Leistungsfähige Spannungsversorgungseinheit mit zahlreichen Diagnosemöglichkeiten für den KNX-Bus

Ab April 2015 erweitert die Firma Enertex® Bayern GmbH ihre Produktpalette um eine besonders leistungsfähige Spannungsversorgungseinheit mit integrierter Drossel für den EIB / KNX Bus. Mit dem „KNX PowerSupply 960“ bringt Enertex ein KNX-konformes und zertifiziertes Netzteil auf den Markt, das den KNX Bus mit 30 V und einer Nennstromstärke von 960 mA versorgt. Gängige Größen auf dem Markt sind bisher 160, 320 bzw. 640 mA. Eine weitere Besonderheit des Produkts ist der integrierte Busankoppler, der die Ausgabe von diversen Messgrößen und der Gehäusetemperatur auf dem KNX Bus, sowie dem integrierten LCD Display ermöglicht. Mit diesen Informationen lässt sich der Bus komfortabel überwachen – in einem möglichen Fehlerfall erleichtern sie die Diagnose.

Netzteil und Drossel

Die zentrale Spannungsversorgungseinheit ist das Herzstück jeder KNX Installation. Sie versorgt alle Busteilnehmer aus einer Hand mit einer im KNX Standard spezifizierten SELV Busspannung von 30 ± 1 V DC. Genannter Standard erlaubt es den Herstellern- KNX-Netzteile mit 160, 320, 640, 960 und 1280 mA Nominalstrom zu entwickeln. Alle Netzteile sind gemäß KNX Association so auszulegen, dass diese kurzschlussfest sind und im Kurzschluss zudem ein Reststrom fließen muss (vgl. Punkt E in Bild „KNX-Netzteil Ausgangsspannung“). Ebenso sind ein maximaler Spannungsabfall bei maximalem Strom vorgegeben. Diese Vorgaben erfordern ein speziell entwickeltes und angepasstes Schaltnetzteil.

Die intern verbauten bzw. extern angeschlossenen Drosseln werden auf diese Nominalwerte dimensioniert. Bei größeren Strömen gehen die Drosseln üblicherweise in Sättigung. Bei einem 640 mA Netzteil wird die integrierte Drossel bis ca. 700 mA auf sättigungsfreie Übertragung getestet. Gibt nun der Hersteller eines 640 mA-Netzteils im Datenblatt an, dass das Netzteil zu 100 % überlastfähig ist – hier der Punkt D in Bild „KNX-Netzteil Ausgangsspannung“, so ist es möglich insgesamt 1,3 A an den Klemmen abzugeben. Allerdings wird die 640 mA-Drossel diesen Strom nicht sättigungsfrei übertragen, da die Dimensionierung der Drossel – wirtschaftlichen Gesichtspunkten folgend – in den meisten Fällen bei Strömen über 700 mA in Sättigung gehen wird. Eine Sättigung der (meist) integrierten KNX-Drossel führt zu Telegrammverlusten, -wiederholungen oder anderen Fehlfunktionen am Bus. Man kann die Auswirkung der Sättigung anhand der idealisierten Kurvenform des Standards im Bild „KNX-Spannungsverlauf“ und die einer gesättigten Drossel im Bild „KNX-Drossel Sättigung“ sicher einfach erkennen.

Bei einem 960 mA-Netzteil mit integrierter Drossel hingegen wird in den Tests im Rahmen der KNX Zertifizierung überprüft und belegt, dass die Drossel bis ca. 1,1 A ungesättigt bleibt und damit die Signalintegrität auch bei diesen hohen Strömen gewährleistet ist. Durch das stetige Aufkommen neuer, teilweise recht leistungsintensiver KNX-Komponenten ist deshalb bei der Anschaffung der Spannungsversorgungseinheit auf eine ausreichende Dimensionierung zu achten. Der KNX-Standard erlaubt Geräten nämlich durchaus, Ströme größer 10 mA vom Bus zu „ziehen“. Die oft zitierte Faustregel „64 Geräte an einer Linie“ ist mit vielen neueren KNX-Geräten wie Raumcontrollern etc. nicht einzuhalten, weil diese Geräte in der Regel mehr als 10mA pro Gerät vom Bus „ziehen“ können.

Das KNX Netzteil „KNX PowerSupply 960“ mit seinen 960 mA ist daher eine sinnvolle Weiterentwicklung der KNX-Bustechnolgie.

