Remote Energy Monitoring

Softwareseitig stellt sich der smarte Edge-Controller ebenso flexibel dar. Als Programmiersprachen eignen sich u. a. C/C++, C#/.Net, Node-RED, Java oder Python und Anwendern der klassischen SPS-Programmierung in IEC 61131-3 stehen verschiedene Protokollstacks in Form von Funktionsbausteinbibliotheken und Netzwerkvariablen zur Verfügung. Die drahtlose Verbindung z. B.  via LTE kann das sysWORXX CTR-700 mit Funkmodems verschiedenster Hersteller realisieren.

Durch seine Kombination aus frei programmierbarem Edge-Controller und IoT-Gateway sowie durch die Möglichkeit der internen Datenvorverarbeitung, hebt sich das CTR-700 sichtbar ab. Dadurch können gesammelte Daten bereits im Gerät vorausgewertet, gewichtet und verarbeitet werden. Als Basis für ihre Energiemanagement-Anwendungen wird das CTR-700 u.a. vom deutschen Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) sowie von weiteren zahlreichen Kunden verwendet.

Energie-Management aus der Cloud

Für industrielle Anwendungen und größere Unternehmen hat unser Kooperationspartner, das israelische Unternehmen Bacsoft, eine IoT-Plattform konzipiert. Das Ziel: Energiemanagement und Energie-optimierung. Dabei setzt Bacsoft auf Datenübertragung in die Cloud sowie Auswertung und innerhalb derer. Aktuell kommt die Lösung u.a. in der Wasserwirtschaft, der Landwirtschaft, aber auch im Energiemanagement von Gebäuden wie in der Industrie zum Einsatz.

Um vorverarbeitete Daten nutzen zu können, setzt man bei Bacsoft auf das sysWORXX CTR-700, denn hier werden die Daten für endgültige Analysen und Managementreports in die gleichnamige Cloud übermittelt.

Bacsoft Sales Director Guy Gavish erklärt: „Wir übertragen nur das Delta, also die Differenzen der ermittelten Verbrauchswerte. Das gewährleistet sehr effiziente Datenübertragung. Außerdem verwerfen wir „Data Noise“, also für unsere Zwecke unnütze Daten, und geben nur die Datensätze weiter, die gerade gebraucht werden.“

Dafür nutzt das Unternehmen den eigenen Realtime Agent als zentrale Softwarekomponente auf dem CTR-700. Dieser kontrolliert die Strommessung und sendet z. B. bei Abweichungen größer als 10 % des Durchschnitts eine Meldung in die Cloud, wo je nach Konfiguration eine Warnung an angeschlossene Smartphones oder in den Kontrollraum des Betreibers ausgelöst und gesendet wird. Mit dem Zugriff über die Cloud können Verantwortliche ihre energietechnischen Anlagen außerdem in Echtzeit überwachen.

Energiemanagement vor Ort

Ähnlich beschreibt Elektroingenieur Peter Heusinger vom Fraunhofer IIS die Kooperation zwischen seinem Forschungsinstitut und SYS TEC electronic: „Mit der Kooperation generieren wir echten Mehrwert.“

Peter Heusinger entwickelt in der Abteilung „Vernetzte Systeme und Anwendungen“ und ist am Energiemanagement-System „OGEMA“ beteiligt, das künftig auf dem sysWORXX-Controller laufen wird. Die Einsatzmöglichkeiten von OGEMA sind vielfältig und umfassen industrielle Anwendungen genauso wie die Energiesteuerung im smarten Heim.

Mit OGEMA wollen Heusinger und seine Kollegen eine Herausforderung adressieren, die nicht nur im Smart Home omnipräsent ist: Die Schnittstellen- und Protokollvielfalt. „Die ist historisch gewachsen und immer noch sehr divers“, erklärt der Ingenieur. Zahlreiche unterschiedliche Schnittstellen in einer gemeinsamen Plattform zu vereinen, sei nicht trivial gewesen: „Wenn Sie diese Systeme in irgendeiner Form koppeln möchten, um etwas Sinnvolles mit der Energie anzufangen, dann müssen Sie auf alle diese Schnittstellen aufsetzen.“

Das Ergebnis ist eine Plattform mit App-basiertem Ansatz, welche das Ziel hat, Entwicklern, die besonders ausgeklügelte Algorithmen für das Energiemanagement erdenken, eine Plattform inklusive eines zukünftigen App-Stores zu bieten.

Für alles eine App

In OGEMA können Apps installiert werden, ähnlich wie man sie vom Smartphone kennt. Die Apps decken jeweils einen speziellen Bereich ab. Das können einzelne Geräte aber auch Steuerungsaufgaben sein. So kümmert sich beispielsweise eine App um die Abfrage von Wechselrichtern – wie viel Energie produziert meine Solaranlage im Augenblick?

