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Anlagen

Messdatenerfassung und Messdatenauswertung

Die technisch-wissenschaftliche Begleitung des Feldtests durch die Hochschule Offenburg beinhaltete das Erstellen des Messkonzeptes und die Erarbeitung eines Konzepts der Datenerfassung und –übertragung. Im Rahmen des Monitorings erfolgte die qualifizierte Auswertung und Analyse der Messdaten mittels geeigneter  Auswerteprogramme.

Mit dem gewählten Messtechnik-Aufbau ist es gelungen, eine günstige messtechnische Lösung für die Kleinanlagen zu realisieren und trotzdem eine hohe Messgenauigkeit beizubehalten. Mit der installierten Messtechnik konnte für jede Kombianlage eine Energiebilanz von Energie-Input und Energie-Output erstellt werden. Als zugeführte Energie wird der Brennstoff Erdgas und der aus dem Stromnetz bezogene Strom gemessen; die vom Motor erzeugte Energie fällt in Form von Wärme und Strom an und wird vor Ort erfasst.

Für die Doppelfunktion der Datenerfassung und -übertragung wird ein üblicherweise als Alarmmodem genutztes Tixi-GSM-Modem eingesetzt. Als intelligenter Kommunikationscomputer verfügt das Dual-Band-Modem über eine 32-Bit-Power-CPU und einen 2MB großen stromausfallsicheren Datenspeicher (Flash-Memory). Die Konfiguration des Modems mit den gewünschten Funktionen erfolgt über ein Softwareprogramm auf Basis von XML-Dateien. Tixi-Modems können automatisch unterschiedliche Funktionen ausführen: Sie können beispielsweise Alarm-und Statusmeldungen per SMS, email oder Fax versenden, Daten einer angeschlossenen Steuerung oder Anlage verschicken sowie Daten mit Datum- und Zeitstempel in frei konfigurierbaren Abfragezyklen loggen. Der Versand der aufgezeichneten Daten erfolgt als Fax oder email zyklisch und ereignisgesteuert als XML-Textnachricht oder als beliebig formatierbarer Datensatz z.B. im Excel-kompatiblen CSV-Format.

Das im Feldtest eingesetzte GSM-Modem verfügt als Besonderheit über einen M-Bus-Master für Zähler und zwei Digitaleingänge. Es greift die gewünschten Anlagendaten mit einer Messdatenauflösung von 5-Minuten per M-Bus an den Messstellen ab, speichert sie im Datenspeicher und sendet sie als email per GSM jede Nacht zu einer definierten Zeit an die Hochschule Offenburg. Ist ein Pionier-Motor gestört, sendet das Modem zeitnah eine SMS und zeitverzögert ein Fax an die dafür vorgesehene Störungsstelle der badenova. Über eine RS 232-Schnittstelle kann vor Ort ein PC angeschlossen werden

Die an der Hochschule per mail ankommenden Messdaten wurden gecheckt und in eine SQL-Datenbank geschrieben. Datenanalysen und  Auswertungen erfolgten mittels speziell hierfür programmierter LabView-Programme. Die Ergebnisse der monatlichen Messdatenauswertungen wurden übersichtlich in Sankey- und Balken-Diagrammen dargestellt.Die herkömmlichen Darstellungsmethoden, wie Balken- und Liniendiagramme stoßen bei großen Datenmengen an ihre Grenzen; sie eignen sich zur anschaulichen Darstellung von im Vorfeld verdichteten Daten wie beispielsweise die Darstellung der Tageswärmemenge und der erzeugten Menge Strom je Tag über den Zeitraum von einem Monat.

Zur grafischen Darstellung längerer Zeitabschnitte werden die Daten in Carpet-Plots dargestellt. Der Vorteil der Carpetplots ist, dass mit ihm große Datenmengen über lange Zeitintervalle differenziert betrachtet und verglichen werden können. Hierbei werden die einzelnen Tage als "Farbsäulen" nebeneinander entlang der X-Achse in einem Diagramm dargestellt. Die Messpunkte eines Tages werden übereinander entlang der Y-Achse dargestellt. Die Messwerthöhe wird über eine Farbkodierung angezeigt.

Das Prinzip des Carpetplots wird am Beispiel der oben gezeigten Abbildung erläutert. Die Abbildung zeigt den Carpetplot einer Whispergen-Anlage. Auf der horizontalen Achse ist der Zeitraum von 01.02.2009 bis 01.07.2009 dargestellt über den der Messwert aufgetragen wird. Auf der linken vertikalen Achse ist die Tageszeit in Stunden angegeben. Die Farbskala auf der rechten vertikalen Achse gibt an, welche Höhe der Messwert bei einer bestimmten Farbe hat. In dem gezeigten Beispiel ist der Messwert die elektrische Leistung des WhisperGen-Motors; in diesem Carpetplot wird beispielsweise die elektrische Leistung von 805 W in rot dargestellt, die Leistung von 447 W ist gelb und die Leistung von 268 W ist grün.

Jeder Tag ist eine vertikale Farbsäule von 0:00 Uhr bis 24:00 Uhr. In dem abgebildeten Carpetplot ist jede Farbsäule aufgebaut aus 288 Linien, die in den entsprechenden Farben der Farbskala die 5-Min-Messwerte der elektrischen Leistung abbilden. Es entsteht ein „Farbteppich mit Mustern“, die hervorragend zur Datenanalyse genutzt werden können.

Im dargestellten Carpetplot sieht man beispielsweise an der linken Farbsäule den Verlauf der elektrischen Leistung vom 01.02.2009. Die Anlage läuft mit einer Leistung von ca. 900 W ohne längere Stillstandsphasen von 0:00 Uhr bis kurz vor 6:00 Uhr; zu diesem Zeitpunkt gibt es ein kurzes Absinken der elektrischen Leistung, das sich um kurz vor 12:00 Uhr, um ca. 17 Uhr und um kurz nach 20:00 Uhr wiederholt. An dem Beispiel erkennt man das Takten der Anlage ab April 2009.

Die Datenauswertemethode Carpetplot eignet sich hervorragend um das Betriebsverhalten von gleichartigen Anlagen über längere Zeiträume miteinander zu vergleichen.

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