Visualisatie van een energiemanagementsysteem

Departement Industriële Wetenschappen en Technologie Opleiding Bachelor in de elektronica-ICT Afstudeerrichting elektronica

Visualisatie van een energiemanagementsysteem

Eindwerk aangeboden tot het behalen van het diploma van Bachelor in de elektronica-ICT door Mathias Vanbelle Simon Vermeulen

o.l.v. Iris Vandecasteele, KHBO Jasper Snoeck, ELEKTRO.MAT NV - DOMOTIC.LOUNGE

Academiejaar 2010 - 2011

KHBO Campus Oostende ● Zeedijk 101 ● B-8400 Oostende ● Tel. +32 59 56 90 00 ● Fax +32 59 56 90 01 ● www.khbo.be

Deze eindverhandeling was een examen. De tijdens de verdediging geformuleerde opmerkingen werden niet opgenomen.

Woord vooraf Via deze weg zouden wij enkele personen willen bedanken die direct of indirect hebben bijgedragen tot dit eindwerk. Eerst willen wij het bedrijf Elektro.mat bedanken dat wij onze stage bij hun mochten uitvoeren. Daarnaast willen we onze buitenpromotor Ing. Jasper Snoeck bedanken voor de goeie begeleiding en de nodige informatie tijdens de stage en onze binnenpromotor Ing. Iris Vandecasteele voor de opvolging van het eindwerk. Tot slot ook een woord van dank aan alle docenten van het KHBO dep IW&T. Mathias Vanbelle Simon Vermeulen 2010-2011


___________________________________________________________________________

Abstract Elektro.Mat is een Belgisch bedrijf en is de grootste verdeler van KNX domotica in België. Domotic Lounge, het service team van Elektro.Mat, is hoofdzakelijk geïnteresseerd in Smart Metering, dit is op een slimme manier je energieverbruik binnenlezen en uit deze gegevens je verbruik analyseren. Het eerste deel van ons eindwerk is dan ook een uitgebreide studie van wat er allemaal beschikbaar is op de markt qua Smart Metering technieken. Hiervoor hebben we via websites en forums op het internet, verschillende energiemeters bestudeerd en de werking ervan achterhaald. Er is een breed aanbod van energiemeters op de markt om gas,water en elektriciteit te meten. Naargelang de toepassing en de prijs-kwaliteitverhouding zijn er verschillende mogelijkheden. Zo zijn er goedkopere oplossingen voor gezinswoningen en duurdere oplossingen voor industriële toepassingen. Het tweede deel omvat de visualisatie van een energiemanagement systeem in CoDeSys. Vooreerst hebben we met deze software, die trouwens opensource is, leren werken. Met de juiste targets kan men er verschillende PLC's mee programmeren. Wij hebben met een versie gewerkt van Wago zelf, die deze targets en libraries afkomstig van Wago al bevat. Als inleidende opdracht hebben we een parkeergarage geprogrammeerd en gevisualiseerd. Mathias heeft code geschreven om bij te houden hoelang een auto gemiddeld aanwezig is in de parkeergarage en het programma van Simon laat de auto's automatisch parkeren. Daarna zijn we over gegaan naar onze eindopdracht. We zijn erin geslaagd om een visualisatie te maken die onze Smart Metering illustreert. Hier hebben we opnieuw twee verschillende delen: Mathias visualiseert een sporthal als voorbeeld van een industriële toepassing, Simon een residentieel huishouden. Met deze twee toepassingen automatiseren we zowel de verwarming als de verlichting van het gebouw en geven we het verbruik (gas,water en elektriciteit) weer in grafiekvorm.

___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 4


___________________________________________________________________________

Inhoudsopgave Titelblad......................................................................................................................................1 Mededeling..................................................................................................................................2 Woord vooraf ............................................................................................................................. 3 Abstract ...................................................................................................................................... 4 Lijst met illustraties .................................................................................................................... 9 Gebruikte afkortingen en symbolen ......................................................................................... 13 Inleiding ................................................................................................................................... 14 Deel 1: Voorstelling Elektromat...............................................................................................14 1

Situering ........................................................................................................................... 15

2

Beschrijving ..................................................................................................................... 15

3

Bedrijfsorganigram ........................................................................................................... 16

Deel 2: Studie Smart Metering..................................................................................................17 1

Doel .................................................................................................................................. 18

2

Wat is Smart metering? .................................................................................................... 18

3

Knx de wereldwijde openstandaard ................................................................................. 19 3.1

Inleiding ..................................................................................................................... 19

3.2

Knx standaard ............................................................................................................ 19

3.3

Voordelen .................................................................................................................. 19

4

Smart Metering en KNX .................................................................................................. 20

5

Slimme energiemeters ...................................................................................................... 20 5.1

Inleiding ..................................................................................................................... 20

5.2

Sensoren..................................................................................................................... 20

5.2.1

Optische sensor TCOPT01 ................................................................................. 20

5.2.2

Magneetveld sensoren ........................................................................................ 21

5.2.3

Dopplereffect ...................................................................................................... 24

5.2.4

Ultrasone niveau detectoren ............................................................................... 25

5.2.5

Temperatuurssensoren ........................................................................................ 27

5.3

Slimme gasmeters ...................................................................................................... 30

5.3.1

Bestaande analoge gasmeters digitaliseren ........................................................ 30

5.3.2

Digitale gasmeter EGZ G4 Swiss Gas Metering ................................................ 33

5.4

Watermeters ............................................................................................................... 35



___________________________________________________________________________ 5.4.1

Bestaande analoge watermeters digitaliseren ..................................................... 35

5.4.2

Watermeters met pulsuitgang (ingebouwd reed switch) .................................... 36

5.5

5.5.1

Bestaande kWh-meter digitaliseren met optische sensor TCPOPT01 ............... 44

5.5.2

kWh meters met pulsuitgang .............................................................................. 45

5.5.3

De 3 fasige vermogen module ............................................................................ 45

5.6

6

Caloriemeters ............................................................................................................. 47

5.6.1

Theorie calorie meting ....................................................................................... 47

5.6.2

Praktisch uitwerken via wago controller ............................................................ 48

5.6.3

Bestaande caloriemeters ..................................................................................... 49

M-Bus ............................................................................................................................... 50 6.1

Inleiding ..................................................................................................................... 50

6.2

M-Bus systeem overzicht .......................................................................................... 50

6.2.1

Eisen van het M-Bus systeem ............................................................................ 50

6.2.2

M-Bus in het OSI-model .................................................................................... 51

6.3

M-Bus verbinden met knx ......................................................................................... 54

6.3.1

KNX M-Bus gateway master ............................................................................. 54

6.3.2

Relay level converter naar Wago-I/O-systeem .................................................. 55

6.4

7

Elektriciteitsmeters .................................................................................................... 44

Slimme energiemeters voor M-Bus ........................................................................... 59

6.4.1

Gasmeters op M-Bus .......................................................................................... 59

6.4.2

Watermeters op M-Bus ...................................................................................... 59

6.4.3

Elektriciteitsmeters op M-Bus ............................................................................ 62

Conclusie .......................................................................................................................... 64

