Was ein I/O-Modul im Smart Home ist und wozu es dient: Eingänge, Ausgänge, Dimensionierung. Beispiel aus einer Anlage, Vergleichstabelle und FAQ.
# I/O-Modul im Smart Home: was es ist und wozu es dient
Abends, nach der Heimkehr, drücken Sie den Taster im Flur. Ein 24-V-DC-Signal läuft durch die Wand zur Verteilung und landet auf der Klemme eines Moduls auf der Hutschiene. Das Modul meldet den Tastendruck über den Bus, die Systemlogik entscheidet, und ein Relais am Ausgang schaltet die Leuchte ein. Der gesamte Weg dauert einen Bruchteil einer Sekunde und bleibt für den Nutzer unsichtbar. So soll ein gut geplantes System arbeiten.
Kurz gesagt: ein I/O-Modul (input/output, Ein-/Ausgangsmodul) sitzt in der Verteilung, liest Signale von Tastern und Sensoren an den Eingängen und schaltet Lasten über die Ausgänge. Es entscheidet nicht selbst: Es übergibt Eingangszustände an die Systemlogik und führt deren Befehle aus. Im Smart Home ist es die Stelle, an der die Leitungen von Tastern und Leuchten auf die Automation treffen.
# Was ist ein I/O-Modul?
Ein I/O-Modul übersetzt die physische Welt in Logikzustände und zurück. Ein Eingang macht aus einem geschlossenen Tasterkontakt die Information "gedrückt". Ein Ausgang macht aus dem Befehl "ein" einen geschlossenen Relaiskontakt, der Spannung auf die Last legt.
Ein einfacher Vergleich ist der menschliche Körper. Eingänge sind die Sinne: Sie erkennen einen Tastendruck, ein offenes Fenster oder Wasser im Hauswirtschaftsraum. Ausgänge sind die Hände, die etwas ein- und ausschalten. Das Gehirn ist die Logik, die Sie in Voldeno Studio konfigurieren. Im Voldeno-System läuft sie lokal, auf dem Hub und auf den Modulen am Bus, nicht auf einem externen Server.
In Datenblättern steht oft 8DI/8DO. DI ist digital input, DO digital output. Das Voldeno I/O-Modul hat genau diese Aufteilung: acht Digitaleingänge 24 V DC und acht Relaisausgänge. "Digital" heißt hier zwei Zustände: Spannung liegt an oder nicht. Für veränderliche Werte, zum Beispiel Sensoren 0-10 V, gibt es ein eigenes Modul Analog Input.
Die Abkürzung I/O stammt aus der Informatik und beschreibt den Datenaustausch zwischen Prozessor und Peripherie. Die Gebäudeautomation hat den Begriff übernommen, weil das Prinzip dasselbe ist.
# Digitaleingänge: was schließen Sie an?
An einen Digitaleingang gehört alles, was einen Stromkreis schließt oder öffnet: ein Taster, ein potentialfreier Sensorkontakt oder ein Impulsausgang eines Zählers. Am Voldeno I/O-Modul schließt der Kontakt die Schleife zwischen der 24V-Klemme der Bank und dem Eingang (I1-I8). Pull-up-Widerstände sind nicht nötig.
| Gerät | Was es signalisiert | Beispiel im Haus |
|---|---|---|
| Wandtaster (monostabil) | einen Druck und seine Dauer | Flurlicht, Szene "Verlassen" an der Tür |
| Bewegungsmelder | Anwesenheit in einer Zone (potentialfreier Kontakt) | nächtliche Treppenbeleuchtung |
| Fenster- oder Türreedkontakt | offen / geschlossen | Heizung aus bei offenem Fenster |
| Wassermelder | Wasser auf dem Boden | Schließen des Hauptwasserventils im Technikraum |
| Wasser- oder Gaszähler mit Impulsausgang | aufeinanderfolgende Mengen | Tageswasserverbrauch in der App |
| Energiezähler mit S0-Ausgang | aufeinanderfolgende Energiemengen | Verbrauch der Wärmepumpe |
| Signal der Alarmanlage | scharf, Alarm, Sabotage | Szenen, die vom Scharfzustand abhängen |
Ein Reedkontakt ist einfach gebaut: zwei federnde ferromagnetische Bleche in einem Glasrohr. Der Magnet im Fensterflügel zieht sie zusammen und schließt den Kontakt. Beim Öffnen entfernt sich der Magnet, die Bleche gehen auseinander.
