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Gute Zeiten für smartes Heizen

Die Digitalisierung ist auch in der Heiztechnikbranche längst angekommen. Allerdings fehlte bislang für kleinere Heizthermen eine schlanke Kommunikationslösung. LIN-fähige Gasgebläse von ebm-papst ändern das. Davon profitieren Hersteller, Installateure und Endanwender.


Autos, die melden, wenn sie in die Werkstatt müssen. Waschmaschinen, die sich per Smartphone bedienen lassen. Voll automatisierte Produktionen, in denen die Werkstücke miteinander kommunizieren. Es gibt kaum einen Lebensbereich, kaum eine Anwendung, die noch nicht von der Digitalisierung erfasst wurde – so auch die Heiztechnikbranche. Schon seit einigen Jahren können Nutzer ihre Heizung ganz bequem mobil übers Internet regeln. Allerdings ist hier noch längst nicht das ganze Potenzial ausgeschöpft. Zwar funktioniert die Kommunikation zwischen Gerät und Nutzer bereits, doch innerhalb der Gasbrennwerttherme, also zwischen Feuerungsautomat, Regelung, Pumpen, Ventilen oder Gebläse herrschte bislang weitestgehend digitale Funkstille. Dabei steckt auch in den einzelnen Komponenten viel Intelligenz und sie produzieren unablässig Datenmaterial, das die zentrale Steuerung, also der Feuerungsautomat, nicht nutzen konnte. Das ändert sich gerade. Mit dem Local Interconnect Network (LIN-Bus) setzt sich auch bei Brennwertthermen eine Kommunikationslösung durch, die in der Automobilbranche schon seit vielen Jahren zum Einsatz kommt. LIN ist gemäß ISO 17987 standardisiert, die Kommunikationskompatibilität mit Drittkomponenten also gewährleistet.

BILD 1: Die Gas-Brennwertgebläse VG 71 und VG 100 der RadiMix-Baureihe. (Foto | ebm-papst)

Das serielle Feldbussystem vernetzt in einem Verbund Sensoren und Aktoren sowie deren Steuerungsgeräte. Im Fall von Brennwerthermen: Pumpen, Ventile, Sensoren und Gebläse mit dem Feuerungsautomaten. Bei LIN-Bus handelt es sich um ein Single-Master / Multi Slave-System. Master ist dabei der Feuerungsautomat. Er fordert nach einem definierten Ablaufplan regelmäßig Daten von den Systemkomponenten, also den Slaves an, wertet diese aus und schickt wieder Befehle zurück (zur Funktionsweise siehe Kasten). Bedingung ist, dass die Systemkomponenten LIN-fähig sind. Die Ingenieure von ebm-papst entwickelten schon vor zehn Jahren ein Gasgebläse, das die technischen Vorrausetzungen bot. Allerdings gab es damals noch keine anderen LIN-fähigen Komponenten in der Heiztechnik, das System konnte sich daher noch nicht durchsetzen. Inzwischen haben jedoch andere Komponentenhersteller wie Pumpenproduzenten nachgezogen. Damit sind erstmals Boiler möglich, die auf das etablierte Kommunikationssystem setzen können. Bei ebm-papst sind die beiden Gebläse VG 71 und VG 100 (Bild 1) für Heizleistungen bis 50 Kilowatt aus der RadiMix-Baureihe LIN-fähig. Mit diesem Leistungsspektrum sind sie für Ein- und Mehrfamilienhäuser konzipiert. Künftig folgen auch die Baugrößen VG 108 und VG 122 bis 150 kW.

Figure 2: Beispiel einer LIN-message für ein Gasgebläse. (Foto | ebm-papst)

Schlanke Kommunikationslösung

Hersteller von Heizthermen können nun auch Sensordaten nutzen, die das Gebläse bisher nur intern verarbeitete, aber nicht an den Feuerungsautomaten kommunizieren konnte. Das betrifft Informationen zur Leistungsaufnahme, der Drehzahl oder auch der Umgebungstemperatur. Neu dabei ist auch die Analyse von Spannungsschwankungen, wodurch eine Auswertung der Netzqualität möglich ist. Die Software wurde von ebm-papst so programmiert, dass sie definierte Datenpakete schnürt, sogenannte LIN-Messages (Bild 2), die der Feuerungsautomat abruft. Hersteller können diese Daten und künftig zusätzliche Sensor-Werte nutzen, um die Verbrennung weiter zu optimieren und damit den Boiler effizienter zu machen. Denn der LIN-Bus ist bidirektional. Er dient also nicht allein dazu Daten abzurufen, sondern kann dazu genutzt werden, Befehle zu übertragen. Daher ist es jetzt möglich, den Drehzahlregler optional direkt in das Gebläse zu verlagern. Die Drehzahl kann damit schneller und genauer geregelt werden, was wiederum Möglichkeiten bietet, den Modulationsbereich zu erweitern. Zudem wird die Rechenleistung des Feuerungsautomaten geschont, da die Regelung in das Gebläse ausgelagert wird. Bild 3 zeigt die LIN-Bus Kommunikation in einer Gastherme.

