KNX IoT en KNX Classic: hoe laadpalen en opslagbatterijen geïntegreerd zijn

Joost Demarest, CTO van KNX, legde in zijn keynote speech op het online event "Smart Energy Management with KNX" uit hoe dit in zijn werk gaat. Hij ging ook in detail in op een nieuwigheid speciaal voor Duitsland: De zogenaamde controlebox, die achter de gateway van de slimme meter zit, zal binnenkort geschikt zijn voor KNX; het Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (VDE FNN) werkt al aan de overeenkomstige bijlage bij de specificaties.

Maar wat is energiebeheer eigenlijk? Wikipedia definieert de term als volgt: De planning en uitvoering van energieproductie en -verbruik met als doel hulpbronnen te behouden, het klimaat te beschermen - tegen de laagst mogelijke kosten.

Woningen en gebouwen spelen een grote rol, vooral wat er in de woning gebeurt, d.w.z. van de distributeur tot de individuele verbruikers in de woning. Het energiebeheersysteem bevindt zich daarom in de verdeler en stuurt de individuele verbruikers aan. "Vanaf het allereerste begin was het de bedoeling van KNX om de controlefuncties vanuit dit centrum te implementeren en het te gebruiken om de andere KNX-compatibele apparaten in huis aan te spreken - van de verwarming tot de ventilatie, de airconditioningtechnologie en de meters tot de warmtepompen," zegt Joost Demarest. "Daarom is KNX vandaag al geschikt voor energiebeheer. Een voorbeeld: individuele kamerbediening is een van de belangrijkste functies van KNX, en het is vooral door deze functie dat KNX bekend werd bij het grote publiek: Een centrale besturingseenheid in de kamer regelt de kleppen in de warmtebronnen en koelapparaten. Daarnaast zijn er de laatste jaren meters en submeters bijgekomen die geschikt zijn voor KNX en die verschillende vermogensmetingen per fase of van het totale vermogen kunnen uitvoeren en de gegevens via KNX kunnen verzenden. Belastingsbeheer modules zijn ook al sinds de jaren 1990 beschikbaar van verschillende fabrikanten. "Zelfs toen konden 120 verschillende belastingen worden geïntegreerd, prioriteiten worden ingesteld of statistische gegevens worden verzonden," legt Demarest uit. "Lastbeheer is met KNX afgevinkt." Nu zijn er ook producten met een eigen meting van het energieverbruik, waarmee verschillende elektrische variabelen op circuitniveau kunnen worden gemeten en het verbruik tot een bepaald niveau kan worden beperkt.

Natuurlijk zou het ook wenselijk zijn dat gegevens van intelligente meters (slimme meters) via KNX kunnen worden verzonden en gecontroleerd. Dit werkt ook al: de eigen PV-opwekking kan bijvoorbeeld worden gemeten.

Als u belastingen wilt integreren, kunt u apparaten met potentiaalvrije contacten overwegen. Een laadpaal kan bijvoorbeeld via een KNX-schakelaar worden omgeschakeld van volledig laden naar beperkt laden, een warmtepomp of warmwaterproductie kan worden geregeld via het bestaande smart grid-contact - afhankelijk van de beschikbare energie.

Sinds sonnen lid is van de KNX Association, kunnen energieopslagunits nu ook geïntegreerd worden in de KNX-wereld. de KNX-wereld. Bovendien is er nu bijvoorbeeld met de e-charge II van ise een apparaat beschikbaar om laadstations van verschillende fabrikanten (ABB, ABL, KEBA, Mennekes, Mobility Made by Stöhr) in KNX te integreren. Hierdoor kan alle essentiële informatie over het laadproces worden doorgestuurd en verder verwerkt via KNX. Of het nu gaat om verwarmingsregeling, koeling, smart metering en submetering, load management en peak shaving, energieopslag, PV-systemen, elektrische auto's of warmtepompen - al deze apparaten en functies kunnen in KNX worden geïntegreerd. Demarest besluit: "We kunnen nu al een breed scala aan energiebeheerfuncties afdekken via KNX Classic."

