BACnet Europe Journal 8 03/08

Erfahrungsbericht Field Report

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Flughafen Frankfurt plant Gebäudeautomation mit BACnetFrankfurt Airport goes BACnet for Building AutomationDie Fraport AG als Flughafenbetreiber hat früh erkannt, dass die Gebäudeautomation mit ihren Einrichtungen für einen energieeffi zienten, wirtschaftlichen und sicheren Betrieb der Technischen Gebäudeausrüstung sorgt und eine Voraussetzung für ein umfassendes Gebäudemanagement ist.The Fraport AG, the airport operator has detected early that the building automation with its equipment provides an energy effi cient, economic and reliable operation and management of the technical building equipment and is a prerequisite for a comprehen-sive building management.

Der Flughafen Frankfurt Main zählt zu den wichtigs-ten Weltfl ughäfen. Der Flug-hafenbetreiber Fraport AG beabsichtigt umfassende Sa-nierungs- und Modernisie-rungsmaßnahmen mit den Zielen:

Ertüchtigung des tech-nischen Anlagenbestandes,

Beitrag zum Klimaschutz; Reduzierung des Energie-verbrauches und der CO2 Emissionen,

Neuorganisation und Sa-nierung der Gebäudeau-tomation auf Basis eines neutralen Kommunikati-onsprotokolls,

Kostenreduzierung durch Wettbewerb und Produkt-neutralität,

Einsatz moderner Gebäu-demanagementstrategien,

Entsprechend diesen Zielenwird der Gebäudeautoma-tion ein hoher Stellenwertbeigemessen. Bereits zwei Jahre vor dem geplanten Start der Planungen hat die Fraport AG ein Experten-team zusammengestellt, umdie Vorgaben an ein gewün-schtes heterogenes System, also ein System mit unter-schiedlichen Herstellern, zu defi nieren.

Hierbei wurde zur Realisie-rung eines wettbewerbsof-

fenen Gebäudeautomations-systems (GA-System) der Bestand des kompletten Flug-hafengeländes wie der beiden Terminals, der Service- und Verwaltungsgebäude sowieder Bedarf zukünftiger Bau-projekte betrachtet.

Entscheidung für BACnetDie Entscheidung für BACnetals offenes Datenkommu-nikationsprotokoll im Jahr 2003 war zukunftsweisend und geschah parallel zur weltweiten Standardisierung in der ISO 16484-5. BACnet basiert auf genorm-ten Diensten, Objekten und Funktionen und wird laufend im Standardisierungsgremi-um des SSPC 135 an neue Anforderungen agepasst undergänzt.

Der BACnet Standard als Teil der Weltnorm für Gebäu-deautomation DIN EN ISO 16484 bietet das umfäng-lichste und leistungsfähigsteDatenkommunikationsproto-koll in der Gebäudeautoma-tion, das ohne Lizenzrechteund ohne herstellerspezifi sche Hardware für jedermann zu-gänglich ist.

LastenheftBACnet bietet innerhalb derNorm durch eine Vielzahl von optionalen Eigenschaften ge-

wisse Gestaltungsfreiräume bei den Objekten sowie un-terschiedliche Realisierungs-möglichkeiten bei der Um-setzung von Funktionen. Hinsichtlich der Anforde-rungen eines Großfl ugha-fens an die gewünschte und erforderliche Interoperabili-tät zwischen GA-Systemen unterschiedlicher Hersteller ist es unumgänglich, neben der Forderung nach Norm-konformität diverse zusätz-liche Festlegungen zu treffen.

Die Fraport AG hat mit Unterstützung der GA In-genieurgesellschaft mbH ein umfangreiches Lastenheft „Gebäudeautomation“ er-stellt. Hier sind neben den Anforderungen an BACnet hinsichtlich der zu unterstüt-zenden Dienste in den jewei-ligen Interoperabilitätsberei-chen (BIBBs) Objekte und deren Eigenschaften, Mel-dungsklassen, Alarmpriori-täten, Quittierungsoptionen, Kommunikationsvorgaben etc. auch Anforderungen an die konventionellen Bereiche der Gebäudeautomation fest-gelegt worden.

Es wurden Vorgaben an das Benutzeradress-System, die GA-Funktionen und spe-zielle übergeordnete Funk-tionen des Flughafens, die einzusetzende Hardware,

Schaltanlagen und Installati-on, Netzwerke, Systeme für besondere Anwendungen, Bedien- und Management-einrichtungen, die Raumau-tomation sowie die Doku-mentation defi niert. Darüberhinaus wurden im Lastenheft „Gebäudeautomation“ alle gewerkespezifi schen Schnitt-stellen und Liefergrenzen beschrieben.

