Was ist KNX? Standard, Normen und Übertragungsmedien

KNX begegnet uns in der Praxis täglich: als Bussystem in Bürogebäuden, Schulen, Hotels und Wohnbauten, als Grundlage für Licht-, Beschattungs- und Raumautomation. Doch was steckt hinter dem Begriff? Wer legt die Regeln fest, welche Medien gibt es, und warum kann ein Gerät eines Herstellers mit dem Gerät eines anderen Herstellers kommunizieren? Diese erste Folge der Schulungsreihe legt das Fundament. Wir erklären, was KNX als Standard bedeutet, welche Normen dahinterstehen, welche Übertragungsmedien zur Verfügung stehen und welche Rolle das Projektierungswerkzeug ETS spielt.

Diese Reihe richtet sich an Einsteiger, Elektroinstallateure, Planer, Betreiber und Bauherren, die KNX verstehen wollen, nicht nur bedienen. Wer die Grundlagen kennt, trifft bessere Entscheidungen bei Planung, Ausschreibung und Betrieb.

Von EIB zu KNX: eine kurze Geschichte

KNX hat Wurzeln, die bis in die 1990er Jahre zurückreichen. Damals existierten in Europa drei konkurrierende Bussysteme für die Gebäudeautomation: EIB (European Installation Bus), BatiBUS und EHS (European Home Systems). Alle drei verfolgten ähnliche Ziele, sprachen aber unterschiedliche Sprachen und liessen sich nicht miteinander verbinden.

1999 schlossen sich die drei Trägerorganisationen zusammen und gründeten die KNX Association mit Sitz in Brüssel. Das Ergebnis war ein gemeinsamer Standard, der die Stärken der Vorgänger vereinte und unter dem Namen KNX weitergeführt wurde. EIB war dabei der technisch dominante Vorgänger, weshalb viele Grundprinzipien des heutigen KNX direkt aus dem EIB stammen. Wer ältere Anlagen kennt, findet deshalb noch heute den Begriff EIB in Dokumentationen, Gerätebeschriftungen und Schaltplänen.

Heute ist KNX der einzige weltweit genormte Standard für Haus- und Gebäudeautomation, der von einer herstellerneutralen Organisation getragen wird. Die KNX Association zählt Mitglieder aus der ganzen Welt, und die Landesorganisation in der Schweiz ist KNX Swiss.

Die Normen hinter KNX

Ein Standard ist nur so verlässlich wie seine normative Grundlage. KNX ist in zwei zentralen Normen verankert.

Die EN 50090 ist die europäische Norm für elektronische Systeme für Häuser und Gebäude (HBES). Sie beschreibt die technischen Anforderungen an das System, die Kommunikation und die Interoperabilität der Geräte.

Die ISO/IEC 14543-3 ist die internationale Entsprechung und macht KNX weltweit anerkannt. Beide Normen beschreiben dasselbe System aus unterschiedlichen Blickwinkeln und ergänzen sich.

Für die IP-Kommunikation kommt die EN ISO 22510 hinzu. Sie beschreibt KNXnet/IP, also die Übertragung von KNX-Telegrammen über IP-Netzwerke. Damit lässt sich KNX in bestehende IT-Infrastrukturen einbinden, ohne die Grundprinzipien des Standards zu verlassen.

Diese normative Verankerung ist für Bauherren und Betreiber kein technisches Detail, sondern eine handfeste Sicherheit: Wer KNX vorschreibt, schreibt einen offenen, normierten Standard vor, keinen Herstellerstandard. Das hat direkte Auswirkungen auf Wartbarkeit, Erweiterbarkeit und die Unabhängigkeit von einzelnen Lieferanten.

Interoperabilität und Zertifizierung

Der Begriff Interoperabilität beschreibt die Fähigkeit von Geräten verschiedener Hersteller, im selben System zusammenzuarbeiten. Bei KNX ist das kein Versprechen, sondern eine technische Voraussetzung, die durch Zertifizierung sichergestellt wird.

Jedes KNX-Gerät, das auf den Markt kommt, muss von der KNX Association zertifiziert werden. Die Zertifizierung prüft, ob das Gerät die Normanforderungen erfüllt und sich mit anderen zertifizierten Geräten verträgt. Besteht ein Gerät die Prüfung, erhält es das KNX-Logo und wird in der offiziellen Produktdatenbank geführt.

