Stadt Aachen
Energiedaten-Monitoring im großen Stil
Den notwendigen Austausch einer älteren Generation von Datenloggern nahm die Stadt Aachen zum Anlass, ihre M-Bus-fähigen Verbrauchszähler an die MQTT-Kommunikation anzubinden. Die Gateways der MBS GmbH sorgen dabei für mehr Betriebssicherheit sowie große Flexibilität.
Die westlichste deutsche Großstadt ist bei Energiepolitik und Klimaschutz seit 30 Jahren sehr aktiv. Bereits 2011 mit dem European Energy Award in Gold ausgezeichnet, beteiligt sich die Kommune seit 2022 an der EU-Mission „100 klimaneutrale Städte“. Der Betreiber zahlreicher Liegenschaften hat vor drei Jahren zudem ein integriertes Klimaschutzkonzept aufgelegt, um die Reduktion von Treibhausgasen zu forcieren.
„Dabei spielt die energetische Bewertung der städtischen Immobilien eine tragende Rolle“, sagt Markus Gilliam, Teamleitung Energiemanagement und Gebäudeautomation bei der Stadt Aachen. Sein 16-köpfiges Team verwaltet nicht nur mittels einer zentralen Leittechnik die Anlagen der Gebäudeautomation, sondern ist seit Kurzem außerdem mit Planung sowie Ausführung städtischer Photovoltaikanlagen betraut. Zudem erhebt es für das Energiemanagementsystem (EMS) alle Verbrauchsdaten der kommunalen Liegenschaften, wie Schulen, Kitas, Schwimm- und Turnhallen.
Im Fokus: Energetische Bewertung der Liegenschaften
Die dabei verwendete Hard- und Software war in die Jahre gekommen und konnte teilweise nur noch mit großem Aufwand betrieben werden. Die neuen Geräte – Datenlogger oder Gateways – sollten langlebig und kompatibel zu dem vorhandenen M-Bussystem sein sowie die Möglichkeit der Fernwartung bieten. Die Daten sollten übergangsweise via CSV-Dateiformat an das EMS gesendet werden.
Die erste Projektphase begann damit, dass verschiedene Produkte unterschiedlicher Hersteller getestet wurden. „Das Ergebnis war äußerst unbefriedigend“, erinnert sich Jannik Zimmer, in Aachen zuständig für den Betrieb und Entwicklung des EMS. Ein Gerät war nicht für den Dauerbetrieb geeignet, ein anderes verfügte über keine Schnittstelle zum EMS, weitere scheiterten am Datenaustausch per CSV (Zukünftig MQTT), oder an der Fernwartung. Daraufhin erstellten die Projektbeteiligten eine Fokusliste, die neben der Industrietauglichkeit der gesuchten Produkte eine direkte Schnittstelle für MQTT (Message Queue Telemetry Transport) umfasste, das wichtigste Netzwerkprotokoll für die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M). Eine Weboberfläche für Fernwartung sowie die Spannungsversorgung sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom vervollständigten die Aufstellung.
Gefragt: Industrietauglichkeit, M-Bus-Support …
Die Kriterien Industrietauglichkeit, Langlebigkeit sowie M-Bus-Support führten die Verantwortlichen schließlich zu der Krefelder MBS GmbH. Deren vielseitige Universal Gateways basieren auf einer Produktplattform. Zahlreiche Funktionen – wie eine Weboberfläche zur Diagnose, Zählerscan und -auslesung, Livewerte, Neustart plus freie Gestaltung einer CSV-Datei – unterstützen die Anwender bei ihrer Arbeit. Mit zahlreichen Kommunikationsprotokollen bieten die Geräte für annähernd jede Anforderung die passende Lösung.
Die Aachener entschieden sich für 204 Double-X Universal Gateways M-Bus mit RS-485 und 25 bis 200 Datenpunkten sowie der Treiberkonfiguration M-Bus plus MQTT. Zusätzlich sollten 12 Single-X Universal Gateways Modbus RTU mit RS-485 und BACnet und 400 bis 2.500 Datenpunkten zum Einsatz kommen. Gilliam: „Die große Auswahl an verschiedenen Busprotokollen sowie die damit verbundene Flexibilität im Einsatz hat uns schnell überzeugt.“
… sowie Flexibilität
Mit dieser neuen Ausrüstung konzentrierte sich das Team nun auf die Datenübertragung via MQTT. Doch es stellte sich heraus, dass das EMS nicht reibungslos mit den Gateway-Treibern kommunizieren konnte, denn einen MQTT-Treiber kann jeder Hersteller im Rahmen der Spezifikation individuell gestalten. Nun war es nützlich, dass die MBS GmbH nicht nur die passenden Produkte, sondern auch ihre Lösungskompetenz in das Projekt einbringen konnte: „Wir haben die Eigenschaften der jeweiligen Schnittstellen geklärt und die Koordination zwischen den drei Parteien übernommen“, erläutert Nils-Gunnar Fritz, Geschäftsführer der MBS GmbH. „Letztendlich entschlossen wir uns, unsere MQTT-Schnittstelle zu erweitern, um diese Lösung im Anschluss erneut zu testen.“ Der Erfolg gab den Beteiligten recht. Mit verschiedenen Anpassungen ließ sich die Kommunikation stabilisieren, sodass die Daten schließlich aus dem Feld konform zum EMS übertragen wurden.
Produkte plus Lösungskompetenz
Seit Dezember 2021 befinden sich die meisten M-Bus-Gateways ohne Ausfall im Regelbetrieb. „Damit haben wir unser Ziel erreicht, denn die Kommunikation funktioniert perfekt“, resümiert Zimmer. Problematisch sei an manchen Auslesestationen noch die Stabilität des Internetzugangs. Doch dass das Gateway die Daten rückwirkend für drei Tage speichere, reiche aus, um solche Störungen zu überbrücken.
Der Nutzen der Lösung liegt für die Aachener Energiemanagementspezialisten auf der Hand. Ihre neue Hardware sei zuverlässiger, produziere weniger Ausfälle und biete definitiv mehr Betriebssicherheit. Die vereinfachte Datenübertragung weise zudem geringere Fehlerquellen auf. Gilliam ist außerdem die Flexibilität wichtig: „Wenn wir andere Kommunikationsprotokolle einsetzen möchten, lassen sich die Gateways für diese Anwendungsfälle ebenso nutzen.“ Zimmer ergänzt: „Weil die ausgelesenen Daten im 15 Minuten-Takt jetzt nicht mehr nur viermal täglich verarbeitet werden, sondern im Fünf-Minuten-Takt ausgelesen und verarbeitet werden, können wir gegebenenfalls viel schneller reagieren.“ Einhellig zufrieden sind die Aachener außerdem mit Servicequalität und Support der MBS GmbH, die bei allen Fragen so schnell wie kompetent reagiert habe.
Perfekte Kommunikation in jeder Hinsicht
Von dieser positiven Erfahrung beflügelt, gibt es schon weitere Pläne für den Einsatz der Universal Gateways. Etwa für die Kommunikation zwischen Modbus RTU und BACnet/IP oder für das Monitoring der neugebauten Photovoltaikanlagen über Modbus TCP und MQTT. Schließlich möchte Gilliam die Gateways gern als BACnet-Datenlogger für das Inbetriebnahme-Management nutzen. Denn auf diese Weise lässt sich schon vor der Abnahme auf der Baustelle prüfen, ob die Anlagen ordnungsgemäß funktionieren.