Impulszähler arbeiten ähnlich. Im Wasserzähler dreht sich ein Magnet, eine Reed- oder Induktivaufnahme erzeugt einen Impuls pro Umdrehung, also pro festgelegter Wassermenge (je nach Modell 1 oder 10 Liter). Die Eingänge des Voldeno I/O-Moduls haben einen Frequenzzählermodus bis 250 Hz, der auch für Energiezähler mit S0-Ausgang reicht.
# Warum Taster und keine normalen Schalter?
Ein normaler Schalter hat zwei stabile Lagen und "merkt" sich den Zustand: oben heißt Licht an. In einem Haus, das auch per App und Zeitplan gesteuert wird, passt die Wippe bald nicht mehr zum tatsächlichen Lichtzustand. Ein monostabiler Taster (wie eine Klingel) kehrt in die Ruhelage zurück und sendet nur ein Ereignis. Ob das Licht an ist, entscheidet die Logik.
Ein Taster kann auch mehr als eine Funktion. Der Schalterbaustein in Voldeno Studio unterscheidet Klick, kurzen Druck, langen Druck und Halten, mit Schwellen in Millisekunden. Derselbe Taster an der Tür kann bei kurzem Druck das Flurlicht einschalten und bei längerem Halten das Licht im ganzen Haus ausschalten.
# Relaisausgänge: was Sie schalten und wo die Grenzen liegen
Ein Relaisausgang ist ein NO-Kontakt (normally open), der auf einen Logikbefehl schließt und Spannung auf die Last legt. Das Voldeno I/O-Modul hat acht solche Ausgänge in zwei voneinander isolierten Gruppen zu je vier. Jeder schaltet bis 5 A bei 250 V AC (ohmsche Last, Kategorie AC1).
Typische Anwendungen:
- Lichtkreise: Flurdecke, Wandleuchten, Fassadenlicht;
- Impuls für einen Torantrieb oder einen Türöffner;
- Magnetventile, etwa für Bewässerung oder ein Absperrventil;
- Badlüfter und ähnliche kleine Motoren.
Die 5-A-Grenze gilt für einen einzelnen Kanal und für die Summe der ganzen Vierergruppe. Bei induktiven Lasten wie Ventilspulen oder Lüftern gilt 2 A (Kategorie AC15). Die Gruppen sind vollständig isoliert: eine kann aus einem 230-V-AC-Lichtkreis gespeist werden, die andere aus 24 V DC für Tor und Ventile.
Für elektrische Heizung, Steckdosenkreise, Rollläden und starke LED-Treiber ist das I/O-Modul nicht gedacht. Diese Lasten gehören auf das Modul RELAY mit vier Ausgängen bis 16 A je Kanal in Kategorie AC1. Die zweite Lösung sind externe Hutschienenrelais, angesteuert von I/O-Ausgängen: der Ausgang speist die Spule, das Relais schaltet den hohen Strom. Das eignet sich, wenn der Schaltstrom zählt und eine Strommessung je Kreis nicht nötig ist (Beispiel in der realen Anlage weiter unten).
Jeder AC-Ausgang des I/O-Moduls schließt, wenn die Netzspannung durch null geht. Das begrenzt Einschaltstrom und Lichtbogen an den Kontakten. Details stehen im Beitrag zum Schalten im Nulldurchgang bei I/O und RELAY. Im 50-Hz-Netz geht die Spannung hundertmal pro Sekunde durch null, die Verzögerung durch die Synchronisation ist am Taster nicht spürbar.
