IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 14-15/1996, Seite 52 ff.

HEIZUNGSTECHNIK

Elektronisch geregelte Heizungsumwälzpumpen

Kapitel 4: Gebäudeleittechnik

Dipl.-Ing. Klaus Walter

Teil 2

Die Gebäudeautomation umfaßt alle denkbaren Abläufe in Betriebstechnischen Anlagen (BTA). Selbst die Entwicklung der Computertechnik ermöglicht heute in jedem Privathaushalt die Verwirklichung von Automatisierungsabläufen und Einbindung in die GLT und entlastet so den Menschen vor ständigen Beobachtungs- und Reaktionsaufgaben.

4. Der Pumpenleitrechner (Fortsetzung)

4.3 Pumpenanschlüsse des PLR

Wahlweise können Elektronikpumpen der modernsten Bauart oder auch ältere Modelle an einen Pumpenleitrechner angeschlossen werden. Auch die Verkopplung aus verschiedenen Generationen ist, wie nachfolgend beschrieben, machbar.

4.3.1 TOP-Pumpen

Die kommunikationsfähigen Elektronikpumpen haben eine serielle PLR-Schnittstelle (Bild 68). Darüber werden sie mit einer zweiadrigen Leitung im Querschnitt von nur 0,75 mm2 sternförmig direkt am PLR angeschlossen (Bild 76). Diese Verbindung läßt Übertragungsstrecken bis zu 500 m zu.

Zusätzliche Vorteile dieser Schnittstelle sind die Verdrehsicherheit des Anschlusses und die Störungsunempfindlichkeit. Es sind keine abgeschirmten Kabel mehr erforderlich. Die Schnittstellen sind galvanisch getrennt und beidseitig EMV-geschützt.

4.3.2 Doppelpumpen

Bild 79: Doppelpumpen werden in Master-Slave-Konfiguration geregelt; für eine Doppelpumpe ist nur eine zweiadrige Verbindung erforderlich.

Elektronische Doppelpumpen arbeiten im Master-Slave- (Herr- und Sklaven-)Verhältnis und sind entsprechend signaltechnisch installiert (Bild 79). Pumpenanteil A ist zweiadrig mit dem PLR verbunden. Über einen nachgeordneten Ausgang ist Pumpenteil B angeschlossen. Aus diesem Grunde ist bei der TOP-ED-Pumpe (siehe Kapitel 2) auch nur ein Control-Modul erforderlich.

4.3.3 Ungeregelte Pumpen

Für den Anschluß konventioneller Pumpensteuerungen an den PLR findet die I/O-Modulbaugruppe (Bild 77) Verwendung. Die Module setzen die digitalen Prozeß-Bus-Signale in analoge Steuersignale um und umgekehrt. Das Schaltmodul dient der externen Ausschaltung, Min-Schaltung, dem Pumpentausch usw.; das Meldemodul dient der Erfassung von Betriebs- und Störmeldungen. Im Stellmodul werden 0 bis 10 V-Signale zur Sollwert-Fernverstellung generiert; das Meßwertmodul erfaßt über 4 bis 20 mA-Signale die Istwerte.

4.4 GLT-Anschluß des PLR

Um die Daten der an dem PLR angeschlossenen Pumpen an übergeordnete GLT-Stationen weiterzuleiten, steht mit der beschriebenen PROFIBUS-Karte eine genormte Schnittstelle zur Verfügung, die optional nachrüstbar ist. Der PLR kann nun mit allen GLT-Anlagen, die ebenfalls eine PROFIBUS-Schnittstelle haben oder mit weiteren PLR kommunizieren.

Sind mehrere PLR über den Profibus miteinander verbunden, ist die Fernbedienung eines PLR mit den zugehörigen Programmkarten von einem anderen PLR aus möglich. Durch die PROFIBUS-Karte ist der Datenaustausch von bis zu 30 PLR untereinander möglich.

4.5 Das Bedienbuch des PLR

Das Bedienkonzept des PLR sieht vor, daß die Anlagenbedienung und die Anzeigen vor Ort erfolgen. Damit hat man sämtliche Informationen im Überblick, kann Störungen sofort erkennen und beseitigen. Eventuelle Bedienfehler werden durch einfache Handhabung reduziert. Erreicht werden dadurch mehr Bedienkomfort, mehr Übersichtlichkeit und letztlich eine höhere Qualitätssicherung. Das geht bis hin zur Absicherung der Hersteller-Produkthaftung.

