KNX

KNX ist der verbreitetste Standard der Gebäudeautomation in Europa. Er verbindet Taster, Sensoren, Dimmer, Jalousieantriebe, Heizungsstellglieder und Meldeanlagen über eine gemeinsame Busleitung und wird vom Einfamilienhaus bis zum Bürokomplex eingesetzt.

Entstanden ist er 1999 aus der Zusammenführung von drei Vorgängersystemen: dem European Installation Bus (EIB), dem französischen BatiBUS und dem European Home System (EHS). Die Veröffentlichung erfolgte 2002, die europäische Normung als EN 50090, die internationale 2006 als ISO/IEC 14543-3.

Der Name des Gremiums war anfangs Konnex Association — daher die in älteren Quellen übliche Schreibweise „Konnex-Bus". Es heißt seit der Veröffentlichung KNX Association.

Dezentral, nicht zentral

Die prägende Eigenschaft von KNX ist, dass es keine Zentrale gibt.

Jedes Gerät am Bus trägt einen eigenen Prozessor und die Logik für seine Aufgabe. Ein Tastsensor weiß selbst, welches Telegramm er bei welchem Druck sendet; ein Schaltaktor weiß selbst, worauf er reagiert. Beide wurden einmal parametriert und arbeiten danach unabhängig.

Der praktische Unterschied zeigt sich im Fehlerfall: Fällt ein Gateway, ein Visualisierungsrechner oder die Internetverbindung aus, schaltet der Lichttaster weiterhin das Licht. In Systemen mit zentraler Steuerung — ob SPS-basiert oder cloudgestützt — ist das nicht der Fall.

Das ist zugleich der Grund, warum KNX in der Gebäudetechnik als bestandssicher gilt: Es gibt keinen Dienst, der abgeschaltet werden kann, und keine App, von der die Grundfunktion abhängt.

Gruppenadressen

Der Kern des Systems ist die Trennung zweier Adressarten.

Die physikalische Adresse identifiziert ein Gerät eindeutig nach seinem Platz in der Anlage, geschrieben als Bereich.Linie.Gerät, etwa 1.2.15. Sie dient nur der Inbetriebnahme und Diagnose — im laufenden Betrieb spielt sie keine Rolle.

Die Gruppenadresse bezeichnet eine Funktion, geschrieben als Hauptgruppe/Mittelgruppe/Untergruppe, etwa 1/2/5 für „Licht Wohnzimmer schalten". Ein Taster sendet an diese Adresse, und jedes Gerät, dem sie zugeordnet wurde, reagiert darauf. Wer sendet, weiß nicht, wer zuhört.

Das ist dasselbe Prinzip wie bei MQTT, nur zwanzig Jahre älter und in Hardware gegossen. Und es hat dieselbe Folge: Eine Funktion lässt sich erweitern, ohne die vorhandenen Geräte anzufassen. Soll ein zweiter Taster dieselbe Lampe schalten, bekommt er die Gruppenadresse zugewiesen — am Aktor ändert sich nichts.

Damit Geräte verschiedener Hersteller einander verstehen, ist nicht nur die Adresse genormt, sondern auch die Bedeutung der Daten. Die Datenpunkttypen (DPT) legen fest, dass Schalten ein Bit ist, Dimmen ein Byte, eine Temperatur eine 2-Byte-Gleitkommazahl mit fester Skalierung. Ohne diese Festlegung wäre die herstellerübergreifende Zusammenarbeit nicht möglich.

Übertragungswege

KNX TP (Twisted Pair) ist der Regelfall und das technische Erbe des EIB. Über ein verdrilltes Adernpaar laufen Daten und Versorgung gemeinsam: 29 V Gleichspannung, kurzschlussfest, bei 9.600 bit/s. Verwendet wird eine eigene Busleitung, meist grün, mit zwei Paaren, von denen eines genutzt wird.

Diese Datenrate wirkt lächerlich und ist es nicht. Ein Schaltbefehl ist ein Bit; ein Telegramm ist in rund 20 Millisekunden übertragen. Die Auslegung zielt auf Störsicherheit und Leitungslänge, nicht auf Durchsatz.

KNX RF überträgt per Funk auf 868 MHz und dient der Nachrüstung, wo keine Leitung liegt.

KNX IP — genauer KNXnet/IP — setzt die Telegramme auf Ethernet und IP auf. Zwei Betriebsarten sind zu unterscheiden: Tunneling für eine einzelne Verbindung, etwa vom Planungsrechner zur Anlage, und Routing als Multicast zwischen Linien, das als schneller Rückgrat dient.

KNX PL über das Stromnetz existierte, hat sich aber nicht durchgesetzt und wird nicht mehr verbaut.