# Was bringt die Strommessung je Gruppe?
Das Voldeno I/O-Modul hat zwei Stromsensoren, je einen pro Vierergruppe. Es misst die Summe des Stroms durch die vier Ausgänge der Gruppe, nicht jeden Ausgang einzeln. Der Wert steht in Voldeno Studio und in der App Voldeno Mobile.
Der Wert zeigt, wie nah die Gruppe an der 5-A-Grenze arbeitet, wenn alle ihre Kreise an sind. Ist in der Gruppe nur ein Kreis an, entspricht der Wert dessen Strom. Steigt der Gruppenstrom nach dem Einschalten eines Kanals nicht, nimmt die Last keine Energie auf: defekte Leuchte oder unterbrochener Kreis. Wenn Sie jeden Kreis einzeln messen wollen, etwa für die Abrechnung von Heizstäben, wählen Sie das RELAY-Modul mit einem Stromsensor je Kanal.
# Wie das I/O-Modul mit dem restlichen System zusammenarbeitet
Das I/O-Modul braucht einen Hub in derselben Anlage und spricht mit ihm über den Voldeno Bus. Es sitzt in der Verteilung auf der 35-mm-Hutschiene, neben den Schutzeinrichtungen, nicht in der Unterputzdose hinter dem Taster.
Der Voldeno Bus besteht aus vier Leitern: 24 V DC Versorgung, Masse und zwei CAN-FD-Datenleitungen. Er wird von Modul zu Modul über die Stecker an jedem Gerät durchgeschleift, ohne extra Busversorgungsmodule. CAN entstand in den 1980er Jahren bei Bosch für die Kommunikation zwischen Steuergeräten im Fahrzeug, wo die Strecke Störungen und Vibrationen aushalten muss. CAN-FD ist die neuere Variante mit höherer Datenrate.
Die Rollen sind getrennt. Der Hub verbindet die Anlage mit Ethernet, speichert Daten und übernimmt den Fernzugriff. In Voldeno Studio ordnen Sie jeden Ein- und Ausgang Logikbausteinen zu. Voldeno Mobile dient der täglichen Bedienung und der Anzeige.
Was passiert bei einer Störung oder ohne Internet? Taster, Sensoren und Szenen laufen weiter, weil die Logik lokal in der Anlage ausgeführt wird. Verloren geht nur der Fernzugriff außerhalb des Heimnetzes. Auch ein Ausfall des Hubs schaltet die Automation nicht automatisch ab, weil Module und verteilte Logik weiter über den Bus arbeiten (mehr im Systemüberblick).
# I/O-Modul im Haus und in der Industrie: worin liegt der Unterschied?
Das elektrische Prinzip ist dasselbe, Umfeld und nötiges Wissen nicht. In der Industrieautomation gehören I/O-Module meist zu einem PLC-System, das in Sprachen der IEC 61131-3 programmiert wird, etwa in Kontaktplan (LD) oder Strukturiertem Text (ST). Das verlangt Programmierkenntnisse und die Werkzeuge des SPS-Herstellers.
Das Voldeno I/O-Modul erledigt dieselbe elektrische Aufgabe, wird aber in Voldeno Studio mit fertigen Logikbausteinen konfiguriert, ohne Code. Für komplexere Fälle steht die Sprache Volang bereit.