Deel 3: Praktische uitwerking Smart Metering.........................................................................64 1

Inleiding ........................................................................................................................... 65

2

Wago koffer...................................................................................................................... 65

3

2.1

KNX IP Controller 750-849 ...................................................................................... 65

2.2

Gebruikte modules ..................................................................................................... 66

2.3

Foto's koffer ontwerp ................................................................................................. 67

Ontwerp PCB ................................................................................................................... 69

Deel 4: Softwarematige uitwerking met CoDeSys...................................................................70 1

Inleiding ........................................................................................................................... 71

2 CoDeSys ........................................................................................................................... 71 ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 6


___________________________________________________________________________ 2.1

Configureren van CoDeSys ....................................................................................... 71

2.2

PLC configuratie........................................................................................................ 73

2.3

Beginnen programmeren ........................................................................................... 74

Uitwerking Simon ............................................................................................................ 75 Uitwerking Mathias .............................................................................................................. 76 Deel 5: Visualisatie van een residentiële toepassing.................................................................77 1

Inleiding ........................................................................................................................... 78

2

Ontwerp grondplan ........................................................................................................... 78

3

Een energiemanagement systeem ..................................................................................... 79 3.1

Gas-meting................................................................................................................. 80

3.2

Water-meting ............................................................................................................. 84

3.3

Elektriciteits-meting .................................................................................................. 85

3.4

Temperatuur regeling ................................................................................................ 87

3.5

Lichtregeling .............................................................................................................. 90

3.6

Resultaat van de visualisatie ...................................................................................... 90

3.6.1

Visualisatie van de verdiepingen:....................................................................... 91

Deel 6: Visualisatie van een industriële toepassing..................................................................92 1

Inleiding ........................................................................................................................... 93

2

Fictieve sporthal ............................................................................................................... 93 2.1

3

4

Ontwerpen grondplan ................................................................................................ 93

Meters ............................................................................................................................... 95 3.1

Meten van het gasverbruik ........................................................................................ 95

3.2

Meten van het elektrisch verbruik ............................................................................. 95

3.3

Meten van het waterverbruik ..................................................................................... 96

Visualisatie van het verbruik ............................................................................................ 97 4.1

Overzicht gas verbruik............................................................................................... 97

4.1.1

Basis code .......................................................................................................... 97

4.1.2

Visualisatie ......................................................................................................... 99

4.2

Overzicht elektrisch verbruik .................................................................................. 100

4.2.1

Basiscode .......................................................................................................... 100

4.2.2

Visualisatie ....................................................................................................... 100

4.3

Overzicht water verbruik ......................................................................................... 101

4.3.1 Basiscode .......................................................................................................... 101 ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 7


___________________________________________________________________________ 4.3.2 4.4

Visualisatie ....................................................................................................... 103

Verwarming ............................................................................................................. 103

4.4.1

Centrale verwarming ........................................................................................ 103

4.4.2

Verwarming zaal met een gas heater ................................................................ 108

4.5

Verlichting ............................................................................................................... 111

Deel 7: Besluit.........................................................................................................................112 Literatuurlijst .......................................................................................................................... 114



___________________________________________________________________________

Lijst met illustraties Figuur 1 Situering van Elektro.Mat - Domotic Lounge ........................................................... 15 Figuur 2 Bedrijfsorganigram Elektro.Mat & Domotoic Lounge ............................................. 16 Figuur 3 Optische sensor TCOPT01 ........................................................................................ 20 Figuur 4 Zichtbare golflentes ................................................................................................... 21 Figuur 5 Homogeen elektrisch veld ......................................................................................... 21 Figuur 6 Halfgeleider plaatje.................................................................................................... 22 Figuur 7 Hall sensor MM08 ..................................................................................................... 23 Figuur 8 Voorstelling van een reed-switch...............................................................................20 Figuur 9 Werking van een reed-switch (open en gesloten ....................................................... 23 Figuur 10 Voorbeeld van reed-switch ...................................................................................... 24 Figuur 11 Dopplereffect ........................................................................................................... 24 Figuur 12 Opstelling van de binaire ultrasone sensor .............................................................. 26 Figuur 13 Ultrasone meet-niveau sensor .................................................................................. 26 Figuur 14 Ultrasone meetniveau sensor ................................................................................... 27 Figuur 15 Aansluitmogelijkheden Pt100.................................................................................. 28 Figuur 16 NTC karakteristiek...................................................................................................26 Figuur 17 PTC karakteristiek ................................................................................................... 29 Figuur 18 Analoge gasmeter met spiegeltje op laatste telwiel ................................................. 30 Figuur 19 Gasmeter met optische sensor TCOPT01 bevestigd ............................................... 30 Figuur 20 G4 gasmeter Elster...................................................................................................30 Figuur 21 G6 gasmeter Elster................................................................................................... 31 Figuur 22 Frequency pulse transmitter van Elster ................................................................... 31 Figuur 23 Pulse transmitter van Elster (in detail uitwerking) .................................................. 32 Figuur 24 Gasmeter met reed-switch........................................................................................29 Figuur 25 Gasmeter met Hall-sensor ....................................................................................... 32 Figuur 26 EGZ G4 Gasmeter ................................................................................................... 33 Figuur 27 Gasstroom door micro-element ............................................................................... 33 Figuur 28 Detail uitwerking EGZ gasmeter ............................................................................. 34 Figuur 29 EGZ Gasmeter met RS232- of USB interface ......................................................... 35 Figuur 30 Watermeter met Hall-sensor MM 08 ....................................................................... 35 Figuur 31 Stadswater teller met reed contact ........................................................................... 36 Figuur 32 Siemens watermeter met impuls uitgang ................................................................ 36 Figuur 33 Uitwerking NAMUR-schakeling ............................................................................. 37 Figuur 34 Verschillende types Siemens watermeters............................................................... 38 Figuur 35 NZR watermeter ...................................................................................................... 38 Figuur 36 Verschillende types .................................................................................................. 39 Figuur 37 Tabel met overzicht types ........................................................................................ 39 Figuur 38 Woltzman WS watermeter.......................................................................................39 Figuur 39 Principe figuur ......................................................................................................... 40 Figuur 40 Overzicht verschillende types .................................................................................. 41 Figuur 41 Woltzman WPV watermeter ................................................................................... 42 ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 9