In der Praxis bedeutet das: Ein Taster eines Herstellers A kann einen Aktor eines Herstellers B schalten, wenn beide korrekt projektiert sind. Die Projektierung übernimmt das ETS, das wir weiter unten beschreiben. Die Interoperabilität ist dabei an Bedingungen geknüpft: Die Geräte müssen korrekt parametriert und mit passenden Gruppenadressen verbunden sein. Interoperabilität entsteht nicht von selbst, sie muss geplant werden.

Die vier Übertragungsmedien

KNX kennt vier Übertragungsmedien. Die Wahl des Mediums hängt vom Gebäude, der Aufgabe und den baulichen Gegebenheiten ab. In der Praxis werden sie oft kombiniert.

TP: Twisted Pair

Twisted Pair ist das klassische und am häufigsten eingesetzte Medium. Die Kommunikation läuft über eine verdrillte Zweidrahtleitung, die gleichzeitig die Busspannung von typisch 30 V DC führt. Die Übertragungsrate beträgt 9600 bit/s. Die Busleitung ist als SELV-Stromkreis ausgeführt, also als Sicherheitskleinspannung, was die Installation vereinfacht und die Sicherheit erhöht.

TP eignet sich für Neubauten und Sanierungen, bei denen Leitungen verlegt werden können. Es ist das robusteste und am besten beherrschte Medium und bildet in den meisten Projekten das Rückgrat der Anlage. Die Topologie, Leitungslängen und Grenzen des TP-Mediums behandeln wir ausführlich in Teil 2 und Teil 3 dieser Schulungsreihe.

PL: Powerline

Powerline (PL110) nutzt das vorhandene 230-V-Stromnetz als Übertragungsmedium. KNX-Telegramme werden auf die Netzspannung aufmoduliert. Das hat einen klaren Vorteil: Es braucht keine zusätzliche Busleitung. Dort, wo keine neuen Leitungen gezogen werden können oder sollen, ist PL eine Option.

In der Praxis ist PL anspruchsvoller als TP. Störungen im Stromnetz, Phasengrenzen und Netzfilter können die Kommunikation beeinflussen. PL wird deshalb seltener eingesetzt und erfordert sorgfältige Planung.

RF: Funk

Das KNX-Funkmedium arbeitet im 868-MHz-Band. Es ermöglicht den Einsatz von Geräten ohne jede Verdrahtung, was besonders bei Sanierungen und bei Geräten in schwer zugänglichen Bereichen interessant ist. Typische Anwendungen sind Funksender, Präsenzmelder oder Raumthermostate, die ohne Busleitung auskommen müssen.

RF-Geräte können mit TP-Geräten kombiniert werden, wenn ein Medienkoppler eingesetzt wird. Die Reichweite und Zuverlässigkeit hängen von den baulichen Gegebenheiten ab. Beton, Metallkonstruktionen und andere Hindernisse dämpfen das Signal. RF ist kein Ersatz für TP, aber eine sinnvolle Ergänzung. Wie EnOcean als weiteres Funkprotokoll mit KNX zusammenspielt, zeigt Teil 2 der Serie «Schnittstellen rund um KNX» mit dem Titel «KNX und EnOcean: Funk für Sanierung und flexible Räume».

IP: KNXnet/IP

KNXnet/IP überträgt KNX-Telegramme über IP-Netzwerke. Dabei gibt es zwei Betriebsarten: Tunneling für den direkten Zugriff einzelner Geräte oder Werkzeuge, und Routing über IP-Multicast (Adresse 224.0.23.12) für die Verbindung von KNX-Bereichen über einen IP-Backbone.

IP-Koppler verbinden TP-Linien über das IP-Netz miteinander und ermöglichen so grosse Anlagen, die über mehrere Gebäude oder Standorte verteilt sind. KNXnet/IP ist in der EN ISO 22510 normiert. Die Sicherheit der IP-Kommunikation wird durch KNX IP Secure gewährleistet, auf das wir weiter unten kurz eingehen.

ETS: das herstellerübergreifende Projektierungswerkzeug

ETS steht für Engineering Tool Software und ist das zentrale Werkzeug für die Projektierung, Parametrierung und Inbetriebnahme von KNX-Anlagen. ETS wird von der KNX Association herausgegeben und ist herstellerunabhängig. Die aktuelle Generation ist ETS6.

