„Wie sich die Energieströme im Unternehmen aufteilen, ist für die meisten nicht transparent“

Wie kam es zu der Idee für die Energiemonitoring-Gateways?
Christian Fiebach: Kleine und mittelständische Unternehmen haben oft das Problem, dass sie keinen Überblick darüber haben, was im Unternehmen energietechnisch so passiert. Man hat sicherlich Gesamtwerte für die Verbräuche etwa bei Strom, Gas oder Druckluft. Aber wie sich die Energieströme im Unternehmen genau aufteilen, ist für die meisten nicht transparent.

Aber dafür gibt es doch schon Lösungen?
Fiebach: Ja, am Markt sind durchaus entsprechende Lösungen zu finden. Die Problematik bei vielen Anwendern besteht aber darin, dass sie gerne erst einmal kleine Schritte machen wollen. Hierzu startet man zunächst ein kleines Pilotprojekt, um Erfahrungen zu sammeln, wie sich ein Energiemanagement implementieren lässt und welche Herausforderungen damit verbunden sind. Mit vielen Systemen ist das schwierig, weil sie eigentlich von Anfang an den großen Wurf verlangen.

Das heißt konkret?
Fiebach: Es bedeutet, IT-seitig relativ komplexe Systeme aufsetzen zu müssen. Dann sind Schulungsmaßnahmen notwendig, um das System überhaupt zu beherrschen. Viele Systeme sind heute zudem cloudbasiert, wodurch sich dann auch Fragen der Kosten und der Datenhoheit ergeben.

Wie ist es dann zur Entwicklung der Gateways BY000002 und BY000003 gekommen?
Fiebach: Wir waren selbst in einer ähnlichen Situation, als wir 2020 in ein neues Firmengebäude gezogen sind. Durch die Größe des Gebäudes hatten wir plötzlich viel längere Laufwege gehabt, nur um Informationen über Anlagen zu bekommen. Uns wurde schnell klar, dass wir alle notwendigen Messmittel haben, um Energieströme zu erfassen. Was fehlte, war ein System, um diese Messwerte zusammenzuführen, abzuspeichern, darzustellen und zu analysieren.

Wir haben dann auf der Ebene von Entwicklerboards wie Arduino oder Raspberry Pi mit der Entwicklung begonnen und einfach mal geschaut: Welche Schnittstellen werden benötigt, wofür benötigt man noch Konverter und was muss auf dem Board installiert werden, um es für unsere Zwecke nutzen zu können? Da kommt man dann schnell zu Open-Source-Lösungen wie zum Beispiel Node-RED als Entwicklungswerkzeug, auf der Steuerungsebene zu OPC UA oder MQTT als Kommunikationsprotokoll. Hinzu kommen natürlich die klassischen analogen Schnittstellen mit 0-10 V oder 4-20 mA.

Das war für uns gewissermaßen der Startschuss. Wir haben gesehen, dass sich das Problem des Einstiegs in ein Energiemonitoring in kleinen Schritten mit relativ einfachen Mitteln lösen lässt. Das Ganze hat zudem den Vorteil, relativ kostengünstig zu sein, weil man mit viel Open-Source auf der Softwareseite arbeiten kann.

Was heißt in dem Kontext „kostengünstig“?
Fiebach: Der Kunde bekommt für rund 800 Euro eine Hardware-Komponente und Software und kann damit erst mal ein bisschen „ausprobieren“. Das steht im krassen Gegensatz zu den im Markt verfügbaren Lösungen, wo ich mir sehr genau überlegen muss, ob sich die Investitionen durch die anschließend erzielten Einsparungen überhaupt wieder amortisieren. Wir wissen aus eigener Erfahrung mit Softwaresystemen, dass man dabei schnell im sechsstelligen Bereich ist.