| SPS mit I/O-Modulen | Verdrahtetes Smart Home (z. B. Voldeno) | Relais und Steuerungen von Hand verdrahtet | Funkgeräte in der Dose | |
|---|---|---|---|---|
| Spannungen | Eingänge meist 24 V DC, Transistor- oder Relaisausgänge | Eingänge 24 V DC, Relaisausgänge 230 V AC oder 24 V DC | meist 230 V AC an Tastern und Relaisspulen | 230 V AC in der Dose, Funksteuerung |
| Programmierung | IEC 61131-3 in der Umgebung des SPS-Herstellers, Programmierkenntnisse nötig | Konfiguration in Studio mit Logikbausteinen, Code optional | keine, die Funktion ergibt sich aus der Verdrahtung | App des Herstellers, oft mit Cloud-Konto |
| Wer montiert | Automatisierer oder Integrator | Elektriker nach Systemschulung | Elektriker | Elektriker oder der Bewohner |
| Zuverlässigkeit | für Dauerbetrieb über Jahre ausgelegt | Leitung und lokale Logik, unabhängig vom WLAN | einfach und langlebig, aber ohne Information über den Kreiszustand | abhängig von Funkreichweite, Batterien und Router |
| Kosten der Erweiterung | weiteres Modul plus Programmierarbeit | weiteres Modul am Bus und Änderung in Studio | neue Leitungen und Geräte bei jeder Funktionsänderung | günstig pro Punkt, wächst aber mit jeder Dose |
Eine SPS passt in die Industrieautomation, wo die Zykluszeit deterministisch ist und ein Fachteam die Anlage betreibt. Ein System fürs Haus soll einfach zu starten und in der Konfiguration unbegrenzt sein: typische Szenen ohne Code, komplexe Fälle in Volang. Die hohe Einstiegshürde der SPS-Programmierung ist im Wohnhaus ein Hemmnis, kein Vorteil. Eine Lichtszene zu ändern sollte keinen Spezialisten mit Laptop brauchen.
# Beispiel aus einer realen Anlage: was das I/O-Modul tut, wenn viele Leuchten da sind
Das Foto zeigt einen Abschnitt der Verteilung in einer unserer Anlagen. Rechts stehen I/O-Modul und RELAY-Modul nebeneinander, links orangefarbene Relais in Fassungen auf der Hutschiene.
Zurück zum Taster im Flur. In dieser Anlage liegt sein Signal auf einem I/O-Eingang, weil das Modul hier vor allem als Eingangssammler arbeitet. An seinen Klemmen enden die Leitungen der Wandschalter, auch derer für die Rollläden.
Die Beleuchtung besteht aus vielen starken LED-Leuchten, deren Strom die 5-A-Grenze des I/O-Moduls überschreitet. Deshalb schalten externe Relais (orange im Foto), deren Spulen von I/O-Ausgängen angesteuert werden. Die Rollläden treibt das RELAY-Modul.
| Teil der Anlage | Angeschlossen an | Rolle |
|---|---|---|
| Wandschalter Licht | I/O-Eingänge | Ereignisse für die Logik: kurzer und langer Druck |
| Wandschalter Rollläden | I/O-Eingänge | Auf- und Ab-Befehle für die Logik |
| LED-Leuchten | externe Relais, angesteuert von I/O-Ausgängen | Schalten hoher Ströme |
| Rollladenantriebe | RELAY-Ausgänge | Versorgung der Antriebe |
Das ist eine Alternative zu weiteren RELAY-Modulen, wenn der Schaltstrom zählt und die Strommessung des Verbrauchers nicht entscheidend ist. Der Preis: zusätzliche Geräte in der Verteilung, und der Stromsensor im I/O-Modul misst dann die Relaisspulen, nicht den Lampenstrom. Wenn Sie den Strom des Kreises brauchen, ist RELAY die bessere Wahl.
# Wie viele I/O-Module braucht ein Haus?
Zählen Sie Eingänge und Ausgänge niedriger Leistung getrennt, teilen Sie jede Zahl durch acht und nehmen Sie das größere Ergebnis. Lasten oberhalb der I/O-Grenzen (Heizung, Steckdosen, Rollläden) zählen Sie als RELAY-Module oder als externe Relais an I/O-Ausgängen. Legen Sie Reserve für späteren Ausbau ein: der Ratgeber zu Planungsfehlern im Smart Home empfiehlt 30-50%.
