Die Heizungssteuerung und das eBus- System. (Teil2)
Für Heizungsapplikationen lassen sich diese Protokolleigenschaften entsprechend dem Szenario: erweitertes eBUS-System ableiten.
• Multimastereigenschaft: In einem System gibt es mehrere intelligente Einheiten - z.B.
Feuerungsautomat 1, Feuerungsautomat 2, Regler, Testsystem, Modem, etc. -, die
„gleichrangig“ sein sollten. Gleichrangigkeit bedeutet Master-Eigenschaft. Die
Mastereigenschaft bedeutet für einen Modul, daß er von sich aus eine Kommunikation über
das Netzwerk mit einem anderen Modul - einem anderen Master oder einem „Slave“
initiieren darf, ohne darauf warten zu müssen, bis er dieses Recht von einem anderen
Modul zugeteilt bekommt. Diese Multimasterfähigkeit ist für Heizungsanlagen besonders wichtig:
- Jedes (Master-) Modul kann dann Information versenden, wenn er dazu etwas Neues
produziert hat. Das entspricht einem sog. „event gesteuerten“
Kommunikationsverfahren. Dieses Verfahren spart, verglichen mit dem zyklischen
Abfrageverfahren, wie es klassisch beim Single-Master-Verfahren angewandt wird,
Kommunikationsbandbreite. D.h., es kann mit niedrigen Bitraten kommuniziert werden,
es können einfache Kabel verwendet werden, die Fehlersicherheit ist erhöht, etc.
- Die Verfügbarkeit ist - im Gegensatz zum Single-Master-System relativ hoch.
• Verdrahtungstechnik: Einfache Installation, kostengünstig, verpolungssicher, geringe
Leitungszahl für Signale und Energie.
• Leitungslänge: Größenordnung > 100m.
• Übertragungsleistung: Ca. 1 bis 10 Nachrichten/s je nach Ausbaugrad der Anlage und
Belastung durch „niedrig“-intelligente Sensor/Aktor-Kommunikation
. Das Kommunikationsprotokoll eBUS
Ein typisches Anwendungsszenario für den eBUS. Solch ein System kann mehrere Feuerungsautomaten und auch zusätzliche Regler beinhalten. Diese Module wären typischerweise eigenständige Module, also Master. Daneben enthält ein Heizungssystem als Slaves weitere Module wie Anzeige/Bedienung, Raumtemperaturgeber, Außentemperaturgeber, Mischer, etc. Da das System erlaubt, einfache Module über den Kommunikationsbus mit Energie zu versorgen, muß ein Busversorgungs-Modul auch diese Energie bereitstellen. Dieser Modul übernimmt auch typischerweise die Generierung von Synchronisationspulsen, die den Zugriffszeitpunkt für Master kennzeichnen, die über den eBUS kommunizieren wollen. Aus Kostenersparnisgründen sollte dieser Versorgungsmodul in einem anderen Modul integriert sein. Die Module werden mit dem Bus direkt galvanisch gekoppelt, wenn sie selbst über keine eigene Stromversorgung vom Netz verfügen; das ist die preisgünstigste Lösung.
Das System kann dann über Erweiterungen verfügen. Für Fernwartungs- und Diagnosearbeiten sollte der eBUS über ein Modem an das Telefonnetz, Internet angeschlossen sein. Damit kann über den eBUS jeder daran angeschlossenes Modul beobachtet, mit neuen Parametern und ggf. Programmversionen versehen und getestet werden. Gleichzeitig könnte der Modemanschluß auch z.B. für das Ablesen von Gas-, Strom-, Wärme-, Wasserzählern, etc. verwendet werden.
Das Einstellen vor Ort kann entweder über das zum System gehörige Anzeige/BedienModul
erfolgen; oder es kann dazu an beliebiger Stelle ein entsprechendes,
leistungsfähigeres Handprogrammiergerät oder sogar ein Rechner angeschaltet werden,
mit dem dann z.B. auch Entwicklung und Test von Neuentwicklungen im Labor
vorgenommen werden können.
Entsprechend den Kommunikationsanforderungen in solch einem Szenario sind auch die
Eigenschaften des eBUS Protokolls spezifiziert worden
• Multimaster: Die grundsätzliche Eigenschaft des Protokolls ist Multi-Master.
- Auf Grund des Aufbaus des Datenrahmens - s. u. - und der daraus resultierenden
Adressierungsmöglichkeiten kann ein System max. 25 Master und 228 Slaves umfassen.
- Jeder Master kann, wenn er übertragungsbereit ist, direkt nach einem sog. SYN-Zeichen
auf das Übertragungsmedium zugreifen. Dieses SYN-Zeichen sendet jeder Master
automatisch zum Ende seiner Übertragung, um damit andere, wartende Master zur
Übertragung zu initiieren. Falls zu dem Zeitpunkt keiner wartet - also der Bus in Ruhe
war -, sorgt ein AUTO-SYN-Generator nach Ablauf von definierten Zeitspannen
(periodisch) dafür, daß ein SYN-Zeichen erzeugt wird und so weitere Übertragungen
möglich sind.
