Kommunikationsnetze in der Gebäudesystemtechnik
Kommunikationsnetze sind für die effektive Verwaltung und Steuerung von Gebäudesystemtechnik von entscheidender Bedeutung
Die Integration von Kommunikationsnetzen ermöglicht den reibungslosen Datenaustausch zwischen verschiedenen technischen Systemen und Geräten innerhalb eines Gebäudes. Die Auswahl des passenden Kommunikationsnetzes, sei es Ethernet oder drahtlose Netzwerke, hängt von den spezifischen Anforderungen und der bestehenden Infrastruktur eines Unternehmens ab. Die Sicherheit von Kommunikationsnetzen spielt eine zentrale Rolle, um vertrauliche Daten zu schützen und die Zuverlässigkeit der Gebäudesystemtechnik sicherzustellen.
Kommunikationsnetze in der Gebäudesystemtechnik
- Kommunikationsnetze
- Auswahlprämissen
- Worauf kommt es an?
- Datenverarbeitungsnetzwerk
- Ethernet
- Bussysteme
- Gebäudeautomationsnetzwerk
Ganz allgemein dient ein Kommunikationssystem der Übertragung von Informationen, und zwar:
von einer Quelle (Sender),
zu einer oder mehreren Senken (Empfänger),
unter Benutzung technischer Vorrichtungen an den Endpunkten (Endgeräte),
in einer bestimmten Sprache (Codierung),
nach bestimmten Regeln (Protokoll),
über ein Medium (Kommunikationskanal).
Nachrichtenübertragung: Vom Sender zum Empfänger
Kommunikationsmodell Diagramm
Codierung bei der Datenübertragung.
Die folgende Abbildung veranschaulicht den Weg einer Nachricht von ihrer Quelle bis zu ihrem Empfänger. Dabei spielt die Kanalcodierung eine zentrale Rolle, da sie die Nachricht an das jeweilige Übertragungsmedium anpasst. Am Ende des Prozesses wird die Nachricht im Empfänger genutzt, indem sie interpretiert, weiterverarbeitet, gespeichert oder nachverfolgt wird.
Kommunikationssysteme im Facility Management
Traditionelle vs. digitale Kommunikation
Definition Kommunikationssystem.
Ein Kommunikationssystem beschränkt sich nicht nur auf den IT-Bereich, sondern lässt sich ebenso auf nahezu alle anderen Bereiche übertragen. Das folgende Beispiel soll diesen Zusammenhang verdeutlichen. So stellt beispielsweise das Versenden von Briefen ein Kommunikationssystem dar, genauso wie der Aufruf einer Website im Internet.
Ein Anforderungsprofil an Kommunikationssysteme im Rahmen des Facility Managements muss innerhalb des Unternehmens und zusätzlich innerhalb der Gewerke übergreifend sein. Es bildet die Integration der unterschiedlichen Systeme aus den verschiedenen betrieblichen Arbeits- und Anwendungsbereichen ab. Wenn sich das Facility Management im Unternehmen als integrativ betrachtet (und gemessen an den Anforderungen der DIN EN 15221 sollte es das auch), sollte es auch danach streben, ein Informationssystem zu besitzen, das die Integration der Beteiligten ermöglicht. Die meisten der heutigen CAFM-Systeme ermöglichen dies.
Die Grundlage hierfür ist die Informationstechnik. Sie
Technologie vernetzt Unternehmenssysteme
Die Grundlage dafür bildet die Informationstechnik, die sowohl die Kommunikation als auch den Daten- und Informationsaustausch ermöglicht, Transaktionen auslöst und all dies zwischen den verschiedenen im Unternehmen existierenden Systemen vernetzt. So lassen sich die traditionellen Abgrenzungen oder Barrieren zwischen Gebäudeleittechnik, Datenverarbeitung und Automatisierung überwinden.
Durchgängige Kommunikation durch Standardschnittstellen
Mit Kommunikationssystemen können diese herkömmlichen Alleinstellungen oder Barrieren überwunden werden. Die Durchgängigkeit der Kommunikation wächst zunehmend mit dem Einsatz standardisierter Schnittstellen und Busprotokolle. Bei der Auswahl der am Markt angebotenen Systeme ist insofern Aufmerksamkeit gefordert, als einmal gewählte Anbieter nicht so leicht gewechselt werden können.
Worauf kommt es an?
Der Facility Manager erkennt ebenfalls die Einzigartigkeit jeder Branche, jedoch bestehen dennoch gemeinsame unternehmenskritische Anforderungen an Kommunikationsnetzwerke.
