9. Mess-, Bussysteme, Einführung Micocontroller Flashcards
VDI 4602 Blatt 1 - Monitoring Inhalt
Das Monitoring beinhaltet das Erfassen und Speichern von Messwerten, das Vergleichen der Messwerte mit Grenzwerten und das Visualisieren in Anzeigen, Tabellen, Diagrammen oder Grafiken.
Energiemonitoring (EM) nach VDI 6041
Fortlaufendes Erfassen, Auswerten und Darstellen von Energie- und Medienflüssen
Teilbereiche des technischen Monitorings nach VDI 6041
- Anlagenmonitoring (AM)
- Energiemonitoring (EM)
- Gebäude- und Behaglichkeitsmonitoring (GBM)
Aufgaben der Gebäudeleittechnik (GLT)
- übernimmt die wesentlichen Funktionen des technischen Monitorings: Steuerungsparameter und Fehlermeldungen werden aufgezeichnet und bearbeitet.
- GLT liefert wichtige Daten für die Auswertung (z.B. Betriebszeiten, Wetterdaten, Raumtemperaturen),
- GLT misst aber in der Regel keine Energieverbräuche! (Energie ist kein Steuerungsparameter)
Was sind grundlegende Messaufgaben im Gebäude?
- Flügelrad / Balgenzähler → Impulszählung → Zeitmessung (Zeit zwischen Impulsen)
- Strom / el. Leistung → S0 → Impulszählung → Zeitmessung (s.o.)
- Temperatur / Feuchte → Widerstand → Spannungsmessung
- Druck → Weg → Widerstand → Spannungsmessung
- Volumenstrom → Druck →
Wovon hängt die Genauigkeit eines Wasserzählers ab?
- Bei flüssigen und gasförmigen Brennstoffen/Energieträgern wird das Volumen, seltener das Gewicht bestimmt.
- Genauigkeit hängt daher von mehreren Faktoren ab:
→ Druck
→ Temperatur
Welche Sensoren besitzt ein Wärmemengenzähler?
- Zur Bestimmung der Wärmemenge in einem Fluid-Kreis wird der Volumenstrom des Mediums und eine Temperatur-Differenz benötigt.
- Wärmemengenzähler besitzen daher zwei Temperatursensoren und einen Durchfluss-Messer
Was ist ein BUS-System?
- Ein BUS (Binary Unit System) ist ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern über einen gemeinsamen Übertragungsweg, bei dem die Teilnehmer nicht an der Datenübertragung anderer Teilnehmer beteiligt sind.
- Die Kommunikation erfolgt über standardisierte Protokolle
Was sind Sensoren und Aktoren?
Binäre Sensoren und Aktoren übertragen ein Signal, wenn eine Endlage erreicht ist
Aufgaben und Funktionen von Gebäudeautomations-Bussen:
- Erfassen von analogen und digitalen Signalen
- Ausführen von Stellbefehlen
- Steuern, Regeln und Überwachen von Beleuchtungssystemen
- Zutrittskontrollen
- Erfassen von Zuständen
- Bedienen und Beobachten
Bussystem Beispiel: KNX (Konnex-Bus)
- Entwickelt aus verschiedenen europäischen Standards
- Einsatz in der Hausautomation und Haushaltsgeräten (Kühlschränken, Backofen…)
- Gewerke: Heizung, Lüftung, Elektrosteuerung, Haushaltsgeräte…
- Dezentrale Steuerung: Kein zentrales Steuergerät (jeder Teilnehmer besitzt eigenen Microcontroller, wodurch keine Totalausfälle möglich sind, jedoch ein großer Programmieraufwand besteht
Beispiele für Netztopologien KNX-Bus:
- Baumförmig
- Sternförmig
- Linienförmig
Energiemanagement beinhaltet..
..das Management aller energierelevanten Prozesse (technisch → Maschinen; prozessual → Einkauf von Motoren)
Bussystem Beispiel: LON (Local Operating Network)
- Grundgedanke ist ein dezentrales Feldbussystem mit Flexibler Datenübertragung
- Gewerke: Gebäudeinstallation, Industrie, Telekommunikation
- Leitungslängen bis zu 2km
- Vielfältige Übertragungsmedien wie Funk, LAN/Internet, Lichtwellenleiter, Koaxialleiter, Power Line und Twisted-Pair (Verdrillte Zweidraht-Leitung)
Bussystem Beispiel: BACnet (Building Automation and Control Networks)
- Der meistverbreitete Kommunikationsstandard in der Gebäudeautomation
- Ziel: offene, interoperable Gebäudeautomation im Zweckbau ermöglichen
- Gewährleistet Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller, somit bei allen Gewerken anwendbar und eine unbegrenzte Anzahl an Teilnehmern.