Durch das direkte Auslesen der Betriebsdaten wird als weiteres Ergebnis ein geringerer Papierverbrauch erzielt, deutlich weniger als wenn man sämtliche kurzfristig notwendigen Daten in Protokollen ausdrucken würde.

4.5.1 Die Bedienkarten

Bild 80: Der PLR hat mehrere codierte Bedienkarten; einfaches Programmieren und Auslesen der Betriebsdaten sowie Sollwert-Veränderungen sind vor Ort möglich.

Erreicht wird diese anpassungsfähige Bedienung durch den Einschub verschiedener Bedienkarten (Bild 80), die auch mehrsprachig verfügbar sind. Das Bedienbuch enthält in der Grundausstattung 7 beidseitig zu verwendende Bedienkarten. Auf ihnen sind u.a. diese Funktionsbereiche enthalten:

Den dunkel unterlegten Zeilen der Bedienkarten ist eine Einstellgröße zugeordnet. Der angezeigte Wert oder Zustand kann mit den Bedientasten verändert werden.

Den hell unterlegten Zeilen der Bedienkarten sind Anzeigegrößen zugeordnet. Bei dem angezeigten Wert handelt es sich um eine Information, die mit den Bedienelementen nicht verändert werden kann.

Eine komplette Zusammenfassung und Beschreibung dieser umfangreichen Manipulationsmöglichkeiten sind in der Einbau- und Betriebsanleitung enthalten. Sie liegt dem PLR bei der Auslieferung bei.

4.5.2 Statistik

Innerhalb des PLR sind die Statistikblöcke archiviert. Selbst bei einem Stromausfall bis zu 48 Stunden ist die Datensicherung gewährleistet. Um die summierten Betriebsinformationen zur LZ zu übermitteln, wird z.B. die Statistik-Bedienkarte als vorderste in den PLR eingesteckt.

4.5.3 Fehlerdiagnose

Störungen an der Anlage oder im PLR werden zunächst durch die rote ERR-LED signalisiert. Die genauere Fehlerdiagnose kann daraufhin mit der Bedienkarte "Service System" durchgeführt werden. In 5 Zeilen dieser Karte sind genauere Angaben ablesbar.

Die Fehler werden in der Reihenfolge ihres Auftretens in eine Fehlerliste eingereiht. Über die Bedientaste der Zeile 1 kann die x-te Listenposition aufgerufen werden. Nach der Fehlerbeseitigung wird der entsprechende Eintrag automatisch aus der Liste entfernt.

Eine zweistellige Anzeige in der Zeile 2 weist auf die Ursache des Fehlers hin. Zusatzinformationen zur genaueren Beschreibung des Fehlers sind einem Code in Zeile 3 zu entnehmen. Auf einer im Bedienbuch enthaltenen Diagnosekarte befindet sich eine detaillierte Fehlerliste sowie eine Aufschlüsselung der Zusatzinformationen. In der Zeile 4 wird das Datum, in der Zeile 5 wird die Uhrzeit angezeigt, zu der der Fehler aufgetreten ist.

4.5.4 I/O-Modulbaugruppe

Falls konventionelle Pumpensteuerungen über eine I/O-Modulbaugruppe an den PLR angeschlossen werden sollen (Bild 77), liegen dieser Lieferung zwei weitere, beidseitig einzusetzende Bedienkarten bei.

4.5.5 Zukunftssicherheit

Die Kompatibilitätsstrategie des PLR-Herstellers ist auf eine schrittweise Weiterentwicklung und eine langfristige Partnerschaft ausgerichtet. Deshalb wurde sorgfältig darauf geachtet, daß sich die zuvor beschriebene Station harmonisch in das UNIGYR-Energie-Managementsystem einfügt.