___________________________________________________________________________ Figuur 42 Overzicht verschillende types .................................................................................. 43 Figuur 43 kWh met optische sensor TCPOPT01 ..................................................................... 44 Figuur 44 Analoge kWh-meter ................................................................................................ 44 Figuur 45 Elektronisch kWh-meter voor DIN-rail van Eltako................................................. 45 Figuur 46 Elektronische kWh-meter van NZR ........................................................................ 45 Figuur 47 3-Phase Power Measurement Module van Wago .................................................... 46 Figuur 48 Vermogen driehoek ................................................................................................. 46 Figuur 49 Pt1000 buisaanleg- temperatuurvoeler .................................................................... 48 Figuur 50 De LRF-2000F calorie meter .................................................................................. 49 Figuur 51 Aansluiten van de LRF-2000F ................................................................................ 49 Figuur 52 Bus topologie ........................................................................................................... 50 Figuur 53 7 lagen van het OSI-model ...................................................................................... 51 Figuur 54 Management layer ................................................................................................... 51 Figuur 55 Master-Slave voorbeeld ........................................................................................... 52 Figuur 56 Communicatie tussen Master naar Slave (boven) en tussen Slave naar Master...... (onder) ...................................................................................................................................... 53 Figuur 57 KNX M-bus gateway ............................................................................................... 54 Figuur 58 Relay level converter verbinding met Wago-I/O-systeem ...................................... 55 Figuur 59 Overzicht nodige modules Wago ............................................................................ 56 Figuur 60 PW3 ......................................................................................................................... 56 Figuur 61 NZR met M-Bus uitgang ......................................................................................... 59 Figuur 62 M-Bus uitgang optie NZR watermeter .................................................................... 59 Figuur 63 Siemens watermeter voor M-Bus ............................................................................ 60 Figuur 64 ScampY watermeter voor M-Bus ............................................................................ 61 Figuur 65 FLYPPER M-Bus .................................................................................................... 61 Figuur 66 ABB elektriciteitsmeter voor M-Bus ....................................................................... 62 Figuur 67 Overzicht types ABB ............................................................................................... 62 Figuur 68 Meter Interface module ZS/S 1.1............................................................................. 63 Figuur 69 : KNX IP Controller 750-849 .................................................................................. 65 Figuur 70 PLC configuratie Wago koffer met Wago I/O check .............................................. 67 Figuur 71 Foto 1 ontwerp Wago koffer ................................................................................... 67 Figuur 73 Foto 3 ontwerp Wago koffer ................................................................................... 68 Figuur 72 Foto 2 Ontwerp Wago koffer ................................................................................... 68 Figuur 74 schematic van ontworpen print ................................................................................ 69 Figuur 75 board van ontworpen print ....................................................................................... 69 Figuur 76 voorschakel weerstand berekenen ........................................................................... 70 Figuur 77 electrical and optical characteristics van de LED's ............................................... 70 Figuur 78 Keuze Wago 750-849 PLC ...................................................................................... 71 Figuur 79 Instellen PLC 750-849 ............................................................................................. 72 Figuur 80 Instellen PLC 750-849 ............................................................................................. 72 Figuur 81 New POU ................................................................................................................ 73 Figuur 82 PLC configuratie...................................................................................................... 74 Figuur 83 Screenshots parkeergarage Simon ........................................................................... 75 ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 10


___________________________________________________________________________ Figuur 84 Screenshots parkeergarage Mathias ......................................................................... 76 Figuur 85: Gelijkvloers ............................................................................................................ 78 Figuur 86: Boven verdiep ......................................................................................................... 79 Figuur 87: Logging gas maart .................................................................................................. 80 Figuur 88: Logging gas april .................................................................................................... 81 Figuur 89: Gas overzicht .......................................................................................................... 81 Figuur 90: Logging water maart ............................................................................................... 84 Figuur 91: Water overzicht ...................................................................................................... 85 Figuur 92: één-fasige meter met impuls uitgang NZR ............................................................. 85 Figuur 93: Logging elektriciteit ............................................................................................... 86 Figuur 94: Elektriciteits overzicht ............................................................................................ 86 Figuur 95 Principe ON-OFF .................................................................................................... 87 Figuur 96 : Principe schema ventiel..........................................................................................85 Figuur 97:Praktische aansluiting van zo'n ventiel .................................................................... 88 Figuur 98 : Visualisatie centrale verwarming .......................................................................... 89 Figuur 99: Daglicht uit..............................................................................................................87 Figuur 100:Daglicht aan ........................................................................................................... 90 Figuur 101: Spot uit..................................................................................................................87 Figuur 102: Spot aan ................................................................................................................ 90 Figuur 103: TL-lamp uit...........................................................................................................87 Figuur 104: TL-lamp aan ......................................................................................................... 90 Figuur 105: Start pagina visualisatie ........................................................................................ 91 Figuur 106: Visualisatie van de benden verdieping ................................................................. 91 Figuur 107: Visualisatie van de boven verdieping ................................................................... 92 Figuur 108 sporthal in 3D ....................................................................................................... 94 Figuur 109 sporthal in 2D ........................................................................................................ 94 Figuur 110 BK-G gasmeters .................................................................................................... 95 Figuur 111 DSZ12E kWh-meter .............................................................................................. 96 Figuur 112 Woltzman WS watermeter..................................................................................... 96 Figuur 113 functie blok gas ...................................................................................................... 97 Figuur 114 var retain en var persistent .................................................................................... 98 Figuur 115 overzicht scherm gasverbruik ................................................................................ 99 Figuur 116 overzicht maandverbruik ....................................................................................... 99 Figuur 117 functie blok elektriciteit ....................................................................................... 100 Figuur 118 screenshots elektriciteit verbruik ......................................................................... 101 Figuur 119 functie block water verbruik ................................................................................ 101 Figuur 120 visualisatie gasverbruik ....................................................................................... 103 Figuur 121 Elektrothermische bediening ............................................................................... 104 Figuur 122 Thermo-electric actuator met collector ................................................................ 104 Figuur 123 Fb_Hysteresis ...................................................................................................... 105 Figuur 124 Fb_Hysteresis in ST toegepast ............................................................................ 105 Figuur 125 magneet contact voor ramen ................................................................................ 106 Figuur 126 instellen centrale verwarming .............................................................................. 107 ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 11


___________________________________________________________________________ Figuur 127 overzicht centrale verwarming ............................................................................ 108 Figuur 128 mark g+ module heater ........................................................................................ 109 Figuur 129 vlinderklep voor hete lucht .................................................................................. 109 Figuur 130 instellen temperatuur zaal .................................................................................... 110 Figuur 131 overzicht verwarming heater ............................................................................... 111 Figuur 132 sturen van verlichting .......................................................................................... 111 Figuur 133 overzicht verlichting ............................................................................................ 112



___________________________________________________________________________

Gebruikte afkortingen en symbolen ISO : International Organization for Standardization OSI: Open Systems Interconnection ROI : Return Of Investment PLC: Programmable Logic Controller ST: Structural text CFC: Countinuous Function Chart PCB: Printed Circuit Board



___________________________________________________________________________

Inleiding Het doel van het eindwerk is om een energiemanagementsysteem te visualiseren. Het energieverbruik beperken en zuinig ermee omspringen is heel belangrijk in de hedendaagse wereld. Fossiele brandstoffen beginnen stilaan uitgeput te raken en de energieprijs blijft maar stijgen. Vooraleer men kan besparen op energie moet men weten wat het huidige verbruik is en dit is waar ons eindwerk over gaat, nl. oplossingen en methoden zoeken en toepassen om het energieverbruik te kunnen visualiseren en daaruit je conclusies halen. Wat volgt, is een studie van de verschillende slimme meters op de markt en een uitwerking van de uiteindelijke visualisatie voor een residentiële en industriële toepassing. Wij vonden dit project zeer interessant. Het heeft ons veel wijzer gemaakt over de sensortechniek bij PLC-modules. We waren aangenaam verrast dat de energieleveranciers in België al een aantal jaar bezig zijn om hun energiemeters zo te voorzien, dat ze digitaal uitgelezen kunnen worden. Het starten van de stageperiode was het moeilijkste gedeelte, energiemeters opzoeken die digitaal uitgelezen kunnen worden en de werking ervan snappen. Ook maakten we kennis met de openwereldstandaard knx en het WAGO gebeuren. We leerden ook werken met een totaal nieuw pakket met name CoDeSys. Het was wat zoeken in het begin, maar eens we het onder de knie hadden, ging het heel vlot om ermee te werken. Zo konden we verder bouwen in CoDeSys voor het visualiseren van energiemanagementsysteem voor een residentiële en industriële toepassing.