GA-Planung mit BACnetDer Einsatz offener Kom-munikationsprotokolle (hier: BACnet) und die Realisierung heterogener GA-Systeme stellt eine Herausforderung an die planenden Ingenieure im Be-reich der Gebäudeautomati-on dar, bietet aber auch neue Möglichkeiten. Beispielhaft sei hier eine Auswahl unter-schiedlicher Netzwerkstan-dards, die Freiheit bei der Strukturierung der Mel-dungsklassen, der Alarmie-rung und der Priorisierung genannt.

Neben den grundlegenden Kenntnissen der Gebäudeau-tomation müssen die pla-nenden Ingenieure über fun-dierte BACnet Kenntnisse verfügen, um dessen Vorzügewirtschaftlich und funk-tionell umsetzen und ein interoperables Gesamtsystem planen zu können.

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Ein umfangreiches Studiumder GA-Weltnorm DIN ENISO 16484 ist für eine Planung der Gebäudeauto-mation mit BACnet unerläss-lich, als Einstieg kann der BIG-EU „Leitfaden zur Ausschreibung interoperabler Gebäudeautomation auf Basisvon BACnet“ benutzt werden.Darüber hinaus muss ein fundiertes Fachwissen im Bereich der von BACnet unter-stützten Netzwerkstandardszur gebührenden Berücksich-tigung der damit zusammen-hängenden wirtschaftlichen, organisatorischen und tech-nischen Aspekte vorausge-setzt werden.

Wie können nun die erfor-derlichen BACnet-Spezifi kati-onen und die Umsetzung der Anforderungen eines Groß-projektes sinnvollerweise pla-nerisch erfasst und dargestellt werden?

Hierzu ist der konsequente Einsatz der VDI-Richtlinie 3814 Blatt 1 bzw. der DIN EN ISO 16484-3 ein Muss! Mit Hilfe der Automations-schemen und der dazu kor-respondierenden GA-Funkti-onslisten muss der planendeIngenieur alle projektspezi-fi schen Anforderungen an sämtliche (Ein-/Ausgabe-,Verarbeitungs-, Management- und Bedien-) Funktionen mit Zuordnung der zu verwen-

denden BACnet-Objekttypenin der Bemerkungsspalte spe-zifi zieren. Der Forderung der DIN 18386 (VOB/C: ATV Gebäudeautomation) zur Ver-wendung von Funktionen als Abrechnungseinheiten wird hiermit ebenfalls entsprochenund es werden einheitliche kalkulierbare Dienstleis-tungspositionen erzeugt.

Aus Sicht der Integrations-planung wird empfohlen, sämtliche Datenpunkte eines Aggregates sowie alle Da-tenpunkte mit einer eigenen Benutzeradresse in einer separaten Zeile der GA Funk-tionsliste darzustellen. Erst damit besteht die Möglich-keit, sämtliche zugehörigen Funktionen eindeutig zu beschreiben. Darüber hinaus müssen zusätzliche, ergän-zende bzw. nicht zur Norm gehörende Funktionen daten-punktbezogen, zeilenweisein der Bemerkungsspalte und ggf. auf Beiblättern erläutert werden.

Für die Darstellung kom-plexer Steuerungsabläufe empfi ehlt sich die Verwen-dung von Zustandsgraphen bzw. Ablaufdiagrammen ge-mäß der neuen VDI-Richtli-nie 3814 Blatt 6. Bei der Fra-port AG wurden bereits im Vorfeld dieser Richtlinie um-fangreiche Ablaufdiagramme erstellt, um eine einheitliche

Umsetzung der geforderten Funktionalität durch unter-schiedliche Auftragnehmer zugewährleisten.

Bei der Integrationsplanung ist die demnächst erschei-nende VDI-Richtlinie 3814 Blatt 5 – „Hinweise zur Sys-temintegration“ zu berück-sichtigen.

Zur Erstellung der Leistungs-verzeichnisse sollten bei öf-fentlichen Ausschreibungen die Leistungspositionen mitHilfe des Standardleistungs-buches 070 (zurzeit erfolgt eine Anpassung auf die BACnet-Spezifi kationen) ver-wendet werden.

Mit dem Einsatz von qualifi -zierten GA-Fachingenieuren in der Planung und bei Ein-haltung dieser Empfehlungen wird den potentiellen Auf-tragnehmern eine nachvoll-ziehbare und kalkulierbareAusschreibungsunterlage zur Verfügung gestellt.

Auf dieser Basis und mit einem konsequenten Einsatz einer Qualitätssicherung in allen Planungs- und Aus-führungsphasen kann der Umsetzung der durch die Fraport AG selbst gesetzten Ziele bei einem der weltweit größten BACnet-Projekte op-timistisch entgegengesehen werden.

Frankfurt Airport (FRA) is one of the world‘s most important international air-ports. The airport operatorFraport AG intends com-prehensive renovation and modernization activities withthe objectives:

Upgrading of technical equipment stocks,

Contribution to climate protection; reduction of energy consumption and CO2 emissions,

Reorganization and ren-ovation of the building automation in view of thefuture airport requirements,

Cost reduction by competi-tion and product neutrality,

Use of modern building management strategies

In accordance with these ob-jectives, a great importance will be attached to the build-ing automation. Just two years before the scheduled start of the planning, Fraport AG has assembled a team of experts to defi ne the require-ments of a desired heterogene-ous system, which is a system with different manufacturers.

