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Software von gebäudetechnischen Systemen einrichten, erweitern und anpassen - Elektroniker für Gebäudesystemintegration - LF 9

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Einleitung

Eine Gebäudeautomation wird erst dann zuverlässig, wenn Sensorwerte, Softwarefunktionen, Datenflüsse, Netzwerke und die Bedienung zusammenpassen. Im dritten Ausbildungsjahr lernst du, für einen konkreten Kundenauftrag bestehende Software gebäudetechnischer Systeme zu untersuchen, gezielt zu erweitern, sicher in Betrieb zu nehmen und mit prüfbaren Ergebnissen zu übergeben. Du arbeitest dabei fachübergreifend mit Gebäudeautomation, Elektrotechnik, Netzwerktechnik und Datenbanken.

Dein Lernziel: Du kannst Anforderungen in ein überprüfbares Pflichtenheft übersetzen, Architektur und Topologie aufnehmen, Datentypen und Schnittstellen auswählen, Funktionen als Programmablaufplan oder Strukturgramm beschreiben, Parameter und Software kontrolliert übertragen, Datennetze diagnostizieren, Anforderungen testen, Ergebnisse dokumentieren und eine wirtschaftlich wie sicherheitstechnisch begründete Abnahme vorbereiten.

Einordnung: Dieses Lernangebot erschließt das KMK-Lernfeld 9 für Elektronikerinnen und Elektroniker für Gebäudesystemintegration (3. Ausbildungsjahr, Zeitrichtwert 100 Unterrichtsstunden). Ausbildungsordnung, betrieblicher Ausbildungsplan, Vorgaben der zuständigen Handwerkskammer und der jeweils geltende Landeslehrplan bleiben maßgeblich. Der Kurs ersetzt keine betriebliche Unterweisung, keine Prüfung und begründet weder amtliche Anerkennung noch Prüfungszulassung.

Sicherheit: Im Kurs nutzt du durchweg fiktive Daten und eine abgeschottete Simulation. Reale Elektroanlagen, Schaltschränke, Netzwerkkonfigurationen oder sicherheitsrelevante Steuerungen dürfen nur nach betrieblicher Freigabe, Gefährdungsbeurteilung und unter Leitung oder Aufsicht einer qualifizierten Elektrofachkraft bearbeitet werden. Insbesondere bleiben Brandmeldung, Zutritt im Fluchtweg und andere Schutzfunktionen unangetastet.

Ausgangspunkt: KMK-Rahmenlehrplan, Seite 18; BIBB-Berufsprofil; Gebäudesystemintegratorausbildungsverordnung.

Kundenauftrag, Systemaufnahme und Pflichtenheft

Anforderungen in prüfbare Funktionen übersetzen

Ein Lastenheft hält fest, was der Auftraggeber erreichen möchte; ein Pflichtenheft beschreibt, wie die Umsetzung erfolgt und woran sie messbar überprüft wird. Formulierungen wie „Temperatur komfortabel regeln“ reichen nicht aus: Der Begriff „komfortabel“ ist weder messbar noch eindeutig. Du klärst stattdessen Gebäudebereiche, Raumnutzung, Sollwerte, Betriebszeiten, Grenzen, Messgenauigkeit, Verfügbarkeit, Verantwortlichkeiten, Schnittstellen und datenschutzrechtliche Anforderungen. Ein schriftlich freigegebener Änderungsumfang verhindert ungewollte Eingriffe in Bestandssysteme.

Beispiel für eine überprüfbare Anforderung: In einem fiktiven Schulungsraum soll die Heizung bei belegtem Raum anhand eines Temperaturfühlers eingeschaltet werden, wenn die Temperatur unter 20,5 °C sinkt, und abgeschaltet werden, wenn sie über 21,5 °C steigt. Zwischen den Grenzen soll der vorherige Schaltzustand bestehen bleiben. Die Anzeige muss die Temperatur mit Zeitstempel und Einheit darstellen. Die Funktionsprüfung umfasst mindestens drei Grenzwertfälle und einen Kommunikationsausfall. Die Schaltung betrifft ausschließlich ein simuliertes Relais.

Anforderung	Nachweis	Akzeptanzkriterium
Temperaturdaten erfassen	Simulierter Sensordatenstrom	Wert, Einheit, Zeitpunkt und eindeutige Sensor-ID vorhanden
Steuerlogik ergänzen	Testprotokoll mit drei Eingabefällen	Hysterese schaltet nur an festgelegten Grenzen
Sichere Kommunikation	Dokumentierte Netzskizze	Nur ausdrücklich freigegebene Datenpfade vorhanden
Änderungen rückgängig machen	Wiederherstellungstest	Frühere geprüfte Projektversion lässt sich in der Simulation wiederherstellen

Typische Fehler: Anforderungen werden ungeprüft aus einem alten Projekt übernommen; Grenzwerte fehlen; Verantwortlichkeiten zwischen Elektrotechnik, IT und Gebäudeleittechnik bleiben offen. Abhilfe schaffen Ortsaufnahme, Rückfragen, Versionierung und gegenseitige Freigabe des Pflichtenhefts.

Architektur und Topologie erkennen

Die Feldebene enthält Sensoren und Aktoren, die Automationsebene verarbeitet Regel- und Steuerfunktionen, die Managementebene visualisiert und archiviert Betriebsdaten. Ein Datenpunkt ist die eindeutig bezeichnete Information, etwa „Raum A / Temperatur / Istwert“. Die Topologie beschreibt die Verbindungen, zum Beispiel eine Linie im Bussystem oder die Sternstruktur eines Ethernet-Netzes. Ein Gateway übersetzt oder vermittelt zwischen unterschiedlichen Systemen; ohne definierte Datentypen, Skalierungen und Zugriffsregeln entstehen dabei Fehler.