___________________________________________________________________________

Deel 1 : Voorstelling Elektromat

1 Situering

Figuur 1 Situering van Elektro.Mat - Domotic Lounge

Bedrijven:

Het bedrijf waar wij stage gelopen hebben is onderverdeeld in volgende onderdelen: DOMOTIC.LOUNGE ELEKTRO.MAT - Groothandel in KNX en Elektro-techniek

Adres:

Ringlaan 7 8501 Kortrijk-Heule

2 Beschrijving ELEKTRO.MAT is een bedrijf dat bestaat uit ELEKTRO.MAT en een service team, DOMOTIC LOUNGE, die het domotica concept is van ELEKTRO.MAT. ELEKTRO.MAT : Distributie van KNX en elektrotechniek DOMOTIC LOUNGE: Engineering & services voor KNX



___________________________________________________________________________ Wat is? ELEKTRO.MAT: 1. Groothandel in KNX domotica & elektrotechniek; 2. Eerste gecertificeerde KNX-groothandel in België; 3. Gespecialiseerd in de beste Duitse merken: GGK, Berker, Spelsberg, ABB BuschJaeger, … . DOMOTIC.LOUNGE: 1. Domotica concept van ELEKTRO.MAT; 2. Service tussen enerzijds eindklant/architect/bouwpromotor en anderzijds de aannemers (installateur elektriciteit en andere technieken); 3. Complete projectbegeleiding; 4. Belgisch marktleider in gebouwbeheer met KNX sinds 1997; 5. Volledig merkonafhankelijke KNX-integrator; 6. Oprichter en voorzitter van KNX Professionals Belgium.

3 Bedrijfsorganigram

Figuur 2 Bedrijfsorganigram Elektro.Mat & Domotoic Lounge



___________________________________________________________________________ Hannelore Verdonckt : Daevy Vanstaen : materiaal Wim Libbrecht : Tom Holvoet : Jan Verdonckt : Bart Van Elslander : Stéphane Courcelle : Jo Deceuninck : Sara Van Wesemael : Evelyn Grymonprez : Jasper Snoeck : Sanne Dewilde : Maarten Callebert : Wouter Sleeckx : Andreas : Vandenbussche : Joris Buyse Melanie Huysentruyt :

zaakvoerster hoofd DL Engineering, tertiaire projecten, aankoop KNXhoofd programmatieteam hoofd Elektromat boekhouding (tijdelijk vervangen door Hendrik) interne sales en aankoop EM verkoop buitendienst EM (installateurs, ook Franstalig) projectcoördinatrice residentiële markt DL projectcoördinatrice residentiële markt DL sales DL residentieel & marketing DL en EM DL Engineering - Solutions DL Engineering programmeur programmeur programmeur verantwoordelijke magazijn verantwoordelijke hygiëne & archivering



___________________________________________________________________________

Deel 2: Studie Smart Metering

1 Doel Het doel van ons eindwerk was oorspronkelijk het visualiseren van een Smart Metering concept op een touchscreen of pc door middel van een Wago-controller. Naarmate het eindwerk vorderde, kregen we de opdracht om ons energieverbruik te visualiseren. Hierdoor was het niet echt een smart metering meer, maar een energiemanagementsysteem. Wat volgt in dit deel is een studie van de technieken die men kan toepassen om het energieverbruik gemakkelijk binnen te lezen.

2 Wat is Smart metering? Het uitlezen van onze water- ,gas- en elektriciteitsmeters wordt nog altijd op dezelfde manier toegepast als vijftig jaar geleden. Het is de gebruiker zelf die zijn meterstand moet doorgeven aan de energieleverancier of de leverancier stuurt zelf een medewerker die de meterstand komt noteren. De problemen die hier voorkomen zijn foutieve meterstanden en de daaruit voortvloeiende foutieve facturen. Ook leveren deze meterstanden weinig bruikbare informatie op want ze zeggen niks over het consumptiepatroon van de afzonderlijke apparaten. Daarom werd een oplossing gezocht om de energiemeters zelf hun verbruik te laten doorzenden naar de energieleverancier, en zo een snellere en correctere verwerking te hebben met gevolg ook een betere administratie bij de leveranciers. Deze oplossing komt door "slimme meters" te implementeren in alle huishoudens en in de industrie. Met deze slimme meters kan de planning en evolutie van het verbruik dan ook veel beter in toom gehouden worden, als men het energieverbruik beter in de hand heeft kan men beter inschatten waarop men moet besparen. Waar men naar toe wil, is een eindafrekening per maand zoals je gsm rekening. Hier wordt ook je verbruik mooi en exact weergegeven in detail.



___________________________________________________________________________

3 Knx de wereldwijde openstandaard 3.1 Inleiding De mens begon eind van de 20ste eeuw en begin 21ste eeuw meer en meer naar comfort, veiligheid en energiebesparende middelen te streven. Meer comfort, veiligheid en energiebesparing, kan enkel met intelligente besturing- en controlesystemen bereikt worden. Nadeel hiervan is dat er echter meer bekabeling ontstaat van de sensoren en actuatoren naar de besturings- en controlecentrales. Deze massale bekabeling vertaalt zich in hogere ontwerpen installatiekosten. Het antwoord voor dit probleem: KNX , wereldwijd de enige open standaard voor huis- en gebouwenautomatisering.

3.2 Knx standaard De KNX standaard is gebaseerd op meer dan 20 jaar ervaring. Om de gegevensoverdracht van en naar alle componenten van het gebouwenautomatiseringssysteem te verzekeren kan men via KNX media (twisted pair, radio frequency, power line of IP/Ethernet) de busdeelnemers verbinden. Busdeelnemers worden hoofdzakelijk in twee groepen ingedeeld: sensoren en actuatoren (enkele voorbeelden verlichting, zonnewering, verwarming, ventilatie, airconditioning , beveiliging, …). KNX is als Internationale Standaard, Europese Standaard en als Chinese Standaard erkend. KNX producten van verschillende fabrikanten kunnen perfect met elkaar gecombineerd worden. Dit is waarom KNX wereldwijd de enige open standaard is voor alle toepassingen van huis- en gebouwenautomatisering.