Damit ist gewährleistet, daß die in den nächsten Jahren zu erwartenden Entwicklungen in der Pumpentechnik und in der Gebäudeleittechnik, in der Hardware und in der Software problemlos zu übernehmen sein werden. Eine wesentliche Erleichterung dieser notwendigen Anpassungen kann durch Veränderungen und Neugestaltungen der Bedienkarten erfolgen.

5. Pumpeneinbindung ohne PLR

In Verbindung mit bauseitigen Steuerungs- und Überwachungseinrichtungen können Schnittstellen-Konverter eingesetzt werden, um Steuerung und Überwachung von kommunikationsfähigen Heizungsumwälzpumpen zu ermöglichen. Zum Einsatz kommt entweder ein analoger oder ein digitaler Schnittstellen-Adapter (SSA). Das hängt von der übergeordneten GLT-Station ab.

Der analoge Konverter führt das serielle Protokoll der Elektronik-Pumpe auf eine analoge Schnittstelle nach VDI 3814. Die digitale Konverterausführung übergibt seine Informationen auf eine genormte RS-485-Schnittstelle. Auf diese Weise können auch ohne einen Pumpenleitrechner, z.B. bei der Installation von nur einer Pumpe, die bereits beschriebenen Vorteile der Pumpen-Schnittstelle genutzt werden.

5.1 Konverter-Eigenschaften

Ein solches Interface ermöglicht die Fernsteuerung und Fernmeldung aller Betriebszustände der über eine geeignete Schnittstelle angeschlossenen Pumpen.

Die bidirektionale Kommunikation zwischen den elektronisch geregelten Pumpen und der Überwachungseinheit (GLT-LZ oder -UZ) ermöglicht grundsätzlich immer

Der Konverter seinerseits verfügt über LEDs zur Anzeige für

5.1.1 Analoger Schnittstellen-Konverter

Bild 81: Analoger Schnittstellen-Konverter; der Anschluß von zwei Einzel- oder Doppelpumpen ist möglich: Umwandlung der digitalen Pumpensignale in analoge Systemsignale und umgekehrt.

Der analoge Schnittstellen-Konverter eignet sich zum Anschluß von ein oder zwei elektronisch geregelten Einzel- oder Doppelpumpen (Bild 81) an eine GLT mit konventionellen Ein- und Ausgangskanälen. Die maximale Länge der Verbindung zwischen Konverter und Pumpe beträgt 500 m.

Die Elektronik-Module der Pumpen stellen, wie beschrieben, serielle Daten über die Betriebszustände zur Verfügung, die über eine digitale Schnittstelle ausgelesen werden können. Dieser Schnittstellen-Konverter wandelt die Zweidraht-Informationen der kommunikationsfähigen Pumpen in analoge Signale um und zwar:

Eine Dipschalter-Auswahl ermöglicht eine Kabelbrucherkennung an den unteren Meßwertbereichen. Zusätzlich meldet dieses Interface am Ausgang eine Sammelbetriebsmeldung und eine Sammelstörmeldung über potentialfreie Wechsler.

Der Einsatz eines solchen Standard-Schnittstellen-Adapters (SSA) nach der VDI-Richtlinie 3814 Blatt 2, ermöglicht somit die Integration elektronisch geregelter Heizungsumwälzpumpen in alle konventionellen Steuer- und Überwachungssysteme.

5.1.2 Digitaler Schnittstellen-Konverter

Bild 82: Digitaler Schnittstellen-Konverter; der Anschluß von vier Einzel- oder Doppelpumpen ist möglich: Weiterleitung der digitalen Pumpensignale an ein digitales GLT-System.

Der digitale Schnittstellen-Konverter eignet sich zum Anschluß von 1 bis 4 elektronisch geregelten Einzel- oder Doppelpumpen (Bild 82) an eine GLT. Es können bis zu 15 digitale Konverter über eine busfähige RS-485-Schnittstelle linienförmig miteinander verbunden werden. Die maximale Länge des Bus-Kabels beträgt 1200 m, die maximale Länge zwischen Schnittstellen-Konverter und Pumpe 500 m.