Topologie und Stromversorgung

Eine TP-Linie trägt bis zu 64 Geräte; mit Linienverstärkern lässt sie sich auf 255 erweitern. Mehrere Linien fasst ein Bereich zusammen, mehrere Bereiche eine Hauptlinie. Für große Anlagen übernimmt heute meist KNX IP die Rolle des Rückgrats.

Jede Linie braucht ihr eigenes Netzteil mit Drossel. Die Drossel entkoppelt die Versorgung hochfrequent, sodass die Telegramme nicht kurzgeschlossen werden — ein gewöhnliches 29-V-Netzteil ohne Drossel legt die Linie still. Zwei Netzteile an einer Linie sind ebenso falsch. Das ist der häufigste Fehler beim Aufbau.

ETS

Parametriert wird eine Anlage mit der ETS (Engineering Tool Software) der KNX Association. Sie ist das einzige Werkzeug für diesen Zweck: Geräteauswahl, Gruppenadressen, Parameter und Inbetriebnahme laufen vollständig darüber, und das Projekt liegt in ihrem Dateiformat vor.

Das hat zwei Seiten. Es sichert, dass jede KNX-Anlage mit demselben Werkzeug wartbar ist, unabhängig davon, wer sie errichtet hat — ein echter Vorteil über Jahrzehnte. Es bedeutet aber auch, dass die ETS kostenpflichtig lizenziert wird und damit eine Einstiegshürde darstellt, die andere Systeme nicht haben. Eine kostenfreie Fassung erlaubt nur wenige Geräte.

Wer eine Anlage übernimmt, braucht das ETS-Projekt des Errichters. Fehlt es, lassen sich die Geräte zwar auslesen, die Parametrierung aber nur mit erheblichem Aufwand rekonstruieren. Die Projektdatei gehört deshalb zur Dokumentation eines Gebäudes.

Sicherheit

Klassisches KNX kennt weder Authentisierung noch Verschlüsselung. Wer physischen Zugang zur Busleitung hat, kann mitlesen und beliebige Telegramme senden. Für eine Leitung innerhalb eines Gebäudes war das die ursprüngliche Annahme.

Kritisch wird es bei KNX IP. Eine ins Internet weitergeleitete Portfreigabe auf eine KNX-IP-Schnittstelle gibt die gesamte Gebäudesteuerung frei — ein wiederkehrender Fund bei Untersuchungen, einschließlich Anlagen mit Tür- und Zutrittsfunktionen. Fernzugriff gehört über VPN, nicht über eine offene Weiterleitung.

KNX Secure schließt diese Lücke in zwei Ausprägungen: KNX Data Secure verschlüsselt und authentisiert die Telegramme selbst, KNX IP Secure sichert Tunneling und Routing. Beide arbeiten mit AES im 128-Bit-Modus, und die Geräteschlüssel stehen als Code auf dem Gerät. Geräte ohne Secure-Unterstützung lassen sich weiter betreiben, dann aber ohne diesen Schutz.

Verhältnis zu EIB

KNX ist zum EIB abwärtskompatibel. KNX TP ist technisch das EIB-TP-Verfahren, und EIB-Geräte lassen sich in einer KNX-Anlage weiterbetreiben und mit der ETS parametrieren.

Umgekehrt gilt das nicht uneingeschränkt: Neuere KNX-Funktionen, insbesondere KNX Secure, stehen auf EIB-Geräten nicht zur Verfügung. Im Sprachgebrauch werden beide Namen oft synonym verwendet, und der Begriff „Instabus" aus der EIB-Zeit hält sich bis heute.

Abgrenzung

BACnet sitzt in der Gebäudeautomation eine Ebene höher — Anlagentechnik, Leitsystem, Lüftungs- und Kältezentralen. KNX ist in der Raumautomation stark. In großen Gebäuden stehen beide nebeneinander, verbunden über ein Gateway.

DALI ist der Standard für die Lichtsteuerung bis zum einzelnen Vorschaltgerät. Er konkurriert nicht mit KNX, sondern wird häufig darunter betrieben und über ein Gateway angebunden.

ZigBee und Z-Wave sind die Funkalternativen für die Nachrüstung. Sie sind erheblich günstiger und ohne Fachbetrieb einzurichten, hängen aber meist an einem Gateway und erreichen nicht die Lebensdauer einer verdrahteten Installation.

Modbus findet sich in Gebäuden an Zählern, Wärmepumpen und Wechselrichtern und wird über Gateways in KNX überführt.

Normen

• EN 50090 – Elektrische Systemtechnik für Heim und Gebäude (ESHG)
• ISO/IEC 14543-3 – Home Electronic Systems (HES) Architecture
• EN 50491 – Allgemeine Anforderungen an Systeme der Gebäudeelektronik
• GB/T 20965 – Chinesische Übernahme des Standards