Abbildung: Beispiel einer physischen LAN-Topologie. Prüfe darin Switch, Router, Endgerät und Übertragungsstrecken; ein reales GA-Netz benötigt zusätzlich ein projektspezifisches Sicherheitskonzept. Quelle und Lizenz im Mediennachweis.

Für eine Bestandsaufnahme legst du eine Komponentenliste mit Gerätetyp, Hersteller, Firmwarestand, Netzsegment, Adresse, Datenpunkten, Protokollen, Kommunikationsrichtung und Eigentümer der Konfiguration an. Halte auch veraltete Software, unbekannte Zugangsdaten, Wartungsfenster und Rückfallmöglichkeiten als Risiken fest, ohne Kennwörter in der Dokumentation zu speichern. Nutze technische Unterlagen des jeweiligen Herstellers auch dann, wenn sie englischsprachig sind; prüfe die Bedeutung von terms wie setpoint, read-only, polling interval und fail-safe.

Datenmodelle, Schnittstellen und Datenbanken

Von Messwerten zu eindeutigen Datenpunkten

Ein Datenmodell beschreibt Struktur und Bedeutung der ausgetauschten Werte. Zu jedem Datenpunkt gehören mindestens Kennung, physikalische Größe, Einheit, Datentyp, Wertebereich, Zeitstempel, Qualität und Lese- oder Schreibrecht. Ein Temperatursensor kann z. B. intern den Rohwert 213 liefern. Bei einer im Datenblatt bestätigten Auflösung von 0,1 °C je Zählschritt wird daraus 213 × 0,1 °C = 21,3 °C. Ohne dokumentierten Skalierungsfaktor könnte eine Regelung fälschlich 213 °C interpretieren.

Datentypen: Boolean speichert wahr/falsch, Integer ganze Zahlen, Float Gleitkommawerte, String Text und Timestamp Zeitangaben. Kontrolliere bei jeder Protokollkopplung die Reihenfolge und Größe der Daten, Skalierung, Vorzeichen, Byte-Reihenfolge, Zeichencodierung und Zeitbasis. Ein fehlender Sensorwert darf nicht unbemerkt als 0 °C erscheinen; markiere ihn als ungültig.

Übergabeformate: CSV eignet sich für einfache Tabellen, JSON für strukturierte Austauschobjekte und herstellerspezifische Feldbusformate für definierte Gerätekommunikation. KNX, BACnet und Modbus besitzen unterschiedliche Datenmodelle und Fähigkeiten. Die konkrete Unterstützung und Sicherheitsmechanismen müssen für Produkt, Softwareversion und Netzarchitektur anhand der Herstellerdokumentation geprüft werden. Eine Gruppennummer in KNX ist nicht dasselbe wie eine IP-Adresse oder eine BACnet-Objektkennung.

Kennung	Typ	Einheit	Beispiel	Verwendung
RA_T_IST	Dezimalwert	°C	21,3	Nur lesen
RA_BELEGT	Boolean	keine	wahr	Nur lesen
RA_HEIZ_ANF	Boolean	keine	falsch	Schreiben ausschließlich in freigegebenem Simulationsobjekt
RA_QUALITAET	Textkennung	keine	gültig	Nur lesen

Relational speichern und auswerten

Eine relationale Datenbank verwaltet Datensätze in Tabellen. In der Tabelle Sensor besitzt jeder Sensor eine eindeutige Kennung als Primärschlüssel. In Messung verknüpft ein Fremdschlüssel jeden Datensatz mit dem zugehörigen Sensor; zusätzlich werden Zeitstempel, Messwert und Qualität abgelegt. Dieses Modell verhindert, dass Sensorbezeichnungen in jedem Messwert uneinheitlich wiederholt werden.

Abbildung: Allgemeines Entity-Relationship-Modell zur Veranschaulichung von Entitäten und Beziehungen; der Schul-Beispielinhalt wird für unsere Sensordatenbank durch Sensor und Messung ersetzt. Quelle und Gemeinfreiheit im Mediennachweis.

Fiktive Abfrage: Gesucht ist der Durchschnitt der drei gültigen Temperaturwerte 20,4 °C, 20,8 °C und 21,2 °C. Rechenweg: (20,4 + 20,8 + 21,2) °C / 3 = 20,8 °C. Ein vierter Wert mit Qualitätskennzeichen ungültig wird nicht in die Mittelwertbildung aufgenommen. Bei einer realen Datenbank wären passende Filter, parametrisierte Abfragen, Berechtigungen, Indizes, Datensicherungen und Löschregeln erforderlich. Diagramme dürfen aggregierte Raumdaten zeigen, nicht ohne Rechtsgrundlage Personenprofile erstellen.

Typische Fehler: gleiche Geräte-ID doppelt vergeben; Grad Celsius und Rohwerte mischen; lokale Zeit ohne Zeitzone speichern; veraltete Messwerte nicht erkennen; Rohdaten unbegrenzt aufbewahren. Nutze eindeutige Schlüssel, definierte Zeitsynchronisierung, Qualitätsflags und zweckgebundene Aufbewahrungsregeln.

Softwarefunktionen planen, erweitern und testen

Programmlogik und Funktionsbausteine

Ein Programmablaufplan zeigt Schritte, Verzweigungen und Rücksprünge. Ein Strukturgramm gruppiert Bedingungen und Aktionen ohne Pfeile. Beide helfen, eine komplexe Anforderung vor der Umsetzung zu prüfen. Funktionsbausteine kapseln wiederverwendbare Teilfunktionen wie Sensoreingang validieren, Grenzwert mit Hysterese vergleichen, Zeitfreigabe kontrollieren und Fehlermeldung erzeugen. Ob eine Lösung in grafischer Funktionsbausteinsprache, Structured Text oder einer anderen herstellerseitig unterstützten Sprache erstellt wird, richtet sich nach der vorhandenen Architektur, Softwarelizenzen und Qualifikation.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Abbildung: Entscheidungszweig als generisches Ablaufdiagramm. Übertrage das Prinzip auf Temperatur unter der unteren Grenze, über der oberen Grenze oder dazwischen. Quelle und Lizenz im Mediennachweis.

