White PaperKNX und EnOcean
Neue Möglichkeiten für die KNX Gebäudeautomation durch Einbindung
batterieloser Funksensoren
Das Zusammenwirken von batterielosen EnOcean-Funksensoren mit dem KNXSystem vereint die maximale Flexibilität eines Funksystems mit derLeistungsfähigkeit eines Bussystems. Das Ergebnis ist ein durchgängiges
System aus Funk, Twisted Pair und bei Bedarf auch IP (Ethernet). Durch dieErweiterung mit KNXnet/IP werden die Daten der Funksensoren auch in sehr
großen Anlagen nutzbar und über das Internet verfügbar.
Thomas Weinzierl, Dr.-Ing. (Weinzierl Engineering GmbH) und Armin Anders,Dipl.-Ing. (EnOcean GmbH)Die EnOcean-Technologie wurde entwickelt, um Sensordaten ohne Batterieoder externe Stromzufuhr zu erfassen und drahtlos weiterzuleiten. Die
Funkreichweite beträgt im Gebäude bis zu 30 Meter und im Freifeld bis zu
300 Meter. Dabei genügen winzige Energiemengen aus der Umwelt – von rund
50 Mikrojoule pro Aktion – um einen Funktelegramm zu versenden. Ähnlichdem Dynamoprinzip der Energieerzeugung beim Fahrradlicht sorgt einwinziger elektrodynamischer Wandler dafür, dass aus dem Fingerdruck eineelektrische Spannung wird. Das jeweils zugehörige Funktelegramm wird dabei
vom EnOcean-Funkschalter beim Drücken beziehungsweise Loslassen derTaste übertragen. Ein KNX-Gateway empfängt das Funksignal und generiert
die entsprechenden KNX-Telegramme auf dem Bus zum Ein- und Ausschalten,
zum Dimmen oder zur Lammellenverstellung.
Sensoren, die zyklisch ihre Umgebung überwachen sollen, können mittels
einer Mini-Solarzelle versorgt werden. Zum Aufrechthalten der Funktion überNacht dient hier ein kleiner Energiespeicher (Goldcap 0,1 F), der tagsüber
geladen wird (minimal rund 50 lx).
In einem typischen Szenario wird alle 10 Sekunden der Sensor für etwa 5
Millisekunden geweckt, um eine Messung durchzuführen. Dabei wird dergegebenenfalls geänderte Messwert übertragen. Spätestens nach 15 Minuten
wird ein sogenanntes „Präsenzsignal“ gesendet. Zu 99,95 Prozent der Zeit
befindet sich der Sensor im Schlafzustand – bei minimalem Strombedarf eines
ultra-low-power Timers, dessen Verbrauch (typ. 100 nA) die Energiebilanz
dominiert.
EnOcean nutzt jedoch zur Spannungserzeugung auch andere Energiequellen
aus der Umgebung – wie zum Beispiel Wärmeunterschied. So reichen einem
sich in Entwicklung befindlicher Thermowandler zwei Grad zum Versenden
eines Signals. Das ist weniger als die Temperaturdifferenz zwischen derRaumluft und der Oberfläche von warmen Heizkörpern oder Maschinenteilen.
White Paper – KNX und EnOcean

