In Anbetracht der globalen städtebaulichen Entwicklungen – gezielte Städteneugründungen und-bauten in Asien und gleichzeitig die Stadt- und Wohnraumverdichtung in Europa und Amerika – kommt der Gebäudeautomation eindeutig eine Schlüsselfunktion zu:
Sie soll das Leben sicherer und bequemer machen und gleichzeitig Kosten und Energie sparen. Die Folge: es gilt, immer mehr neue Lösungen in steigenden Stückzahlen zu entwickeln, fertigen und installieren. Der Technologiedienstleister TQ entwickelt und produziert Lösungen, die die Grundlage für moderne Gebäudeautomation darstellen und verfolgt das Ziel durch leistungsfähige Embedded-Lösungen die Produkte seiner Kunden intelligent zu machen – vom Modul bis hin zum Gesamtgerät.
Diese Lösungen müssen den Forderungen nach höherer Energieeffizienz sowie niedrigeren Betriebskosten, die mit Hilfe von Predictive Maintenance umgesetzt werden sollen, gerecht werden. Das kann die klassische Gebäudeautomation ebenso wenig leisten, wie sie auf individuelle Bedürfnisse in einzelnen Räumen reagieren kann. Nicht zuletzt gilt es auch Anforderungen an die Barrierefreiheit zu erfüllen.
All dies mündet in einen anspruchsvollen Anforderungskatalog an das Konzept und die Geräte der dezentralen Gebäudeautomatisierung. Der klassische Ansatz der Steuerung und vieler Relais in einem zentralen Schaltschrank hat im Angesicht wachsender Etagengrößen und Gebäudehöhen ausgedient – zu viele Kabel müssten immer größere Strecken überbrücken, was sich in hohen Material- und Montagekosten niederschlägt. Die gleichen Gründe erschweren auch die Integration neuer Funktionen in bestehende Gebäude. Damit sind eindeutig Bus-Strukturen gefordert, um Sensoren, Aktoren und Energieversorgung erfolgreich zu vereinen.
Neben diesen fundamentalen technischen Anforderungen muss sich auch die Systembedienung grundlegend erneuern: ein oder mehrere Schalter neben der Tür genügen nicht mehr den aktuellen Ansprüchen, sei es an Komfort oder der Unterstützung behinderter Menschen. Auch Fernbedienungen sind keine geeignete Antwort, es gibt schon zu viele, sie liegen immer woanders und die Batterien sind im ungünstigsten Moment leer. Sprachsteuerung umgeht diese Probleme elegant, stellt aber entsprechende Anforderung an die Rechenleistung.
Proaktive Hilfestellung umsetzen - mit Sensorik und Bildverarbeitung
Wenn die Systeme von selbst erkennen, was der Mensch braucht, ist dies die bessere Lösung. Das klappt mit ausgefeilter Sensorik inklusive Bildverarbeitung. Ein Beispiel: Kommen Menschen in Rollstühlen oder mit Rollatoren in die Fahrstuhlkabine, dann passt sich die Türöffnungszeit entsprechend an. Diese proaktive Hilfestellung ist auch bei der Gebäudewartung gefragt: Die Systeme müssen eine Verschlechterung ihres Zustandes frühzeitig melden, damit die entsprechende Wartung einen Ausfall verhindert. Dazu gilt es unterschiedlichste Sensoren auszuwerten, von der Widerstandsänderung, über steigende Leistungsaufnahme bis hin zu sich verändernden Achslager- und Laufschienengeräuschen.
Neben der Betriebssicherheit des Gebäudes (Safety) müssen auch die Forderungen an die Security erfüllt werden. Dabei muss es nicht nur um den Schutz gegen bösartige Zeitgenossen gehen, der Hilferuf eines älteren Menschen oder Kranken in Not soll auch nicht ungehört verhallen.
Platzsparendes Design und Robustheit sind wichtige Faktoren
Die diversen physikalischen und mechanischen Herausforderungen an die dezentrale Gebäudeautomatisierung bleiben aber auch dann noch bestehen, wenn all diese Funktionalitäten erfüllt sind. Kann man bei Neubauten beim Platzbedarf der dezentralen Gebäudeautomatisierungskomponenten noch etwas großzügiger sein, ist bei Altbauten kaum Spielraum vorhanden. Auch die Abwärme-Entwicklung ist zu beachten, da speziell in Wohn- und Schlafbereichen Lüfter als störend empfunden werden. Außerhalb dieser wohltemperierten Bereiche ist die Elektronik, besonders im Außenbereich, oftmals einem sehr weiten Temperaturbereich ausgesetzt – von klirrendem Frost bis brütender Hochsommerhitze ohne Schatten.
Die technische Lösung der genannten Probleme verlangt nach einem neuen Ansatz, da Mikrocontroller bei der notwendigen Rechenleistung überfordert sind und Prozessorsysteme bei der Energieeffizienz und den sich daraus ergebenden thermischen und mechanischen Herausforderungen nicht so glänzen. Genau für diese Lücke hat beispielsweise der Hersteller NXP seine i.MX RT1170 Bausteinfamilie konzipiert, die die Brücke zwischen diesen beiden Welten schlägt. Die Serie skaliert von einem Single-Core bis hin zum Chip mit einem Dual-Core.