- Greifen nach einem SYN-Zeichen mehrere Master gleichzeitig auf das
Übertragungsmedium zu, so wird während der Kollision über ein Arbitrierungsverfahren
quasi on-line entschieden, wer die Aussendung seiner Botschaft fortsetzen darf. Als
Entscheidungskriterium dazu enthält jeder Botschaftskopf im ersten Byte die
Quelladresse - s.u. Datenrahmen QQ und vgl. Abb. 3 -, die auch gleichbedeutend mit der
sog. Botschaftspriorität ist. Die Bits einer Botschaft müssen zudem über den Transceiver
technisch so realisiert werden, daß z.B. gilt: „logisch 1“ = rezessiv und „logisch 0“ =
dominant
Die Entscheidung, ob ein Zugriffswunsch auf den Bus erfolgreich war, wird in
jedem Master aus einem Vergleich der Information, die auf den Bus gesendet wurde, mit
der zurückgelesenen abgeleitet:
* Sind beide Informationen gleich, so hatte der entsprechende Master die höhere
Priorität, oder er war nur der einzige, der übertragen wollte. Dieser Master setzt die
Übertragung der weiteren Daten fort.
* Diese Technik setzt eine besondere Kodierung der erlaubten Quelladressen für Master
Voraus. Das ist auch der Grund für die Begrenzung auf max. 25 Master, obwohl für deren
Adreßkodierung 1 Byte vorgesehen ist.
• Technisches Interface:
Das technische Interface basiert auf einemStandard RS 232 UART, das in Verbindung mit einer zusätzlichen Transceiver-Hardware folgendeCharakteristiken aufweist:
- 2-Draht Twisted Pair Buskabel für Signal- und Energieübertragung
- Signalhub: „Log. 1“ = 15 .... 24 VDC, rezessiv; „log. 0“ = 9 .... 12 VDC, dominant
- Energieversorgung über den Bus mit max. 18 mA/Teilnehmer
- Verpolungssicherer Anschluß
- Signalanschluß: Galvanisch gekoppelt oder entkoppelt
- Bitrate: 2400 Baud
• Datenrahmen: Der Datenrahmen ist durch das Standard RS 232 Interface geprägt, vgl.
Master-Adress-Byte QQ
qq7 qq6 qq5 qq4 qq3 qq2 qq1 qq0
Master 1 0 0 0 0 0 0 0 0
Master 24 0 1 1 1 1 1 1 1
Master 25 1 1 1 1 1 1 1 1
- Byte orientiert mit je 8 Daten-Bit + 1 Stop-Bit
- Ein Rahmen beginnt mit dem Quelladress-Byte QQ, das auch für die Arbitrierung verwendet wird, gefolgt von dem Zieladreß-Byte ZZ. Dann kommen 2 Byte für die auszuführenden Befehle PB und SB, ein Byte für die Datenlänge NN, die Datenbytes DBi selbst und das Fehlerprüfbyte CRC. Danach sendet der adressierte Empfänger ein Quittungsbyte ACK. Der Sender beendet dieses Telegramm mit ein SYN-Zeichen, nach dem weitere, wartende Master sofort mit einer Sendung beginnen können. Falls der Empfänger ein Slave war, so kann dieser sofort nach seinem Quittungszeichen ACK seine Antwortdaten senden, beginnend mit der Datenlänge NN, gefolgt von den Daten DBi und beendet von einem CRC. In diesem Fall quittiert der eigentliche Sender (Master)
mit einem ACK und beendet mit SYN. - Es sind bis zu 240 Nutzbytes möglich
- Es sind 254 sog. Primärbefehle PB und 254 Sekundärbefehle - s.u. Applikations-
Interface - möglich.
- Für das SYN-Zeichen ist der Code „AA“ Hex reserviert. Daher sind entsprechende
Beschränkungen bei anderen Nutzungen erforderlich. Bei den Daten sind jedoch alle
Kombinationen erlaubt. Falls im Datenstrom „AA“ Hex auftaucht, wird das durch die
Sequenz 09H und 01H substituiert. Der Empfänger muß diese Substitution per Software
rückgängig machen.
Um das eBUS-Kommunikationssystem zu einem sog. „Offenen System“ zu machen, so daß
Module von unterschiedlichen Zulieferern miteinander kommunizieren können, sind über
das o.a. Maß der Standardisierung der Datenrahmen weitere Vereinbarungen nötig. Diese
Vereinbarungen - auch „Profile“ genannt - beziehen sich auf die Festlegung von Inhalten
der Datenrahmen. Abb. 4 zeigt das Beispiel solch eines standardisierten Telegramms: Nach
Quell- und Zieladreß-Byte indizieren die Bytes für die sog. Primär- und Sekundärbefehle mit
PB=05H und SB=01H den Standardbefehl „Betriebsdaten Heizungsregler an
Feuerungsautomaten“. Der Längen-Code 05H kennzeichnet, daß 5 weitere Datenbytes
folgen. Von denen hat das erste die standardisierte Bedeutung „Status Wärmeanforderung“
mit den ebenfalls standardisierten Werten: 00H = „Brenner abschalten“, 55H =
„Brauchwasserbereitung“, etc. Die weiteren Bytes im Datenrahmen geben ebenfalls in
festgelegter Kodierung weitere Informationen wie „Kesseltemperatur Sollwert“,
„Kesseltemperatur Istwert“, etc. an. Der Rahmen wird, wie üblich, mit CRC, ACK und SYN beendet.
Bei der Kommunikation zwischen Raumcontroller und dem Feuerungsautomaten erfolgt ein umfangreicher Datenaustausch.
Dabei können hunderte von Daten ausgetauscht werden.
Dieser Datenaustausch erfolgt nicht zum selbstzweck, sondern dient der optimalen und effektiven Steuerung.
Diese Steuerung erfolgt auch nicht „linear“, sondern die Daten werden Mikroprozessoren zugeführt, die z.B. die Brennersteuerung vorausschauend für Stunden berechnen, steuern und überwachen.
S. Anlagen
Daten und Darstellung und Anlagen
Alle Rechte bei eBus Interest Group und der Fa. Dungs.
Text Rechte bei Wolfhaus