Ein flexibles lebendes Labor für die Entwicklung und Erprobung von Cloud-basierten Regelungsalgorithmen für die Geb?udeautomation

摘要

Geb?udeenergiesysteme werden in der heutigen Zeit aus zumeist sehr effizienten Komponenten aufgebaut, mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energietr?ger ausgestattet und aufgrund der Interaktion vieler unterschiedlicher Erzeuger und Verbraucher immer komplexer. Durch die Verfügbarkeit von Cloud-Services ergeben sich M?glichkeiten, rechen- und speicherintensive Algorithmen zum Heben von Effizienzpotentialen durch modellbasierte und modellfreie pr?diktive Regelungsans?tze und automatisierte Fehlererkennung einzusetzen. Doch wie kann der übergang hin zu einer Cloud-basierten Regelung gelingen, wie gelingt der Methoden-Transfer in die Praxis und wie lassen sich unterschiedliche Konzepte vergleichen? Dieser Beitrag zeigt anhand eines Neubaus die M?glichkeiten für den Einsatz verschiedener innovativer Technologien auf, die die Transformation hin zu einer Cloud-basierten Geb?udeautomation erm?glichen k?nnen. Der Neubau besteht aus zentral belüfteten Büros sowie einer Werkhalle und fungiert als lebendes Labor. Die technische Geb?udeausrüstung des Labors ist einerseits mit einer zentralen PC-basierten speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ausgestattet. Diese repr?sentiert eine lokale L?sung. Auf der Steuerung sind Betriebsmodi implementiert, die mithilfe eines strukturierten Verfahrens aus der Systemtopologie abgeleitet und unter Verwendung einer open-source Funktionsblockbibliothek konform zur Norm IEC 61131 programmiert wurden. Zus?tzlich ist auf der SPS ein Cloud-Modus implementiert, der zum Einsatz kommt, wenn das System Internetzugriff bekommt und somit eine Verschiebung des Regelalgorithmus in die Cloud m?glich wird. Damit ergibt sich beispielsweise für Bestandsgeb?ude die M?glichkeit, das bestehende Automationssystem mit geringen Investitionen für eine Regelung aus der Cloud zu ertüchtigen. Die lokale SPS kann jedoch auch durch dezentrale, teils funkbasierte Ger?te mit eigenem Internetzugang und Regelung aus der Cloud ersetzt werden, um Anwendungen aus dem Bereich des Internet of Things (IoT) demonstrieren zu k?nnen. Um flexibel zwischen den Verfahren wechseln zu k?nnen, bleibt die Verkabelung mit der zentralen SPS jedoch bestehen und es geschieht eine dezentrale physikalische Umschaltung zwischen den analogen Signalen an jedem Sensor und Aktor: im lokalen Experiment empf?ngt ein Aktor also beispielsweise ein Spannungssignal von der zentralen SPS, w?hrend er im Cloud- bzw. IoT-Experiment dieses vom lokalen IoT-Ger?t erh?lt. Im Beitrag wird neben der Pr?sentation des lebenden Labors ein Ausblick auf die M?glichkeiten moderner Verfahren der Regelungs- und der Informationstechnik sowie deren Anforderungen gegeben.