Die TQMa117xL-Modulserie: ideale Voraussetzungen für Gebäudeautomatisierung
Der Elektronikdienstleister TQ nutzt die RT1170-Bausteine und stellt damit das TQMa117xL-Modul her, das die Grundlage für zahlreiche Steuerungen und andere smarte Geräte sein kann. TQs Kunden, beispielsweise Hersteller von Steuerungen und Automatisierungstechnik erhalten so eine Basistechnologie, um ihre eigene Kernkompetenz effektiver einzubringen und so ihren Kunden bessere Produkte schneller und kostengünstiger zur Verfügung zu stellen. Damit dies auch für Lösungen im Außeneinsatz möglich ist, nutzt TQ die Industrial-Version des i.MX RT1170 für einen erweiterten Temperaturbereich von -40°C bis +85°C. Mit ihrer Größe von 31 mm x 31 mm genügen die auflötbaren Module zudem den anspruchsvollen Platzanforderungen der Altbaumodernisierung. Die typische Leistungsaufnahme von 1 W erspart eine aufwändige Kühlung und hält die Stromkosten gering. Als Besonderheit kann die Modulserie auch mittels Power over Ethernet (PoE) betrieben werden: Die Stromversorgung erfolgt über das Ethernet-Kabel, was den Installationsaufwand reduziert und Platz in den Leerrohren und Kabelschächten schafft.
In Kombination mit dem achtkanaligem Analog-Front-end-IC NAFE13388B40BS von NXP kann das TQMa117xL problemlos Strom-, Spannungs-, Widerstands- und Temperaturmessungen durchführen und sich somit die fast komplette Sensorik erschließen. Damit steht der Überwachung von Raumklimawerten wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur oder CO2, aber auch von Verbrauchswerten nichts im Weg. Neben diesen Eckdaten für die klassische Gebäudeautomation kann das Modul aber noch ganz andere Daten erfassen und vollkommen neue Anwendungen erschließen.
Spracherkennung ermöglichen durch Anbindung von Mikrofonen
So ist das TQMa117xL in der Lage, bis zu acht MEMS Mikrofone auszuwerten, was zahlreiche Einsatzmöglichkeiten erschließt: Sprachkommandos für die komfortable Gerätebedienung, wie sie von Siri und Alexa aus der Consumer-Elektronikwelt bereits bekannt sind. Ebenso kann man damit auch eine Alarmanlage versorgen oder Hilferufe erkennen. Besonders interessant wird es, wenn die diversen Geräusche ausgewertet werden, wie sie an Führungsschienen, Motoren und Achslagern auftreten. Damit können Verschlechterungen des Betriebszustandes frühzeitig erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen vor einem Ausfall eingeleitet werden (Predictive Maintenance) – so wird nicht nur Ärger mit den Gebäudenutzern vermieden, langfristig reduzieren sich auch die Betriebskosten.
Über die MIPI-CSI-Schnittstelle lässt sich eine Kamera anschließen, die vielfältig zum Einsatz kommen kann, beispielsweise auch zur Gesichtserkennung. Damit lässt sich eine einfache Zugangskontrolle zu weniger empfindlichen Bereichen, wie dem hauseigenen Fitness- Center ermöglichen, aber auch einen Faktor der zwei Token-Authentifizierung realisieren.
Im Zuge moderner Nutzerführung und -bedienung haben längst Touchdisplays einfache LEDs zur Statusinformation abgelöst. Auch hier punktet das TQMa117xL mit einer MIPI-DSI-Schnittstelle mit zwei differentiellen Daten-Lanes. Auf dem MBa117xL kann dieses Interface auf zwei Arten verwendet werden: zum direkten Anschluss eines DSI-Displays oder eines LVDS-Display über eine DSI to LVDS Bridge. Damit steht eine Auflösung von bis zu 1280x800 Bildpunkten bei 60 Hz Bildwiederholrate zur Verfügung.
Verbrauchswerte wie Strom, Heizung und Kühlung werden reduziert
Einer Vernetzung mit den unterschiedlichsten Geräten der Gebäudeautomation steht dank zahlreicher Schnittstellen nichts mehr im Weg. Durch die geschickte Kopplung der bisherigen Einzelsteuerungen lassen sich Verbrauchswerte wie Strom, Heizung und Kühlung reduzieren, was ein großes Einsparpotenzial ergibt – ohne den Komfort oder die Sicherheit der Menschen zu reduzieren.
Hinzu kommt die leichtere Vernetzbarkeit der Module untereinander und damit die Ablösung zentraler Steuerungen durch verteilte Lösungen. Dabei geht es nicht um den einfachen Ersatz eines Konzepts durch ein anderes, sondern um die Möglichkeit, mit gänzlich neuen Geräten neue Dienste anzubieten - die skalierbaren TQMa117xL-Module sind bestens dafür gerüstet.
Quelle: TQ Systems