Dieses Interface ermöglicht die Übertragung der elektrischen und hydraulischen Pumpen-Istwerte. Das sind:

Der digitale Schnittstellen-Konverter führt das serielle Protokoll der E-Pumpe unmittelbar auf eine busfähige Schnittstelle und von dort aus zur GLT-LZ oder einen anderen Kommunikations-Partner. Mit der im Lieferumfang enthaltenen Software ist die Kommunikation bereits mit einem konventionellen Personal-Computer nach Industrie-Standard möglich.

6. Zusammenfassung

In modernen Gebäuden sind automatisch ablaufende Vorgänge nicht mehr wegzudenken. Waren es zunächst nur industrielle Fertigungsabläufe, die rationalisiert wurden, kam später die Gebäudeautomation hinzu. Auch hier wurden zunächst nur die Zweckbauten (Hotels, Krankenhäuser, Verwaltungen) mit geregelten BTA ausgestattet. Später folgte der Einbau in größere Wohnungskomplexe.

Die Entwicklung der Computertechnik in den wenigen letzten Jahren läßt heute in jedem Privathaushalt die Verwirklichung von Automatisierungsabläufen zu. Der unbegrenzte Verbund über das Internet erlaubt inzwischen jeden denkbaren Informationsaustausch.

6.1 GLT und GTA

Die Gebäudeautomation ist das Zusammenspiel von Überwachungs-, Steuer-, Regel- und Optimierungseinrichtungen. Ihr Ziel ist es, Funktionszusammenhänge so zu gestalten und selbständig ablaufen zu lassen, wie sie in Parametern durch den Betreiber vorgegeben sind. Dies entlastet nicht nur den Menschen vor immerwährenden Beobachtungs- und Reaktionsaufgaben. Es verbessert zweifellos auch das Ergebnis, weil menschliche Unzulänglichkeiten ausgeschlossen werden können.

Der dritte Gedanke ist es, die verfahrenstechnisch bedingten Abhängigkeiten einer BTA zu steuern, ohne die Zuordnungen und Abfolgen einem Zufall zu überlassen. Auftretende Systemfehler dürfen dabei nicht zum Ausfall der Anlage führen. Ein Fehler muß diagnostiziert und gemeldet werden. Er sollte anlagenintern umfahren werden können, bis sich die Gelegenheit zur Behebung ergibt.

6.2 GLT und die Zuständigkeit

Die Gebäudeautomation verlangt ein reibungsloses Zusammenspiel der unterschiedlichsten Partner (Bild 83).

Bild 83: Zusammenarbeit aller an der Verwirklichung einer funktionstüchtigen GLT-Anlage ist notwendig.

Die Industrie muß durch ständige Fortentwicklung geeignete Hard- und Software zur Verfügung stellen. Ein wesentliches Element der Kontakte zu den anderen Partnern sind Informationen, z.B. durch Schulungen, Prospekte und Fachaufsätze.

Die Planungsingenieure in behördlichen, firmeninternen oder privaten Büros müssen sich stets auf dem laufenden Stand der Technik halten. Da ein Planungsvorhaben sowieso nicht in kürzester Zeit abgewickelt werden kann, sind eventuelle Umdenkungsprozesse nicht auszuschließen. In jedem Falle sollten Möglichkeiten späterer Technologieerweiterungen offengehalten werden. Es muß vermieden werden, daß dafür gewaltige bauliche oder anlagentechnische Umbauarbeiten notwendig werden.

Die Heizungsbauer dürfen nicht in Traditionen beharren. Das Lehrlings- oder Gesellenwissen ist in der heutigen Zeit längst überholt, wenn die Meisterprüfung abgelegt wird. Ständige Fortbildung durch Messebesuche und Teilnahme an Schulungsmaßnahmen sind unerläßlich.

Ein Gedanke muß bei der Umsetzung der Gebäudeleittechnik in jedem Falle zur Seite gelegt werden: Die Hoffnung, durch Niedrigstpreis-Angebote einen Auftrag zu erhalten. Der Zweck der GLT ist es unbestritten, wirtschaftliche Vorteile beim Betrieb der Anlagen zu erreichen. Dabei sind höhere Investitionskosten nicht immer zu umgehen.