Wie sieht der Einstieg für die Kunden mit der Lösung aus?
Fiebach: In der Regel fangen die Kunden ganz klein an, zum Beispiel an einer einzigen Anlage. Man stattet diese mit dem Gateway aus, fängt an, Daten zu sammeln und schaut dann, was passiert: Welche Daten bekomme ich, was kann ich damit anfangen? Dabei entwickeln die Projekte ab diesem Punkt gerne eine Eigendynamik. Die Anwender beginnen, sich viele Fragen zu stellen, was alles möglich ist: Wie kann ich z. B. zwei Werte miteinander in Verbindung bringen, um aussagekräftige Informationen zu erhalten? Kann ich noch externe Informationen einbinden? Und so weiter…

War das auch bei Ihrem internen Projekt so?
Fiebach: Definitiv. Auch wir haben erst einmal klein angefangen und dann schnell gemerkt: Wir müssen es größer aufziehen, weil einfach viele neue Ideen für eine konkrete Nutzung entstanden sind.

Auf welche Datenquellen kann das Gateway denn zugreifen?
Fiebach: Das Schöne an unserem Produkt ist, dass der Kunde am Anfang noch nicht einmal in Peripherie investieren muss.

Wie geht das, er braucht doch Daten?
Fiebach: Er kann im allereinfachsten Fall eine Ethernet-Verbindung zur Anlagensteuerung herstellen und die dort vorhandenen Daten beziehen. Auf den meisten Steuerungen sind ja bereits grundlegende energierelevante Daten wie Temperatur, Druck oder Füllstände vorhanden. Oft lassen sich diese physikalischen Größen auch mit einem Kostenfaktor belegen. So kann man in der Regel schon Erkenntnisse gewinnen, wie sich Verbräuche über den Tag entwickeln und wo etwa Lastspitzen liegen.

Was mache ich mit diesen Erkenntnissen?
Fiebach: Zum Beispiel ganz konkrete Fragestellungen entwickeln: Warum habe ich die Lastspitze genau zu diesem Zeitpunkt, was passiert da gerade? In der Regel wird dann der Produktionsablauf noch einmal genauer angeschaut, wobei man möglicherweise wichtige Hinweise für eine Optimierung der Abläufe bekommt. Soll Energie eingespart werden, dann ist es wichtig zu wissen, wo der größte Hebel dafür zu finden ist. Es hilft ja nichts, eine Kilowattstunde einzusparen, wenn mit der gleichen Investition an anderer Stelle mehr bewirkt werden könnte. Und in diesem Zusammenhang ist für viele Unternehmen die mangelnde Transparenz das größte Hindernis.

Ist mit der Lösung neben solchen reaktiven Methoden zugleich auch eine proaktive Steuerung von Verbräuchen möglich?
Fiebach: Wir haben an den Gateways nicht nur Signal-Eingänge, sondern auch Ausgänge. Es lassen sich bspw. bestimmte Grenzwerte einziehen. Bei deren Überschreitung kann das Gateway dann ein Schaltsignal erzeugen und an die Steuerung ausgeben. Alternativ lassen sich auch Push-Nachrichten versenden – zum Beispiel mit Blick auf die Themen vorbeugende bzw. zustandsorientierte Instandhaltung. Die dafür notwendige Sensorik ist in vielen Fällen die gleiche wie für das Energiemonitoring. Um die Frage konkret zu beantworten: Unsere Lösung ist dafür ausgelegt, Steuersignale zu erzeugen, aber aus vielen Gesprächen wissen wir, dass für die Kunden vor allem erst einmal die Transparenz über ihre Verbräuche im Vordergrund steht.

Wie sieht es denn mit der Speicherung der Verbrauchsdaten aus?
Fiebach: Die Gateways verfügen über einen eigenen Speicher. Wenn das nicht ausreicht, lässt sich über USB ein externer Speicher anschließen oder über das Netzwerk auf ein Netzwerklaufwerk zugreifen. Wenn der Kunde es wünscht, können Daten auch über eine gesicherte Netzwerkverbindung in die Cloud gespeichert werden.

Wie geht es für den Kunden weiter, nachdem er seine ersten Schritte gemacht hat und die Lösung auf andere Anlagen ausdehnen möchte?
Fiebach: Der Kunde kann das Gateway, auf dem er seine individuelle Lösung entwickelt hat, quasi einfach duplizieren. So lässt sich ein Dashboard, das auf einem Gateway erstellt wurde, exportieren und auf anderen Geräten wieder importieren und weiterverwenden. Dadurch sinkt der Aufwand für weitere Inbetriebnahmen erheblich. Dazu trägt auch bei, dass die auf dem Gerät erzeugte Datenbank bereits mit der Software für die Erzeugung von Dashboards verbunden ist.

