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Gebäude analytisch überwachen

Immer häufiger werden Messdaten in Gebäuden nicht nur überwacht, sondern auch archiviert und analysiert. Dadurch lassen sich über einen langen Zeitraum qualitative Aussagen erzielen wie z.B. die Einhaltung bestimmter Grenzwerte, statistische Berechnungen oder das Verhalten vor kritischen Zuständen. Mit der geeigneten Software lassen sich nicht nur die Onlinedaten überwachen, sondern auch die historischen Daten beliebig auswerten und detaillierte Berichte erstellen. Mit entsprechenden mathematischen Berechnungen sind sogar Voraussagen über den Ausfall bestimmter Systeme möglich, was gerade in der vorbeugenden Instandhaltung von sehr großem Interesse ist.
Für die analytische Überwachung von Gebäuden wird häufig die Messdatenerfassungs- und Auswertesoftware MCPS verwendet, die speziell für Langzeitüberwachungen entwickelt worden ist. Diese integriert in einem Programm sowohl die Erfassung, Visualisierung und Alarmüberwachung von Messwerten als auch die Anzeige und Auswertung der bereits gemessenen Daten. Beide Funktionalitäten können gleichzeitig erfolgen, sodass der Anwender sich schon während der Messung alle gespeicherten Daten ansehen kann. Typische Applikationen sind die Überwachung von Temperatur und Feuchte in Lagerhallen, Reinräumen oder Klimakammern, Monitoring von Umweltdaten wie Sauerstoff- und Schadstoffanteile oder die Aufzeichnung von lokalen oder entfernten Anlagendaten. Um dies zu verwirklichen, hat MCPS ein offenes Treiberkonzept und unterstützt Messgeräte von verschiedenen Herstellern. Für die Gebäudeüberwachung findet häufig das Wago-I/O-System Verwendung, da dieser Datenlogger auch gebäudespezifische Anbindungen wie KNX, EnOcean oder Dali unterstützt. Die integrierte SPS wird genutzt, um direkt vor Ort Steuerungsaufgaben zu übernehmen.

Überwachung von Online-Messdaten

Alle zu überwachenden Messpunkte werden vom Anwender einfach in einer Messliste eingetragen und dort verwaltet. Die Aktionen werden nur konfiguriert und müssen nicht programmiert werden. Somit stehen alle Möglichkeiten der Software auch Nicht-Programmierern zur Verfügung. Zur Datendarstellung existieren verschiedene Fenstertypen wie Numerik-, Trend-, Balken-, Analog- oder Profilfenster. Die Fensteranordnung ist dabei frei wählbar und es können mehrere Layouts festgelegt werden. Für jeden Kanal sind bis zu vier Alarmlevel definierbar, um kritische Zustände zu erkennen. Im Alarmfall werden Meldungen (auch per SMS oder E-Mail) ausgegeben oder Ausgänge geschaltet. Jeder Alarm kann gespeichert werden und steht für die historische Alarmanzeige zur Verfügung. Diese beinhaltet auch die Information, welcher Anwender welchen Alarm zu welcher Zeit bestätigt hat. Um die Gebäudesituation einfacher zu visualisieren, wird häufig das Prozessmonitoring verwendet. In diesem Fenster können beliebige Bitmap-Grafiken mit Texten, Messwerten, Balken- und Analoganzeigen kombiniert werden. Dazu werden in der Regel die Grundrisse des Gebäudes oder das Foto einer Anlage als Hintergrundbild verwendet. Da mehrere umschaltbare Fenster möglich sind, können somit verschiedene Gebäude mit unterschiedlichen Etagen dargestellt werden. In den meisten Fällen entsprechen die gemessenen Daten nicht den physikalischen Werten. Viele Sensoren liefern Strom- oder Spannungswerte, um Feuchte, Druck usw. wiederzugeben. Mit den umfangreichen Mathematikfunktionen von MCPS können diese Rohdaten bequem umgerechnet und angezeigt werden. Weitere Berechnungen mit Kanalwerten oder auch zwischen Kanälen sind direkt online möglich: z.B. der Maximalwert mehrerer Temperaturkanäle, gleitender Mittelwert über ein verrauschtes Signal, Aufsummierungen, Berechnung von F-Werten usw. Heutzutage werden immer mehr Messgeräte an das firmeneigene Netzwerk angeschlossen und unterstützen mittlerweile auch DNS-Namen, FTP-Transfer, Zeitclients und E-Mail-Ver­sand. Ist aber kein Netzwerk vorhanden, weil keine Verkabelung vorgenommen worden ist oder die Messstellen örtlich zu weit entfernt liegen, müssen andere Datenübertragungswege gewählt werden. Dazu bietet sich in vielen Fällen das GSM-(Handy-) Netz an. Heutige Datenlogger wie z.B. das ToPass-Modul haben bereits ein GSM-Modem integriert und können die Messdaten zyklisch über den Provider an den Mess-PC schicken. Für solche Anwendungen werden spezielle Datentarife angeboten, die eine Abrechnung nach Datenvolumen vornehmen. ToPass versendet nur kurze Datenpakete und produziert dadurch nur sehr geringe Kosten. Der Provider sendet die empfan­genen Daten über das Internet an das MCPS. Somit werden die Messwerte von Gebäuden, Baustellen, Pumpstationen, Lagerhallen, Windkraftanlagen usw. genauso dargestellt und gespeichert wie bei einer direkten Verbindung.