Eine andere fragt den aktuellen Wetterbericht und die Vorhersage für die kommenden Tage aus dem Internet ab und leitet die Daten zur nächsten App, die auf Basis der Wetterdaten das Energiemanagement für die nächste Zeit anpasst. Weitere Apps kümmern sich um die Abfrage von Benutzervorgaben, die Kommunikation mit dem eventuell vorhandenen Elektroauto oder dem Ausführen von Aktionen im Smart Home.

OGEMA ist jedoch keine featureorientierte Plattform, denn besonderes Augenmerk gilt der IT-Sicherheit, erklärt Peter Heusinger: „Wir haben Sicherheit direkt als einen Teil der Architektur mitgedacht. Stichwort: Security by Design. So wollen wir Gefahren von außen minimieren.“ Zur Absicherung von OGEMA beauftragten die Fraunhofer-Entwickler unter anderem externe Penetration-Tests.

Standarddatenmodell für effizientes Management

Die Plattform arbeitet mit einer integrierten persistenten Datenbasis. Das stellt sicher, dass das System auch nach einem Stromausfall ohne Datenverlust sofort wieder einsatzfähig ist. Über Interfaces werden anfallende (Sensor-) Daten wie Temperatur, Energieproduktion oder Ladezustand der Speicher eingelesen.

In OGEMA werden sie in standardisierten Datentypen abgespeichert. Auf diese Weise sollen die Apps direkt mit den Daten arbeiten können, ohne sie zuvor konvertieren zu müssen. Enthalten sind Datenmodelle mit dem Schwerpunkt Energiemanagement, beispielsweise für Blockheizkraftwerke oder Wechselrichter. Zudem sind sie erweiterbar, um individuelle Datensätze, aus technischen Geräten einzelner Hersteller, neben den eher üblichen Daten abbilden zu können.

Fraunhofer IIS bietet ein Basissystem von OGEMA zur Integration als Open Source an. Das System ist unter der GPLv3 lizenziert. Entwicklern können somit ihre Apps und Anpassungen unter die gleiche Lizenz stellen und das System kostenfrei nutzen. Alternativ kann OGEMA mit erweiterten Funktionen für eigene Nicht-Open-Source-Anpassungen kommerziell lizenziert werden. Da das Fraunhofer OGEMA als fertiges Gesamtsystem nicht vertreiben kann, ist der Einsatz des sysWORXX CTR-700 umso wichtiger, auf dessen Basis man gute Prototypen aus Hard- und Software aufbauen können.

Ganz weit draußen

Ein weiterer Einsatzbereich des sysWORXX CTR-700 besteht im das Management netzferner, technischer Einrichtungen, wie Mobilfunkmasten, die fernab der elektrischen Versorgung aufgestellt werden.

Solche „Anlagen im Feld“ werden mit erneuerbaren Energien wie Sonne oder Wind, über Brennstoffzellen oder konventionell über Generatoren mit Verbrennungsmotor mit Energie versorgt. Anlagen, die erneuerbare Energie nutzen, besitzen oft zusätzliche Energiespeicher, die wind- oder sonnenarme Zeiten überbrücken. Diese Batterien sind, ebenso wie Verbrenner, dem Verschleiß unterworfen. Deshalb müssen die Vitaldaten solcher Remote Energy Sites permanent überwacht werden. Sensoren, die mit dem CTR-700 verbunden sind, übernehmen diese Aufgabe. Dabei werden die Daten vorverarbeitet übertragen, denn das CTR-700 sammelt und verarbeitet die Daten. Erst, wenn festgestellt wird, dass Grenz- oder Erwartungswerte außerhalb eines definierten Bereiches liegen, werden relevanten Daten an den Betreiber gesendet.

Dies hat zwei Vorteile. Einerseits wird Übertragungsvolumen gespart und andererseits die Leitwarte entlastet. Der Betreiber kann jedoch trotzdem zu jeder Zeit remote auf die Anlage zugreifen und die Rohdaten abrufen.

Bei Anlagen mit Energieversorgung über Brennstoffzellen oder Dieselaggregaten ist die Überwachung des Kraftstoffverbrauchs und der Tank-Füllstände wichtig. Über das CTR-700 werden diese Füllstandsdaten sowie der Verbrauch zur Laufzeit an das Network Operations  Center (NOC) gesendet. Dieses kann auf Basis dieser Daten im Rahmen des Supply Chain Managements die Routen der Tanklaster koordinieren und so die Verfügbarkeit der Anlage zu jedem Zeitpunkt sichern.