3.3 Voordelen Energiebesparend: verlichting en verwarming zijn enkel aangeschakeld wanneer echt nodig (op basis van tijdsprofielen en fysieke aanwezigheden). Verder kan de verlichting ook automatisch op basis van de aanwezige daglichtintensiteit gestuurd worden om zo het energieverbruik tot het minimum te herleiden. Tijdsbesparing: het met elkaar verbinden van alle communicatieapparatuur via één bus bespaart zowel ontwerp- als installatietijd. Flexibiliteit en fit voor de toekomst: een KNX installatie kan op zeer eenvoudige wijze voor nieuwe toepassingen aangepast worden, ook nieuwe apparatuur kan zeer gemakkelijk aan een bestaande installatie gekoppeld worden.



___________________________________________________________________________

4 Smart Metering en KNX Een belangrijk gegeven bij KNX en Smart Metering is: pas wanneer men kan zien wanneer en waarvoor een bepaalde hoeveelheid energie verbruikt wordt, kan men er zuiniger mee omgaan, door bijvoorbeeld apparaten uit te zetten of het gebruik te verplaatsen naar een tijdstip waarop een goedkoper tarief van toepassing is. Ook wil KNX gegevens weten over het gebouw waarin de Smart Metering toegepast wordt. Deze gegevens vertellen iets over de ruimtes in het gebouw: hoe vaak wordt de ruimte benut, wat is het aantal personen, de instelling van de kamertemperatuur en ventilatie, stand van de zonnewering en het openen of sluiten van deuren. De oplossing die KNX biedt, bestaat uit een visualisatiedeel en een automatiseringsdeel, deze worden dan aangevuld met de meting van het energieverbruik. Deze oplossing biedt een actief energiemanagement. In dit concept is een belangrijke rol weggelegd voor het terugwinnen van de investering (ROI). De investering zal terugbetaald worden door een daling van de energiefactuur.

5 Slimme energiemeters 5.1 Inleiding Bij slimme meters kunnen we twee groepen onderverdelen. We kunnen de bestaande analoge draaimeter digitaliseren door een digitaal afleesapparaat (=sensor) erop te plaatsen en zo de meter "slim" te maken of we hebben de nieuwe soort energiemeters met ingebouwde informatie- en communicatietechnologie. Bij deze soort energiemeters is het apparaat zelf "slim" genoeg om zijn data door te spelen aan bijvoorbeeld een pc of database.

5.2 Sensoren Wat volgt is een bespreking van de sensoren die gebruikt worden om analoge energiemeters te digitaliseren. Deze sensoren geven een pulsuitgang en als we weten hoeveel het verbruik is per puls, kunnen we exact het energieverbruik bepalen.

5.2.1 Optische sensor TCOPT01

Figuur 3 Optische sensor TCOPT01



___________________________________________________________________________ Werking optische Sensor: Een optische sensor heeft twee belangrijke delen: een zender en een ontvanger. Het hoofdgedeelte van de zender bestaat uit een lichtbron, meestal een LED. De golflengte is ongeveer 900 nm (infrarood). Het licht van de LED wordt door een lens gebundeld en uitgestraald. Wanneer het licht weerkaatst wordt op een voorwerp, dan activeert het een ontvanger, meestal een fototransistor of –diode. De lichtstraal bestaat gewoonlijk uit impulsen van rond de 1000 Hz . Door het gebruik van een gemoduleerde lichtbron (infrarood) is de sensor niet gevoelig voor omgevingslicht. Op onderstaande figuur zien we een overzicht van de verschillende golflengtes van licht waarneembaar voor het menselijk oog:

Figuur 4 Zichtbare golflentes

Het zichtbare spectrum bevindt zich tussen de 380 nm en 780 nm. Rood heeft de grootste golflengte en violet de kleinste golflengte. Bij golflengtes groter dan 780 nm spreekt men van infrarood licht, bij golflengtes onder de 380 nm van ultraviolet licht. Beide zijn niet waarneembaar voor het menselijk oog. Daarom wordt bij een optische sensor gekozen voor infrarood licht omdat deze niet verstoord kan worden door omgevingslicht.

5.2.2 Magneetveld sensoren Hierin worden de twee principes uitgelegd hoe magneetveld sensoren werken. We kunnen dit doen met een Hall-sensor of met een reed-switch sensor. 5.2.2.1 Hall-effect Een elektron e- beweegt tegen de zin van een elektrisch veld, in een vacuüm ruimte.

Figuur 5 Homogeen elektrisch veld

Een elektron in een magnetisch veld ondervindt een Lorentzkracht. Deze kracht staat loodrecht op het veld B en loodrecht op de stroom I. Dokter Edwin Hall ontdekte in 1879 dat de samenstelling van de Lorentzkrachten er voor zorgt dat er een stroomverdringing plaats vindt. Hierdoor ontstaat een potentiaal verschil die gemeten kan worden. Dit verschijnsel is een gevolg van de Lorentzkracht die door het ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 21


___________________________________________________________________________ magnetisch veld op de elektronen uitgeoefend wordt. De elektronen onderhevig aan de Lorentzkracht worden naar links geduwd. Dit potentiaal verschil is gelijk aan de Hall spanning die ontstaat.

Figuur 6 Halfgeleider plaatje

Het elektrisch veld tussen de twee langszijden zal op een bepaald ogenblik een even sterke kracht naar rechts op de elektronen uitoefenen als het magnetisch veld naar links. Het systeem is dan in evenwicht. De Hall-spanning bereikt dan een bepaalde waarde, die evenredig is met I en B en omgekeerd evenredig met de dikte van het plaatje. Voor een ∞ lange plaat is de gegenereerde spanning:

Met RH = Hall-coëfficiënt jx = stroomdichtheid B = het te meten magnetisch veld w = breedte

Met I = de instelstroom w = de breedte t = de dikte van het plaatje

Voor een kortere plaat moet een correctiefactor G in rekening gebracht worden: ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 22


___________________________________________________________________________

Met G: 0 < G < 1 Voor een kortgesloten plaat is G=0, voor een oneindig lange plaat G=1. Op onderstaande foto een voorbeeld van zo'n sensor die werkt volgens het Hall-effect:

Figuur 7 Hall sensor MM08

5.2.2.2 reed-switch Een basis reed-switch (magneetschakelaar) is een schakelaar die schakelt wanneer er een magnetisch veld is. Het bestaat uit platte ferromagnetische contacten in een glazen buisje die elkaar overlappen met wat plaats tussen. Het buisje is gevuld met edelgas zodat het schakelen van stromen de schakelcontacten niet aantast, omdat er geen of nauwelijks vonken ontstaan. Wanneer er een magnetisch veld gegenereerd wordt bij de reed-switch, zullen de overlappende uiteinden reed-contacten tegengestelde magnetische polen worden, waardoor ze elkaar aantrekken. De stijfheid van deze contacten zorgt ervoor dat de reed-contacten terug uit elkaar gaan. De reed-contacten hebben last van hysteresis, wat wil zeggen dat er voor de schakelaar te sluiten een iets groter magnetisch veld nodig is dan het magnetisch veld die nodig is om het tot stand te houden.