Auswertung von historischen Daten

Alle gemessenen Daten werden in einer Datei gespeichert. Auf diese Daten hat der Anwender bereits während der Messung Zugriff, um verschiedene Auswertungen vorzunehmen. So kann er sich einen beliebigen Ausschnitt aus allen historischen Daten genauer ansehen. Dazu stehen ihm zwei Cursor zur Datenvermessung zur Verfügung, um Auffälligkeiten genauer zu untersuchen und gegebenenfalls auch mit Texten zu kommentieren. Die Analysemöglichkeiten werden durch die Statistikfunktion erweitert, mittels derer man über einen beliebigen Zeitbereich Min-, Max-, Mittelwert usw. ermitteln kann. Alle Darstellungen und Ergebnisse lassen sich exportieren und mit eigenen Layouts ausdrucken. Für komplexere Analysen unterstützt MCPS die Makrosprache VisualBasicScript. Mit dieser lassen sich umfangreiche Berechnungen und Berichte erstellen. So können alle historischen Daten gelesen und entsprechend der gewünschten Auswertung aufbereitet werden. Ein Beispiel: In einem Produktionsbetrieb wurde der gesamte Verbrauch an Strom, Gas und Wasser ermittelt, die entsprechenden Kosten berechnet und auf die jeweiligen Kostenstellen verteilt. Die Ergebnisse wurden in Exceltabellen geschrieben und diese als HTML-Dateien zur Ansicht ins Intranet des Unternehmens gestellt. Bei der Berechnung der Stromkosten musste zwischen Tag- und Nachtstrom unterschieden sowie ein Leitungsverlustfaktor berücksichtigt werden. Dieser wurde vom Energieversorger in einer Jahrestabelle vorgegeben und änderte sich jede halbe Stunde.

Vorbeugende Instandhaltung (Condition Monitoring)

In größeren Gebäuden sind eine ganze Reihe von Lüftern, Motoren, Pumpen, Klimaanlagen usw. im Einsatz, die bedingt durch ihre Mechanik irgendwann nicht mehr in optimalem Zustand agieren, sodass sich langsam aber sicher ein Defekt anbahnt. Man kann viel Zeit, Geld und Ärger sparen, wenn sich solche Ausfälle vorhersagen lassen. Die Schwingungsklemme des Wago-I/O-Systems ermöglicht dieses in Zusammenarbeit mit dem MCPS. Dazu werden Schwingungssensoren an der Maschine am besten in der Nähe der Wälzlager angebracht. Die hochfrequenten Schwingungen und Stöße werden vom Datenlogger mit hoher Geschwindigkeit aufgenommen und zu einem aussagekräftigen Effektivwert zusammengefasst. Dieser Wert ist im Normalbetrieb relativ konstant und wird permanent aufgezeichnet. Hat ein Lager nun einen Defekt, so ändert sich dieser Wert. Diese Änderungen können sich über einen längeren Zeitraum erstrecken. Mit der Alarmüberwachung von MCPS kann eine Mitteilung erfolgen, sobald ein kritischer Wert überschritten worden ist. Anhand der historischen Daten ist dann eine Beurteilung möglich, ob die Anlage gewartet werden muss oder nicht. Ersatzteile und Servicetechniker können so rechtzeitig organisiert werden.

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