Sicherheit, Betrieb und Steuerung
| Sicherheit | Betriebszeit | Steuerung |
|---|---|---|
| Der Schutz von Menschen und Prozessen ist entscheidend. Um die ausfallsichere Zuverlässigkeit und Redundanz bei der Datenübertragung zu erreichen, die für die Sicherheit erforderlich ist, müssen Netzwerkkomponenten die Anforderungen übertreffen, wie sie z.B. an explosionsgefährdete Umgebun-genen gestellt werden. | Ungeplante Stillstände sind sowohl unmittelbar als auch mittelbar teuer. Laut einer Umfrage unter Führungskräften in der Automobilindustrie wurden die Kosten auf 20.000 €/min geschätzt. Um eine 99,9999 prozen-tige Laufzeit zu erreichen, die den reibungslosen und zuverlässigen Betrieb von Anlagen sicher-stellt, müssen also zunächst Proble-me bei der Datenübertragung verhindert werden. | Damit die hochautomatisierten Prozesse in den Unternehmen der Zukunft mit nur wenigen, bzw. keinen Fehlern funktionieren, ist einunterbrechungsfreier Datenfluss zwischen Geräten, Anlagen/Maschinen und den Steuerungen erforderlich. |
Unternehmenskritische Anforderungen an Kommunikationsnetzwerke
Marketingstrategien Diagramm
Abhängigkeit des Kommunikationsmix vom Absatzmarkt und den Kommunikationszielen.
Neben diesen vorrangigen Anliegen herrschen in industriellen Umgebungen anspruchsvolle und potenziell gefährliche Bedingungen vor. Faktoren wie Temperatur, Lärmbelastung, Vibrationen, korrosive Chemikalien, elektromagnetische Schnittstellen und Schwankungen in der Energieversorgung sind nur einige der Bedingungen, denen industrielle Kommunikations- und Steuerungsnetze standhalten müssen, ohne ihre Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.
An dieser Schnittstelle zwischen Facility Management und Kommunikationsnetzwerk-Spezialisten ergibt sich eine entscheidende Verbindung. Diese Spezialisten können dem Facility Management präzise Auskunft darüber geben, unter welchen Umgebungsbedingungen industrielle Kommunikationsnetzwerke operieren müssen und wie betriebliche Gegebenheiten die Lebensdauer dieser Netzwerke beeinflussen können. In Kürze gesagt, ist es von grundlegender Bedeutung, dass der Betrieb in seiner Gänze tiefgehend verstanden wird. Im Kontext des Facility Managements kann dieses spezifische Fachwissen ausschließlich durch das Facility Management selbst vermittelt werden.
Um diesen Zusammenhang in einem negativen Licht zu beschreiben, lässt sich sagen: Wenn ein Facility Manager nicht über ein umfassendes Verständnis seiner Verantwortungsbereiche verfügt und die fein abgestimmte Zusammenarbeit an den Schnittstellen des Kerngeschäfts nicht klar ersichtlich ist, wird die Frage "Was ist entscheidend?" bestenfalls unzureichend beantwortet werden können.
Durch eine gründliche Planung und gezielte Investitionen in ein Kommunikationssystem, das den Anforderungen der Industrie gerecht wird, setzen Unternehmen einen maßgeblichen Schritt zur Errichtung eines leistungsstarken Kommunikationsnetzwerks, das für den Unternehmenserfolg von essentieller Bedeutung ist.
Zur vertieften Auseinandersetzung mit diesem Thema enthält dieses Buch den Anhang 07: Industrielle Kommunikationsnetze.
Das Datenverarbeitungsnetzwerk
Ein Datenverarbeitungsnetzwerk wird definiert als ein System, in dem mehrere Computer, möglicherweise auch unterschiedlicher Art, miteinander als sogenannte Netzknoten verbunden sind.
Netzwerkarten und Ressourcenteilen
Grundsätzlich werden verschiedene Netzarten unterschieden, wobei ein solches Netzwerk die Aufgaben hat, den Austausch von Nachrichten zu ermöglichen und die gemeinsame Nutzung von Ressourcen wie Druckern, Programmen und Datenbanken zu gewährleisten. Dies führt dazu, dass die traditionellen Abgrenzungen oder Barrieren zwischen Gebäudeleittechnik, Datenverarbeitung und Automatisierung zunehmend aufgehoben werden.
Netzwerkarchitekturen: Client-Server & Peer-to-Peer
| Client-Server-Architektur (Server) | Peer-to-Peer-Netzwerk |
|---|---|
| Im Netzwerk mit spezifischem Server kön-nen die anderen Computer (Clients) Dienste abrufen. | Die angeschlossenen Rechner sind gleichbe-rechtigt und können wechselseitig Dienste anfordern und anbieten. |
Client-Server und Peer-to-Peer-Netzwerk
Hierarchie der Steuersysteme
Netzkategorien bezüglich der räumlichen Ausdehnung.
