2 Verarbeitungsfunktionen der Automationsebene.- 9.2.3 Managementebene, Aufbau und Verarbeitungsfunktionen.- 9.3 Aufgaben der Systemintegration.- 9.3.1 Systemintegration, Begriffsdefinition.- 9.3.2 Herstellemeutrale Managementebene und Open Process Control (OPC).- 9.3.3 BACnet als Standardprotokoll für die Managementebene.- 9.3.4 Gebäudesicherheit und Gebäudeautomation.- 9.4 Energiemanagement.- 9.4.1 Verarbeitungsfunktionen zur Optimierung der Energieeffizienz einzelner Anlagenbereiche.- 9.4.2 Automatisierungsfunktionen zur gewerkeübergreifenden Optimierung.- 9.4.3 Systematisches Energiemanagement und Energiecontrolling.- 9.4.4 Dynamische Gebäudesimulation.- 9.5 Gebäudeautomation und technisches Gebäudemanagement.- 9.5.1 Instandhaltung.- 9.5.2 Gebäudeautomation und Computer Aided Facility Management (CAFM).- 9.5.3 Contracting.- 10 Beispiele.- 10.1 h,x-geführte Regelung.- 10.1.1 Umluftbeimischung bei einer Wäscheraustrittstemperatur-Regelung.- 10.1.2 Klimaanlage mit Umluftbeimischung und Dampfbefeuchtung.- 10.1.3 Umluftklappenansteuerung ohne Feuchtelasten (xz = xR).- 10.2 Klimatisierung mit Behaglichkeitsfeld.- 10.2.1 Feuchteregelung mit neutraler Feuchtezone.- 10.2.2 Feuchte-Kaskadenregelung mit neutraler Feuchtezone.- 10.2.3 Feuchte-Kaskadenregelung mit neutraler Feuchtezone und Behaglichkeitsfeld.- 10.3 Optimale Regelung von Klimaanlagen.- 10.3.1 Das Optimierungsproblem.- 10.3.2 Das Nullenergieband.- 10.3.3 Die Bestimmung optimaler Abluftzustände.- 10.3.4 Die optimale Ansteuerung der Luftbehandlungselemente.- 10.3.5 Test und Realisierung des Verfahrens.- 10.4 VVS-Lüftungsanlagen.- 10.4.1 VVS-Lüftungsanlage mit stetiger Drehzahlregelung.- 10.4.2 VVS-Anlage mit zweistufigen Ventilatoren.- 10.5 Optimierung der Energieverteilung.- 10.5.1 Optimierung bei Einsatz eines druckarmen Unterverteilers.- 10.5.2 Brennwertkessel mit druckarmem Unterverteiler.- 10.6 Druckerhöhungsanlage.- 10.6.1 Hydraulische Anforderungen.- 10.6.2 Funktionsweise der Anlage.- 10.6.3 Steuerung.- 10.6.4 Ergänzende Funktionen.- 10.7 Strategien für Mehrkesselheizanlagen.- 10.7.1 Regelung der gemeinsamen Vorlauftemperatur.- 10.7.2 Führung skesselbelastung als Zuschaltkriterium.- 10.7.3 Folgeschaltung bei Kesseln mit stetigen Brennern.- 10.7.4 Zyklischer Kesseltausch.- 10.7.5 Folgestrategien bei gleitenden Kesseltemperaturen.- 10.7.6 Folgestrategien bei Kesseln mit zweistufigen Brennern.- 10.8 Automation solarthermischer Anlagen.- 10.8.1 Einführung.- 10.8.2 Automatisierungsaufgaben in solarthermisc hen Anlagen.- 10.8.3 Ausführun gsbeispiel einer solarthermischen Anlage.- 10.9 Strategienfür eine pH-Wert-Regelung.- 10.9.1 Verbesserung der Streckenkennlinie.- 10.9.2 Neutralisation einer sauren/basischen Lösung.- 10.9.3 Verbesserung des Zeitverhaltens Tt/T1.- Sachwortverzeichnis.

O autorze

Prof. Dipl.-Ing. Elmar Bollin lehrt ebenfalls Fachbereich Maschinenbau der FH Offenburg

Blurb

Die Thematik dieses Buches entwickelte sich aus den Vorlesungen und zahlreichen Fortbildungsveranstaltungen. Der zunehmende Einsatz der Mikroprozessortechnik im Bereich der Gebäudeautomation und anderen versorgungs- und verfahrenstechnischen Bereichen machte es erforderlich, mit diesem Buch eine Lücke zu schließen.

Ausgehend von einer Einführung in die digitaleSignalverarbeitung, in die Anwendungen des Mikroprozessors in derVersorgungstechnik sowie in die Steuerungs- und Regelungstechnik wird ein Überblick über die zentrale und dezentrale Gebäudeautomation gegeben. Dabei wird auch moderne Programmiertechniken für Automationsstationen eingegangen.

In einem besonderen Kapitel werden die in der Gebäudetechnik eingesetzten Kommunikations- und Bussysteme wie EIB, LON und BACnet behandelt. Die überarbeitete Auflage wurde um die Themen "Elektromagnetische Verträglichkeit" und "Technisches Gebäudemanagement" erweitert. Ein letztes Kapitel beinhaltet zahlreiche praktische Beispiel von Regelungs- und Steuerungsstrategien wie z. B. h,x-geführte Regelung, VVS-Lüftungsanlagen, Optimierung der Energieverteilung, solarthermische Anlagen.