De vraag is, hoe kan energiebeheer via KNX in de praktijk worden gerealiseerd? Er zijn veel verschillende mogelijkheden: Energiebeheer kan worden geïntegreerd in de apparaten, waarvan er een grote verscheidenheid beschikbaar is van verschillende fabrikanten. Het kan echter ook worden uitgevoerd in de visualisatiesoftware, in de centrale displayunit met geavanceerde logische functies, in de centrale gebouwserver of in een combinatie van al deze. Er zijn ook apps beschikbaar zodat de besturing via het internet kan worden uitgevoerd. Getrainde KNX partners implementeren dit.

Maar nu komt de innovatie in de vorm van de nieuwe EN50491-12-2 standaard, die deel uitmaakt van een reeks standaarden. Het eerste deel EN50491-12-1 bestaat al. De focus ligt nu op de Custom Energy Manager (CEM). Hieraan worden verschillende resource managers (RM) toegewezen. Een RM kan een product, meerdere producten of een volledig Home and Building Electronic System Solutions (HBES) zijn. Een HBES kan KNX zijn, maar ook andere systemen komen in aanmerking. Het RM vertelt de CEM over energieflexibiliteit: welke bronnen beschikbaar zijn, wie op dit moment energie nodig heeft of wie hoeveel energie kan leveren. Een RM kan bijvoorbeeld een compleet HVAC-systeem voorstellen dat de CEM informeert over de huidige energievraag of -levering. De uitwisseling van informatie tussen CEM en RM is gestandaardiseerd, maar onafhankelijk van het gebruikte protocol. De CEM is praktisch de dirigent die het orkest van verbruikers en producenten in huis harmonieus laat samenspelen en de energieflexibiliteit op één lijn brengt.

Wat wordt er bedoeld met energieflexibiliteit? Afhankelijk van wat de bedoeling is in de toepassing, hoe alles geregeld moet worden, voorziet EN50491-12-2 in vijf zogenaamde besturingstypes:

Hier zorgt de CEM ervoor dat de RM's binnen de ingestelde vermogensgrenzen blijven, die in de loop van de tijd kunnen variëren. De CEM past de vermogensomhullende aan de vermogensvoorspelling van de RM's aan en stuurt de RM's aan om aan de gespecificeerde vermogenslimieten te voldoen. De warmtepomp krijgt bijvoorbeeld de opdracht om gedurende een bepaalde periode minder energie te leveren. De RM geeft op zijn beurt de voorspellingen door aan de CEM van wat een unit kan doen. De CEM stemt deze voorspellingen af op de gegeven prestatie-envelop, dus er is een wisselwerking tussen de CEM en de RM in de loop van de tijd.

Dit type regeling is bedoeld voor apparaten die op een bepaald tijdstip moeten starten, zoals een wasmachine. Via de RM wordt gecommuniceerd wanneer het apparaat kan starten, hoe lang het moet draaien en wanneer het eventueel kan worden onderbroken (Power Sequence Containers). De CEM bepaalt vervolgens de tijdsvolgorde waarin de Power Sequence Containers worden gestart, zodat het hele proces op het opgegeven tijdstip kan worden voltooid.

Dit type regeling wordt toegepast op units die verschillende bedrijfstoestanden kunnen aannemen. Omdat de CEM de units kent en weet welke werkingsmodi ze kunnen aannemen. Het bestuurt ze op zo'n manier dat de specificaties worden nageleefd en ze binnen dit kader optimaal werken. Het kan bijvoorbeeld een laadstation opdracht geven om gedurende een bepaalde tijd op vol vermogen op te laden, maar vervolgens de bedrijfstoestand wijzigen.