Was ETS besonders macht: Es ist das einzige Werkzeug, mit dem sich Geräte aller zertifizierten KNX-Hersteller projektieren lassen. Jeder Hersteller liefert eine Produktdatenbank, die in ETS importiert wird. Dort werden die Geräte konfiguriert, physikalische Adressen vergeben, Gruppenadressen angelegt und Kommunikationsobjekte verknüpft. Das Ergebnis ist ein ETS-Projekt, das die vollständige Konfiguration der Anlage enthält.

Für Bauherren und Betreiber ist das ETS-Projekt ein zentrales Dokument. Es ist die Grundlage für Erweiterungen, Änderungen und die Fehlersuche im Betrieb. Wer das ETS-Projekt nicht besitzt, ist auf den ursprünglichen Installateur angewiesen. Warum das ETS-Projekt dem Bauherrn gehört und wie das sichergestellt wird, behandelt Teil 5 der Serie «KNX richtig planen» mit dem Titel «Das ETS-Projekt gehört dem Bauherrn».

Die Projektierung mit ETS ist ein eigenes Thema, das wir in Teil 9 dieser Schulungsreihe, «ETS-Projektierung Schritt für Schritt», ausführlich behandeln.

KNX Secure: Sicherheit auf zwei Ebenen

Gebäudeautomation ist heute Teil der IT-Infrastruktur. Damit stellen sich Fragen zur Cybersicherheit, die vor zehn Jahren noch kaum relevant waren. KNX hat darauf mit KNX Secure reagiert, einem Sicherheitskonzept auf zwei Ebenen.

KNX Data Secure schützt die Kommunikation auf der Anwendungsschicht. Telegramme werden Ende zu Ende verschlüsselt, unabhängig vom Übertragungsmedium. Das Verfahren basiert auf AES-128 im CCM-Modus. Jedes Gerät trägt ab Werk einen individuellen Schlüssel, den sogenannten FDSK (Factory Default Setup Key), der auf dem Gerät aufgedruckt ist. Dieser Schlüssel wird beim Einrichten in ETS verwendet. Ein Sequenzzähler schützt zusätzlich vor Wiederholungsangriffen.

KNX IP Secure schützt die Kommunikation im IP-Netz. Es verschlüsselt und authentifiziert den KNXnet/IP-Datenverkehr zwischen IP-fähigen Geräten. Beide Mechanismen können unabhängig voneinander oder kombiniert eingesetzt werden.

KNX Secure ist kein Selbstläufer. Es muss in der Planung berücksichtigt, in ETS konfiguriert und bei der Inbetriebnahme korrekt eingerichtet werden. Eine vertiefte Betrachtung bietet Teil 4 der Serie «KNX richtig planen» mit dem Titel «KNX Secure im Projekt: Data Secure und IP Secure», sowie der Einzelbeitrag «KNX Secure erklärt: Wie es funktioniert, was es bringt und wo die Grenzen liegen».

Schnittstellen zu anderen Systemen

KNX ist selten das einzige System in einem Gebäude. Beleuchtungssteuerungen arbeiten oft mit DALI, Energiezähler sprechen Modbus, und die Gebäudeleittechnik nutzt BACnet. KNX kann mit all diesen Systemen kommunizieren, wenn die richtigen Koppler und Gateways eingesetzt werden.

Zu den wichtigsten Schnittstellen gehören:

• DALI nach IEC 62386 (DALI-2) für die Beleuchtungssteuerung
• EnOcean nach ISO/IEC 14543-3-10 für batterielos funkende Sensoren
• Modbus RTU/TCP für Zähler, Wärmepumpen und Lüftungsgeräte
• BACnet nach SN EN ISO 16484-5 für die Anbindung an Gebäudeleittechnik
• MQTT nach ISO/IEC 20922 für Dashboards und Cloud-Anbindungen

Jede dieser Schnittstellen hat eigene Anforderungen an Planung, Parametrierung und Verantwortlichkeit. Die Serie «Schnittstellen rund um KNX» behandelt sie einzeln und praxisnah.

Wann welches Medium passt

Die Wahl des Übertragungsmediums ist eine Planungsentscheidung, die früh getroffen werden muss. Es gibt keine universell richtige Antwort, aber klare Kriterien.

TP ist die erste Wahl, wenn Leitungen verlegt werden können. Es ist das zuverlässigste Medium, am besten dokumentiert und am einfachsten zu diagnostizieren. In Neubauten und grösseren Sanierungen ist TP fast immer die Basis.

