Netzwerk für ein mittleres bis grosses Projekt mit zentralen Primäranlagen strukturieren - Basisdokumentation - DXR2.E09-101A - PXA.24M - PXC4.E16 - PXC4.E16S - PXC4.M16 - PXC4.M16S - PXC5.E003 - PXC5.E24 - PXC5.E24M - PXC5.E24S - PXC5.E40 - PXC5.E40M - PXC5.E40S - PXC7.E400L - PXC7.E400M - PXC7.E400S

Beispiel für Planung und Umsetzung eines Projekts:

Bedarf

• Neues Bürogebäude mit Raumautomation für 424 Räume über 4 Stockwerke sowie zur Aufbereitung entsprechender Primäranlagen.
• Jedes Stockwerk wird von anderen Mietern genutzt und hat somit eine eigene Belegung und Nutzung d.h. Raumbetriebsart sowie zugehörige Raumsollwerte, Beleuchtung pro Stockwerk mit zentraler Bedienung und Notfunktion.
• Beschattung pro Fassade inkl. Schutz-, Service- und Notfunktion.
• Zentrale Wetterstation, Bedarfsregelung der Primäranlagen.
• Zeitprogramme mit Kalender für Raumbetriebsarten und Beleuchtung pro Stockwerk, übergeordnete Funktionen in einem Überwachungsgerät.
• Primäranlagen für Luftaufbereitung, Wärmeerzeugung und –verteilung sowie Kälteverteilung zentral im Technikraum.
• Primäranlagen und allgemein: 5 PXC4.E16 -/PXC7 und 5 PXC5.E003
• Desigo Raumautomation: 402 PXC3.E…/DXR2
• Visualisierung, Bedienen ud Beobachten über Desigo CC
• Überwachung der Netzwerkkomponenten via SNMP

Funktionale Darstellung einer Beispieltopologie

Planung und Umsetzung, IP-Netzwerk

Core-Ebene

Core-Switch (Managed Layer 3) als Kern des Netzwerks, Schnittstelle für Fernwartung und Office-Netzwerk sowie für den Ausbau weiterer IP-Segmente bzw. als redundanter Backbone.

Distribution-Ebene

In der Distribution-Ebene, in den Steigzonen, d.h. Stockwerkverteiler werden Managed Layer 2-Switches eingeplant, die:

• Über Kupferkabel miteinander verbunden sind.
• Dafür sorgen, dass die Desigo-Geräte des jeweiligen Stockwerks sich in einem eigenen VLAN befinden und somit von den anderen Desigo-Raumautomationsstationen in den anderen Stockwerken hinsichtlich lokaler BACnet Broadcasts isoliert werden.
• Für die Netzwerkdiagnose und Fehlersuche jeweils mit Port-Mirroring konfiguriert werden.

Edge-Ebene

Als Edge-Switches sind nur Unmanaged Layer 2-Switches geplant. Grundsätzlich gilt:

• Wichtige Räume/Desigo-Raumautomationsstationen werden in Sterntopologie auf einen Distribution-Switch oder abgesetzten Edge-Switch geführt.
• Nebenräume/Desigo-Raumautomationsstationen (max. 20) werden in Linientopologie (Daisy-Chain) miteinander vernetzt.
• Zentrale Funktionen / Desigo-Raumautomationsstationen werden über Sternverkabelung auf einen Layer 2-Switch geführt.
• PXC… für die Primäranlagen und übergeordneten Funktionen in der Technikzentrale werden über Sternverkabelung auf einen Layer 2-Switch verbunden.

IP/VLAN-Übersicht

Projektspezifisch kann auch ein IP-Segment in einen Teil mit statischen Adressen z.B. für die Automationsstationen usw. und einen dynamischen Teil (DHCP) für z.B. die Engineering-Laptops aufgeteilt werden.

Alternativ kann natürlich auch generell mit DHCP gearbeitet werden. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die Geräte immer die gleiche IP-Adresse erhalten. Dies gilt für:

• BACnet-Geräte, die die BBMD-Funktionalität übernehmen.
• Raumautomationsstationen, die einen Webserver On-Board haben und über Web-Interface zu Service- und Diagnosezwecken bedient werden.

Siehe Web-Interface Benutzerhandbuch (A6V11938631).

Planung und Umsetzung BACnet-Netzwerk

Zu Wartungs- oder Diagnosezwecken und um Remote-Zugriff zu ermöglichen, sollte jede Automationsstation Desigo PXC die FDT-Funktionalität gewährleisten.