Dit type regeling is geschikt voor apparaten die energie opslaan of bufferen. De RM's geven informatie over hun stroomsterkte en over hun minimale en maximale vulhoeveelheden en of deze mogelijk worden onderschreden of overschreden. Het apparaat kan ook aangeven wanneer het moet worden opgeladen. De RM's geven ook hun lekgedrag door aan de CEM. Een warmwatertank verliest na verloop van tijd warmte, zelfs als er geen warm water wordt afgenomen. Omdat ook bekend is wat er gemiddeld op een weekdag wordt verbruikt, kan worden berekend hoeveel energie er nodig is om de opslag bij te vullen. Het vullen wordt op zijn beurt gemodelleerd: Dit is de taak van een of meer actuatoren die gekoppeld zijn aan het RM. Ze worden op dezelfde manier gemodelleerd als de eenheden in het Operation Mode Based Control type. Alleen het effect dat ze hebben op het vulniveau moet worden toegevoegd. Op basis van deze informatie stuurt de CEM de commando's en geeft de gewenste bedrijfsmodus van de actuator en de tijd voor de overgang aan.

Dit type regeling is gemaakt voor eenheden die flexibel zijn wat betreft het type energie dat wordt gebruikt, maar die geen energie kunnen opslaan of bufferen. Een hybride warmtepomp die energie kan opwekken via elektriciteit of gas is hier een voorbeeld van. Deze kan communiceren hoe hoog de behoefte is of binnen welk bereik de behoefte ligt of binnenkort zal liggen. De werkingsmodi van de actuatoren geven aan hoeveel er in die modus kan worden geproduceerd. De CEM combineert de bedrijfsmodi van de actuatoren om aan de vraag te voldoen.

Wat betekent dit voor KNX, hoe kunnen deze controletypes geïmplementeerd worden in de KNX-wereld?

Het gaat vooral over parameters die in de tijd veranderen. Dit zou zeker mogelijk zijn via groepscommunicatie in KNX. Maar in de realiteit zouden de 14-byte telegrammen hiervoor niet volstaan.

hiervoor niet volstaan; hiervoor zouden uitgebreide frames gebruikt moeten worden. In een typische groepscommunicatie spreekt de CEM echter altijd slechts één eenheid aan, bijna nooit meerdere eenheden tegelijkertijd. Daarom zou Object/Property communicatie geschikter zijn, of zelfs Function Properties. Dit zou echter vereisen dat de installateur de individuele adressen van de RM's in de CEM opslaat, wat ETS momenteel niet ondersteunt.

Daarom zou het beter zijn om de KNX IoT Point API met JSON of CBOR datastructuren te gebruiken voor de uitwisseling tussen CEM en RM. "KNX Classic kan echter nog steeds gebruikt worden voor event-driven communicatie," legt Joost Demarest uit. "De uitwisseling van apparaatparameters kan dan echter gebeuren via de KNX IoT Point API."

En nu nog een nieuwtje voor Duitsland. Op dit punt is de FNN verantwoordelijk voor de specificatie van de zogenaamde controlebox, die achter de slimme meter gateway (SMGW) zit. Met de controlebox kunnen belastingen worden geschakeld in het slimme huis of in slimme gebouwen. Voorheen waren de controleboxen verkrijgbaar met vier relaiscontacten. "Er wordt nu gewerkt aan bijlage B bij de FNN-besturingsboxspecificaties, waarin wordt gespecificeerd hoe de besturingsbox ook met KNX kan worden gerealiseerd", vertelt Joost Demarest verheugd. De controlebox zou dan als KNXnet/IP tunnelling client gerealiseerd kunnen worden. Het belangrijkste: de installateur kan de KNX-installatie configureren zoals voorheen, er verandert niets voor hem. Hij moet enkel in de handel verkrijgbare KNX Secure Tunneling Servers in het systeem integreren. De fabrikant van de controlebox met KNX-interface moet echter een ETS-app voorzien. Dit zorgt ervoor dat de parameters die nodig zijn voor de schakelkast kunnen worden uitgewisseld tijdens de eerste installatie of vervanging van de schakelkast. "Annex B wordt binnenkort goedgekeurd, dan kunnen de fabrikanten de controleboxen overeenkomstig ontwikkelen en op de markt brengen," legt Joost Demarest uit.

Op deze manier kunnen KNX en KNX IoT in de toekomst samenwerken.