Die Verbindung zwischen BACnet-basierter Gebäudeleittechnik und der Modbus-Gerätewelt übernehmen Gateways – entweder zur Verbindung unterschiedlicher Netzwerke in einer Anlage oder zur Anbindung von Modbus-Geräten an Systeme für die Fernwartung und Betriebsdatenerfassung. Modbus ist ein weit verbreiteter, herstellerneutraler De-facto-Standard für die digitale Datenkommunikation, der nicht nur im Gebäude, sondern auch in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung gerne eingesetzt wird. Wird das Modbus-Protokoll seriell über RS232/422/ 485-Signale übertragen, spricht man von Modbus-RTU. Wird hingegen Ethernet als Übertragungsmedium benutzt, spricht man von Modbus-TCP.
BACnet und Modbus verbinden
BACnet zählt zu den bekannten und verbreiteten Kommunikationsprotokollen in der Gebäudeautomation. Es wird in großen Gebäuden wie Bürokomplexen, Sportstadien oder Flughäfen gerne als Kommunikationsnetzwerk für die lokale Gebäudeleittechnik eingesetzt. BACnet arbeitet objektorientiert und bietet leistungsfähige Funktionen und Dienste, die speziell auf die Anforderungen der Datenkommunikation in der Gebäudeautomation zugeschnitten sind. Auch bei diesem Standard gibt es verschiedene Arten der physikalischen Datenübertragung. Wird das Protokoll seriell über RS485-Signale übertragen, spricht man von BACnet-MS/TP. Wird hingegen Ethernet als Übertragungsmedium benutzt, spricht man von BACnet-IP. HMS bietet mit seiner über 250 Varianten umfassenden Familie der Anybus-X-Gateways vielfältige Möglichkeiten zur Kopplung von Kommunikationsnetzen. Jüngstes Mitglied der Anybus Gateway-Familie ist das BACnet/Modbus-Gateway, das es ermöglicht, Geräte, die über eine Modbus-Schnittstelle verfügen, in ein übergeordnetes BACnet-Netzwerk einzubinden. Da Modbus nicht speziell für die Gebäudeautomation zugeschnitten ist, sondern auch in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung weit verbreitet ist, ist die Vielfalt der Geräte mit Modbus-Schnittstelle viel größer als die Anzahl der Geräte, die über eine integrierte BACnet-Schnittstelle verfügen. Das Gateway von HMS soll diese Lücke schließen und beide Welten miteinander verbinden.
Unterstützte Protokolle
Auf der BACnet-Seite unterstützt das Gateway das Ethernet-basierte BAC-net-IP-Protokoll mit 10 bzw. 100Mbit/s. Der Anschluss an das BACnet-Netz erfolgt über eine Standard-RJ45-Ethernet-Buchse. Modbus-seitig unterstützt das Gateway Ethernet-basierte Modbus-TCP-Geräte. Die opto-isolierte serielle Schnittstelle unterstützt entweder 2-Draht- oder 3-Draht-EIA-485 und das Modbus-RTU- sowie das Modbus-ASCII-Protokoll. (Bild 2). Bis zu 30 serielle Modbus-Geräte können über die RS485-Schnittstelle mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 115kbit/s an das Gateway angeschlossen werden. Modbus-seitig arbeitet das Gateway immer als Master und folglich die angeschlossenen Geräte als Slave. Durch das Virtual Routing wird jeder Modbus-Teilnehmer als eigener BACnet-Server mit einer eigenen Instanz dargestellt. Modbus-Datenpunkte werden als zugehörige BACnet-Objekte angezeigt. Das Mapping erfolgt mit Hilfe von Geräteprofilen. Für jeden am Modbus angeschlossenen Gerätetyp ist ein individuelles Profil erforderlich. HMS stellt vordefinierte Geräteprofile für häufig eingesetzte Geräte im Internet zum Download bereit. Zudem können über ein von HMS zur Verfügung gestelltes Tool eigene Profile erstellt werden. Auf Anfrage bietet HMS entsprechende Unterstützung. Das Gateway kann bis zu 1.000 Modbus-Datenpunkte verarbeiten. Bei der Inbetriebnahme werden grundlegende Einstellungen wie Baudrate und IP-Adressen über den integrierten Webserver des Gateways vorgenommen. Die Geräteprofile der Modbus-Geräte werden als Datei in das Gateway geladen und permanent gespeichert. Das Web-Interface bietet auch einfache Diagnosemöglichkeiten, um beispielsweise abzufragen, welche Modbus-Geräte online/offline sind. Ebenso können Modbus-Daten gelesen oder geschrieben werden. Über das BACnet-Gateway hinaus unterstützt die Gateway-Familie von HMS auch Lonworks als weiteren Standard für die Gebäudeautomation. Die Lonworks-Gateways stehen u.a für die Kopplung von Lonworks-Netzwerken mit Modbus, Profibus und Profinet zur Verfügung.