Der AUX Ausgang und externe Drosseln

Aufgrund der Vorgaben des KNX-Standards können Netzteil und Drossel auch in zwei Einzelkomponenten verbaut werden. Die Anforderungen des KNX-Standards sind auf die KNX-Geräte abgestimmt. Daher muss aber auch das Netzteil der Konnex-Anforderungen genügen (v.a. bei Kurzschluss und Überlast) und es kann nicht etwa ein handelsübliches 24 oder 30 V Netzteil als KNX-Netzteil genutzt werden, wie es sicherlich äußerst günstig aus Fernost bezogen werden kann.

Ebenso kann der AUX-Ausgang einer Stromversorgung nicht generell dazu genutzt werden, eine zweite Linie aufzubauen, die über eine zusätzliche externe Drossel gespeist wird. In diesem Fall müsste die Stromversorgung sicherstellen, dass der AUX-Ausgang bezogen auf den Nennstrom der Drossel eine passende Kurzschlussstrombegrenzung zur Verfügung stellt (vgl. Bild XX (KNX-Netzteil.png)). Bei den meisten KNX-Stromversorgungen ist das aber nicht der Fall, es sei denn es wird entsprechend gekennzeichnet. Bestenfalls kann ein Drossel in der gleichen Größenordung wie die des verdrosselten Ausgangs angeschlossen werden – mit der Einschränkung, dass der Summenstrom die Nennstromstärke des verdrosselten Ausgangs nicht überschreitet.

Der AUX Ausgang bietet aber die Möglichkeit, eine mitunter notwendige Zusatzstromversorgung (gelb-weiße Busklemme) zur Verfügung zu stellen.

Hier müssen dann allle Geräte bezüglich der kapazitiven Kopplung gegen PE bestimmten Voraussetzungen genügen. Der KNXNet/IP Router der Enertex® Bayern GmbH ist hierzu z.B. geeignet, um vom Netzteil PS960 versorgt zu werden.

Integrierte Messschaltungen

Das KNX Netzteil „KNX PowerSupply 960“ hat neben integrierten Messschaltungen zur Strom- und Spannungsmessung einen Busankoppler, der in Verbindung mit einem Mikrocontroller und einem KNX-Kommunikationsstack die Ausgabe von diesen Messwerten und weiteren errechneten Größen auf dem Bus ermöglicht. So können – abhängig von der Parametrierung in der ETS ab Version 3.0d – alle Werte jederzeit mittels Gruppenadressen abgefragt werden.

Dabei wird die aktuelle Busspannung, die Stromstärke, die errechnete Ausgangsleistung und die gemessene Gehäuseinnentemperatur ausgeben. Der Temperatursensor ist dabei so angebracht, dass dieser in der Nähe der Lüftungsschlitze die Temperatur erfasst und somit auch als Maß für die Schaltschranktemperatur (Offset ca. 15°C) angesehen werden kann.

Desweiteren ist es über die ETS-Paramertrierung möglich, diese Werte zyklisch in einem parametrierbarem Intervall auf den Bus zu schreiben. Außerdem können die Werte dann auf den Bus geschrieben werden, wenn sie sich um einen bestimmten Prozentwert ändern.

Diagnosemöglichkeiten

Neben der reinen Messerfassung können auch Schwellwerte für die Messüberwachung eingestellt werden. Dazu steht ein 1-Bit Gruppenobjekt zur Verfügung, welches das PS960 mit dem Wert 0 bzw. 1 sendet, wenn sich der entsprechende Wert unter bzw. über einem eingestellten Grenzwert befindet.

Auch Minimal- und Maximalwerte der einzelnen Größen erfasst die Applikation. Dazu speichert sie diese in einem nicht flüchtigen Speicher und stellt sie damit auch nach einem etwaigen Wegfall der Netzspannung via Gruppenadresse zur Verfügung.

