Protocollen voor thermostaten

Wat is het?

Om het succesvol overbrengen van informatie mogelijk te maken, moeten de verzonden signalen door de ontvanger ook ‘begrepen’ kunnen worden. De ‘taal’ en het afsprakenkader (bv. timing van het ‘luisteren’ en het ‘praten’) waaraan de signalen moeten voldoen om communicatie mogelijk te maken, noemt men ook wel het (communicatie) protocol.

Een (ruimte)thermostaat zal in de meeste gevallen rechtstreeks bekabeld aangesloten worden op een warmtegenerator (een ketel, een warmtepomp, …) of eventueel op een module binnen een systeem voor centrale sturing zoals een (domotica- of gebouwbeheersysteem). Hiervoor wordt dan een kabel gebruikt die typisch twee of drie geleiders bevat. Indien een bekabelde aansluiting niet mogelijk is, kan gekozen worden voor een draadloze thermostaat. Hierbij wordt dan een ‘gateway’ module gebruikt die aan de ene kant (bekabeld) aangesloten wordt op de warmtegenerator, en aan de andere kant draadloos in verbinding staat met de thermostaat.

Op deze pagina gaan we dieper in op communicatieprotocollen voor thermostaten.

Hoe werkt het?

De manier waarop een communicatieprotocol voor een thermostaat werkt, verschilt afhankelijk van het protocol. Een mogelijke onderverdeling kan als volgt gemaakt worden:

  • Aan/uit protocollen
  • Analoge protocollen
  • Digitale protocollen

In wat volgt wordt wat dieper ingegaan op hoe deze verschillende protocollen werken.

Aan/uit protocollen

Bij een aan/uit protocol wordt er enkel gecommuniceerd vanuit de thermostaat naar het aan te sturen toestel. De thermostaat kan slechts twee mogelijke berichten (‘aan’ of ‘uit’) communiceren en doet dit typisch door het open houden of sluiten van elektrisch schakelelement zoals een relais of een transistor. Dit schakelelement zal op zichzelf typisch spannings- of potentiaalvrij zijn en dit aansluitcontact wordt daarom ook soms een ‘droog contact’ genoemd.

Aan de kant van de warmtegenerator is eveneens een contact voorzien voor het aansluiten van de twee geleiders van de kabel die naar de thermostaat gaat. Op de ene geleider zal een spanning gezet worden, die dan afhankelijk van de toestand van het schakelelement in de thermostaat als aan/uit spanningssignaal zal terugkomen via de andere geleider. Typisch wordt laagspanning (bv. 24V) gebruikt (zie Figuur 1).

Een andere mogelijkheid is om in het aansluitcontact aan de kant van de warmtegenerator netspanning te gebruiken. Dit kan bijvoorbeeld 230V wisselspanning zijn. De aansluiting voor de geleider die onder netspanning staat, wordt dan benoemd als ‘L’ (afkorting van ‘Line’). De andere geleider wordt benoemd als ‘SL’ (afkorting van ‘Switched Line’) en draagt het aan/uit spanningssignaal afhankelijk van de toestand van het schakelelement in de thermostaat (zie Figuur 2).

Figuur 1: Elektrisch aansluitschema voor de aansluiting van een warmtegenerator op een thermostaat bij aan/uit communicatie op laagspanning (bv. 24V).

Figuur 2: Elektrisch aansluitschema voor de aansluiting van een warmtegenerator op een thermostaat bij aan/uit communicatie op netspanning (bv. 230V).

 

Analoge protocollen

Bij analoge protocollen verloopt de communicatie, net als bij een aan/uit protocol, enkel in de richting van de thermostaat naar de aan te sturen warmtegenerator. De doorgestuurde informatie bestaat uit een analoog signaal zoals een variabele spanning (bv. 0-10 V of 0-24 V). Dit signaal wordt dan typisch gebruikt om het gewenste vermogensniveau van de modulerende (d.w.z. in vermogen aanpasbare) warmtegenerator te communiceren. De aansluiting gebeurt typisch met drie geleiders: twee geleiders voor de voedingsspanning (aansluiting bv. aangegeven met ‘+’ en ‘-‘ bij een gelijkspanningsvoeding) en één geleider voor de signaalspanning (bv. aangegeven met ‘A’).

Digitale protocollen

Bij digitale protocollen verloopt de communicatie, in tegenstelling tot bij de hierboven besproken protocollen, in twee richtingen. De warmtegenerator kan dus ook informatie sturen naar de thermostaat. Dankzij het digitale formaat van de data kan meer en complexere informatie doorgestuurd worden.

In de richting van de warmtegenerator naar de thermostaat kunnen o.a. de huidige bedrijfstoestand van het toestel, de buitentemperatuur opgemeten door de stooklijnsonde, de status van de productie van sanitair warm water en foutmeldingen doorgestuurd worden.