Bei einer Hysterese existieren zwei Schaltschwellen. Für eine auf Heizen bezogene Beispielregel gelten:

Unter 20,5 °C: Heizanforderung EIN.
Über 21,5 °C: Heizanforderung AUS.
Von 20,5 °C bis einschließlich 21,5 °C: bisherigen Zustand halten.
Bei fehlendem, ungültigem oder veraltetem Sensorwert: vordefinierten sicheren Zustand und Störmeldung gemäß freigegebenem Anlagenkonzept anwenden; nicht blind weitersteuern.

Die Breite des Hysteresebandes beträgt 21,5 °C − 20,5 °C = 1,0 K. Bei 20,2 °C wird eingeschaltet; nach Erwärmung auf 21,0 °C bleibt EIN bestehen; erst bei 21,6 °C wird AUS geschaltet. Kühlt der Raum anschließend auf 21,0 °C ab, bleibt AUS bestehen. Ein einfacher einzelner Grenzwert könnte dagegen bei Messrauschen zu häufigem Ein- und Ausschalten führen.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes:

Abbildung: Prinzipdarstellung eines PID-Reglers als weiterführendes Beispiel für den Zusammenhang aus Sollwert, Rückführung und Stellgröße. Der konkrete Praxisfall nutzt ausdrücklich eine Zweipunktregelung mit Hysterese und keinen ungeprüft übernommenen PID-Regler. Quelle und Lizenz im Mediennachweis.

Nicht verwechseln: Ein Softwaretest am Modell beweist noch nicht die sichere Eignung für reale Heizungsanlagen. Sicherheitskette, Frostschutz, Mindestlaufzeit, Vorrangsteuerung, Anlagenherstellerangaben und elektrische Schutzmaßnahmen bleiben unabhängig von der Lernlogik wirksam.

Änderungen kontrolliert einspielen

Nutze einen versionierten Änderungsprozess: freigegebene Ausgangsversion exportieren, Konfiguration und Datenpunktliste sichern, Änderung in einer Entwicklungs- oder Simulationsumgebung implementieren, Tests durchführen, Änderungen im Team gegenprüfen, Wartungsfenster abstimmen, erst dann unter Aufsicht übertragen und eine Rückfallstrategie vorhalten. Parametrierung bedeutet, vorhandene Gerätefunktionen durch Einstellungen anzupassen; Programmierung verändert oder ergänzt die Steuerlogik. Beide Schritte können den Anlagenbetrieb beeinflussen.

Die herstellerunabhängige ETS dient bei KNX der Topologieplanung, Parameter- und Gruppenadressverwaltung sowie der Inbetriebnahme. Nutze für die Übung KNX Virtual mit zulässiger Lehrlizenz und ohne Verbindung zur realen Anlage. Im realen Projekt sind Produktdatenbank, unterstützte ETS-Version, Anwendungsversion, Programmierzugang, Firmware und Gerätesicherheitsfunktionen vorab zu prüfen.

Deutschsprachiges Fachvideo: „ETS – Grundlagen – Kommunikationsobjekte, Parameter von Teilnehmern und Gruppenadressen“ (rund um die Elektrotechnik, 27.04.2025). Achte auf physikalische Adressen, Parameter und Gruppenobjekte. Nur als Video-Einbettung, nicht als frei nachnutzbares OER-Material gekennzeichnet.

Aktive Netzwerktechnik, Diagnose und Informationssicherheit

Netzsegmentierung und Adressierung

Aktive Netzwerktechnik umfasst insbesondere konfigurierbare Switches, Router und Gateways. Du klärst vor einer Änderung IP-Adresskonzept, Netzmaske, VLAN-Zuordnung, Managementzugriff, Zeitsynchronisation, Portbelegung, Firewall-Regeln und betriebliche Abnahme. Ein VLAN trennt logische Broadcast-Domänen; es ersetzt weder eine Firewall noch eine Berechtigungsprüfung. Gebäudenetze sollten entsprechend Schutzbedarf gegenüber Büro- und Gastnetzen getrennt werden. Übergänge werden nur mit ausdrücklich dokumentierten Regeln erlaubt.

Rechenbeispiel mit reservierten Dokumentationsadressen: Das fiktive Netz 192.0.2.0/27 besitzt 32 IPv4-Adressen. Die Präfixlänge /27 entspricht 255.255.255.224, weil im letzten Oktett 27 − 24 = 3 Netzbits gesetzt sind. Somit verbleiben 5 Hostbits: 2 hoch 5 = 32 Adressen, davon 30 übliche nutzbare Hostadressen. Netzadresse ist 192.0.2.0, Broadcastadresse 192.0.2.31, Hostbereich 192.0.2.1 bis 192.0.2.30. Beispielbelegung in einer isolierten Simulation: Gateway .1, Automationscontroller .10, Diagnoserechner .20. Die Adressen aus 192.0.2.0/24 dienen ausschließlich der Dokumentation und dürfen hier nicht als realer Netzplan übernommen werden.

Diagnosekette: Prüfe zunächst Steckverbindung oder simulierten Linkstatus, dann IP-Adresse, Präfix, VLAN und Erreichbarkeit, danach Routing und erlaubte Dienste, schließlich Datenpunkttyp und Applikationsprotokoll. Miss zum Beispiel Antwortzeit, Paketverlust und Fehlerzähler. Eine erfolgreiche Ping-Antwort zeigt lediglich IP-Erreichbarkeit; sie beweist weder eine korrekt funktionierende Heizung noch die Zulässigkeit einer Verbindung. Bei ausbleibender Kommunikation immer zuerst die betriebliche Netzfreigabe prüfen, nicht Schutzmechanismen deaktivieren.