Die Spannungsversorgungseinheit kann beim Einschalten die Uhrzeit und das Datum am Bus anfragen und fungiert mit diesen Initialwerten von da an als Echtzeituhr. Diese macht sich das Netzteil intern zu Nutzen, indem es den Maximalstrom am zweizeiligen LCD Display mit einem Zeit- und Datumsstempel ausgibt und zudem die abgegebene Leistung und Energie berechnet. Auch die aufgenommene Energie wird mittels einer Wirkungsgradkennlinie errechnet und kann über eine Gruppenadresse abgefragt werden. Diese beiden Energiewerte können mit verschiedenen Startzeitpunkten ausgelesen werden:

• Energieaufnahme/-abgabe seit Lebensbeginn (ab Werk)
• Energieaufnahme/-abgabe seit Einschaltzeitpunkt
• Energieaufnahme/-abgabe seit letztem Analysereset

Dieser Analysereset, der neben den Energiezählern auch die o.g. Maximalwerte zurücksetzt, kann mittels ETS auf die Zyklen „Täglich“, „Wöchentlich“, „Monatlich“ oder „Jährlich“ eingestellt werden. Auf genanntem Display werden in der oberen Zeile die aktuellen Spannungs-, Strom- und Leistungswerte angezeigt, in der unteren der Maximalstrom („Maximumwächter“) seit letztem Analysereset mit Zeit- und Datumsstempel. Gerade bei der Inbetriebnahme, aber auch im späteren Betrieb erlaubt sowohl das Display, als auch die vielseitigen Kommunikationsmöglichkeiten über den implementierten Kommunikationsstack wertvolle Rückschlüsse auf etwaige Spannungseinbrüche, Stromspitzen oder Kurzschlüsse.

Technische Daten

• Eingangsspannungsbereich: 230 – 265 V AC (50 / 60 Hz)
• Ausgangsspannung (Bus und unverdrosselter DC Aux Ausgang): 30 V DC
• Nennstrom Gesamt (Bus + DC Aux): 1,6 A dauerhaft; 2,2 A kurzzeitig
• LEDs für Power, Bus Reset und Programiermodus
• Taster für Bus Reset und Programiermodus
• zweizeiliges LCD Display zum Ablesen aktueller Spannungs-, Strom- und Leistungswerten, sowie dem Maximalstrom mit Zeit- und Datumsstempel
• Anschlüsse: 3-polige Schraubklemme zum Anschluss der Netzspannung (L, N, PE); grau-rote bzw. weiß-gelbe Anschlussklemme zum Anschluss des KNX Busses bzw. weiteren Geräten (wie einer weiteren KNX Drossel) am DC Aux Ausgang
• „USB – Garage“ i.V.m. mitgeliefertem USB Stick als zentraler Aufbewahrungsort von kundenspezifischen ETS Projektdateien
• 6 TE breites DIN Hutschienengeäuse für 35mm Tragschiene; Entflammbarkeitsklasse: V0
• Umgebungstemperatur: -5 bis +45 °C
• KNX zertifiziertes Produkt
• Geprüfte Sicherheit nach Richtlinien aus DIN EN 61558-1

ETS Applikation

Der Begriff „Messwerte“ umfasst im folgenden gemessene Spannungs-, Strom- und Temperaturwerte, sowie daraus errechnete Leistungswerte. Die Applikation beinhaltet folgende Diagnosemöglichkeiten:

• Azyklische Messwertanfrage
• Zyklische Messwertausgabe mit einstellbarem Intervall
• Ausgabe von Messwerten bei Änderung um einen einstellbaren Prozentwert
• Setzen eines 1-Bit Objektes bei Über- bzw. Unterschreiten einstellbarer Grenzwerte (Hysterese einstellbar)
• Minmal- und Maximalwerte der Messgrößen seit letztem Analysereset (dieser kann parametriert werden: Täglich / Wöchentlich / Monatlich / Jährlich)
• Ausgabe der abgegebenen Energie
• Ausgabe der (anhand einer Wirkungsgradkennlinie errechneten) aufgenommenen Energie

Fazit

Gerade für den Einsatz des Enertex SynOhr® MultiSense KNX (Raumcontroller mit integrierter Sprachsteuerung) oder anderer leistungsintensiveren Buskomponenten lohnt sich die Anschaffung der Spannungsversorgung PS960 mit einem hohen Nominalstrom, um Probleme mit in Sättigung geratenen Drosseln und damit verbundenen Kommunikationsproblemen am Bus von vorne herein auszuschließen. Die stetig gemessenen Größen, wie Strom und Spannung am Bus, aber auch die errechneten Werte, wie beispielsweise die aufgenommene Energie erleichtern zum einen dem Elektriker die Installation der Busses und legen des weiteren dem Kunden interessante Informationen über ihre Hausautomation an die Hand. Das direkte Ablesen des aktuellen Strombedarfs sowie des eingebauten Maximumwächters hilft zudem bei Inbetriebnahme bzw. Inbetriebnahmeproblemen.