Ein BACnet-Internetzwerk ist einzurichten. Jedes IP-Segment wird zu einem BACnet-Netzwerk innerhalb des BACnet-Internetzwerks.

Damit die BACnet- und IP-Netzwerke zusammenspielen, muss in jedem IP-Segment ein BBMD eingesetzt werden. Dies ermöglicht es lokale Broadcasts aus dem flexiblen Raummanagement (Raum-/Raumsegment) zu isolieren. Globale Broadcasts, ausgehend von den zentralen Funktionen, werden über asymmetrische BDT-Einträge (Broadcast Distribution Table) auf dem BACnet-Device verwaltet, das damit die BBMD-Funktionalität übernimmt.

Richten Sie das Gerät entsprechend in ABT Site ein. Nachfolgend finden Sie eine Gesamtübersicht der BACnet-Konfiguration:

Wie und warum asymmetrische BDT-Einträge?

Lokale Broadcasts, die das flexible Raummanagement verwendet, um aus dem Raum heraus die zugehörigen Raumsegmente zu finden und anzusprechen, werden in einem eigenen VLAN bzw. eigenen BACnet-Netzwerk auf einem definierten UDP Port (0xBAC0) auf einem eigenen VLAN oder BACnet-Netzwerk geführt. Lokale Broadcasts werden somit gekapselt und nicht mehr in andere Netzwerke geleitet.

Damit aber globale BACnet Broadcasts (unter anderem ausgehend von den zentralen Funktionen) in verschiedenen IP-Segmenten und BACnet-Netzwerken erfolgreich arbeiten, müssen BACnet Broadcast Management Devices (über die BDT) definiert werden.

In obiger Projekttopologie, muss ein PXC5.E003 (BNR501) im Gebäude-Scope aus Performancegründen:

• Auf dem 1. Port die BBMD-Funktion unterstützen.
• In der BDT die eigene IP-Adresse auf 0xBAC0 (erster Port) eintragen.
• Alle anderen IP-Adressen der BBMDs in den anderen IP-Segmenten eintragen, die ebenfalls auf dem UDP Port 0xBAC0 kommunizieren.

In den anderen IP-Segmenten muss jeweils ein BBMD definiert werden.

In den FxBNR01 auf BAC0 wird ebenfalls die BDT aktiviert. In der BDT stehen die eigene IP-Adresse und die des BNR501.

Die Managementplattform Desigo CC trägt sich als Fremdgerät in BNR501 ein. Somit kann hier der Broadcast ausgelöst werden und über die asymmetrischen BBMD-Einträge an alle anderen Teilnehmer in den verschiedenen IP-Segmenten weitergereicht werden.

Planung und Umsetzung, HLK und Raumautomation

Anlagen-Scope:

• Desigo PXC4.E16-/PXC7 zur Regelung von Primäranlagen.

Gebäude-Scope:

• Desigo PXC00-E.D für die übergeordneten Funktionen, z.B. Zeitprogramme für die Belegungs- und Nutzungszeiten pro Stockwerk.
• Desigo DXR2.E18 für stockwerkübergreifende zentrale Funktionen.
• Desigo PXC5.E003 für zentrale HLK-Funktionen

Stockwerk-Scope:

• Desigo PXC5.E003 zur Überwachung von Desigo Raumautomationsstationen.
• Desigo DXR2.E18/PXC3.E.. für die zentralen Funktionen innerhalb des Stockwerk-Scopes.
• Desigo PXC5.E003 für zentrale HLK-Funktionen
• Desigo DXR2.E../PXC3.E.. für die Raum- und Raumsegmente / HLK, Beleuchtung und Beschattung.

Werden im Bereich Beleuchtung und Beschattung die 500 möglichen kommandierbaren Gruppenmitglieder überschritten, kann in diesem Bereich mit den kaskadierbaren Gruppenmanager-Funktionen gearbeitet werden. Dies könnte z.B. für die Notsteuerung der Jalousienantriebe über mehrere Fassaden oder die Beleuchtung über mehrere Stockwerke hinweg angewendet werden.

Hinweise zur Projektumsetzung

Im obigen Projektbeispiel wurde (da es sich um ein mittleres bis grosses Projekt handelt) grosszügig geplant und auch dem Stockwerk-Scope jeweils ein PXC5.E003 zugeordnet. Dieser soll die Überwachung der Desigo-Raumautomationsstationen übernehmen. Der PXC5.E003 im Gebäude-Scope wird für die Zeitprogramme und die übergeordneten Funktionen für die verschiedenen Stockwerke sowie die zentralen Funktionen wie Raumbetriebsart, Beleuchtung und Beschattung eingesetzt.