Deutschsprachiges Fachvideo: „KNX-Videoserie #08 – Dashboard: Wo finde ich was in der ETS6?“ (Torben Ledermann, 10.02.2022). Der Urheber beschreibt die Verwendung von KNX Virtual; beachte, dass Oberflächen und Funktionen versionsabhängig sind. Nur als eingebettetes Lernvideo verlinkt.

Datenschutz, funktionale Sicherheit und Ressourcen

Datenschutz schützt personenbezogene Informationen; Informationssicherheit schützt Verfügbarkeit, Integrität und Vertraulichkeit der Systeme und Daten. Belegungsprofile, individuelle Zugangsdaten oder Bewegungsdaten können einen Personenbezug besitzen. Sammle nur notwendige Daten, begrenze Speicherfristen, vergebe Rollen nach dem Minimalprinzip, protokolliere relevante Änderungen und sichere Projekte verschlüsselt sowie zugriffsbeschränkt. Verwende in Übungen ausschließlich erfundene Namen und Messwerte. Ein Cloud-Dienst oder eine Fernwartung wird niemals ohne Berechtigungs-, Vertrags- und Schutzbedarfsprüfung aktiviert.

Nach dem BSI-IT-Grundschutz-Baustein INF.14 Gebäudeautomation (Ausgabe 2023 als nachprüfbares Referenzdokument) sind insbesondere Schnittstellenmanagement, Netzentkopplung, dokumentierte Abhängigkeiten und kontrollierte Datenwege zentrale Themen. Prüfe bei realen Projekten unbedingt die zum Einsatzzeitpunkt aktuelle BSI-Fassung und das betriebliche Sicherheitskonzept. Die DGUV Vorschrift 3 verlangt fachgerechtes Errichten, Ändern und Instandhalten elektrischer Anlagen durch Elektrofachkräfte oder unter deren Leitung und Aufsicht. Die relevanten fünf Sicherheitsregeln und die einschlägigen DIN-VDE-Bestimmungen werden unter Betriebsanweisung angewendet; der Kurs enthält keine Anleitung zu gefährlichen Schalthandlungen.

Wichtig: Normen der Gebäudeautomation, beispielsweise einschlägige Teile der DIN EN ISO 16484 und VDI 3814, haben anwendungs- und ausgabenabhängige Geltungsbereiche. Verwende die im Projekt gültigen Fassungen und Herstellerangaben; hier werden keine geschützten Normtexte wiedergegeben. Gefahrenmeldeanlagen und Fluchtwegfunktionen sind kein Lern-Experimentierfeld; sie dürfen nicht durch eine beliebige GA-Funktion übersteuert werden.

Nachhaltigkeit heißt auch: bestehende Komponenten weiterverwenden, Messintervalle bedarfsgerecht wählen, Daten nur so lange wie nötig speichern, Energieverbräuche vor und nach einer Änderung mit vergleichbaren Randbedingungen beurteilen und Elektroaltgeräte fachgerecht entsorgen. Ein angenommener Rückgang der Heizanforderung ist nicht automatisch eine reale Energieeinsparung. Dokumentiere Annahmen, Messunsicherheit, Komfort und mögliche Rebound-Effekte.

Vollständiger Praxisfall: Temperaturregelung in drei Schulungsräumen

Auftrag, Annahmen und Lösungsentwurf

Fiktiver Kundenauftrag: Drei Schulungsräume A, B und C eines Modellgebäudes besitzen Temperatursensoren und einen abgeschotteten Automationscontroller. Auftrag: Temperaturwerte mit Qualitätsstatus im Simulationsnetz erfassen, je Raum eine Heizanforderung mit Hysterese und Raumbelegung ergänzen, den Datenfluss in eine kleine relationale Datenbank schreiben und den Zustand auf einer lokalen Oberfläche anzeigen. Es wird keine echte Wärmeversorgung angesteuert. Vorhandene Not- und Schutzfunktionen sind nicht Teil des Auftrags.

Freizugebendes Pflichtenheft: Für A, B und C ist jeweils eine Sensor-ID, ein Zeitstempel und eine physikalische Einheit zu erfassen. Eingänge außerhalb des plausiblen Bereichs 5–35 °C werden im Übungsmodell als ungültig markiert. Bei belegtem Raum gelten die Schaltschwellen 20,5 °C und 21,5 °C. Bei unbelegtem Raum oder ungültigem Wert ist die fiktive Heizanforderung AUS und eine passende Statusmeldung sichtbar. Die lokale Datenbank speichert zulässige Messwerte und das Qualitätskennzeichen, im Modell alle 60 Sekunden. In der Produktionsanlage wären Schutz- und Frostschutzfunktionen eigenständig zu spezifizieren. Das Zielnetz ist ein eigenständiges Simulations-VLAN mit genau festgelegten Zugriffsrechten.

Datenstruktur: Tabelle Sensor: Sensor-ID als Primärschlüssel, Raumkennzeichen, Einheit und Typ. Tabelle Messung: Messungs-ID als Primärschlüssel, Sensor-ID als Fremdschlüssel, Zeitstempel, Zahlenwert und Qualität. Tabelle Zustand: Raumkennzeichen, belegter Status, Heizanforderung, Zeitpunkt. Für reale Projekte wären Aufbewahrung, Zugriffsprotokoll und Rechtekonzept hinzuzufügen.

Ablaufplan in Worten: Eingangsdaten einlesen → Wertebereich, Aktualität und Qualität prüfen → Raumbelegung prüfen → bei ungültigen Daten oder fehlender Belegung Heizanforderung AUS und Status setzen → andernfalls je nach Grenzwert EIN, AUS oder letzten Zustand halten → Ergebnis an die fiktive Ausgangsvariable und die Anzeige geben → zulässigen Datensatz protokollieren → Prüfung wiederholen. Das entspricht einem verzweigten Programmablaufplan; zeichne ihn später selbst.

