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Ressourcen-Effizienz im Bestand verbessern

Bild 1. Stromzähler von Saia Burgess Controls sind in bewährter Installationstechnik ausgeführt. Es gibt ein- und dreiphasige Energiezähler, die über einen Zweidrahtbus, wie den Modbus, kommunizieren

Bild 2. Modbus ist ein Standard, auf den sich viele einigen können; mit dem Kopplermodul von SBC werden Zähler mit Impulsausgang busfähig gemacht

Bild 3. Mit den Komponenten aus dem Programm von Saia Burgess Controls können auch bestehende Infrastrukturen modernisiert werden

Bei den Betreibern von älteren Anlagen und Gebäuden reift die Erkenntnis, dass es sinnvoll und notwendig ist, mehr über den Energieverbrauch im Detail zu erfahren. Damit hat man den Betrieb besser unter Kontrolle und gewinnt eine Entscheidungsbasis, um die Kosten nachhaltig zu senken. Und wenn man den Verbrauch von Ressourcen drosselt, tut man auch etwas für die Umwelt. Denn ein einfaches „Weiter wie bisher“ verbietet sich aus verschiedenen Gründen: Einerseits wird Energie immer teurer, andererseits erkennen die Unternehmen ihre gesellschaftliche Verantwortung.

Wo es keine durchgängige Infrastruktur für Messung und Erfassung des Energieverbrauchs gibt, ist es schwer, Transparenz herzustellen. Die bestehende Gebäudeinfrastruktur ist oft „Schicht für Schicht“ über Jahrzehnte gewachsen. Nicht selten existieren verschiedene Steuerungssysteme für die unterschiedlichen Anwendungen, wie Lüftung, Beleuchtung oder Druckluft. Da ist es nicht leicht, einen Überblick über die Energieverbräuche, sowohl im Ganzen als auch im Detail, zu erhalten. Es genügt ja nicht, die Verbrauchswerte aus den Typenblättern der eingesetzten Anlagen und Geräte zu addieren, sofern sie überhaupt zugänglich sind. Jeder weiß, dass Messen der einzige Weg ist, um an die konkreten, lokalen Verbrauchswerte heranzukommen. Gemeint sind übrigens alle Energieträger, wie Wasser, Gas, Strom und Heizung. Erst die Kenntnis der exakten Verbrauchswerte von Maschinen, Heizungen und Anlagen sowie deren analytische Aufbereitung bietet die entscheidende Voraussetzung, Einsparpotenziale aufzudecken. Messstellen gibt es viele im Gebäude, oft sind sie jedoch nur über proprietäre Client/Server-Lösungen erreichbar. Viele Zähler haben einen Impulsausgang, andere wieder auch ein Interface zu einem Industriebus. Die Frage, die sich dann stellt, ist: Was vom Bestehendem kann verwendet werden und wie viel muss neu dazukommen? Kann bestehende und bekannte Technik überhaupt mit vertretbarem Aufwand in ein übergeordnetes Monitoring-System eingebunden werden?

Lösung mit Modbus: ein Praxisbeispiel
Fragestellungen wie diese beschäftigten auch die Firma Elektro Hofmann aus Blaustein bei Ulm. Das Unternehmen betreut seit zwölf Jahren die umfangreichen Liegenschaften des Liebherr-Werks Ehingen , wo unter anderem Mobilkräne produziert werden. Hier arbeiten 2.800 Mitarbeiter in 19 Produktionshallen und in vier Verwaltungsgebäuden. Der Energiebedarf entspricht dem von 5.000 Haushalten. Der seit Jahrzehnten gewachsene Standort verfügt über die unterschiedlichsten Steuerungs- und Kommunikationssysteme. Über ein Modbus- Netzwerk werden die Daten von 500 Energiemesspunkten für Wärme, Gas und elektrischer Energie erfasst. Daneben existieren Bereiche auf der Basis von Bacnet und es gibt ein Dali-, ein KNX- sowie ein Lonmark-Netzwerk. Elektro Hofmann suchte nach einem integrativen System, das die 80.000 Datenpunkte im Feld erfasst und 40.000 Datenpunkte auf dem Leitsystem über zehn webbasierte Bedienstationen in den einzelnen Arbeitsbereichen visualisiert. Das System musste außerdem die 1.500 Zeitprogramme und über 3.500 Alarmmeldungen realisieren. Der Wunsch aller Beteiligten war: Man wollte endlich einen einheitlichen Zugang zu allen vorhandenen Ebenen bekommen. Dann würde es auch möglich sein, die Verbräuche transparent zu machen und geeignete Maßnahmen zu ihrer Reduzierung in die Wege zu leiten. Im Schweizer Spezialisten für Infrastrukturautomatisierung, Saia Burgess Controls (SBC), fand Elektro Hofmann den geeigneten Partner.