Die Bauherren und Anlagenbetreiber sollen sich darauf verlassen können, daß durch den Einsatz GLT-gestützter BTA die Betriebssicherheit und die Betriebszuverlässigkeit verbessert werden. Dafür ist zunächst eine sorgfältige Mithilfe bei der Planung erforderlich. In einem Pflichtenheft sind die Punkte aufzuführen, die von der Funktion der Anlage erwartet werden.

Es kann nicht schaden, sich auch darüber Gedanken zu machen, was entbehrlich ist. Das supergroße Angebot regelungstechnischer Komponenten verleitet nicht selten dazu, über das Ziel des Notwendigen hinauszuschießen. Man bedenke: Je komplizierter eine Anlage wird, um so gefährdeter ist sie bei Fehlbedienungen.

Es sei schließlich noch darauf hingewiesen, daß die GLT qualifiziertes Anlagenpersonal erforderlich macht. Eine gute Einweisung in die Anlage und ständiger Erfahrungsaustausch sind hilfreich bei der Erfüllung der gestellten Aufgaben.

Alle gemeinsam sollten sich die in der Software enthaltenen Statistikblöcke zunutze machen. Das gilt für die Bewertung von Betriebsabläufen und die Möglichkeiten ihrer Verbesserungen. Das gilt auch für die Eliminierung von energie- und kostenfressenden Funktionsabläufen.

6.3 GLT und die Umwelt

Neben den ökonomischen birgt die Gebäudeautomation wie von selbst auch ökologische Vorteile in sich. Das Energiesparen ist aktuell eine der wichtigsten Aufgaben. Nicht umsonst werden durch den Gesetzgeber ständige Novellierungen der energierelevanten Verordnungen erarbeitet und herausgegeben.

Die Prozeßoptimierung ist ein wesentliches Element der GLT. Im Bereich der Heizung ist nichts so wichtig wie die Anpassung der Wärmelieferung an die Wärmeanforderung. Es sei darum erlaubt (weil immens wichtig), die Kernaussage der Pumpenoptimierung noch einmal zu wiederholen:

Jede nicht vom Pumpenmotor benötigte Kilowattstunde muß im Kraftwerk nicht erzeugt werden. Jede nicht produzierte Kilowattstunde entlastet die Umwelt!

6.4 GLT und die Pumpenregelung

Eine Heizungsumwälzpumpe besteht aus mehreren Baugruppen (Bild 84). Das reibungslose Zusammenspiel von Hydraulik, Elektrik und Elektronik erst gewährleistet beste Funktionsergebnisse. Diese Komponenten müssen so gestaltet sein, daß ein umfangreicher Kommunikationsaustausch mit der GLT erfolgen kann. Dazu verfügen moderne Pumpen über eine Vielzahl von internen Sensoren und Aktoren. Jede Einzelfunktion muß sich dabei der Gesamtfunktion unterordnen.

Bild 84: Baugruppen einer Heizungsumwälzpumpe; jede Einzelfunktion muß sich der Gesamtfunktion unterordnen.

Die erfolgreiche Verwirklichung der Gebäudeleittechnik verlangt also ein gutes Zusammenspiel der Gedanken und der Partner

6.5 GLT und die Zukunft

Die vorliegende Zustandsbeschreibung der GLT-fähigen Umwälzpumpen beruht auf dem aktuellen Entwicklungsstand. Es ist selbstverständlich, daß die nächsten Jahre weitere Fortentwicklungen bringen werden. Das gilt aber nicht nur für die beschriebenen Geräte selbst. Die Zukunft gehört nach allen Voraussagen dem Gebiet der Dienstleistungen. Eine denkbare Prognose kann dann so aussehen:

Heizungsanlagen (und andere BTA) werden nicht mehr durch den Bauherren erstellt und finanziert. Sie werden als Leasingobjekte in die Gebäude integriert. Hochspezialisierte Fachunternehmen planen, erstellen und betreiben sie. Energielieferung und Verbrauchsabrechnung sind genauso externe Vertragsbestandteile wie Wartung, Reparatur und Modernisierung.

Wie sollten solche Dienstleistungen ohne GLT gemanagt werden?

Interpretiert man die vorausgegangenen Betrachtungen zum heutigen GLT-Status ernsthaft, sind solche Überlegungen nicht fern.

(Fortsetzung folgt)

B i l d e r : Wilo GmbH

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