Durchgerechnete Dimensionierung und Tests

Datenmenge: Drei Sensoren erzeugen je Minute einen Datensatz. Für 48 Stunden gilt 3 × 60 × 48 = 8.640 Messungen. Unter der ausdrücklich vereinfachten Annahme von 40 Byte Nutzdaten pro Messung sind das 8.640 × 40 = 345.600 Byte, also ungefähr 0,330 MiB bei 1 MiB = 1.048.576 Byte. Indizes, Datenbankverwaltung, Sicherheitskopien, Protokolle und Dateisystem benötigen zusätzlich Platz; eine reale Speicherplanung muss diese Zuschläge messen.

Prüfwerte für Raum A:

Schritt	Belegt	Temperatur	Vorheriger Zustand	Erwartetes Ergebnis
Start	ja	20,2 °C	AUS	EIN wegen Unterschreiten der unteren Schwelle
Erwärmung	ja	21,0 °C	EIN	EIN bleibt erhalten
Obergrenze überschritten	ja	21,6 °C	EIN	AUS
Abkühlung	ja	21,0 °C	AUS	AUS bleibt erhalten
Raum unbelegt	nein	20,0 °C	EIN	AUS und Anzeige unbelegt
Sensorwert ungültig	ja	fehlt	EIN	AUS und Störmeldung

Die beiden Werte genau an den Grenzen werden nach diesem Pflichtenheft nicht umgeschaltet, da die Bedingungen streng „unter“ bzw. „über“ heißen. Das ist eine bewusste, dokumentierte Entscheidung; abweichende Anforderungen bedürfen eines neuen Testfalls.

Wirtschaftlichkeitsbeispiel, keine Verbrauchsprognose: 5 Stunden Entwicklungs- und Prüfaufwand zu fiktiv 65 €/h ergeben 325 €. Hinzu kommen angenommene 120 € für eine Softwarelizenz, insgesamt 445 €. Falls ein geeigneter Leistungswert einer realen Anlage 0,6 kW betrüge und nach objektiver Messung gegenüber einem geeigneten Referenzbetrieb 0,4 Stunden pro Nutzungstag weniger Laufzeit anfielen, wäre die rechnerische Differenz 0,6 kW × 0,4 h = 0,24 kWh pro Tag; über 200 Tage 48 kWh. Ohne einen belastbaren Vorher-Nachher-Vergleich, Wetter- und Belegungsbereinigung sowie Kenntnisse der Anlagenwirkungsgrade ist das ausdrücklich nur ein Rechenmodell.

Arbeitsplan, Prüfnachweis und Bewertungsraster

Phase	Arbeitsschritt	Arbeitsergebnis / Nachweis	Zuständigkeit im Modell
Analyse	Anforderungen aufnehmen, Bestandsarchitektur und Datenpunkte erfassen	Pflichtenheft und Inventarliste	Lernteam mit Lehrkraft
Planung	Datenmodell, Netzskizze, Zustandsdiagramm, Testfälle erstellen	Freigegebener Entwurf und Risikoanalyse	Lernteam
Sicherung	Ausgangskonfiguration exportieren, Versionsstand protokollieren	Wiederherstellbare Basisversion	Lernteam
Umsetzung	Datentabelle und simulierten Funktionsbaustein erstellen	Versioniertes Modellprojekt	Lernteam
Prüfung	Grenzwerte, Sensorfehler, Zeitstempel, Netztrennung und Restore testen	Testmatrix mit Soll/Ist, Zeit und Ergebnis	Partnerteam
Übergabe	Bedienhinweise, Rechte, Backup, bekannte Grenzen und Kosten dokumentieren	Abnahmeprotokoll und digitale Projektmappe	Lernteam und fiktiver Auftraggeber

Prüfbares Arbeitsergebnis: Abzugeben sind (1) ein zweiseitiges Pflichtenheft, (2) Topologie- und Datenpunktplan, (3) ER-Modell der beiden Datentabellen, (4) Programmablaufplan samt versioniertem Simulationsprojekt, (5) sechs vollständig ausgefüllte Funktionstestzeilen und mindestens je ein Netz- und Wiederherstellungstest, (6) kurze Datenschutz- und Sicherheitsbewertung sowie (7) Übergabeprotokoll mit nachvollziehbarer Rechnung. Ein anderes Team muss anhand dieser Unterlagen die erwarteten Zustände im Modell reproduzieren können.

Bewertungsraster, maximal 100 Punkte:

Kriterium	Punkte	Nachweis für volle Bewertung
Auftragsanalyse und Pflichtenheft	15	Anforderungen vollständig, eindeutig, prüfbar und freigegeben
Architektur, Datenmodell und Netzentwurf	20	Datenpunkte, Typen, Schnittstellen und Segmentierung konsistent
Softwarefunktion und Simulation	25	Hysterese, Belegung und Fehlerbehandlung fachlich korrekt
Mess-, Netz- und Wiederherstellungstests	20	Soll/Ist-Testmatrix reproduzierbar, Abweichungen erklärt
Datenschutz, Sicherheit und Nachhaltigkeit	10	Rechte, Löschzweck, Aufsicht, Ressourcen begründet
Dokumentation, Kosten und Übergabe	10	Versionen, Annahmen, Kosten und Kundeneinweisung nachvollziehbar

Rückmeldung: 90–100 Punkte = sehr sicherer Transfer, 75–89 = tragfähig mit Verbesserungen, 60–74 = grundlegende Kompetenz mit gezieltem Nacharbeiten, unter 60 = erneute Überarbeitung mit Feedback. Die Punkte sind ausschließlich ein didaktisches Übungsraster und keine offizielle Prüfungsbewertung.