1/ 9Sichere Funkübertragung – Auch in Systemen mit Hunderten Sensoren
Das Prinzip für Niedrigstenergie-Funktechnik ist einfach: Energie ist dasProdukt aus Leistung multipliziert mit der Zeitdauer. Die Sendeleistung (rund10 mW) bestimmt die Funkreichweite, deswegen muss die Technologie hierextrem schnell sein. Die EnOcean-Funktelegramme sind nur rund einetausendstel Sekunde lang (Energie = 10 mW x 1 ms = rund 10 Mikrojoule)
und werden mit einer Datenübertragungsrate von 125 Kilobit pro Sekunde
gesendet. Der Mikroprozessor und der Hochfrequenzsender des Funksensors
werden pro Aktion für nur einige wenige Millisekunden angeschaltet und lassensich deswegen mit den winzigen Umweltenergien betreiben. Die ProzessorDaten werden von angeschlossenen Sensorelementen geliefert. Dieübertragene Datenmenge kann variabel an den Bedarf angepasst werden.
Typische Datenmenge beträgt 4 Byte. Diese Daten werden dann mit einer 32Bit Identifikationsnummer und einer Checksumme versehen und als digitales
Datentelegramm vom Hochfrequenzsender verschickt. Das EnOceanFunksignal verwendet die Frequenzbänder 868 MHz und 315 MHz und ist
daher weltweit einsatzfähig.
Geringe Kollisionsgefahr durch extrem kurze Funktelegramme
Beim Betrieb mehrerer Sender auf derselben Frequenz besteht prinzipiell dasRisiko, dass zwei Datentelegramme zeitgleich gesendet werden und dieInformationen
dadurchmiteinanderkollidieren.
DieKollisionswahrscheinlichkeit der EnOcean-Funktelegramme ist durch die ihre
kurzen Signallängen sehr gering. Zudem werden die Telegramme innerhalb
weniger Millisekunden drei Mal nacheinander zufällig zeitversetzt ausgesendet.
Dadurch kann ein Empfänger das für ihn bestimmte Signal auch dann nocherkennen, wenn in seinem Empfangsradius Hunderte von Funksensoren
gleichzeitig arbeiten. Zur weitern Absicherung schickt jeder Sensor seine
persönliche Identifikationsnummer als 32-Bit-Adresse. Damit lassen sich mehrals 4.000.000.000 Sender voneinander unterscheiden.
Ökologisch:
Keine
Batterieentsorgung
undStrahlungsbelastung als konventionelle LichtschaltergeringereNeben dem ökologischen Aspekt des ständigen Batterieverbrauchs wird häufig
eine mögliche Strahlungsbelastung eines Funksystems hinterfragt. Das
renommierte ECOLOG Institut in Hannover hat die low-power-Funklichtschalter
mit EnOcean-Technologie untersucht. Das Ergebnis ist, dass die durch einen
EnOcean Funkschalter entstehende Abstrahlung 100 Mal geringer als bei
einem herkömmlichen drahtgebundenen Schalter ist. Grund dafür ist, dass bei
herkömmlichen Schaltern während des Schaltens ein breitbandiger
Strahlungsimpuls direkt am Schalter entsteht. Dieser Strahlungsimpuls löst
sich nach einer geringen Strecke nahezu auf, er trifft jedoch fast immer diePerson, die den Schalter berührt.
White Paper – KNX und EnOcean

2/ 9Beim Funkschalter mit low-power-Elektronik hingegen entsteht im Moment desSchaltens kein Funkenabriss, sondern es wird für eine tausendstel Sekunde ein
Funksignal minimaler Energie zu einem Empfänger versendet. Der Strom wird
am Schaltrelais geschaltet, dieses befindet sich aber meistens einige Metervon der Person entfernt, so dass der Elektrosmog in der Luft absorbiert wird.
EnOcean Sensorprofile
Aus energetischen Gründen müssen die EnOcean-Funktelegramme so kurz wie
möglich gehalten werden. Daher informiert der Sensor seinen Empfänger nurwährend der einmaligen Einlernphase über seine Eigenschaften undDatendekodierung. Hierzu dient das sogenannte „EnOcean Equipment Profile“(EEP), eine Telegramprofilnummer die auf eine Interpretationstabelle imEmpfänger verweist. Um die Interoperabilität von Geräten unterschiedlicher
Hersteller sicherzustellen, wurde ein Standard für die Einlernprozedur, den
Austausch der Daten und für das EEP-Geräteprofil definiert. Bislang war dieSpezifikation beschränkt auf unidirektionale Sensorkommunikation (rund 50EEPs), diese wird aktuell jedoch auf die bidirektionale Sensorkommunikation
und bidirektionale Kommunikation eines Gateways mit EnOcean-Funkaktoren
erweitert.
Byte#Synchronization Byte (0xA5)

SYNC_BYTE 0Synchronization Byte (0x5A)