Eine zusätzliche Klassifizierung von Netzwerken basierend auf ihrer räumlichen Ausdehnung ist wie folgt:
Konzepte der Datenverarbeitung
Das Wort "Datenverarbeitung" ist in Deutschland ein juristischer Begriff. Die damit verbundenen fünf Konzepte der Datenverarbeitung beinhalten:
Grundbegriffe der Datenverarbeitung
| Datenverarbeitungsbe-griff | Definition |
|---|---|
| Speichern | ist „das Erfassen, Aufnehmen oder Aufbewahren personenbezogener Daten auf einem Datenträger zum Zwecke ihrer weiteren Verarbeitung oder Nutzung“ (§ 3 Absatz 4 Satz 2 Nr. 1 BDSG) |
| Verändern | von Daten ist „das inhaltliche Umgestalten gespeicherter personenbezogener Daten“ (§ 3 Absatz 4 Satz 2 Nr. 2 BDSG) |
| Übermitteln | von Daten ist „das Bekanntgeben gespeicherter oder durch Datenverarbeitung gewonnener personenbezogener Daten an einen Dritten in der Weise, dass (a) die Daten an den Dritten weitergegeben werden oder (b) der Dritte zur Einsicht oder zum Abruf bereitgehaltene Daten einsieht oder abruft“ (§ 3 Absatz 4 Satz 2 Nr. 3 BDSG) |
| Sperren | von Daten ist „das Kennzeichnen gespeicherter personenbezogener Daten, um ihre weitere Verarbeitung oder Nutzung einzuschränken“ (§ 3 Absatz 4 Satz 2 Nr. 4 BDSG) |
| Löschen | von Daten ist „das Unkenntlichmachen gespeicherter personenbezogener Daten“ (§ 3 Absatz 4 Satz 2 Nr. 5 BDSG) |
Datenverarbeitungsbegriffe lt. BDSG
Auch, oder genauer gesagt aufgrund seiner potenziell integrierenden Wirkung, stellt die Vernetzung von EDV-Arbeitsplätzen eine grundlegende Voraussetzung für das Facility Management dar. Wir erinnern uns an Teil 1 des Buches, in dem der spezielle Punkt 4.2.2.9.1.4, nämlich die Bestandsdatenerfassung der Kostenumlagewürfel gemäß der DIN EN 15221, behandelt wurde. Die folgende Abbildung präsentiert diesen Punkt erneut. Das Hervorstechende an dieser Abbildung ist die dreidimensionale Darstellung der Kostenstruktur.
Jede einzelne Aktivität
des Planens, Durchführens, Prüfens und Handelns,
jede einzelne Facility aus Grundstück, Gebäude, technischen Einrichtungen und Werk-
zeugen
sowie jede einzelne Position aus den Kapital-, Material- und Personalkosten müssen bei gutem Funktionieren des Facility Managements prinzipiell von allen Beteiligten bezüglich ihres speziellen Leistungsbeitrages im weitesten Sinne bearbeitet werden.
Merkmale lokaler Netzwerke (LAN)
Grafik zur präventiven Wartung
Der „Kostenumlagewürfel“.
Eine kostengünstige und effektive Umsetzung dieser Anforderungen erfordert eine sinnvolle und umfassende Datenvernetzung, die ohne angemessene Kommunikation nicht realisiert werden kann. Daher bildet ein auf das Facility Management abgestimmtes Datenverarbeitungsnetzwerk eine wesentliche Grundlage dafür.
Die Übertragung von Informationen zwischen den Teilnehmern des Netzwerks wird durch lokale Netzwerke (LAN) ermöglicht. Dadurch wird ein Datenaustausch über eine bestimmte Distanz innerhalb eines Geländes sowie seiner individuellen Gebäude, Räume usw. ermöglicht, und sogar darüber hinaus. Die Tabelle enthält die charakteristischen Merkmale, die ein derartiges Netzwerk kennzeichnen.
Charakteristika von Datennetzen
Die folgende Aufzählung beschreibt einige Typen von Datenübertragungsnetzwerken.