Fehleranalyse im Praxisfall: Bleibt die Heizung beim Übergang von 21,0 °C auf 21,6 °C eingeschaltet, überprüfst du zuerst die verwendete Vergleichsbedingung, den aktuellen Rohwert, die Skalierung und die Übertragung zum Ausgang. Bei Datenbanklücken kontrollierst du Zeitstempel, Datenpunktqualität, Netzwerkzustand und Schreibrechte. Im echten Gebäude dürfen solche Tests nur innerhalb eines genehmigten Prüfplans durchgeführt werden.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Fachwissen

Woran erkennst du eine gut prüfbare Softwareanforderung im Pflichtenheft? (Es sind Eingangsbedingungen und messbare Abnahmekriterien genannt) (!Es genügt ein allgemeiner Wunsch nach mehr Komfort) (!Es werden nur Produktnamen ohne Funktionen aufgelistet) (!Alle technischen Entscheidungen bleiben bis nach der Übergabe offen)

Welche Information gehört zu einem vollständig beschriebenen Temperaturdatenpunkt? (Wert mit Einheit und Zeitstempel sowie Qualitätsstatus) (!Nur die Farbe des Sensorgehäuses) (!Nur eine frei erfundene Tabellenüberschrift) (!Ausschließlich der Name des Auftraggebers)

Wie viele Messdatensätze liefern drei Sensoren bei einem Datensatz je Minute in 48 Stunden? (8640 Datensätze) (!144 Datensätze) (!2880 Datensätze) (!17280 Datensätze)

Welche Wirkung hat eine Hysterese bei einer Zweipunktregelung? (Sie verhindert häufiges Umschalten nahe einem einzelnen Grenzwert) (!Sie hebt alle elektrischen Schutzmaßnahmen auf) (!Sie ersetzt die Funktionsprüfung des Gesamtsystems) (!Sie speichert automatisch alle personenbezogenen Daten)

Was bewirkt bei einer relationalen Messdatenbank ein Fremdschlüssel? (Er verknüpft eine Messung mit einem vorhandenen Sensordatensatz) (!Er verschlüsselt jeden gespeicherten Messwert) (!Er ersetzt ein Datensicherungskonzept) (!Er wandelt Temperaturen automatisch in elektrische Leistung um)

Wozu dienen Gruppenadressen in einem geeigneten KNX-Projekt? (Sie ordnen Kommunikationsobjekte funktional für den Datenaustausch zu) (!Sie ersetzen grundsätzlich alle physischen Geräteadressen) (!Sie sind identisch mit der IPv4-Netzmaske) (!Sie dokumentieren nur Lizenzpreise)

Wie viele übliche Hostadressen hat das fiktive IPv4-Netz 192.0.2.0 mit Präfixlänge 27? (30 Hostadressen) (!14 Hostadressen) (!32 Hostadressen) (!62 Hostadressen)

Was beweist ein erfolgreiches Ping-Signal im Modellnetz? (Dass das IP-Ziel unter diesen Bedingungen auf die Echoanfrage antwortet) (!Dass die Heizungslogik vollständig korrekt ist) (!Dass die Kommunikation ohne weitere Prüfung sicher ist) (!Dass jeder Datenbankeintrag gültig gespeichert wurde)

Welches Vorgehen ist vor einer Softwareübertragung auf eine reale Anlage erforderlich? (Freigabe und Sicherung der Ausgangsversion sowie ein genehmigter Prüfplan) (!Ungeprüftes Abschalten aller vorhandenen Schutzfunktionen) (!Verwendung eines fremden Administratorkontos ohne Erlaubnis) (!Direkte Veröffentlichung aller Zugangsdaten im Projektbericht)

Was muss eine belastbare Energieeinsparbewertung berücksichtigen? (Vergleichbare Nutzungsbedingungen und geeignete reale Messdaten) (!Nur die Anzahl gezeichneter Softwarebausteine) (!Ausschließlich eine angenommene Wunschersparnis) (!Nur das Erstellungsdatum der Programmdatei)

Memory

Ordne jedem Fachbegriff die zugehörige Bedeutung zu. Besprich nach dem Versuch für zwei Paare einen Anwendungsfall aus dem Schulungsgebäude.

Pflichtenheft	Konkretisierte Umsetzung mit überprüfbaren Abnahmekriterien
Datenpunkt	Eindeutig bezeichnete technische Information mit Datentyp
Hysterese	Unterschiedliche Schaltschwellen zum stabilen Schaltverhalten
Fremdschlüssel	Referenz eines Messdatensatzes auf einen Sensordatensatz
VLAN	Logische Trennung von Broadcast-Domänen im Ethernet
Rollback	Geplante Rückkehr zu einem zuvor gesicherten Softwarestand

Drag-and-drop

Ordne je eine Tätigkeit dem passenden Ergebnis zu. Begründe, warum eine gelungene Parametrierung ohne Abnahmeprotokoll noch keinen abgeschlossenen Kundenauftrag darstellt.

Passender Arbeitsschritt	Zugehöriger Nachweis
Anforderungen klären	Freigegebenes Pflichtenheft
Sensordaten modellieren	Eindeutige Datenpunktliste
Softwareänderung sichern	Wiederherstellbares Projektarchiv
Netzverbindung untersuchen	Dokumentierte Diagnosemessung
Kundenlösung übergeben	Abnahme- und Einweisungsprotokoll

Kreuzworträtsel

Trage jeweils den gesuchten Fachbegriff ein. Jeder Lösungsbegriff ist ein einzelnes Wort.