In de richting van de thermostaat naar de warmtegenerator kan, net als bij een analoog protocol, het gewenste vermogensniveau voor de modulerende warmtegenerator doorgestuurd worden. Daarnaast kunnen via een digitaal protocol ook specifieke parameters voor de warmtegenerator, zoals insteltemperaturen voor verwarming en/of SWW (Sanitair Warm Water), die ingesteld werden via de gebruikersinterface, doorgestuurd worden.

Digitale protocollen zijn vaak busprotocollen en de term ‘bus’ zal dan ook te zien zijn in de naamgeving van een aantal van deze protocollen (bv. EEBUS). Een busprotocol is een protocol dat voorzien is om te werken op een fysieke aansluiting in een netwerktopologie van het type ‘bus’. Bij deze topologie kunnen in theorie meerdere toestellen aangesloten worden op éénzelfde kabel (zie Figuur 3). Een dergelijke topologie wordt bijvoorbeeld vaak gebruik in bekabelde domoticasystemen. In de praktijk wordt voor het aansluiten van thermostaten echter meestal een point-to-point topologie gebruikt, waarbij op de kabel slechts twee toestellen, namelijk de thermostaat en de warmtegenerator, aangesloten worden.

Figuur 3: Enkele veelvoorkomende netwerktopologieën. Hoewel digitale protocollen vaak busprotocollen zijn, zal de aansluiting meestal gebeuren in een point-to-point topologie (een enkele, niet gedeelde aansluiting tussen thermostaat en warmtegenerator).

Voor thermostaten bestaan meerdere digitale communicatieprotocollen. Naast relatief goed gestandaardiseerde protocollen zoals OpenTherm dat door veel fabrikanten ondersteund wordt, bestaan er ook tal van fabrikant-specifieke protocollen en fabrikant-specifieke varianten van gestandaardiseerde protocollen.

Aandachtspunten

 

Bij het gebruik van digitale communicatieprotocollen voor thermostaten is het belangrijk om te weten dat er een tal van protocollen bestaan en dat toestellen die gebruik maken van verschillende protocollen of protocolvarianten vaak niet compatibel zijn. Grondig nagaan of de gebruikte toestellen (thermostaat en warmtegenerator) compatibel zijn en de gewenste functies (bv. moduleren) ondersteunen (door dit na te vragen bij de fabrikant of op te zoeken in de productdocumentatie), is dan ook aangewezen. Dit is in het bijzonder het geval voor toestellen van verschillende fabrikanten, maar zelfs bij het gebruik van toestellen van dezelfde fabrikant is compatibiliteit niet verzekerd. Fabrikanten zullen doorheen de tijd immers nieuwe producten op de markt brengen die gebruik maken van een nieuwere versie van het communicatieprotocol of zullen bijkomende functies implementeren die mogelijks niet ondersteund worden door oudere producten. Zie “Meer informatie” voor een document waarin meer uitleg gegeven wordt bij de begrippen compatibiliteit en openheid.

Bij het gebruik van analoge en sommige digitale communicatieprotocollen, is het belangrijk om de polariteit van de aansluiting (aangegeven met ‘+’ en ‘-‘) te respecteren.

Verwarmingstoestellen zullen vaak over meerdere aansluitcontacten beschikken voor verschillende protocollen. Afhankelijk van de implementatie kan het nodig zijn om niet gebruikte contacten te sluiten met een brug (zie Figuur 4).

Figuur 4: Printplaat in condensatieketel met aansluitcontacten voor thermostaten die werken met OpenTherm (‘OT’ aansluitblok) of 24V aan/uit (eveneens ‘OT’ aansluitblok). Daarnaast zijn bijkomende aan/uit aansluitblokken (‘BL’ en ‘RL’) voorzien voor bijkomende ketelfuncties. In dit voorbeeld is een OpenTherm thermostaat aangesloten op het ‘OT contact’ en is het ‘BL’ contact gesloten m.b.v. een brug (kort stukje geleider). [Bron: Persoonlijke foto]

 

Bij bepaalde communicatieprotocollen zoals OpenTherm kan de aansluitkabel naast datacommunicatie ook elektrische energie overbrengen, waardoor de thermostaat gevoed kan worden vanuit de warmtegenerator en geen aparte elektrische voedingsbron nodig is. Bij andere protocollen zoals aan/uit kan alleen energie overgebracht worden wanneer het schakelelement in de thermostaat gesloten is. Digitale thermostaten die werken met een aan/uit protocol zullen dan ook een afzonderlijke voedingsbron (bv. extra aansluitgeleiders om netspanning over te brengen of een ingebouwde batterij) nodig hebben om de ingebouwde elektronica te voeden. Bij analoge (aan/uit) thermostaten (die mechanisch schakelen) is er in principe geen nood aan een afzonderlijke voedingsbron, zij werken zuiver op de beweging opgewekt in een mechanisch element (bv. bimetaal) bij een temperatuurverandering.

Meer informatie

Document dat meer uitleg geeft bij de begrippen interoperabiliteit, compatibiliteit en openheid:
Publicaties en artikels – Smart Buildings In Use