Es gehört zu den Grundsätzen von SBC, ein Gebäude ganzheitlich zu betrachten und alle Gewerke über offene Kommunikationsstandards zusammenzufügen. Rainer Kellerer ist bei SBC Deutschland tätig. Er sagt: „Man kann nur optimieren, was man sieht. Erst nach dem Zusammenfügen aller Daten kommt man zu den richtigen Schlüssen, die einen energetisch optimierten Betrieb ermöglichen.“ Für die Implementierung eines solchen Systems bietet SBC ein umfangreiches Sortiment an frei programmierbaren, kompakten und modularen Systemen, welche sich durch ihre konsequente Kompatibilität auszeichnen. Hier passt alles zueinander. Elektro Hofmann realisierte die neue Gebäudeautomatisierung im Liebherr-Werk Ehingen mit 60 Automationsstationen der Baureihe PCD. Mithilfe des Programmier-Tools Saia PG5 wurden die Systeme applikationsspezifisch in die Anlage eingebunden und in Betrieb gesetzt. Für die Vernetzung der einzelnen Gewerke und Ebenen standen Standardschnittstellen zur Verfügung. Diese reichen von einfachen Busverbindungen oder Modemstrecken bis hin zu Ethernet-TCP/IP-Kommunikation und zur Internet-Vernetzung.

Viele Geräte, einfache Integration
Modbus ist eine einfache und zweckmäßige, von Praktikern geschätzte Übertragungstechnik. Viele Hersteller bieten Produktbausteine mit Modbus-Schnittstelle an. Das Bussystem verspricht einfache und schnelle Integrationsmöglichkeiten. Eine auf dem Modbus-Protokoll basierende Kommunikation, die mit kompakten Energiezählern direkt am elektrischen Verbraucher ansetzt, bietet wesentliche Vorteile: Das Anwendungsprotokoll ist unabhängig vom jeweils verwendeten Übertragungsmedium nach dem Client-Server-Prinzip organisiert, die Spezifikationen sind stabil und der Einsatz erfordert kein grundsätzliches Umdenken bei den Anwendern. Modbus-fähige Lösungen sind für eine schnelle, zuverlässige Übertragung von Daten zwischen der Sensor-/Aktorebene, der Feldebene und der Automatisierungsebene prädestiniert. SBC-Technik kam auch bei der Aufrüstung der Abwasseraufbereitungsanlage in der italienischen Stadt Cesena zum Einsatz. Auch hier forderte der Betreiber der Anlage, dass die bestehende Infrastruktur auf Basis von Profibus und Modbus weiter verwendet werden sollte. Die Steuerungstechnik wurde erneuert und die bestehenden Modbus- Geräte wurden über die entsprechenden Interfaces an die neuen SPS angeschlossen. Um das Optimierungspotenzial der Anlage besser erfassen zu können, werden alle Messwerte in einer zentralen Warte visualisiert.

Messtechnik aus der Schweiz
Die Energiedaten wurden im Liebherr-Werk Ehingen bisher ebenfalls über Modbus erfasst. Im Zuge des Systemumbaus bestand der Wunsch, weitere dreiphasige Energiezähler in ausgewählte Stromkreise einzubauen, um den Energieverbrauch noch detaillierter darstellen zu können. Auch diese neuen Zähler sollten an den vorhandenen Modbus angeschlossen werden. SBC produziert neben den SPS auch Energiezähler. Jedes Gerät verfügt über die MID-Zulassung und erlaubt damit auch eine Verrechnung der gemessenen Energie. Die kompakte Bauform der Messgeräte ermöglicht den Einbau auch unter beengten Platzverhältnissen, was ein nicht zu unterschätzender Vorteil ist. Einige Geräte sind mit Stromwandlern ausgestattet, sodass ein Auftrennen der Stromkreise nicht notwendig ist. Die Energiezähler werden auch mit integrierter serieller Modbus-Schnittstelle geliefert. Sie lesen direkt alle relevanten Daten aus, wie Energie (total und partiell), Strom und Spannung pro Phase sowie Wirk- und Blindleistung pro Phase oder als Gesamtleistung. Sollen bereits installierte Zähler, die nicht busfähig sind, in ein Automationssystem eingebunden werden, ist das Kopplermodul von SBC der einfachste Weg. Dies ist beispielsweise bei Sanierungen hilfreich, wenn die bestehende Zähler-Infrastruktur busfähig gemacht werden muss und keine neuen Zähler angeschafft werden sollen. Mit diesem Interface-Modul können Zähler (Strom, Wasser, Wärmemenge) mit einem S 0 -Puls-Ausgang von jedem beliebigen Hersteller direkt über eine serielle RS-485-Verbindung (S-Bus- oder Modbus) mit dem SBC-Automationssystem oder einer anderen Steuerung verbunden werden.

Fazit
Mit Modbus ist die Übertragung und Speicherung von vor Ort gemessener Daten einfach und effizient zu realisieren. Entsprechende busfähige Energiezähler und Steuerungen sowie Geräte zur Datenerfassung, Visualisierung und Protokollierung und zum Transfer der ausgelesenen Daten in SQL-Datenbanken ermöglichen es, die Daten in vorhandene IT-Strukturen zu integrieren und unternehmensweit auszuwerten. Auf diese Weise lassen sich die Verbrauchswerte jeder einzelnen Maschine und Anlage detailliert erfassen, zusammenführen und zur Auswertung bereitstellen. (mh)

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Autor:
Pascal Hurni ist als Technical Product Manager BU Control Components für die Saia-Burgess Controls AG in Murten/Schweiz tätig.
pascal.hurni@saia-pcd.com