Meist gehen zuerst die Eingänge aus. Jeder Taster, Reedkontakt und Sensor belegt einen, und in einem Haus mit Sensoren an allen Fenstern können allein die Reedkontakte in die Dutzende gehen. Lichtausgänge sind meist weniger, weil ein Kreis mehrere Leuchten speist.
Zur Einordnung: im Projekt Moderne Scheune laufen sieben I/O-Module, neun RELAY-Module, ein Analog-Input-Modul und zwei 1-Wire-Module, gesteuert von einem Hub. Vollständige Hardware- und Kostenaufstellungen für Wohnung, Haus 120 m² und Haus über 200 m² stehen unter was ein Smart Home kostet.
# FAQ
# Worin unterscheidet sich eine SPS von einem I/O-Modul?
Eine SPS ist ein Steuergerät, das ein Programm ausführt. Ein I/O-Modul sind ihre Ein- und Ausgänge, die Verbindung zu Sensoren und Lasten. Im Voldeno-System übernimmt die lokal auf Hub und Modulen laufende Logik die Steuerungsrolle. Das I/O-Modul liefert die Signale und führt die Befehle aus.
# Was bedeutet 8DI/8DO?
Acht Digitaleingänge und acht Digitalausgänge. Das Voldeno I/O-Modul hat diese Aufteilung: acht Eingänge 24 V DC und acht Relaisausgänge in zwei Vierergruppen.
# Kann ich einen normalen Lichtschalter statt eines Tasters anschließen?
Ja. Der Eingang liest die Stellung, und in Studio können Sie auf jede Zustandsänderung reagieren. Sie verlieren die Unterscheidung von kurzem und langem Druck, und die Wippe passt nicht mehr zum Licht, wenn es auch aus der App geschaltet wird. Deshalb empfehlen wir in neuen Anlagen monostabile Taster.
# Reichen 5 A am Ausgang für LED-Beleuchtung?
Für übliche Kreise ja: 5 A bei 230 V sind etwa 1150 W ohmsche Last, ein LED-Kreis im Zimmer liegt meist bei einigen zehn Watt. 5 A ist auch die Summengrenze für eine Vierergruppe. Bei vielen starken LED-Leuchten oder Treibern mit hohem Einschaltstrom besser ein RELAY-Modul oder externe Relais an I/O-Ausgängen verwenden.
# Funktioniert das I/O-Modul ohne Internet?
Ja. Taster, Sensoren, Szenen und Zeitpläne laufen lokal in der Anlage. Ohne Internet entfällt nur der Fernzugriff von außerhalb des Hauses.
# I/O-Modul oder RELAY-Modul?
Das I/O-Modul ist für Taster, Sensoren und Lasten bis 5 A: Licht, Tore, Ventile. RELAY hat vier Ausgänge bis 16 A mit Strommessung je Kanal und keine Digitaleingänge, also für Heizung, Steckdosen, Rollläden und Motoren. Wenn der Strom zählt und die Kreismessung nicht nötig ist, können I/O-Ausgänge auch externe Relais ansteuern. In den meisten Häusern arbeiten beide Module.
# Zusammenfassung
Das I/O-Modul ist der unauffällige, aber am häufigsten genutzte Teil der Anlage. Jeder Tastendruck im Flur, jedes Öffnen eines Fensters und jeder Impuls vom Wasserzähler läuft über seine Klemmen, und die Ausgänge schalten Licht oder Relais ohne den Nutzer und ohne Internetzugang. Mit Reserve an Kanälen und mit großen Lasten auf RELAY oder externe Relais braucht es jahrelang keinen Eingriff.
Wenn Sie eine Anlage planen und wissen wollen, wie viele I/O-Module Ihr Haus braucht, vereinbaren Sie eine kostenlose Beratung. Wir stimmen die Module auf Ihr Projekt ab. Sie können auch Voldeno Studio kostenlos herunterladen und Ein- und Ausgänge in der Simulation konfigurieren.