The stock of the complete airport ground as the two terminals, the service and administrative buildings and the needs of future building projects were considered, to realize a competitive building

Offene Systeme sind in der Luftfahrt schon lange Realität.In the aerospace open systems are reality for a long time.

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automation and control systems (BACS).

Decision for BACnetThe decision for an open BACnet data communicationprotocol in 2003 was pioneer-ing and happened parallelto the global standardization in the ISO 16484-5. BACnet is based on stand-ardized services, objects and functions and is constantlyadjusted and supplementedin the SSPC 135 standardi-zation committee to newrequirements.

The BACnet standard as part of the global standard for building automation and control systems DIN EN ISO16484 offers the most extensive and powerful com-munications protocol for building automation and control systems, without the license rights and without the need for specifi c vendor hardware.

System requirementsWithin the standard BACnetoffers by a number of optionalproperties some creative leeway with the objects and different implemen-tation possibilities for the implementation of functions.

It is essential, that in additionto a demand for standard conformity, several additionalspecifi cations, with regard to the requirements of a majorairport to the desired and required interoperability be-tween BAC-Systems from different manufacturers, are to be taken.

Fraport AG has created with the support of the GA Ingenieurgesellschaft mbH an extensive requirement of building automation. Here, in addition to the require-ments of BACnet in terms of support services in their respective areas of interoper-ability (BIBBs), objects and their properties, notifi cation

classes, alarm priorities, acknowledge options, com-munications, etc. also set requirements on the conven-tional areas of building auto-mation.

A user-address system, the BACS functions and the overall special functions of the airport, the type of hard-ware, switchgear and instal-lation, networks, dedicatedspecial systems, operatingand management devices, room control and documenta-tion are specifi ed there too.

In addition, the system requirement contains all interfaces between all main-tenance groups and buildingautomation and delivery boundaries.

Building automation planning with BACnetThe use of open communica-tion protocols (here: BACnet)and the implementation of heterogeneous BAC-Systems represent not only a challengeto the building automation planners, but also offer new possibilities.

A selection of different network standards, alarm notifi cations, priorities and a structural freedom of notifi cation classes may serve here as an example.

Apart from the basic knowl-edge of building automation, the planning engineers must have a competent knowledge of BACnet to plan its benefi tseconomically and function-ally and implement an inter-operable system.

An extensive study of build-ing automation world stand-ard DIN EN ISO 16484 is essential for planning buildingautomation with BACnet, as entry may be used the BIG-EU “guide to specify-ing interoperable building automation and control sys-tems using BACnet”. In ad-dition, a substantial exper-

tise in the fi eld of BACnet supported network stand-ards for due consideration of the associated economic, organizational and technicalaspects will be provided. How can this necessaryBACnet specifi cations and the implementation of the requirements of a major project be usefully collected and displayed?

For this the consistent use of the VDI guideline 3814 part 1 respectively DIN EN ISO 16484-3 is a must! With thehelp of automation schematics and the corresponding BACS function lists, the planning engineer has to specify all project requirements for all (I-/O, processing-, manage-ment- and operator-) func-tions with an assignment to used BACnet object types in the remarks column.

The demands of DIN 18386 (VOB / C: Building Automation ATV) for use of functions as accounting units, are also satisfi ed and there will be uniform predict-able service positions.

From the integration planning is recommended that all datapoints of a unit and all datapoints with a unique user address are displayed in a separate row in the BACS function list. Only thus it is possible, to clear all functionsrelated to describe. Moreover, additional, complementary and no-standard functions based on each data point should be remarked line by line in the remarks column, and possibly explained on additional sheets.

It is recommended to use state graphs and fl ow charts according to the new VDI guideline 3814 part 6, for a planning and presentation of complex control circuits. These fl ow charts have been already created by FraportAG in order to uniform im-plementation of the required

Bernd HankeHead of Airport Facility ManagementFraport AG

Günter MeyerHead of Engineering Planning and Project Management Fraport AG

Thomas Kohlhoff Marius HartelManaging Partner GA Ingenieurgesellschaft mbH

info@ga-ing.de www.ga-ing.de

functionality by different contractors.

The forthcoming new VDI guideline 3814, part 5 – “References of systems in-tegration” shall be used for integration planning.

The German master specifi -cation for tender 070 which is currently revised on the BACnet specifi cations shall be used for establishing of performance lists for public tenders procedures.

An assignment of qualifi ed BACS engineers in a planning procedure and compliancewith these recommendations provides potential contrac-tors with an understandableand predictable tender docu-ment.

On this basis and with a consistent use of quality assurance in all planning and implementation phasesof the implementation, Fraport AG may optimisticly look forward to realization own targets in one of the major BACnet projects worldwide.