Ermittlung von Verbrauchs- und Anlagendaten

Wie im vorhergehenden Kapitel dargestellt, werden die meisten Energie- und Medienströme im Betrieb durch Wasser- und Energiezähler (Erdgas, elektrischer Strom, Öl, etc.) erfasst.

Generell sind Zähler wegen der Genauigkeit und der in der Regel direkt nutzbaren Daten vorzuziehen. Soll in Ihrem Betrieb die Erfassung der Daten nicht manuell, sondern automatisiert erfolgen, dann gibt es zwei verschiedene Arten der Datenübertragung:

Relativwertübertragung
  • Übertragung von Energie- und Medienverbräuchen
  • Teils störungsanfällig, keine Übertragung von absoluten Zählerständen und dadurch erschwerte Ursachenforschung bei Datenfehlern und Rekonstruktion von Verbrauchsverläufen im Fehlerfall
  • Arten der Datenübertragung:
    • Impulsausgang (potenzialfreier Kontakt, S0-Schnittstelle): Über die Anzahl der Impulse werden die Wasser- und Dampfmengen berechnet.
    • Standardstromsignal (0/4…20 mA): Die Höhe des Stroms entspricht einer zu definierenden Durchflussmenge oder Leistung. Dies kann bei vielen, aber nicht allen, Messsystemen frei eingestellt werden. Bei 4 - 20 mA zeigt ein Wert unter 4 mA einen Fehler im Messsystem an.
      • Vorteil: Überall im Übertragungskabel herrscht der gleiche Strom, der Messwert kann so mit mehreren Systemen an verschiedenen Orten verwendet werden.
      • Nachteil: Das Signal wird durch die Stromversorgung bzw. den ohmschen Widerstand begrenzt. In der Regel liegt die Länge der Messdatenleitung bei max. 50 - 100 m. Im laufenden Betrieb ist keine Veränderung des Messsystems oder eine Kontrolle mit einem Messgerät (Digitalmultimeter) möglich, ohne die Messung zu unterbrechen.
    • Standardspannungssignal (0/2 – 10 V): Analog zum Standardstromsignal gibt es ein Spannungssignal: Die Höhe der Spannung entspricht einer definierten Durchflussmenge oder Leistung. Das kann bei den meisten Messsystemen frei eingestellt werden. Bei 2 - 10 V dient der Spannungsbereich unter 2 V für die Anzeige von Fehlern im System.
      • Vorteil: Das Signal kann parallel mit einem Digitalmultimeter zu Prüfzwecken oder zur externen Aufzeichnung abgegriffen werden.
      • Nachteil: Das Signal wird durch den ohmschen Widerstand (Spannungsabfall je länger die Leitung ist) verfälscht, wenn keine Kompensation am Messsystem möglich ist. Bei der Kompensation wird der Widerstand der Leitung eingerechnet und das Spannungssignal um diesen Spannungsverlust erhöht.
Absolutwertübertragung
  • Übertragung von absoluten Werten: Zählerstände, Leistungen und ggf. Momentverbräuche als Zahl, nicht als umzurechnender Signalwert oder Impulsanzahl
  • Stand der Technik ist die Übertragung mittels Protokoll. Ein Protokoll ist eine standardisierte Abfolge von digital übertragenen Informationen.
  • Ständige Weiterentwicklungen in unterschiedlichen Branchen führen zu vielen Lösungsansätzen. Diese Vielfalt an Lösungsansätzen ist jedoch nicht zwangsläufig miteinander kompatibel.
  • Protokolle sollten nicht gemischt werden, um Schnittstellenprobleme zu vermeiden und stabil laufende Messsysteme zu erhalten, die langfristig betrieben werden können.
  • Protokolle und Bussysteme, die im Bereich Energiedatenmanagement eingesetzt werden:
    • M-Bus (direkte Zählereinbindung)
    • HART-Protokoll (direkte Zählereinbindung)
    • TCP/IP (Netzwerkprotokoll)
    • EIB/KNX (direkte Zählereinbindung)
    • Modbus (direkte Zählereinbindung)
  • Niemand kann die zukünftige Entwicklung vorhersehen: Jedoch hat TCP/IP bei einer Vernetzung aller Maschinen in einer Textilreinigung („Textilreinigung 4.0“) den Vorteil, dass klassische Netzwerke in manchen Betrieben bereits vorhanden sind und die Kommunikation mit einem PC und der geeigneten Software unkritisch ist. Die Einbindung über WLAN, auch zu mobilen Endgeräten, funktioniert darüber bereits.
Hochrechnung von Verbräuchen und Abfrage des Betriebszustands
  • Bei untergeordneten Verbrauchern und bei einer Vielzahl von Messstellen ist es aus wirtschaftlichen Gründen überlegenswert, keine Zähler einzubauen. Vor allem kleinere Maschinen, die weniger als 2 Stunden pro Tag in Betrieb sind, benötigen keine eigene Erfassung mit einem Zähler.
  • Damit deren Betriebszeiten aufgezeichnet werden können, wird das Anliegen einer Netzspannung am Verbraucher ermittelt. Dies erfolgt mit einem Koppelrelais. Dieses zieht einen potenzialfreien Kontakt an, wenn Netzspannung anliegt. Der potenzialfreie (oder mit einer Hilfsspannung versorgte) Schalter kann als binärer Eingang von gängigen Messsystemen erfasst werden und bekommt vom Messsystem eine (Zeitzuordnung). So kann später nachvollzogen werden, welcher Verbraucher zu welcher Zeit in Betrieb war und welcher Energieverbrauch ihm zugeordnet werden kann. In der Abbildung ist beispielhaft der Schaltverlauf einer stark taktenden Trinkwasserdruckerhöhungsanlage dargestellt. Erst in der Datenaufbereitung wird aus der Information „AN“ und „AUS“ und der Zeitzuordnung der Energieverbrauch berechnet.
  • Voraussetzungen:
    • Die Verbraucher verfügen nur über zwei Betriebszustände:
      • EIN
      • AUS
    • Der Energieverbrauch bei Betrieb ist bekannt oder kann durch einmalige Messung ausreichend genau angegeben werden.
    • Im Betrieb verändern sich die Randbedingungen (Druckverluste, Volumenströme, Temperatur, Dichte etc.) nur unwesentlich.
  • Geeignet ist dieses Ermittlungsverfahren für folgende Anlagen und Maschinen:
    • Pumpen (für Kühlwasser, Abwasser, Regenwasser)
    • Ventilatoren (Bügeltischabsaugung, Abluftanlagen, Gebäudebelüftung)
    • Einstufige Druckluftkompressoren ohne längeren Leerlaufbetrieb
    • Beleuchtung, soweit keine Stufenschaltung, Dimmer etc. verbaut sind
    • Ein- und zweistufige Erdgas- und Heizölbrenner (von Trockner, Gebäudeheizung und Dampfkessel) zur Ermittlung der Feuerungsleistung über Schaltvorgänge des Erdgasventils
    • Kältemaschinen und Wärmepumpen, nicht modulierend
    • Elektrische Heizgeräte (Heizpatronen an Warmwasserspeichern, fest installierte und extern geschaltete Heizlüfter)