RF ergänzt TP dort, wo keine Leitungen möglich sind: bei Nachrüstungen in Bestandsbauten, bei beweglichen Möbeln oder bei Geräten in Bereichen, die baulich nicht zugänglich sind. RF ersetzt TP nicht, sondern erweitert es.

PL kommt in Betracht, wenn weder Leitungen noch Funk eine Option sind, und das Stromnetz als Träger genutzt werden kann. Der Planungsaufwand ist höher, und die Störanfälligkeit muss berücksichtigt werden.

IP verbindet. Es ist kein eigenständiges Feldmedium, sondern das Rückgrat für grosse Anlagen, bei denen TP-Bereiche über ein IP-Netz zusammengeschlossen werden. IP-Koppler und KNXnet/IP-Router übernehmen diese Aufgabe.

In der Praxis sehen wir häufig Kombinationen: TP als Feldbus in den Etagen, IP als Backbone zwischen Gebäudeteilen, RF für einzelne Sensoren in Sonderbereichen. Die Planung muss diese Kombination von Anfang an berücksichtigen, weil Medienkoppler, Adressen und Topologie aufeinander abgestimmt sein müssen.

Der rote Faden zu unseren Fachbeiträgen

Dieser erste Teil legt das Fundament. Die folgenden Teile der Schulungsreihe bauen darauf auf. Teil 2, «KNX-Topologie: Liniensegment, Linie, Bereich und Backbone», zeigt, wie eine KNX-Anlage strukturiert wird. Teil 3, «Spannungsversorgung, Busleitung und Installation nach den Regeln», behandelt die physikalische Ebene. Teil 9, «ETS-Projektierung Schritt für Schritt», führt durch den Projektierungsprozess in ETS.

Wer KNX im Kontext der Gebäudeautomation einordnen möchte, findet in unserer Serie «GA verstehen» einen guten Einstieg, insbesondere in «GA verstehen, Teil 1: Was ist Gebäudeautomation, und was nicht?». Wer KNX mit anderen Systemen vergleichen will, liest den Einzelbeitrag «Offener Standard oder Herstellersystem? Kriterien für Bauherren».

Für die Planung im Zweckbau empfehlen wir die Serie «KNX richtig planen», beginnend mit «KNX im Zweckbau: wann es passt und wann nicht».

Fazit

KNX ist ein international genormter, herstellerunabhängiger Standard für die Haus- und Gebäudeautomation. Er entstand 1999 aus der Zusammenführung von EIB, BatiBUS und EHS und ist heute in EN 50090 und ISO/IEC 14543-3 verankert. Die KNX Association in Brüssel trägt den Standard und zertifiziert alle Geräte, die das KNX-Logo tragen dürfen.

Die vier Übertragungsmedien TP, PL, RF und IP decken unterschiedliche Anforderungen ab. TP ist das robusteste und am häufigsten eingesetzte Medium. RF und PL ergänzen es dort, wo keine Leitungen möglich sind. IP verbindet grosse Anlagen über bestehende Netzwerkinfrastrukturen.

ETS ist das herstellerübergreifende Projektierungswerkzeug und das zentrale Dokument jeder KNX-Anlage. Wer es besitzt, behält die Kontrolle über seine Anlage. Wer es nicht besitzt, verliert sie.

KNX Secure ergänzt den Standard um Verschlüsselung und Authentifizierung auf zwei Ebenen und ist heute bei neuen Projekten kein optionales Extra mehr, sondern eine Planungsanforderung.

Sie haben Fragen dazu?

Sie planen ein Projekt mit KNX oder möchten eine bestehende Anlage besser verstehen? Wir begleiten Planung, Ausschreibung und Inbetriebnahme von KNX-Anlagen im Zweckbau und beraten herstellerneutral. Nehmen Sie Kontakt auf unter wenget.ch oder info@wenget.ch.

Quellenverzeichnis

• EN 50090: Elektronische Systeme für Häuser und Gebäude (HBES)
• ISO/IEC 14543-3: Information technology, Home Electronic Systems (HES), Part 3: Communication layers
• EN ISO 22510: KNXnet/IP-Kommunikation
• KNX Association (knx.org): Technische Dokumentation, Zertifizierungsanforderungen und Produktdatenbank
• KNX Swiss (knx.ch): Landesorganisation Schweiz, Ausbildung und Partnerverzeichnis
• KNX und ETS sind eingetragene Marken der KNX Association, Brüssel
• Eigene Projekterfahrung der WENGET GmbH aus KNX-Planung, Inbetriebnahme und Bestandsanalysen im Zweckbau