- Bevorzugtes Einsatzgebiet: große und verzweigte Gebäudekomplexe und Liegenschaften
- dezentral
Bussystem Beispiel: M-Bus (Meter Bus)
- Einfaches System zu Verbrauchserfassung mit Primary-Replica-Verfahren (Pegelwandler-SensorVerfahren)
- Begrenzte Ausdehnung und Kabellänge (Entwickelt in 1992)
- Einfache Entwicklung durch 2-Drahtleitungen („Telefonkabel“)
- Bussystem speziell für Zähler
Kommunikation im BUS (TCP/IP-Referenzmodell)
TCP/IP-Referenzmodell (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) ist ein Internet-Protokoll zum Datenaustausch über die Grenzen lokaler Netzwerke hinaus. Die Datenübertagung erfolgt über mehrere Punkt-zu-Punkt-Verbindungen hinweg
Protokoll-Struktur (Verschiedene Felder + deren Aufgaben)
- Kontroll- und Sicherungsfeld: − dient der Analyse von Fehlern, die während des Datentransports zwischen den Teilnehmern auftreten können.
- Adressenfeld: − Quelladresse: Teilnehmernummer eines Sensors, der Informationen sendet. − Zieladresse: Teilnehmernummer eines Aktors, der die Informationen empfangen soll
- Datenfeld: − enthält die eigentliche Nutzinformation
Bedeutung von Aggregation im Kontext der Signalverarbeitung
- Messwerte sollen einen Signalverlauf repräsentieren, dafür muss die Abtastfrequenz höher sein als die doppelte Signalfrequenz (ansonsten Unter-Abtastung = Aliasing)
- In einigen Fällen ist die Speicherfrequenz sehr viel niedriger als die Signalfrequenz (z.B. bei Stunden- oder Tageswerten). In diesem Fall muss eine geeignete Regel zur Zusammenfassung(=Aggregation) der Messwerte gefunden werden. (zB. Mittelwert, Gleitender Mittelwert, Minimum oder Maximum, Summe)
Umgang mit asynchronen Datenströmen
- Eine typische Aufgabe ist es, auf asynchronen und eventbasierten Datenströmen eine Auswertung mit festen Zeitschritten zu fahren
- Für jede Datenquelle muss dann zu einem festen Zeitpunkt ein sinnvoller Wert generiert werden
Verschiedene Fälle von asynchronen Datenströmen + wie damit umgehen?
FALL: Die Frequenz der Datenquelle ist niedriger als die der Abfrage
Dann können häufig (nicht immer) Zwischenwerte interpoliert werden.
Vorteile virtueller Datenpunkte
- Bereits auf der Erfassungsebene können Daten miteinander verrechnet bzw. verarbeitet werden. Die Ergebnisse werden als virtuelle Datenpunkte bereitgestellt.
Vorteile können sein:
- Senkung der übertragenen Datenmenge
- Verringerung der Übertragungsfehler
- Möglichkeit der Integration über die Zeit → höhere Toleranz gegen fehlende Werte
Bestandteile Feldbusse/Bussysteme (Abbildung)
- Feldbusebene
- Feldbus
- Knotenpunkt/Datenfern-
kommunikation - / 5. Steuerung/Automationsebene
Speichermodelle in der Signalverarbeitung
- Zyklisch: Speicherung in festen Zeitschritten
- Änderungsbasiert: Speicherung abhängig vom Wert
- Eventbasiert: Speicherung abhängig von Ereignissen
Welche Messdaten und Informationen werden zur Bestimmung der Wärmemenge in einem Fluid-Kreis (Wärmemengenzähler) benötigt?
- Vorlauftemperatur
- Rücklauftemperatur
- Volumenstrom des Mediums
- Dichte des Mediums
- spezifische Wärmekapazität des Mediums
→ Q = Vpc_p*ΔT
Wann spricht man von Aliasing (Unter-Abtastung)
Ist die Abtastfrequenz zu klein, kommt es zur Unter-Abtastung, dem sogenannten Aliasing. Das ursprüngliche Signal wird dann nicht mehr korrekt repräsentiert.
Verschiedene Fälle von asynchronen Datenströmen + wie damit umgehen?
FALL: Die Frequenz der Datenquelle ist höher als die der Abfrage
In diesem Fall müssen mehrere Daten zu einem sinnvollen Wert zusammengefasst (aggregiert) werden.