Figuur 8 Voorstelling van een reed-switch

Figuur 9 Werking van een reed-switch (open en gesloten



___________________________________________________________________________

Figuur 10 Voorbeeld van reed-switch

5.2.2.3 Hall-sensor vs reed-switch Als men de keuze moet maken tussen een Hall-sensor of reed-switch, dan is de keuze snel gemaakt. Bij reed-switches kan er namelijk na een paar jaar sprake zijn van metaal moeheid te wijten aan het mechanisch contact die telkens gemaakt wordt tijdens het schakelen ervan. Een Hall-sensor daarentegen maakt geen mechanisch contact dus kan er hier geen metaal moeheid optreden. Een Hall-sensor is door deze reden de beste keuze.

5.2.3 Dopplereffect De frequentie van het gereflecteerd geluid van een voorwerp hangt niet alleen af van de frequentie van de geluidsbron maar ook van de bewegingstoestand van de geluidsbron en die van de waarnemer t.o.v. de geluidsbron. Zijn de snelheid van de bron en snelheid van de waarnemer gelijk aan elkaar, dan wordt de waargenomen frequentie alleen bepaald door de frequentie van de geluidsbron en de voortplantingssnelheid in het medium. Beweegt de bron in de richting van de waarnemer, dan zal de waargenomen frequentie hoger zijn dan die van de geluidsbron. Beweegt het voorwerp in de andere richting (tegengestelde richting),dan zal de waargenomen frequentie lager zijn dan die van de geluidsbron. Dit heet hetDopplereffect.

Figuur 11 Dopplereffect

De waargenomen frequentie kan eenvoudig bepaald worden me volgende formule:

Deze formule is van toepassing wanneer de waarnemer en de bron bewegen tegenover het medium met: ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 24


___________________________________________________________________________     

is de frequentie van de golf die de bron uitzendt; is de frequentie van de golf die de waarnemer ontvangt; is de snelheid waarmee de waarnemer zich beweegt in de richting van de bron of van de bron weg; de snelheid waarmee de bron beweegt in de richting van de waarnemer of van de waarnemer weg; voortplantingssnelheid van de golf in het medium.

De snelheid is positief wanneer de waarnemer zich beweegt in de richting van de bron en negatief in de tegenovergestelde richting. Voor geldt net hetzelfde principe maar dan is het de bron die zich beweegt tegen over de waarnemer.

5.2.4 Ultrasone niveau detectoren Ultrasone energie begint vanaf 20kHz tot enkele MHz. In de praktijk wordt 40kHz het meest gebruikt. Ultrasone energie kan worden opgewerkt door: 1°) piëzo-elektrische stoffen: bv. Piëzo- kristal; 2°) magnetostrictief effect; 3°) elektrostrictief effect. Een ultrasone sensor bestaat uit een zender en een ontvanger. De zender genereert de ultrasone trilling, de ontvanger detecteert de trilling. Zender en ontvanger kunnen in dezelfde behuizing gestopt worden of gesplitst worden. Verder kunnen we ultrasone detectoren in verschillende groepen onderdelen 1°) Volgens behuizing: - Enkel element; - Dubbel element. 2°) Volgens detectieprincipe: - Binaire sensor; - Meetsensor. 5.2.4.1 Binaire ultrasone sensor Deze methode is enkel toepasbaar voor vaste vloeistoffen, korrelachtige vloeistoffen zijn net iets moeilijker detecteerbaar. Het principe is zeer eenvoudig. Een ultrasone sensor bestaat uit een zender en ontvanger. De zender genereert een ultrasone trilling en de ontvanger detecteert de trilling. Wanneer er geen vloeistof aanwezig is, dan is er een ultrasone trilling aanwezig en zal de ontvanger deze kunnen detecteren. Als er een vloeistof aanwezig is, dan wordt de ultrasone trilling gedempt en detecteert de ontvanger de ultrasone trilling niet. De uitgang van deze sensor is dus een hoog- of laagniveau („1‟ of „0‟) , vandaar de naam binaire ultrasone sensor. De volgende opstellingen zijn mogelijk (zie figuur op volgende pagina). Sensor A detecteert als de tank vol is. Met de opstelling van sensor C en D is het mogelijk te weten te komen of de vloeistof wel of niet een bepaald niveau overschrijdt. Sensor B bevindt zich aan de buitenkant van de tankwand. Hierdoor trilt de gehele tankwand mee en wordt de .___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 25


___________________________________________________________________________ trilling gedempd als de vloestof aan de binnekant op niveau van sensor B staat. Het voordeel hier van is dat de sensor niet contact komt met de vloeistof.

Figuur 12 Opstelling van de binaire ultrasone sensor

5.2.4.2 Ultrasone meetsensor De ultrasone meetsensor werkt volgens het echoprincipe. Een ultrasone golf wordt uitgezonden en reflecteert op de spiegel van de vloeistof. Door deze reflectie op de vloeistofspiegel kan de ultrasone golf door de ontvanger terug gedetecteerd worden. Uit de tijd die nodig is tussen het zenden en ontvangen van de golf kan de afstand berekend worden. De sensor kan zowel boven als onder de vloeistofspiegel geplaatst worden. Het is beter om de sensor boven de vloeistof te plaatsen zodat het niet in contact komt met de vloeistof. Een nadeel is echter dat er meer energie nodig is om de ultrasone golf door de gasomgeving te zenden.

Figuur 13 Ultrasone meet-niveau sensor

Met volgende formule kan de afstand berekend worden tussen de sensor en de vloeistof.

  

Met l de afstand in meter tussen de sensor en de vloeistof; is de tijd in seconden tussen de vertrekkende golf en de gereflecteerde golf; c de snelheid van het geluid.

De geluidssnelheid waarmee geluidstrillingen zich voortplanten is afhankelijk van de compressiemodulus en de dichtheid van het medium. Compressiemodulus is een ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 26


___________________________________________________________________________ materiaalconstante die aanduiding geeft van de volumeverandering die ontstaat bij aanleggen van hydrostatische spanning.

Voor lucht bij kamertemperatuur (20 °C) is de geluidssnelheid circa 343m/s. Met deze methode kun je eenvoudig de inhoud van een water tank weergeven. Als voorbeeld een tank met hoogte 3 meter. De tijd tussen het zenden en ontvangen van het ultrasone geluid is 10ms.

Figuur 14 Ultrasone meetniveau sensor

De hoogte van de vloeistof is dus 3meter - 1,715 meter en dus gelijk aan 1,285 meter. De inhoud van de tank bedraagt nog 42,8% van zijn volle capaciteit.

5.2.5 Temperatuurssensoren 5.2.5.1 De Pt100 en Pt1000 De pt100 is één van de meest voorkomende temperatuursensoren. Het is de meest gebruikte sensor bij industriële temperatuursmetingen. Dit omdat de Pt100 eenvoudig aan te sluiten is, een lange levensduur, een groot meetbereik (-200°C tot 850°C) en een nagenoeg lineair gedrag heeft. De fijne weerstandsdraad van de Pt100 is gemaakt van platina materiaal. Vandaar ook de afkorting Pt die van het metalen materiaal platina verwijst. Het getal 100 duid de elektrische weerstandswaarde van 100 ohm aan, die de Pt100 heeft bij 0°C. Zo is bij een Pt1000 de weerstandswaarde 1000 ohm bij 0°C. Het materiaal platina heeft een groot meetbereik van 200°C tot 850°C. Weerstandsdraden voor temperatuur sensoren is ook uit andere materialen verkrijgbaar. Ni100 is hier een voorbeeld van. Ni100 is gemaakt van nikkel materiaal. Met Nikkel als weerstandsdraad heeft men een meetbereik van 60°C tot 180°C en het is gevoeliger dan platina.



