IP-Symcon als Energiemanagementsystem

Motivation

Die Zusammenhänge und Möglichkeiten in der Gebäudeautomation faszinieren mich seit längerer Zeit. Besonders spannend finde ich das Zusammenspiel verschiedener Systeme und die Möglichkeit, eigene Ideen in einem funktionsfähigen System umzusetzen. Mit dieser Diplomarbeit konnte ich mein Interesse an vernetzter und intelligenter Gebäudeautomation vertiefen und das Wissen aus meiner Weiterbildung in einem praktischen Projekt anwenden.

Ausgangslage und Vorgehen

In der Gebäudeautomation gewinnen Energiemanagement, Energieoptimierung und Systemintegration zunehmend an Bedeutung. Bestehende KNX-Anlagen erfassen und verarbeiten bereits heute verschiedene Gebäude- und Energiedaten. In vielen Projekten liegt der Fokus jedoch weiterhin auf klassischen Automationsfunktionen wie Licht-, Beschattungs- und Heizungssteuerung. Energiemanagementlösungen werden dagegen nur begrenzt oder als eigenständige Insellösungen umgesetzt. Die Arbeit ging deshalb der Frage nach, wie sich ein Energiemanagementsystem mit einem KNX-System verbinden lässt.

Die Elektro Burkhalter AG setzt für die Gebäudeautomation bereits KNX-Systeme mit KNX-Servern ein. Die Energiedaten von Photovoltaikanlage, Energiezählern und Ladestationen liegen aber weiterhin in getrennten Systemen vor. Als Beispiel dient der eigene Firmenstandort. Dort ist bereits eine KNX-Infrastruktur mit Photovoltaikanlage, Energiezählern, Ladestationen und verschiedenen Gebäudeautomationsfunktionen vorhanden.

Mit IP-Symcon steht eine Plattform zur Verfügung, die KNX-Systeme mit Visualisierung, Datenverarbeitung, Datenlogging, Energiemanagement und weiteren Schnittstellen zentral verbinden und erweitern kann. Dadurch entstehen neue Möglichkeiten zur Integration, Analyse, Überwachung und Optimierung bestehender Gebäudeautomationssysteme. IP-Symcon läuft auf dem Catan C1 von Phoenix Contact.

Das Vorgehen umfasste sechs Schritte: Zuerst wurde die bestehende Anlage analysiert, danach wurden Lösungswege verglichen und ein Konzept erstellt. Anschliessend wurde die Lösung in IP-Symcon umgesetzt, mit simulierten und realen Werten getestet und bewertet.

Zielsetzung

Ziel der Diplomarbeit war die prototypische Konzeption, Integration und Bewertung von IP-Symcon als Erweiterungs- und Integrationsplattform innerhalb eines bestehenden KNX-Systems mit Fokus auf Energiemanagement, Visualisierung und Systemintegration. Die Ziele wurden in Muss-Ziele und Kann-Ziele unterteilt. Die Muss-Ziele bildeten den verbindlichen Kern der Arbeit. Die Kann-Ziele waren sinnvolle Ergänzungen, die je nach verfügbarer Zeit umgesetzt wurden.

Die Muss-Ziele:

• Integration energierelevanter Datenpunkte
• Visualisierung und Analyse der Energiedaten
• Prototypische Umsetzung von Energiemanagementfunktionen mit simulierten Werten
• Technische und praxisorientierte Bewertung der Plattform

Die Kann-Ziele:

• Einbindung weiterer KNX-Automationsfunktionen
• Vergleich der Schnittstellen mit den im Unternehmen eingesetzten KNX-Servern

Impressionen

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Ergebnis

Am Firmenstandort wurden die energierelevanten Daten in IP-Symcon zusammengeführt und in einer Kachelvisualisierung dargestellt. Das Ergebnis umfasst vier Bereiche:

• Datenerfassung: Die Daten der Photovoltaikanlage, der Energiezähler und der Ladestationen werden über Modbus TCP und Cloud-Schnittstellen erfasst. Das KNX-System ist ebenfalls angebunden.
• Visualisierung: Die Kachelvisualisierung zeigt die Energieflüsse zwischen PV-Anlage, Gebäude, Ladestationen und Netz. Die Werte werden archiviert, im Tages- und Wochenverlauf dargestellt und können exportiert werden.
• Energiemanagement: Ein Energiemanager verteilt den Solarüberschuss nach Priorität. Zuerst werden die Heizstäbe in Stufen zugeschaltet, danach die Ladestationen. Ist die Boilertemperatur erreicht, steht der Überschuss den Ladestationen zur Verfügung. Die Funktion wurde mit simulierten Werten geprüft.
• Weitere Funktionen: Licht, Beschattung und Heizung lassen sich in allen Räumen bedienen. Dazu kommen Szenen, Wochenpläne, die Musiksteuerung mit Sonos und der Fernzugriff.

Fazit

Die Ziele der Diplomarbeit wurden weitgehend erreicht. IP-Symcon verbindet Systeme verschiedener Hersteller auf einer Plattform und lässt sich ohne Umbau in eine bestehende KNX-Anlage integrieren. Das Energiemanagement wurde mit simulierten Werten geprüft. Wie es sich an realen Verbrauchern verhält, muss noch gezeigt werden. Die Übertragung auf eine reale Anlage ist mit überschaubarem Aufwand möglich. Den grössten Aufwand verursachte die Einarbeitung in das neue System.

Nutzen für die Firma

Das Unternehmen erhält eine geprüfte Grundlage, um Energiedaten verschiedener Hersteller mit KNX-Anlagen zu verbinden, darzustellen und für ein Energiemanagement zu nutzen. IP-Symcon eignet sich für kleine bis mittlere Projekte. Bei grösseren Projekten ist zuerst die Auslastung zu prüfen. Zusätzliche Schnittstellen wie BACnet, MQTT und M-Bus bietet der im Unternehmen eingesetzte KNX-Server nicht. Wo solche Schnittstellen verlangt werden, kann IP-Symcon auch bei grösseren Projekten die bessere Wahl sein. Bei umfangreichen Logiken und einer Grundrissvisualisierung bleibt der im Unternehmen eingesetzte KNX-Server im Vorteil. So lässt sich je Projekt die passende Plattform wählen.

Ausblick

Als nächster Schritt soll IP-Symcon in einem Kundenprojekt eingesetzt werden. Dazu wird die Lösung mit passender Hardware bei der nächsten geeigneten Projektbesprechung vorgeschlagen. Bei Projekten mit besonderen Schnittstellenanforderungen kann IP-Symcon zudem eine Alternative oder Ergänzung zu den bestehenden KNX-Servern sein.