Fernwartung und Betriebsdatenerfassung für Modbus-Geräte
Geräte mit Modbus-Schnittstelle können auch in moderne Fernüberwachungssysteme eingebunden werden. Dazu bietet HMS mit dem Netbiter-System eine komplette Lösung für die Fernüberwachung und Betriebsdatenerfassung. Netbiter besteht aus zwei wesentlichen Komponenten: Die Netbiter-Gateways (Bild 4) werden in der entfernten Anlage vor Ort installiert und ermöglichen den Zugriff auf die in der Anlage befindlichen Modbus-Geräte über das Internet. Sie unterstützen die Anbindung von Modbus-Geräten über Ethernet (Modbus-TCP) oder seriell (Modbus-RTU). Das cloud-basierte Netbiter-Argos-Portal übernimmt das Verbindungsmanagement und stellt umfangreiche Funktionen zur Visualisierung, Analyse und Steuerung von Daten und Parametern bereit. Typische Anwendungen sind die Erfassung, Analyse und Optimierung von Verbrauchs- bzw. Erzeugerdaten in Gebäuden im Bereich Heizung, Klima, Lüftung oder Schneelastüberwachung sowie in Blockheizkraftwerken, Notstromversorgungen und Solaranlagen. Im Fokus steht ganz klar die Anlagenüberwachung und -verbesserung, d.h. das Erfassen von Betriebsdaten und das Ändern von Parameterwerten. Damit kann der Anwender beispielsweise Temperatur und Leistung überwachen und Anlagenparameter aus der Ferne anpassen. Mit den Remote-Access-Funktionen ist auch der direkte Zugriff auf die Programme der Steuerungen vor Ort möglich.
Komplettlösung bietet viele Vorteile
Während viele der am Markt befindlichen Systeme lediglich die Erfassung der Betriebsdaten bieten, beinhaltet das Netbiter-Konzept zusätzlich ein komplettes Betriebsdaten-Management, bestehend aus einer Logging-Funktion für die Langzeitdatenarchivierung sowie leistungsfähigen Auswerte-Tools für Reporting und Alarm-Management. Darüber hinaus bietet das System ein komplettes Projektmanagement, sodass verschiedene Benutzer mit unterschiedlichen Benutzerrechten ausgestattet werden können. Besonders vorteilhaft ist, dass keinerlei Programmierung notwendig ist, weder auf der Gateway-Seite noch auf dem Datenportal. Dadurch verringern sich die Inbetriebnahmezeiten und -aufwände. Im Vergleich zu herkömmlichen Fernwartungslösungen mit Routern, VPN und Client-Software können durch den Einsatz von Netbiter erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen erzielt werden.
Netbiter im Überblick
Das Netbiter-Gateway wird in der Anlage vor Ort installiert. Über seine Modbus-Schnittstelle können viele gängige Kleinsteuerungen aus dem Bereich der Gebäudeautomatisierung u.a. von Siemens, Mitsubishi, Eaton, Rockwell und Crouzet angebunden werden. Die Modbus-Schnittstelle kann auch für die direkte Kopplung von Feldgeräten wie Frequenzumrichtern, Energiemessgeräten und Motoren benutzt werden. Last but not least haben die Netbiter-Gateways auch analoge und digitale E/A direkt on Board. Die Verbindung zum Argos-Portal im Internet erfolgt entweder über Mobilfunk (3G) oder über Ethernet-Kabel. Gemessene Daten werden über das Internet zum zentralen Netbiter-Argos-Datenportal übertragen, wo sie langzeitarchiviert werden und über das Internet durch den Anlagenbetreiber oder Systemintegrator jederzeit für Auswertungen abgerufen werden können. Im Datenportal werden die Daten mehrerer Messstellen an einer Stelle zentral gespeichert. Der Anwender greift immer auf das Datenportal zu und muss nicht zu jedem einzelnen Feldgerät eine separate Verbindung aufbauen. Da der Benutzer ausschließlich auf das Datenportal (und nicht auf die Netbiter-Gateways) zugreift, treten keine Probleme mit dem Öffnen von Firewalls oder dem Zuweisen statischer IP-Adressen auf. Die komplette Konfiguration, d.h. welche Parameter geloggt werden, oder welche Signale überwacht werden, erfolgt per Standard-Webbrowser über das Netbiter-Argos-Datenportal.
Fazit
Auch wenn der Modbus-Standard schon etwas in die Jahre gekommen ist, so steht heute eine sehr große Vielfalt an Automatisierungsgeräten mit Modbus-Schnittstelle zur Verfügung. Für die Integration dieser Geräte in die moderne Gebäudeleittechnik bietet HMS mit den Anybus-Gateways und der Netbiter-Fernüberwachung geeignete Lösungen für den Datenaustausch in intelligenten Gebäuden auch über die Systemgrenzen hinweg. Durch die konsequente Vernetzung der Gebäudesystemtechnik bietet sich ein wirkungsvoller Weg zur Verbesserung der Energiebilanz. Effizienz, komfortable Bedienung, Sicherheit sowie aktuelle und zukünftige Anpassungsfähigkeit sind nur einige von vielen Ansprüchen an moderne Gebäudetechnik, die sich auch mit einer heterogenen Gerätewelt realisieren lassen.