TYPE

Telegram info, e.g. length, Rx/Tx

ORG

Telegram info, e.g. PTM/STM

DB_3

Data byte 3

DB_2

Data byte 2

DB_1

Data byte 1

DB_0

Data byte 0

ID_3

Byte 3 of transmitter ID

ID_2

Byte 2 of transmitter ID

ID_1

Byte 1 of transmitter ID

ID_0

Byte 0 of transmitter ID

STATUSCHKBild1:Serielles
Empfängerausgang

Description

SYNC_BYTE 0

Status info, e.g. repeater level
Checksum (LSB)

Datenprotokoll

White Paper – KNX und EnOcean

eines

EnOcean-Funksenders

am

3/ 9

1. Press LRN
pushbuttonSensor
2. LRN telegramm will be send
ORGID

8 Bit

32 Bit

ORG
ValueSensor
ID

FunctionType

EnOcean Equipment Profile (EEP)

Bild 2: Serielles Datenprotokoll während der Einlernphase (EEP Geräteprofil)
Der KNX Standard
KNX
hatsichzumwichtigsten
KommunikationssysteminderGebäudesteuerung entwickelt, und wurde als weltweiter Standard für die
Gebäudesystemtechnik bestätigt (ISO/IEC 14543-3-x). KNX eignet sich unter
anderem für die Steuerung der Beleuchtung, der Jalousien oder desRaumklimas.
Die
technische
BasisdesSystemsbilden
dieverschiedenen
Kommunikationsmedien, ein garantiertes Interworking mit festgelegten
Datentypen sowie skalierbare Konfigurationsmethoden für die verschiedenen
Anwendungen und Märkte.
KNX Medien
KNX Twisted Pair ist heute das wichtigste Medium für KNX Produkte. Dieses
verbindet eine hohe Qualität der Datenübertragung mit der Möglichkeit derSpannungsversorgung der angeschlossenen Geräte.
KNX Power Line (PL) verwendet für die Datenübertragung das Stromnetz, dasmeist bereits in den Gebäuden installiert ist, und wird somit insbesondere inAltbauten eingesetzt.
KNX-RF ist eine bidirektionale Funklösung, die die Leistungsmerkmale von KNX
drahtlos nutzbar macht. KNX RF nutzt für die Datenmodulation FSK(Frequency Shift Keying) mit einer Mittenfrequenz von 868.30 MHz.
Internet Protokoll KNXnet/IP ist als eigenständiges Medium in KNX spezifiziertund öffnet die Tür zur Top Level Kommunikation im Gebäude – wie zum
Beispiel Telekommunikation oder Multimedia. Das Internet Protokoll
ermöglicht zudem einen Zugriff von außen auf die KNX Installation.

White Paper – KNX und EnOcean

4/ 9

KNX Configuration Modes
DerKNX-Standard
beinhaltet
leistungsfähige
MethodenfürdasNetzwerkmanagement, die als 'Configuration Modes' bezeichnet werden. Fürkomplexe Installationen wird in der Regel der sogenannte System Modeeingesetzt. Dieser ist wie alle anderen Modi herstellerunabhängig und basiertauf dem PC Programm ETS™ (Engineering Tool Software). Für die ETS stellt
jeder Hersteller eine Produktdatenbank bereit, in der die jeweiligen
Eigenschaften seiner Geräte beschreiben werden. Des Weitern ist ein den
sogenannter Easy Mode vorhanden, der eine Konfiguration ohne PC erlaubt.
KNX Interworking
Ein wesentlicher Pfeiler der KNX Technologie ist das streng definierte
Interworking, das die Kompatibilität der Produkte unterschiedlicher Hersteller
und unterschiedlicher Anwendungsbereiche garantiert. Dazu ist in KNX ein
kompletter Satz von Datentypen für eine große Anzahl von Funktionengenormt.
KNX/EnOcean-Gateway der Weinzierl Engineering GmbH
Das KNX ENO 622 dient als Gateway zwischen EnOcean-Funksensoren unddem Installationsbus KNX. Es verfügt über 32 Kanäle, die mit jeweils einer derfolgenden Funktionen belegt werden können:
••