Sollwert	Welche Zielgröße gibt eine Regelung als gewünschte Temperatur vor?
Topologie	Wie nennt man den Aufbau der Verbindungen eines Datennetzes?
Datenpunkt	Wie heißt eine identifizierbare Information in der Gebäudeautomation?
Firewall	Welche Komponente reglementiert die Kommunikation an einem Netzsegmentübergang?
Hysterese	Welcher Begriff beschreibt zwei verschiedene Schaltschwellen?
Protokoll	Wie heißt ein vereinbarter Regelsatz für Datenübertragung?

LearningApps

Nutze die thematische LearningApps-Suche, um zusätzliche Zuordnungs- und Wiederholungsaufgaben zu finden. Es wird keine konkrete fremde Übung als geprüft oder passend behauptet; prüfe gefundene Aufgaben vor der Verwendung selbst.

Lückentext

Setze die Begriffe aus den Fachkapiteln ein. Achte besonders auf die Reihenfolge von Planung, Sicherung, Umsetzung und Prüfung.

Das Ergebnis der konkretisierten Kundenanforderungen ist das

.

Eine eindeutig beschriebene Anlageninformation heißt

.

Die Anordnung von Geräten und Übertragungswegen beschreibt die

.

Eine Tabelle verweist mit einem

auf den zugehörigen Sensor.

Zwei getrennte Schaltschwellen bilden eine

.

Die Konfiguration eines Gerätes mit vorhandenen Einstellmöglichkeiten heißt

.

Die logische Trennung von Ethernet-Broadcast-Domänen kann ein

unterstützen.

Eine dokumentierte Rückkehr zur geprüften Ausgangsversion heißt

.

Bei unplausiblen Sensordaten muss der zugehörige Qualitätsstatus als

markiert werden.

Vor der Übergabe belegt ein nachvollziehbares

die geprüften Funktionen.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben ausschließlich mit fiktiven Datensätzen, freigegebenen Lernsystemen oder Simulationen. Nach jeder Aufgabe gibst du ein konkretes Produkt ab und holst dir eine fachliche Rückmeldung.

Leicht

Pflichtenheft: Formuliere vier messbare Anforderungen für die Temperaturanzeige eines fiktiven Raums; ergänze zu jeder Anforderung ein Abnahmekriterium und lasse beides im Lernteam gegenlesen.
Netzwerktopologie: Zeichne eine Modellarchitektur aus Sensor, Controller, Switch, Anzeige und Datenbank; kennzeichne Datenwege, Verantwortlichkeiten und kritische Übergänge.
Datentyp: Erstelle eine Datenpunktliste mit sechs Größen samt Kennung, Einheit, Datentyp, Wertebereich und Qualitätsmerkmal; markiere mögliche Konvertierungsfehler.
Programmablaufplan: Skizziere für die gegebene Hysterese eine Entscheidungsgrafik mit sicherem Verhalten bei ungültigem Eingang; erkläre mündlich zwei Testfälle.

Standard

Datenbankmodellierung: Entwirf für die drei Schulungsräume zwei verknüpfte Tabellen samt Schlüsseln und fünf synthetischen Messzeilen; berechne den Mittelwert gültiger Werte.
Simulation: Setze im freigegebenen Lernwerkzeug eine Hysterese mit Raumbelegung um; dokumentiere mindestens sechs Soll-Ist-Tests einschließlich eines Sensorausfalls.
Internetprotokollfamilie: Berechne für das Dokumentationsnetz mit Präfix 27 den Hostbereich, zeichne zwei logisch getrennte Segmente und begründe den erlaubten Datenaustausch.
Datenschutz: Entwirf für Raumtemperatur und Belegungsstatus ein minimales Rollen-, Protokollierungs-, Speicher- und Löschkonzept; erläutere eine konkrete Datenschutzgefahr.

Schwer

Systemintegration: Entwickle im Team eine Schnittstellenmatrix zwischen fiktivem KNX-Teil, Datenbank und lokaler Visualisierung; prüfe Datentyp, Richtung, Aktualität und Zugriffsrecht jedes Datenpunkts.
Softwaretest: Plane einen vollständigen Regressionstest für eine neue Heizfunktion und modelliere drei Fehlerszenarien einschließlich Netzwerkunterbrechung, falscher Skalierung und veralteter Sensorwerte.
IT-Sicherheit: Erstelle ein kleines Bedrohungsmodell für Gebäudeautomation mit Zugriffspfaden, Netzsegmentierung, Sicherung, Wiederherstellung und dokumentierter Restgefährdung; priorisiere die Maßnahmen.
Projektmanagement: Liefere ein vollständiges Modell-Kundenprojekt mit Pflichtenheft, kalkuliertem Arbeitsplan, versioniertem Testmodell, Testmatrix, Wirtschaftsvergleich und digitalem Übergabegespräch als Rollenspiel.

Lernkontrolle

Anforderungsanalyse: Prüfe an drei unklaren Kundenwünschen, welche technischen und organisatorischen Angaben noch fehlen, und formuliere daraus jeweils eine prüfbare Forderung.
Datenkommunikation: Vergleiche zwei Modellprotokolle anhand von Datenpunkttyp, Richtung, Diagnosefähigkeit und Sicherheitsanforderung und begründe die geeignetere Schnittstelle.
Fehlerdiagnose: Die Anzeige meldet 213 °C statt 21,3 °C; beschreibe eine nachvollziehbare Fehlersuchreihenfolge von Rohwert bis Anzeige und geeignete Nachweise.
Netzwerksicherheit: Ein GA-Controller ist vom Gastnetz aus erreichbar; erläutere die möglichen Ursachen, die notwendigen organisatorischen Schritte und eine sichere modellhafte Zielarchitektur.
Regelungstechnik: Für die Schaltschwellen 20,5 °C und 21,5 °C zeichne eine Zustandsfolge mit aufeinanderfolgenden Werten und erkläre das Verhalten genau an den Grenzen.
Qualitätssicherung: Bewerte eine Änderung, deren Funktionstest gelungen ist, deren Backup aber fehlt; formuliere Freigabekriterien und einen ergänzten Rückfalltest.
Wirtschaftlichkeit: Prüfe die fiktive Einsparrechnung kritisch und nenne erforderliche Messgrößen und Einflussfaktoren für eine reale belastbare Entscheidung.