Je nach Gebäude kann die Luftaufbereitung dezentral auf verschiedene Stockwerke verteilt sein. Hierfür wird ein PXC4/7 im Stockwerk-Scope eingesetzt. Dieser übernimmt dann die Zeitprogrammierung und die übergeordneten Funktionen für das Stockwerk. Mit dem PXC5.E003 werden Desigo-Raumautomationsstationen im Gebäude-Scope überwacht.

Planung und Umsetzung der zentralen Funktionen

Empfehlung Netzwerkkomponenten

• Siemens SCALANCE XB005 - Als Edge-Switch für die Verkabelung der PXC- und Desigo-Raumautomationsstationen.
• Siemens SCALANCE XB205 - In der Distribution-Ebene in den Steigzonen zum Aufbau der VLANs und mit Port-Mirroring zu Diagnosezwecken.
• Siemens SCALANCE XM405 - Als Core-Switch für mögliches IP-Routing.

Die SCALANCE Switches aus der Produktfamilie X-200 bzw. X-400 unterstützen SNMP und können via Desigo CC überwacht werden.

IT-Sicherheit und IT-Grundschutz

Diese Bausteine der Infrastruktur, IT-Systeme, Netze und Anwendungen müssen unter Sicherheitsaspekten diskutiert werden, um entsprechende Massnahmenkataloge zu entwickeln. Hierbei sind kundenspezifische, länderspezifische oder Industrie-Richtlinien einzuhalten.

Weitere Informationen siehe Desigo Richtlinien zur Cybersicherheit Applikationsleitfaden (A6V14142297) and Praxisleitfaden IP-Netzwerke in der Gebäudeautomation (CM110668).

Ausfallsicherheit und Redundanz

Besteht Bedarf nach erweiterter Verfügbarkeit, können die Distribution-Switches in den Stockwerkverteilern vom Core-Switch aus in einer GBit-Ringverkabelung als Backbone verkabelt werden. Hierzu muss bei mittlerer und hoher Komplexität mit einem Einsatz von speziellen Netzwerkkomponenten und einer grundlegend anderen Verkabelung via Lichtwellenleiter und Kupferkabel geplant werden.

Eine weitere Ausbaustufe zur Erhöhung der Ausfallsicherheit und der Redundanz wäre der Einsatz von zwei Core-Switches an unterschiedlichen Standorten.

Verkabelung der Distribution-Switches und der Desigo-Raumautomationsstationen

Die Distribution Switches können, sofern sie RSTP-fähig sind, als Ring verkabelt werden, was eine hohe Ausfallsicherheit bietet. Die wichtigen Desigo-Raumautomationsstationen (wichtige Räume, zentrale Funktionen) werden direkt an den Distribution-Switch angeschlossen. Weniger kritische Raumautomationsstationen werden entweder auf abgesetzte Edge-Switches oder über die Daisy-Chain-Technologie in Linie verkabelt.

Desigo PXC3.E.../DXR2-Raumautomationsstationen unterstützen die Verkabelung auf Basis der Daisy-Chain-Topologie. Hier ist die max. Anzahl von 20 Geräten zu beachten und, dass bei Ausfall einer Automationsstation alle nachfolgenden nicht mehr erreicht werden können.

Ist eine erhöhte Ausfallsicherheit erforderlich, können die Raumautomationsstationen auch als Ringtopologie verkabelt werden.

Das setzt eine Unterstützung der Layer 2-Switches RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) sowie die SNMP-Überwachung voraus und dass der Ausfall übergeordneter Systeme gemeldet wird.

Im Fehlerfall kann das Umschalten der Kommunikationswege zwischen 10 und 30 Sekunden erfordern.

Die Automationsstationen DXR2/PXG3 leiten das RSTP-Protokoll für die Switches nur weiter. Sie verarbeiten das RSTP-Protokoll selbst nicht.

Für Details, siehe Kapitel 3.3.5 im Praxisleitfaden IP-Netzwerke in der Gebäudeautomation (CM110668).

Zusammenfassung

Die folgenden Tabellen zeigen wie man alle Geräte und Netzwerkkomponenten in einem mittleren bis grossen Projekt darstellen kann.