___________________________________________________________________________ Om de weestand van Pt100 te meten, zal het meettoestel een kleine stroom door de Pt100 sturen. Deze stroom moet klein zijn, zodat de Pt100 zelf niet zou opwarmen. Meestal wordt er gekozen voor een stroom van 1mA of kleiner. De spanning die dan over de klemmen van de Pt100 staat, is dan een maat voor de weerstandswaarde van de Pt100. Bij het meten van een Pt100 wordt niet enkel de Pt100, maar ook de aansluitdraden gemeten. Dit zorgt echter voor een fout bij de meting en hoe langer de draad hoe groter de deze fout is. Bij een Pt1000 is deze weerstand van de draad al meer verwaarloosbaar, omdat de weerstand van de Pt1000 al groot is.

Figuur 15 Aansluitmogelijkheden Pt100

Bij de tweedraadsaansluiting wordt de weerstand van de draad ook gemeten en maak je dus fout. Om deze fout te vermijden, wordt er gebruik gemaakt van een driedraadsaansluiting. De drie draadsaansluiting wordt het meest toegepast. Tussen de eerste en derde aansluitdraad meet men de weerstand van de Pt100 en de weerstand van de aansluitdraden zelf. Tussen de eerste en tweede aansluitdraad meet men alleen de weerstand van de aansluitdraden. De weerstandswaarde van de eerste en derde aansluitdraad van de pt100 zal ongeveer dezelfde waarde hebben als de weerstand tussen de eerste en tweede aansluitdraad. Als men deze twee meetwaarden van elkaar aftrekt, bekomt men enkel de weerstandwaarde van de Pt100. De vierdraadsaansluiting is voor precieze metingen. Door twee aansluitdraden wordt een stroom van kleiner dan 1mA (dit om opwarming te voorkomen) door de Pt100 gestuurd. Via de andere twee leidingen meet men de spanning die over de Pt100 staat. De meter die gebruikt wordt om deze spanning te meten heeft een hoge ingangs- impedantie. De stroom die door deze aansluitdraden loopt is dus verwaarloosbaar als ook de spanningsval erover. Via de wet van Ohm (U=I.R) kan zo de weerstandswaarde bepaald worden. Men weet de stroom die door deze Pt100 gaat en men meet de spanning erover. 5.2.5.2 PTC- en NCT- weerstanden Een thermistor is een totaal ander meetprincipe dat niet met de Pt100 verward mag worden. Een belangrijk verschil is het nagenoeg lineaire verband tussen temperatuur en weerstandswaarde van de Pt100. Een PTC- en NTC weerstand is een voorbeeld van een thermistor. Een PTC-weerstand is een weerstand met een positieve temperatuurscoëfficiënt. Dit betekent dat de elektrische weerstand toeneemt naarmate de temperatuur stijgt. Het verband tussen de weerstandswaarde en de temperatuur is niet lineair. Een NTC- weerstand ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 28


___________________________________________________________________________ daar in tegen is een weerstand met negatieve temperatuurscoëfficiënt en zal dus in weerstandswaarde afnemen als de temperatuur stijgt. PTC- weerstanden worden bijvoorbeeld gebruikt als temperatuur beveiliging in elektrische apparaten. PTC- en NTC-componenten worden meestaltoegepast als beveiliging. Een PTC- weerstand wordt in serie met eenbelasting geschakeld. Bij normale werk temperatuur zal het elektrisch toestel zijn normale werking uitvoeren. Echter wanneer de temperatuur oploopt, zal de weerstandswaarde van de PTC sterk toenemen in waarde en zo de stroom die door het apparaat vloeit sterk verminderen. De NTC wordt ook gebruikt als een sensor voor temperatuursmetingen. De niet-lineaire karakteristiek dient dan wel gecompenseerd te worden. Het meetbereik is niet echt groot, gewoonlijk van -40 tot 150 °C, maar voor huis-, tuin- en keukentoepassingen is dit meer dan voldoende. De NTC zal bij stijgende temperatuur sterk van weerstandswaarde verminderen. Hierdoor kan men uit de weerstandswaarde nauwkeuriger de temperatuur halen omdat de weerstand meer veranderd in waarde dan bij een Pt100.

Figuur 16 NTC karakteristiek

Figuur 17 PTC karakteristiek



___________________________________________________________________________

5.3 Slimme gasmeters 5.3.1 Bestaande analoge gasmeters digitaliseren 5.3.1.1 Met behulp van optische sensor TCPOPT01 Voorwaarde: spiegeltje op 1 van de telwielen van je gasmeter. Meestal zit er een spiegeltje op cijfer 6 of 0 van het laatste draaiwiel. Heeft je gasmeter dit spiegeltje niet, dan kan je deze methode niet toepassen.

Figuur 18 Analoge gasmeter met spiegeltje op laatste telwiel

Er gebeurt een reflectie van infrarood licht als „6‟ passeert (laatste tel wiel). Hierdoor krijgen we een puls aan de uitgang van de optische sensor. Als we deze pulsen tellen, kunnen we exact het gasverbruik opmeten. We weten ook dat één volledig toer 0,010m³ (10cm³) gas verbruikt. Dus per puls dat we krijgen (door positieve flank detectie) 0,01m³ gas bijtellen.

Figuur 19 Gasmeter met optische sensor TCOPT01 bevestigd



___________________________________________________________________________ 5.3.1.2 Met van behulp van reed-switch of Hall-sensor Bij de installatie van aardgas worden tegenwoordig allemaal gasmeters gebruikt die kunnen worden gebruikt voor digitale uitlezing. Ze zijn voorzien van een permanente magneet voor pulsgeneratie.

Figuur 20 G4 gasmeter Elster

Figuur 21 G6 gasmeter Elster

Bij alle twee deze gasmeters zit een magneet die meebeweegt met de teller. Dit met later de bedoeling om deze impulsen te meten. Op beide gasmeters staat er vermeld: 1 impuls = 0,01m³ Elster heeft een low frequency pulse transmitter gemaakt die je op dergelijke gasmeters kan plaatsen. De IN-Z62 is hier een voorbeeld van en is gemaakt voor gasmeters van het type BKG1,6 tot BK-G100.

Figuur 22 Frequency pulse transmitter van Elster



___________________________________________________________________________ Een pulsmagneet in het eerst bewegende index wiel activeert een reed switch in de pulV e transmitter. Via een tweede reed-switch in de pulse transmitter kan er magnetisch geknoei of een onderbreking van de kabel gedetecteerd worden. De tweede reed switch is een normaal gesloten contact. Wanneer er geknoeid wordt door een externe magneet bij de pulse transmitter te plaatsen, zal deze reed-switch open gaan en weet je dat de meetwaarden niet meer kloppen.