BILD 3: Schematische Darstellung des Verbundsystems einer Gas-Brennwerttherme. Die grünen Linien zeigen den Datenfluss bei der LIN-Kommunikation. (Foto | ebm-papst)

Die Vorteile von LIN-Bus zeigen sich für Hersteller bereits in der Produktion: Die Verkabelung ist deutlich einfacher und damit auch der Aufbau der Gasthermen. Bislang war eine Sternverkabelung notwendig, vom Feuerungsautomaten ging also zu jeder Systemkomponente jeweils ein Kabel. Jetzt reicht nur noch eines, das alle Slave-Einheiten miteinander verbindet. Neben dem geringen Verkabelungsaufwand ist ein weiter Vorteil, dass jedes Gasgebläse mit einem elektronischen Typenschild ausgestattet ist. Das erlaubt eine einfache Rückverfolgung: Fertigungsdaten wie Seriennummer und Produktionsdatum können so jederzeit ausgelesen werden. Ein weiteres Plus ist, dass Hersteller durch LIN-Bus eine breitere Datenbasis und Einblicke in die Feldanwendungen bekommen, die sich für zukünftige Optimierungen und Neuentwicklungen nutzen lassen.

Einfache Wartung

Das einfache Auslesen von Daten, bringt auch in der Wartung große Vorteile. Bei einem Auto ist es längst Standard, dass es selbständig meldet, wenn das Motoröl ausgetauscht werden muss oder die Bremsen abgenutzt sind. Bei einem Defekt schließt der Mechaniker in der Kfz-Werkstatt einfach seinen Laptop an, liest Fehler- und Diagnosedaten aus und kann dann ganz gezielt das Problem beheben. Mit LIN-Bus wird das auch für Heizungsinstallateure Realität und eine aufwändige Fehlersuche mit willkürlichem Komponententausch entfällt, da das Problem direkt am Bildschirm identifiziert wird.

Durch eine Auswertung von Betriebsstunden, Start-Stopp-Zyklen und Umgebungstemperaturverläufen kann mit LIN-Gebläsen eine einfache Zustandsüberwachung erfolgen.

Fehler beheben, bevor sie auftauchen

Zukünftig wird durch die LIN-Bus Kommunikation auch eine vorausschauende Wartung möglich. Für den Endanwender ein großer Vorteil, da dies das Risiko eines plötzlichen Ausfalls minimiert beziehungsweise vorab einen drohenden Ausfall ankündigt. Die Gastherme kann damit künftig selbst melden, wenn Teile ausgetauscht werden müssen – und das bevor sie defekt sind. Der Feuerungsautomat bekommt dann via LIN-Message das Signal, dass eine Wartung und Ersatz notwendig sind. Ist der Boiler zudem mit dem Internet vernetzt, kann der Monteur automatisch informiert werden, die Diagnose auslesen und gleich das passende Ersatzteil mitbringen. Eine Dusche, die plötzlich ungewollt kalt wird, gehört dann der Vergangenheit an.

Der LIN-Bus

So funktioniert der LIN-Bus

Das Local Interconnect Network, kurz LIN-Bus, wurde 1998 in der Automobilindustrie als kostengünstiges serielles Kommunikationssystem definiert. Den Standard definierte ein LIN-Konsortium. Das Singlemaster/multislave-System ermöglicht den Anschluss von bis zu 16 Slave-Einheiten. Der Master bestimmt – bei einer Brennwerttherme die elektronische Steuerung – wann der Slave – also zum Beispiel das Gebläse – Daten liefern oder Befehle befolgen soll. Dies erfolgt in zyklischen Zeitabständen nach einer vorgegebenen Zeittabelle, die im Master hinterlegt ist. Da alle Slaves an einem Kabel hängen, wird bei der Übertragung noch ein sogenannter „Packet Identifier“ (PID) mitgeschickt, damit der jeweilige Slave weiß, dass er angesprochen ist. Eine LIN-Message (Bild 2) umfasst dabei maximal 64 Bit. In ihr sind zum Beispiel die Drehzahl, Temperaturwerte oder Statussignale hinterlegt.

Die wichtigsten Vorteile

• Jedes LIN-Gasgebläse verfügt über ein elektronisches Typenschild
mit relevanten Fertigungsdaten und kann damit jederzeit rückverfolgt werden.
• LIN reduziert den Verkabelungsaufwand.
• Das Auslesen von Diagnosedaten und Fehlerspeichern erleichtert
die Wartung.

 

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