Monitoring von Energiesystemen / 3 Monitoring-Werkzeuge

3.1 Überblick

Je nach Aufgabenstellung kommen unterschiedliche Werkzeuge beim Monitoring zum Einsatz. Dabei sollten im Wesentlichen 4 technische Bereiche unterschieden werden:

1. Datenerfassung,
2. Datenspeicherung,
3. Datenübertragung,
4. Datenauswertung.

3.2 Erfassung von Monitoringdaten

Zunächst wird davon ausgegangen, dass für das Monitoring systematisch eine eigene Datenerfassung aufgebaut wird (Abb. 8). Erst im zweiten Schritt können Überlegungen zum Tragen kommen, wie eine vorhandene Gebäudeautomation oder andere Automationsgeräte für das Monitoring verwendet werden können (Synergieeffekt). Hier ist jedoch Vorsicht geboten, da Automationsgeräte i. Allg. nicht für Monitoringzwecke, sondern vor allem für das Steuern und Regeln von Anlagen gebaut sind. Deshalb können sie i. d. R. die im Rahmen eines hochauflösenden Anlagenmonitorings auftretende Datenfülle nicht handhaben. Dies führt dann zu Datenausfällen und Datenlücken bei der anschließenden Bewertung der Anlage.

Abb. 8: Datenerfassungssystem mit Mess-Verteilerschrank, wie es im Projekt Solarthermie 2000 eingesetzt wurde^[1]

Die Datenerfassung für das Energiemonitoring sollte in ein durchgängiges und umfassendes Datenmanagementsystem eingebunden sein. Dazu gehört ein zuverlässiges möglichst frei programmierbares Datenbanksystem (q. B. auf SQL-Basis) mit Leserechten für das zentrale Energiemanagement- und -auswertesystem. Dazu bieten sich frei verfügbare Programme wie Labview von National Instruments an, die auf die SQL-Datenbank beliebig zugreifen können und alle gewünschten Grafiken und Auswertungen der Daten erstellen können. Auf dem Markt sind heute zahlreiche Dienstleister vorhanden, die Energiemanagement-Software anbieten, die auf der Auswertung von SQL-Daten basieren.

Wird die Datenerfassung in ein Gebäudeautomationssystem integriert, das durch einen entsprechenden Datenserver erweitert wurde, können die Energiemanagementprogramme auf die gespeicherten Daten beliebig zugreifen.

Die automatische Datenerfassung wird je nach Erfordernissen ausgelegt. Sie kann verteilt sein oder zentral. So können beispielsweise alle Energiezähler mit einem sog. M-Bus oder Mod-Bus ausgestattet und zu einem Kommunikationsnetz verbunden werden. Ein spezieller Controller kann dann die Zähler regelmäßig über das M-Bus- oder Modbus-Netzwerk automatisch ablesen und die Daten in die SQL-Datenbank schreiben. Bei Integration in eine Gebäudeautomation dienen die Automationsstationen als Datenerfassungsgeräte, die dann die Messdaten über ein Bussystem an die Leitzentrale weiterleiten, von wo sie in das Datenspeichersystem abgelegt werden. Denkbar ist auch ein direkter Zugriff von Datenerfassungsgeräten auf den SQL-Datenserver mittels TCP/IP-Kommunikationsprotokoll. Hilfreich ist es, hier die sog. Topologie der Datenkommunikation zu visualisieren (s. hierzu Abb. 9).

Heute werden auch Cloud-Lösungen angeboten, bei denen die Daten aus dem Gebäudeautomationssystem heraus mit speziellen Edge-Modulen mittels des MQTT-Protokolls unmittelbar in die Datenbank einer Cloud geschrieben werden. Hier entfällt der örtliche Datenserver. In den Cloud-Lösungen werden entsprechende Auswerteprogramme für das Gebäudemanagement mit angeboten, die von jedem beliebigen berechtigten PC abgerufen und genutzt werden können.

Abb. 9: Topologiebeispiel Datenkommunikation Monitoring mit Einbindung in die Gebäudeautomation, Datenspeicherung und Auswertung mittels Energiemanagement

[1] Basis ist eine Datenerfassungseinheit, verbunden mit einem Auswerterechner. Die Daten können für die weitere Verwendung auf eine externe Datenbank geschrieben werden.

3.3 Speicherung von Monitoringdaten

Für die Datenspeicherung eignen sich herkömmliche Server mit entsprechend dimensionierter Festplatte. Es wird empfohlen, die Daten mithilfe eines SQL-Datenbanksystems zu speichern. SQL steht für "Structured Query Language". Mithilfe der SQL-Befehle lassen sich Daten in Tabellen bzw. als Matrix abspeichern, auslesen und verarbeiten.

Als kommerzielles Produkt werden hierfür der SQL-Server von Microsoft sehr häufig verwendet. Mit dem Datenbank-Managementsystem MySQL steht allerdings auch ein von Oracle entwickeltes leistungsfähiges Open-Source-Produkt zur Verfügung.

Bei Verwendung von SQL werden mithilfe der SQL-Befehle die automatisch abgefragten Datensätze nach Name und Zeitpunkt der Messung abgelegt. Automationssysteme können SQL-Datensätze generieren und unterstützen, so das SQL-Datenbanksystem.

Oft wird jedoch vereinbart, dass die Messdaten in Form von ASCII-Datensätzen für das Monitoring-Datenformat bereitgestellt werden. ASCII steht für American Standard Code for Information Interchange. Das folgende Beispiel zeigt, wie Monitoring-Wetterdaten, die in Form eines ASCII-Datensatzes zur Verfügung stehen, durch einfache SQL-Befehle in eine SQL-Datenbank eingefügt werden und dann dort, versehen mit einem Zeitstempel, für beliebige Auswertungen zur Verfügung stehen (Abb. 10).

Abb. 10: Ergebnis der Datenkonversion nun als ASCII-Datensatz der SQL-Wetterdaten in Form eines Screenshot der SQL-Datenbank

Ausgangspunkt ist der ASCII-Datensatz "We...