Netzwerk für ein mittleres bis grosses BACnet-MS/TP-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: 406 DXR2…
• Visualisierung, Bedienen ud Beobachten über Desigo CC
• Überwachung der Netzwerkkomponenten via SNMP

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. BACnet-MS/TP-Netzwerke dürfen je nach eingestellter Baudrate eine max. Kabellänge von 1200m haben. Wird diese Gesamtlänge jedoch überschritten, muss ein neues BACnet-Netzwerk kreiert werden und über einen BACnet-MS/TP-IP-Router nach BACnet/IP auf Ethernet verbunden werden.

Dabei greifen dann wieder die Regeln für BACnet/IP-Netzwerke, d.h. das Ethernet-Netzwerk muss als Unmanaged Layer 2-Switch ausgeführt werden. Eine PXC.. kann je nach Gebäudeplanung zur Regelung und Steuerung der Primäranlagen in den jeweiligen Zonen eingebunden werden.

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 mit mehreren BACnet-Netzwerken aufzubauen. Das IP-Segment sowie jedes MS/TP-Segment wird zu einem BACnet-Netzwerk. 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.

Im Xworks Network Configurator sind die Geräte entsprechend einzurichten. Die folgende Tabelle zeigt eine Gesamtübersicht über die BACnet-Konfiguration:

Wie und warum asymmetrische BDT-Einträge?

Lokale Broadcasts, die das flexible Raummanagement verwenden, um die zugehörigen Raumsegmente zu finden und adressieren, werden im eigenen VLAN oder BACnet-Netzwerk auf einen definierten UDP Port (0xBAC0) 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 Performance-Gründen:

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

In den anderen IP-Segmenten muss jeweils ein BBMD definiert werden, d.h. in den PXG5.E003 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.

Alternativ kann natürlich auch mit DHCP gearbeitet werden. Wichtig ist, dass alle Geräte, die BBMD-Funktionalität unterstützen, eine feste IP-Adresse erhalten.

Planung und Umsetzung, HLK und Raumautomation

Anlagen-Scope:

• Desigo PXC4/7 zur Regelung von Primäranlagen.

Gebäude-Scope:

• Desigo PXC5.E003 und DXR2.E18 für die übergeordneten Funktionen, z.B. Zeitprogramme für die Belegungs- und Nutzungszeiten pro Stockwerk und die stockwerkübergreifenden zentralen Funktionen.
• PXC5.E003 als zentrale BBMD zur Strukturierung der BACnet-Netzwerke.

Stockwerk-Scope:

• Desigo DXR2.E18 ausschliesslich für zentrale Funktionen.
• Desigo DXR2.M.. für Räume mit HLK, Beleuchtung und Beschattung oder Raumsegmente mit HLK.
• PXC5.E003.

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

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 Siemens 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

Die Verkabelung der Distribution-Switches kann in RSTP erfolgen und bietet somit eine hohe Ausfallsicherheit. Die BACnet-MS/TP-IP-Router werden entweder direkt an den Distribution-Switch angeschlossen oder aber abgesetzte Edge-Switches.

Vorteile

• Der Backbone wird redundant als Ring Connect verbunden
• Die kleineren z.B. Unmanaged Switches werden je nach Wichtigkeit oder Preisdruck in Sterntopologie angeschlossen.
• Kostenersparnisse bei der Installation.
• Kompromisse möglich, z.B. wichtigere Geräte werden direkt auf dem Ring-Switch geplant.

Nachteile

• Distribution Switches unterstützen typischerweise SNMP, ein Ausfall kann über die Managementplattform Desigo CC gemeldet werden. Dies würde bei dieser Topologie nicht bemerkt werden.
• Die Ausfallwahrscheinlichkeit steigt bei den in Sterntopologie angeschlossenen Switches.

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.