Didaktische Rückmeldung: Begründe deine Aussagen mit Soll-Ist-Kriterien. Nach jeder Aufgabe soll eine Partnerperson mindestens eine belastbare Stärke, eine konkrete Abweichung und eine umsetzbare Verbesserung benennen. Die MC-Lösungen werden bewusst nicht vorweggenommen.

Lernnachweis

Kompetenznachweis als digitale Projektmappe: Dokumentiere die vollständige berufliche Handlung Informieren – Planen – Entscheiden – Durchführen – Kontrollieren – Bewerten – Übergeben. Deine Mappe enthält: unterzeichnetes fiktives Pflichtenheft, Architektur- und Netzskizze, Datenpunktliste mit Datentypen und Datenfluss, ein ER-Modell, ein selbst erstelltes Ablauf- oder Strukturdiagramm, exportierte und versionierte Simulationsdateien, einen Nachweis der Konfiguration aktiver Modell-Netzkomponenten, Testmatrix mit Messwerten und Fehlerfällen, gesicherte Wiederherstellung, Datenschutzbewertung, Kostenrechnung, Medien-/Quellenverzeichnis und ein kurzes Übergabevideo oder Gesprächsprotokoll ohne persönliche Daten.

Prüfkriterien: Prüfbarkeit, technische Richtigkeit, geeignete Tests, Schutzmaßnahmen, Transparenz der Annahmen, Nachhaltigkeit, verständliche Kundenkommunikation und Reproduzierbarkeit. Nutze das 100-Punkte-Raster aus dem Praxisfall für Selbst-, Partner- und Lehrkraftbewertung. Bewahre nur synthetische Projektdaten auf und beachte die festgelegten Löschfristen. Die Bewertung dient der Lernbegleitung, nicht als Kammerprüfung.

OER und Wikipedia

Verlässliche Grundlagen und Rechtsquellen:

KMK: Rahmenlehrplan Elektroniker/in für Gebäudesystemintegration, Seite 18, Lernfeld 9, Beschluss 18.12.2020.
BIBB: Ausbildungsprofil und BIBB: Ausbildung gestalten, Umsetzungshilfe.
GSIAusbV: Ausbildungsordnung und Ausbildungsrahmenplan, amtliche Rechtsquelle.
BSI: IT-Grundschutz INF.14 Gebäudeautomation, verifizierte Ausgabe 2023; aktuelle Ausgabe vor betrieblichem Einsatz prüfen.
DGUV Vorschrift 3: Elektrische Anlagen und Betriebsmittel; anwendbare Trägerversion prüfen.
KNX Association: ETS-Funktionen und Lizenzmodelle, Stand September 2026.
KNX Virtual: offizielle, deutschsprachige Simulationsumgebung. Kostenlos für Ausbildung nach den Hersteller-Lizenzbedingungen; nicht als frei lizenzierbarer Quellcode ausgeben.
Sächsische Lernsituationen zu Lernfeld 9 als landesspezifisches Zusatzbeispiel; der eigene Landeslehrplan bleibt maßgeblich.

Wikipedia als frei zugängliche Einführung, Fachfragen immer mit Primärquellen gegenprüfen:

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Eingebettete Datei	Datei- und Urhebernachweis	Urheber laut Commons	Lizenznachweis
File:LAN-physicalTopology.png	LAN-Netztopologie	Mattias.Campe	CC BY-SA 3.0 (alternativ laut Commons GFDL)
File:Entity-Relationship-Modell.svg	ER-Modell	Fleshgrinder	Gemeinfreiheit laut Dateiseite
File:Flowchart-If Then Else.svg	Ablaufdiagramm	みそがい	CC BY-SA 4.0
File:PID_de.svg	PID-Regler-Darstellung	Wdwd, basierend auf einer früheren Vorlage	CC BY-SA 3.0 (alternativ laut Commons GFDL)

Videonachweise: ETS-Grundlagen, rund um die Elektrotechnik, 2025 und ETS6 und KNX Virtual, Torben Ledermann, 2022. Titel, Kanal und Inhaltsbeschreibung stammen aus öffentlich auffindbaren Video-Metadaten; eine vollständige Wiedergabe der Videos konnte nicht unabhängig geprüft werden. Die Videos sind nicht als Creative-Commons-Material ausgewiesen; nur einbetten bzw. verlinken, nicht kopieren oder neu hochladen. Keine Sofatutor-Medien enthalten.

Verknüpfte Lernbereiche

Gebäudesystemintegration und Software

Anschluss an weitere Lernfelder: Lernfeld 4 liefert Netzgrundlagen; Lernfeld 7 die Integration von Komponenten; Lernfeld 8 den gewerkeübergreifenden Datenaustausch. Das hier behandelte Lernfeld 9 vertieft Software und Datenhaltung; Lernfeld 10 sichert die Bereitstellung von Daten und Diensten ab, Lernfeld 11 erweitert die Projektierung und Lernfeld 13 betrachtet die spätere Optimierung. Für echte Projekte gelten Ausbildungsplan, zuständige Handwerkskammer und Landeslehrplan.

aiMOOC Projekte

Projektidee A: Simulierte Optimierung einer Raumregelung mit Versionsvergleich, Hysterese-Test und begründeter Aufbewahrungsfrist. Projektidee B: Anlagenübergreifende Datenpunktinventur für ein fiktives Gebäude mit gesicherter Netzsegmentierung. Projektidee C: Kurzschulung für einen Modellauftraggeber: Datenqualität, Ausfallverhalten, Bedienung und nachvollziehbare Abnahme erklären.