Flexibilität als entscheidender Vorteil PC-basierter Steuerungstechnik

An der Empa setzt man bereits seit 2013 auf die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff. Ausgangspunkt war damals die Automatisierung eines kleinen Forschungsgebäudes, in dem viele verschiedene Schnittstellen abgedeckt werden mussten. P. Heer: "Wichtig war neben der kompakten Bauweise, dass sich die Schnittstellenvielfalt nicht nur auf die typischen gebäudetechnischen Standards wie Dali, KNX oder M-Bus erstreckt hat. Denn in diesem ersten Gebäude kamen zusätzlich weitere industrielle Kommunika ­tionsprotokolle zum Einsatz, die ebenfalls einzubinden waren. Schon bei diesem Projekt wurden gemischt sowohl Bus- als auch Ethercat-Klemmen eingesetzt, was mit der Beckhoff-Technik problemlos möglich ist. Und gerade in den Bereichen, wo eine sehr hohe Messgenauigkeit erforderlich ist, profitieren wir von der extrem leistungsfähigen Ethercat-Kommunikation."

Die nahtlose Integration der Energiemesstechnik ist ein weiterer Vorteil von PC-based Control. So kommen rund 25 Ethercat-3-Phasen-Leistungsmessklemmen EL3403 und EL3443 zum Einsatz, um alle relevanten elektrischen Daten des Versorgungsnetzes erfassen und auswerten zu können. Eine zusätzliche Vereinfachung sieht P. Heer durch Twincat Scope: "Aufgrund der großen Benutzerfreundlichkeit und leistungsfähigen Analysefunktionalität von Twincat Scope lassen sich anhand hoch aufgelöster Daten sehr gut Steuerungen testen und Störgrößenaufschaltungen auswerten."

Die Demonstratoren Nest, Ehub und Move

• Nest ist eine modulare und flexible Gebäudestruktur, die aus einem zentralen Gebäudekern – dem Backbone – und drei offenen Plattformen besteht. Auf den als Etagen dienenden Plattformen lassen sich einzelne Forschungs- und Innovationsmodule nach dem Plug-and-play-Prinzip installieren. Diese sogenannten Units werden sowohl als Arbeits- bzw. Wohnort als auch als belebte und damit realitäts ­nahe Versuchslabors genutzt. Die Units sind über thermische und elektrische Netze miteinander verbunden und können über diese miteinander interagieren.
• Die Energieforschungsplattform Ehub verbindet die beiden anderen Demonstratoren – Nest und den als separates Gebäude aufgebauten Move – und kann alle energierelevanten Komponenten einzeln und entsprechend der jeweiligen Forschungsarbeiten ansteuern. Dabei betrachtet der Ehub nicht Nest, sondern die verschiedenen Units als einzelne Gebäude. In Verbindung mit den weiteren Demonstratoren Nest und Move lassen sich somit alle Energieflüsse im Mobilitäts-, Wohn- und Arbeitsbereich koppeln, neue Energiekonzepte in der Praxis testen sowie das Potenzial für Effizienzsteigerung oder CO2-Reduktion ausloten. Dazu erläutert P. Heer von der Empa: "Der Energy Hub beinhaltet zum einen als typische Energiezentrale die üblichen physischen Komponenten, wie Wärmepumpen, Erdsonden und Batterien, für insgesamt 15 Gebäude. Interessanter ist aber seine Funktion als Steuerungsebene. Hier dient er als virtuelle Plattform für Regelungstechnik- und Energiemanagementprojekte."
• Die Demonstrations- und Technologietransfer-Plattform Move unterstützt die Entwicklung und praktische Erprobung neuer Fahrzeugantriebskonzepte mit signifikant niedrigeren CO2-Emissionen. Als Energiequelle dient überschüssiger Strom aus Photovoltaikanlagen oder aus Wasserkraftwerken. Damit lassen sich einerseits Batterien in Elektrofahrzeugen laden und andererseits Wasserstoff und synthetisches Methan für Brennstoffzellenfahrzeuge bzw. Erdgas-/Biogasfahrzeuge erzeugen. Die Verbindung zwischen Ehub und Move schafft außerdem die Möglichkeit, erneuerbare Energien aus dem Gebäudebereich in die Mobilität zu verlagern und dort als Treibstoff zu verwenden oder in Form von Wasserstoff zu speichern.