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Technologie-Stack

Die Architektur unserer Smart Home Lösung

Unser Technologie-Stack besteht aus mehreren Komponenten, die drei funktionale Ebenen abdecken:
Die 1. Ebene ist die Managementebene.
Hier erfolgt die Bedienung und die Konfiguration des Smart Home. Die Hauptkomponente ist die Software openHAB und eine von uns enwickelte Erweiterung dafür.

Die 2. Ebene ist die Automationsebene.
Das Herzstück dieser Ebene ist eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) des Herstellers Beckhoff. Die SPS bildet das “Gehirn” und ist für den zuverlässigen Ablauf der Logik im Smart Home verantwortlich. 

Die 3. Ebene ist die Feldgeräte-Ebene.
In der untersten Ebene befinden sich alle Sensoren (Taster, Fühler, …) und Aktoren (Licht, Rollomotor, usw.), die im Smart Home automatisch bedient werden.

Die ganze Technologie läuft autonom in Deinem Haus und benötigt kein Internet bzw. Cloud-Dienst.

1. Ebene – die Managementebene

openHAB

Die Managementebene ist in der Abbildung oben dargestellt. Die Hauptkomponente in dieser Ebene ist die Software openHAB (open Home Automation Bus) – eine Open-Source-Software, mit der die Bedienung und die Konfiguration des Smart Home ermöglicht wird.

openHAB bringt diverse Benutzeroberflächen mit, die für unterschiedliche Anwendungszwecke optimiert sind: neben mehrerer webbasierter UI gibt es auch Apps für mobile Android bzw. iOS Geräte. Ausserdem ist auch eine Anbindung von Sprachassistenten (Siri, Alexa, etc.) möglich.

Für die Echtzeitkommunikation zwischen der SPS und openHAB haben wir eine spezielle Software-Komponente entwickelt, ein sog. Binding. Alle Einstellungen (z.B. die Solltemperatur, Schaltzeiten, etc.) werden auf der SPS ausfallsicher gespeichert. D.h. die Automationslogik läuft im Falle einer Störung unabhängig von der Visualisierung zuverlässig weiter.

openHAB als Teil unserer Architektur ermöglich auch die Integration von Geräten und Technologien anderer Hersteller, wie z.B. Funktechnologien, Überwachungskameras, Rasenmähroboter, etc.

Beispiel einer Bedienoberfläche eines Einfamilienhauses.

Die Kommunikation zwischen openHAB und der SPS erfolgt in beide Richtungen in Echtzeit. Alle Einstellungen (z.B. Soll-Temperatur) werden auf der SPS gespeichert.

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An einer SPS lassen sich beliebige Sensoren (Taster, Temperaturfühler, Helligkeitsensoren, etc.) und beliebige Aktoren (Licht, Rollomotoren, Heizungsventile, etc.) direkt anbinden.
Die SPS nutzt:
– die Sensoren, um Umweltdaten zu erfassen
– die Smart Home Logik (aus unserer LIB), um Entscheidungen zu treffen
– die Aktorik, um Geräte automatisch zu steuern und zu schalten.

2. Ebene – die Automationsebene

SPS von Beckhoff

Die mittlere Ebene ist die Automationsebene. Die Kernkomponente dieser Ebene ist eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) des Herstellers Beckhoff, die für den Ablauf der Smarten Logik verantwortlich ist. Hinzu kommen passende I/O-Module – also digitale Ein- und Ausgänge, Temperaturmessmodule, etc. Die Technik zur Automation kann über mehrere Etagen bzw. Schaltschränke verteilt sein.

SPS sind spezielle Computer, die zur Steuerung von Industrieanlagen entwickelt wurden – sie sind „Industrietauglich“. Sie bieten eine Reihe von Vorteilen:
– Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb (7×24 Stunden, über viele Jahre)
– Beliebige Standard-Sensoren und -Aktoren nutzbar
– Niedrige Kosten für Hardware
– Investitionssicherheit (Ersatzteile sind auch in vielen Jahren verfügbar).
Beim Einsatz einer SPS im Smart Home Bereich wirken sich diese und viele andere Vorteile genauso positiv aus.

Die Software für die SPS wird auf Basis einer von uns entwickelten Smart Home Library programmiert, die für die Nutzung mit openHAB optimiert wurde.
Alle Einstellungen, die über openHAB vorgenommen werden, werden in der SPS ausfallsicher gespeichert. Das System ist so konzipiert, dass es die Smarte Logik jederzeit zuverlässig ausführen kann; auch bei einem Ausfall des Netzwerks oder des openHAB-Servers.

3. Ebene – die Feldgeräteebene

Sensorik und Aktorik

In der untersten Ebene – der Feldgeräte-Ebene – befinden sich alle Sensoren (Taster, Helligkeit, Temperatur, usw.) und Aktoren (Licht, Rollomotoren, Heizventile …), die für das Smart Home notwendig sind. Diese sind mit der Automation verbunden bzw. werden von dieser bedient.

Den größten Anteil dieser Ebene bildet die „klassische“ Elektrik. Wir nutzen Normteile, die einfach zu beschaffen sind, und die in vielen Jahren durch jeden Elektriker ohne vorherige Einweisung austauschbar sind.

Kritische Funktionalitäten (Beleuchtung, Heizung, etc.) werden so konzipiert und elektrisch verschaltet, dass sie auch ohne die Automation funktionieren (z.B. durch klassische Handbedienung).

Unser Smart Home System benötigt keine speziellen, teuren Sensoren und Aktoren, sondern nutzt ausschließlich genormte Komponenten, die es von vielen Herstellern gibt.

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Ausfallsicherheit

Wie bereits dargestellt, besteht unser Smart Home System aus 3 Ebenen. Diese lassen sich auch als drei Sicherheitskreise darstellen.

Der Kern besteht aus handelsüblichen Komponenten, die aus der klassischen Elektroinstallation bekannt sind – z.B. Relais (um Licht Rollos, Pumpen, etc. zu schalten), Taster, Fühler, etc. Ein Totalausfall des Kerns ist konzeptbedingt nicht denkbar.
Im Inneren Ring befindet sich eine SPS der Firma Beckhoff samt der I/O-Komponenten. Diese führt die Automationslogik aus, und schaltet die klassische Elektrik. Eine SPS ist für den Dauerbetrieb ausgelegt. Ein möglicher Ausfall hat keine Auswirkungen auf den Kern: über eine Handbedienung lassen sich kritische Funktionen (Licht, Heizung, Rollo…) nach wie vor bedienen.

Im äußerer Ring befinden sich alle Komfort-Komponenten, insbesondere die Software openHAB, die auf einem gesicherten Server läuft. Die Software wird für die Visualisierung und Technologie-übergreifende Integration genutzt. Ein Serverausfall hat keine Auswirkungen auf den inneren Ring – d.h. die Automationslogik des Smart Home läuft weiterhin ohne Störungen.

Datensicherheit

Alle Komponenten, die für Dein Smart Home notwendig sind, laufen in Deinem Haus und Nutzen das eigene Netzwerk. Ein Datenaustausch mit Cloud Diensten o.ä. findet nicht statt, d.h. Deine Daten verlassen nie Dein Haus.
Die Bedienung per Handy oder Tablett ist innerhalb des Hauses ohne Einschränkungen über das WLAN möglich.
Bei Wunsch gibt es auch die Möglich einen Zugriff aus dem Internet einzurichten. Im täglichen Gebrauch wird eine direkte verschlüsselte Verbindung zwischen dem Mobilgerät und Deinem Server zuhause aufgebaut.