Bussystem

Ein Bussystem ist eine Verkabelung, bei der alle Teilnehmer an derselben Leitung hängen und über Adressen auseinandergehalten werden. Wer mit wem spricht, entscheidet nicht der Draht, sondern das Telegramm.

Der Gegenentwurf heißt konventionelle Verdrahtung: Von jedem Schalter führt eine eigene Leitung zu dem, was er schaltet. Diese Zuordnung steckt dann für immer in der Wand.

Der Unterschied in einem Satz

Beim Bus liegt eine Leitung an allen Stellen vorbei, und jeder Schalter sagt der Leitung, welche Lampe gemeint ist. Beim konventionellen Aufbau sagt die Leitung selbst, welche Lampe gemeint ist.

Daraus folgt alles Weitere:

• Änderungen sind Konfiguration, nicht Umbau. Ein Schalter soll künftig zwei Lampen und die Jalousie bedienen? Das ist eine Änderung in der Software, nicht im Putz.
• Jeder Teilnehmer braucht Elektronik. Ein Bus-Taster ist kein Schalter mehr, der Strom unterbricht, sondern ein Gerät, das eine Nachricht sendet. Das kostet mehr als ein mechanischer Schalter.
• Funktionen entstehen aus Verknüpfung. Anwesenheit, Beschattung nach Sonnenstand, Heizung nach Fensterkontakt — solche Zusammenhänge sind beim Bus eine Regel, konventionell dagegen eine zusätzliche Verdrahtung.

Was auf der Leitung passiert

Weil alle gleichzeitig senden könnten, braucht ein Bus eine Regel, wer wann darf. Die gängigen Verfahren:

• Master-Slave. Ein Teilnehmer fragt alle anderen der Reihe nach ab; niemand sendet unaufgefordert. Einfach und vorhersagbar, aber der Master ist der Flaschenhals — so arbeitet Modbus.
• Mithören und zugreifen. Jeder prüft, ob die Leitung frei ist, und sendet dann. Stoßen zwei zusammen, wird der Konflikt aufgelöst — bei CSMA/CD durch Abbruch und Wiederholung, beim CAN-Bus dadurch, dass die wichtigere Nachricht sich während des Sendens durchsetzt und die andere zurückzieht.
• Senderecht weitergeben. Ein Token wandert im Kreis, und nur wer es hält, darf senden.

Dazu kommt die Adressierung. Hier trennen sich die Welten: Die meisten Busse adressieren Geräte — Nachricht an Teilnehmer 17. KNX adressiert stattdessen Funktionen: Ein Taster sendet an die Gruppenadresse „Licht Küche", und wer darauf hört, schaltet. Ob das ein Gerät ist oder zehn, weiß der Taster nicht.

Der physikalische Aufbau

Typisch sind zwei Drähte, verdrillt, auf denen Daten und Versorgungsspannung gemeinsam laufen. Das genügt, weil die Datenraten niedrig sind — KNX arbeitet mit 9.600 bit/s, und das reicht für Schaltbefehle vollkommen.

Zwei Dinge daran gehen in der Praxis regelmäßig schief:

Die Topologie. Linie, Baum und Stern sind je nach System erlaubt, ein geschlossener Ring fast nie. Wer einen Bus versehentlich zum Ring verbindet, bekommt Fehler, die sich nicht reproduzieren lassen.

Der Abschluss. Busse auf RS485 brauchen an beiden Enden einen Widerstand, der zum Wellenwiderstand der Leitung passt. Fehlt er, laufen Reflexionen über die Leitung; der Bus funktioniert dann oft trotzdem — bis er unter Last sporadisch ausfällt. KNX braucht ihn nicht, dort übernimmt die Drossel im Netzteil diese Aufgabe.

Zentral oder dezentral

Die Architekturfrage, an der sich die Systeme am deutlichsten unterscheiden.

Dezentral heißt: Es gibt keine Zentrale. Die Logik steckt in den Geräten selbst, Taster und Aktor reden direkt miteinander. Fällt ein Gerät aus, fällt genau dessen Funktion aus und sonst nichts. So arbeitet KNX.

Zentral heißt: Ein Server nimmt alle Meldungen an, wertet sie aus und schickt Befehle zurück. Das macht die Programmierung erheblich bequemer und mächtigere Logik möglich — und bindet das ganze Haus an ein Gerät. Fällt es aus, bleibt im ungünstigen Fall kein Lichtschalter mehr funktionsfähig. Viele verbreitete Systeme arbeiten so, und ob der Komfortgewinn den Ausfallpunkt aufwiegt, ist die eigentliche Entscheidung beim Kauf.

Ein Zwischenweg ist verbreitet: dezentraler Bus für die Grundfunktionen, darüber ein Server für Visualisierung, Zeitpläne und Sprachsteuerung. Dann läuft das Licht weiter, wenn der Server neu startet, und nur der Komfort ist weg.

Draht oder Funk

Ein Bus auf Leitung ist störungsfest, stromsparend und überlebt Jahrzehnte — verlangt aber, dass die Leitung da ist. Deshalb fällt diese Entscheidung im Rohbau: Nachträglich eine Busleitung in jeden Schalterkasten zu ziehen ist in einem bewohnten Haus der teuerste Teil der ganzen Anlage.

Für die Nachrüstung bleiben daher Funksysteme wie ZigBee, Z-Wave und Thread oder Übertragung über das Stromnetz. Sie sparen das Kabel und zahlen dafür mit Batteriewechseln, Reichweitenfragen und Funkstörungen. Die etablierten Drahtsysteme haben für diesen Fall eigene Funkvarianten, die sich in dieselbe Anlage einfügen.

Wo Busse sonst vorkommen

Das Prinzip ist nicht auf Gebäude beschränkt. In der Industrie heißt es Feldbus und muss zusätzlich garantierte Reaktionszeiten liefern. Im Fahrzeug ist der CAN-Bus der Grund, warum ein heutiges Auto nicht mehr kilometerweise Einzeladern enthält. In der Gebäudeleittechnik großer Objekte arbeitet BACnet nach demselben Gedanken, adressiert aber Datenpunkte statt Geräte.

Nicht gemeint ist mit „Bus" der Datenbus im Rechner, der zwar namensgleich ist, aber auf Zentimetern statt Hunderten Metern arbeitet.

Normen

• EN 50090 – Elektrische Systemtechnik für Heim und Gebäude
• ISO/IEC 14543-3 – KNX als Gebäudesystemtechnik
• EIA/TIA-485 – RS485 als verbreitete physikalische Grundlage