•
•
•
•
•

Tastsensor eines Schaltmoduls◦ Schalten (Ein/Aus/Um/Wertgeber)◦ Schalten und Dimmen◦ Jalousie auf/ab
Temperatursensor mit Auswahlmöglichkeit für◦ Präsenztaster / -schalter◦ Sollwertsteller◦ Stufenschalter◦ Feuchtigkeitssensor
Fensterkontakt
Fenstergriff
Binäreingang
Lichtsensor
Bewegungsmelder

Dabei werden die Funktelegramme von den EnOcean-Sensoren interpretiert
und die Daten auf KNX-Gruppenobjekte abgebildet – unter Berücksichtigung
der KNX Datenpunkttypen.

White Paper – KNX und EnOcean

5/ 9

Bild 3: KNX EnOcean Gateway KNX ENO 622 von Weinzierl
Die Funktion jedes Kanals wird in der ETS Software über Parameterausgewählt. Abhängig von der eingestellten Funktion werden die EnOceanTelegramme auf bis zu 6 Kommunikationsobjekte pro Kanal abgebildet. Nachdem Programmieren des Gerätes mit der ETS können die Funksensoren
angelernt werden. Dazu befinden sich im Gerät zwei Taster und ein Display,das die Kanalnummern und die Belegung anzeigt.
Tastsensoren können als Ein-Tasten-Bedienung oder als Wippe konfiguriert
werden. Es können bis zu 4 Taster/Wippen auf einen Kanal eingelernt werden.
Bei der Funktion "Fensterkontakt" können ebenfalls bis zu vier Sensoren mit
einem Kanal verbunden werden. "Fenster offen" wird über KNX gemeldet,
wenn mindestens ein Fenster geöffnet ist, "Fenster geschlossen" nur dann,wenn alle Fenster geschlossen sind. Bei den Funktionen für Temperatur,Feuchte und Helligkeit kann pro Kanal nur ein Sensor eingelernt werden.

Bild 4: Darstellung KNX ENO 622 in der ETS
Darüber hinaus bietet das KNX ENO 622 sechs Reglerkanäle an. Jedem dieserKanäle kann eine der folgenden Funktionen zugeordnet werden:•Temperaturregler kontinuierlich

White Paper – KNX und EnOcean6/ 9•••Temperaturregler 2-Punkt
Lichtregler kontinuierlich
Lichtregler 2-Punkt

Die Reglerkanäle nutzen als Eingangswerte die empfangenen Daten derEncean-Sensoren und steuern die entsprechenden Aktoren über den KNX Bus.
Anwendungsbeispiel Heizungsregelung
Bild 5 zeigt das Beispiel einer Heizungsregelung. Sowohl die Ist-Temperatur
als auch die Sollwert-Temperatur werden von einem Raumbediengerät
gesendet. Der Regler im Gateway errechnet daraus die Stellgröße und sendet
diese über den KNX Bus zum Heizungsventil. Sind ein Präsenzmelder oder ein
Fensterkontakt im System integriert, so können deren Werte von derRegelung für eine optimale Energieeffizienz berücksichtigt werden.
EnOceanRaumbediengerät
KNX EnOcean
Gateway
KNX ENO 622
KNX Stellventil
für Heizkörper

EnOcean
Fenstersensor

Bild 5: Beispiel Heizungsregelung
Anwendungsbeispiel Lichtsteuerung
Ein weiteres Beispiel zur Energieeinsparung ist die Lichtsteuerung mit dem
KNX ENO 622, wie in Bild 6 zu sehen. Durch eine entsprechende
Parametrierung des Gerätes lässt sich eine Energiesparfunktion realisieren, bei
der der Nutzer das Licht bei Bedarf selbst einschaltet. Der Regler schaltet dasLicht jedoch aus, wenn dieses offensichtlich vergessen wurde auszuschalten.
Somit wird die Störung der Nutzer durch die Automatik minimiert und derBewohner oder Mitarbeiter kann immer noch selbst entscheiden, wann er dasLicht ein- oder ausschalten will. Ein automatisches Einschalten ist jedoch auchparametrierbar.