Eigenschaften von Netzwerktopologien
| Charakteristik | Erläuterung |
|---|---|
| Der Netzaufbau entscheidet über die entsprechende Topologie | Wir kennen sternförmige Aufbauten, Bussysteme, Ringsysteme und hierarchisch aufgebaute Netzstrukturen. |
| Die Übertragung erfolgt meist durch Kupferkabel | Verdrillte Leitungspaare (Twisted-Pairs) oder sog. Koaxial-Kabel (zentrale Innenader und äußere Abschirmung), aber auch Glasfaserkabel (z.B. FDDI) und Funkverbindungen können als Übertragungsmedien dienen. |
| Die Netzqualität wird durch funktionale Aspekte bestimmt. | Die allgemeine Verfügbarkeit und das permanente Vorhandensein von Netzwerkkomponenten stehen dabei an oberster Stelle. Die Datenverfügbarkeit soll dabei schnell erfolgen und das Warten auf Antworten auf ein erträgliches Maß reduzieren. |
| Datenübertragungssicherheit | Sie zeichnet sich durch Qualität in der Fehlerrate bei der Übertragung aus. Flexibilität und Transparenz sind mit der Möglichkeit verbunden, ohne Beeinträchtigung von grundsätzlichen Funktionen Komponenten aus dem Netz auszutauschen. |
Gebäudeautomationsnetzwerk
Netzwerkstruktur und Management
MSR-Einrichtungen und Gebäudeautomatisierungssysteme
Das Gebäudeautomatisationsnetzwerk ermöglicht die Überwachung, Regelung und Steuerung der technischen Anlagen im Unternehmen. Es ist ein wertvoller und unverzichtbarer Bestandteil eines nachhaltigen Facility Managements, da es die Grundlage für Ressourceneinsparungen und eine Steigerung der Produktivität bildet. Darüber hinaus erleichtert es die Instandhaltung, Betriebsabläufe und die Integration von Sicherheitssystemen. Im Laufe der Zeit hat sich das Gebäudeautomatisationsnetzwerk von einer reinen Anlagensteuerung zu einer Einrichtung für die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine entwickelt.
Die Bustechnologie ermöglicht nahezu jede denkbare Automatisierungsanwendung, sogar zwischen verschiedenen Gewerken, dank hoher Flexibilität aufgrund modularer Konzepte. Sensoren und Aktoren übernehmen die Aufgaben der Optimierung, Steuerung, Regelung und Überwachung. Diese werden möglichst dezentral, also in unmittelbarer Nähe zum Geschehen, platziert. Diese Dezentralisierung intelligenter Funktionen in die Feldebene steigert die Leistungsfähigkeit und verbessert die Gesamtkontrolle, da nur eine geringe Kommunikation mit der übergeordneten Steuereinheit erforderlich ist. Hierdurch können völlig neue Funktionen in die oft komplexen Gebäudesysteme integriert werden.
Optimierung von Wartungsstrategien
Lebensdauer und Wartungsintervalle
Verlust an Abnutzungsvorrat durch Nutzun
Die überwiegende Anzahl der Wartungsverträge, die der Autor während seiner langjährigen beruflichen Laufbahn gesehen hat, waren auf regelmäßige Intervalle ausgerichtet. Dies folgte dem Prinzip: Jedes Jahr kommt der Wartungstechniker. Ob diese turnusmäßige Planung in jedem Fall erforderlich war oder ob die Wartung möglicherweise sogar halbjährlich hätte durchgeführt werden sollen, blieb unklar. Angenommen, das Lager eines Ventilators wäre mit einem Sensor ausgestattet, der das Lagerspiel regelmäßig misst und die Messdaten dem System zur Verfügung stellt. In diesem Fall könnte der aktuelle Verschleiß über die gesamte Nutzungsdauer hinweg ohne weiteres Zutun erfasst werden.
Zusätzlich dazu muss berücksichtigt werden, dass eine Inspektion gemäß VDMA 24 176 von hochqualifiziertem Personal durchgeführt werden muss. Eine Inspektion ist normalerweise keine parallele oder nebengeordnete Aktivität im Wartungsprozess. Um den optimalen Zeitpunkt für die präventive Erneuerung des Lagers mit hoher Präzision zu bestimmen (wie im vorherigen Beispiel in Grün dargestellt), ist ein gewisser Aufwand für Inspektionen erforderlich. Dieser Aufwand könnte erheblich teurer sein als die beschriebene Methode über ein Gebäudeautomatisationsnetzwerk. Daher ist es von Bedeutung, im Rahmen der Planung und insbesondere der Instandhaltungsplanung im Voraus das optimale Verfahren festzulegen,
Im Bau- und Anlagenbauwesen sind technische Anlagen üblicherweise den verschiedenen Gewerken zugeordnet. Die beschriebene Methodik muss daher in einer interdisziplinären Weise umgesetzt werden. Dies kann erfolgreich erreicht werden, indem ein erfahrener Facility Manager in die Planung einbezogen wird, der relevante Ideen für den späteren integrierten Betrieb einbringen kann. Anders ausgedrückt: Wenn der erforderliche Informationsaustausch nicht rechtzeitig stattfindet, wird das optimierende Gebäudeautomatisationsnetzwerk unvollständig bleiben.