Welche Software kommt für die Dashboards zum Einsatz?
Fiebach: Auch das ist ein Open-Source-Tool, es trägt den Namen Grafana. Es wird auch im Smart-Home-Sektor verwendet, und wir waren überrascht, wie viele Menschen damit vertraut sind. Es gibt viele Foren und YouTube-Tutorials, wenn man nach bestimmten Informationen sucht.

Inwieweit muss der Kunde bei der Inbetriebnahme selbst tätig werden?
Fiebach: Bei der Anbindung der Sensorik muss einmal eine Skalierung vorgenommen werden. Wenn wir zum Beispiel einen Drucksensor haben, der ein Signal von 0-10 V liefert, muss ich dem System beibringen, wofür 0 V und wofür 10 V stehen. An dieser Stelle ist es aber auch möglich, gleich einen Schritt weiterzugehen und die Sensorwerte direkt mit einem Kostenfaktor zu verknüpfen. Zum Beispiel kann ein Sensorwert von 10 V Kosten von X Euro pro Stunde entsprechen. Diese Zuordnung kann jedoch auch später im Dashboard erfolgen.

Angesichts schwankender Energiepreise auf anhaltend hohem Niveau müssen sich Unternehmen weiterhin mit dem komplexen Problem von Energiekosteneinsparungen beschäftigen. Aber wie lässt sich ein effizientes Energiemonitoring ohne hohe Anfangs- sowie Folgekosten umsetzen? Mit den Gateways BY000002 und BY000003 liefert ipf electronic hierauf eine Antwort. Die Gateways zur Erfassung von Energieströmen basieren auf einer herstellerunabhängigen Plattform, die eine hohe Kompatibilität zu allen derzeit im Markt befindlichen Hardware- und IT-Systemen sicherstellt. Sowohl das Betriebssystem als auch die Webclient-Lösung zur Verarbeitung, Bereitstellung und Visualisierung der Messdaten über ein Dashboard befinden sich bereits „onboard“ und sind Open Source Lösungen, für die keine Lizenzgebühren anfallen. Die wesentlichen Daten in Kürze:

• Es können bis zu sechs digitale und vier analoge Sensoren direkt an angeschlossen werden. Alternativ hierzu besteht aber auch die Option, Sensoren z. B. über Modbus (32 Geräte via Modbus RTU / 200 Geräte via Modbus TCP) anzubinden. Mit dem Modul AB000003 sind die Gateways außerdem zur Erfassung von bis zu acht zusätzlichen analogen Eingangssignalen erweiterbar.
• Des Weiteren stellen die Geräte Schnittstellen bereit wie 100MbE / GbE, CAN, RS485 sowie USB2.0 Host und USB2.0 Device.
• Gleichermaßen vielseitig wie flexibel präsentieren sich die Gateways auch mit Blick auf die Integration in das firmeninterne Netzwerk durch die Unterstützung zahlreicher Protokolle: Modbus, CAN, Cloud of Things, OPC UA, DB/SQL und MQTT (ein einfaches Netzwerkprotokoll, das sich in den letzten Jahren als wichtiger Bestandteil vieler Internet-of-Things-Lösungen etabliert hat).
• Die kontinuierlich ermittelten Daten und Messwerte werden im großen internen Ringspeicher der Gateways oder via USB2.0 Device-Schnittstelle auf ein externes Speichermedium abgelegt. Selbstverständlich lassen sich die Messwerte darüber hinaus auch auf einen lokalen Server übertragen oder über eine sichere VPN-Verbindung in einer Cloud abspeichern.
• Die Visualisierung aller Messwerte auf einem PC oder mobilen Endgerät übernimmt ein Dashboard, das auf der Open Source Anwendung Grafana basiert.
• Einmal konfigurierte Dashboards können in ein kompaktes JaveScript-Datenformat exportiert, auf andere Gateways übertragen und mit der Visualisierungssoftware geöffnet werden.