White Paper – KNX und EnOcean

7/ 9EnOcean
Präsenzmelder
mit Lichtsensor
KNX EnOcean
Gateway
KNX ENO 622
LeuchteKNX
Schaltaktor
EnOceanTaster

Bild 6: Beispiel Lichtsteuerung
Aktuelle KNX/EnOcean-Referenzen
Mittlerweile gibt es europaweit zahlreiche Installationen, bei denen KNX undEnOcean erfolgreich eingesetzt wurden – wie zum Beispiel der SAP Firmensitz
in Walldorf. Dort steuern 2000 batterielose Licht- und Jalousieschalter die
Gebäudeautomation auf rund 25.000 Quadratmeter Fläche.
2008 wurde ein 249 Meter hoher Wolkenkratzer in Madrid vollständig mit Funkausgestattet und in Betrieb genommen: Der Torre Cristal. Licht, Beschattungund Klima in 52 Stockwerken werden über ein KNX-Automatisierungssystem
von Siemens gesteuert. Rund 4000 batterielose Funkknoten sind überGateways der Firma Weinzierl mit dem KNX-System verbunden.

White Paper – KNX und EnOcean

8/ 9Über EnOcean Alliance
Weltweit führende Unternehmen aus der Gebäudebranche haben sich zur
EnOcean Alliance zusammengeschlossen, um innovative
Automatisierungslösungen für nachhaltige Gebäudeprojekte zu etablieren –und so Gebäude energieeffizienter, flexibler und kostengünstiger zu machen.
Die Kerntechnologie der Alliance ist die batterielose Funktechnik von EnOcean
für flexibel positionierbare, wartungsfreie Sensorlösungen. Die EnOceanAlliance hat sich zum Ziel gesetzt, die EnOcean-Funktechnologie zu
standardisieren, zu internationalisieren und die Interoperabilität der Produkte
verschiedener OEM-Partner zu sichern. Derzeit gehören über 80 Unternehmender EnOcean Alliance an. Der Hauptsitz der Non-Profit-Organisation befindet
sich in San Ramon, Kalifornien.
Weitere Informationen: www.enocean-alliance.orgÜber Weinzierl Engineering GmbHDie
Weinzierl
Engineering
GmbHentwickelt
SoftwareundHardwarekomponenten für die Gebäudesystemtechnik. Der Schwerpunkt liegt
in der Kommunikationstechnik basierend auf dem KNX Standard. Durch diestarke Fokussierung auf Komponenten und Werkzeuge für die KNXEntwicklung wird die KNX-Technologie umfassend abgedeckt. Im Mittelpunkt
des Angebots stehen die Stack-Implementierungen für die verschiedenen
Medien und Profile der KNX Spezifikation. Darauf aufbauend entwickelt die
Weinzierl Engineering GmbH Lösungen für verschiedene Anwendungen. Einwichtiges Produkt ist hierbei das KNX ENO 622, ein Gateway zwischen
EnOcean Funk und KNX Twisted Pair. Die Weinzierl Engineering GmbH ist
Mitglied der KNX Association und aktiv in verschiedenen technischen Gremiendes Verbands.
Weitere Informationen: www.weinzierl.deÜber KNX Association
Die KNX Assoication ist ein Herstellerverband und wurde 1999 aus folgenden
Verbänden gegründet:•••

EIBA (European Installation Bus Association)
EHSA (European Home Systems Association)
BCI (BatiBUS Club International)

Die Association ist Eigentümer des KNX Standards und auch Eigentümer derweltweiten KNX Schutzmarke. KNX Association ist eine gewinnorientierte
Gesellschaft nach belgischem Recht (cvba).
Die Ziele der KNX Association sind die Weiterentwicklung und Förderung desweltweiten STANDARDS für Haus- und Gebäudesystemtechnik.
Weitere Informationen: www.knx.org
White Paper – KNX und EnOcean

9/ 9