Figuur 23 Pulse transmitter van Elster (in detail uitwerking)

Om zelf nu proberen deze pulsen binnen te lezen, moeten we gebruik maken van sensoren die een magnetisch veld detecteren. Dit kan bijvoorbeeld een hall sensor of een reed-sensor zijn.

Figuur 24 Gasmeter met reed-switch

Figuur 25 Gasmeter met Hall-sensor



___________________________________________________________________________

5.3.2 Digitale gasmeter EGZ G4 Swiss Gas Metering

Figuur 26 EGZ G4 Gasmeter

Deze gasmeter is beschikbaar met een RS232 , draadloze of draadloze interface. Er is een microcontroller aanwezig in het apparaat die de meterstanden controleert en ze afbeeldt op het display. Meter principe: De elektronische gasmeter is gebaseerd op state-of-the-art CMOS sensor technologie. De sensor bestaat uit twee temperatuursensoren (t1,t2) rondom een microverwarmingselement in symmetrisch orde. Als er geen gas stroomt over het sensorelement dan meten de twee temperatuur sensoren dezelfde temperatuur, dit wil zeggen dat Δt=t2-t1= 0 en bijgevolg er geen gas vloeit. De temperatuur symmetrie zal verstoord worden zodra er gas stroomt over het sensor element,dit zal een verschil in temperatuur veroorzaken tussen de twee probes (Δt ≠ 0) en dit zal vervolgens omgezet worden in gasstroom. Er stroomt maar een klein deel van het gas door het micro-element en is nauwkeuriger daarom (ca. 1%).

Figuur 27 Gasstroom door micro-element



___________________________________________________________________________ In onderstaande figuren een duidelijk overzicht van de gasstroom:

Figuur 28 Detail uitwerking EGZ gasmeter

We zien dus dat de temperatuur over het tweede element stijgt als er gas doorvloeit wat zal relateren in een hogere Δt en een bijhorende gasstroom.



___________________________________________________________________________

Figuur 29 EGZ Gasmeter met RS232- of USB interface

5.4 Watermeters 5.4.1 Bestaande analoge watermeters digitaliseren 5.4.1.1 Watermeter met Hall-sensor We kunnen terug de bestaande watermeter digitaliseren door een Hall-sensor te plaatsen op onze watermeter. Merk op: de watermeter moet hiervoor voorzien zijn met een magneet die meedraait met het laatste telwiel van je watermeter. Heeft deze dit niet dan kan je deze niet toepassen.

Figuur 30 Watermeter met Hall-sensor MM 08

Bij deze toepassing krijgen we een halve liter per impuls. Dit kan verschillend zijn bij andere types watermeters.



___________________________________________________________________________ 5.4.1.2 Watermeter met Reed switch We kunnen ook een reed switch bevestigen op de waterteller van het stadswater. De groene pijl geeft aan waar de reed switch bevestigd kan worden.

Figuur 31 Stadswater teller met reed contact

5.4.2 Watermeters met pulsuitgang (ingebouwd reed switch) 5.4.2.1 Siemens watermeters Siemens biedt watermeters aan met een ingebouwde reed switch. Deze bestaan voor koud water tot 30°C en warm water tot 90°C.

Figuur 32 Siemens watermeter met impuls uitgang

Principe: Bij deze watermeters krijgen we een puls op de uitgang door middel van een reed-switch die sluit. Als er koud of warm water door de meter stroomt, draait het vleugelrad. De roterende beweging wordt via een magneetkoppeling overgebracht naar het telwerk en sluit dus een reed contact. Deze pulsen kunnen we dus tellen (door middel van positieve flank detectie). We weten dat 1 cijferverdraaiing = 1 liter, één puls = 10liter water. Dus er is een magneetje bevestigd op het laatste telwiel. Deze watermeters bestaan in verschillende connectie types (ISO 228) en ook optioneel met een NAMUR-contact. Een NAMUR-schakeling maakt detectie van kabelbreuk of kortsluiting mogelijk,dit door berekening van de weerstandswaarden. ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 36


___________________________________________________________________________

Figuur 33 Uitwerking NAMUR-schakeling

Siemens heeft watermeters voorzien van een NAMUR-schakeling. Deze NAMURschakeling is speciaal ontworpen om kabelbreuk te detecteren. Bij een watermeter zonder NAMUR-schakeling is bij kabelbreuk de weerstand oneindig en bijgevolg gelijk aan de open toestand van de reed-switch. Bij een watermeter met NAMUR-schakeling daarentegen zal bij een kabelbreuk, de weerstandswaarde gelijk zijn aan oneindig. We hebben drie verschillende toestanden: 1. De reed-switch is open: de weerstandswaarde van deze schakeling bedraagt nu 5,6kohm

2. De reed-switch is gesloten. Nu krijgen een parallel schakeling van 2 weerstanden. De weerstandwaarde bedraagt nu 1,6kΩ

3. Een derde toestand is wanneer de weerstandwaarde gelijk is aan oneindig. Hieruit kan men besluiten dat men te maken heeft met kabelbreuk.



___________________________________________________________________________ Verschillende connecties:

Figuur 34 Verschillende types Siemens watermeters

G1 = 33.249 mm = 3,3249 cm G3/4 = 26.441 mm = 2,6441 cm QN = nominaal debiet : 1.5 m3/h = 1500 liter per uur 2.5 m3/h = 2500 liter per uur 5.4.2.2 NZR watermeters

Figuur 35 NZR watermeter

Principe: Deze werkt ook met een reed-switch sensor. Bij deze watermeter krijgen we één puls per liter water die vloeit. Kenmerken: -

1 stroomrichting meter; Temperatuur water tot 30°C (koud) en 90°C (warm); Impuls uitgang met 1 liter / impuls; Geïntegreerd module slot voor communicatie doeleinden; Horizontaal of verticale plaatsing.



___________________________________________________________________________

Figuur 36 Verschillende types

Figuur 37 Tabel met overzicht types

We hebben dus eigenlijk 3 verschillende connectie types : qp12= 1,5 = 1500 liters/uur qp3=2,5= 2500liters/uur qmin = 30 l/uur(qp12) en 50 l/uur (qp3) qmax = 3000 l/uur(qp12) en 5000 l/uur (qp3) Nominale diameter = 15mm(qp12) en 20 mm (qp3) Verbinding: ¾ = 26.441 mm = 2,6441 cm ½ = 20.955 mm = 2,0955 cm



___________________________________________________________________________ 5.4.2.3 Woltzman watermeters 5.4.2.3.1 Woltzman watermeters voor hoge debieten WS horizontaal

Figuur 38 Woltzman WS watermeter

Figuur 39 Principe figuur

Werking: Het water stroomt door de turbine in een S-vorm van de bodem naar de top. Tijdens een laag debiet stroomt het water alleen door de tweede meter, als het debiet toeneemt opent de hoofdmeter door een klep die geopend wordt en stroomt het water door alle 2 de meters. Kenmerken: -

Kan een laag debiet ook opmeten door ingebouwde light barrier; Horizontale plaatsing; Diameter tot maximum 15 cm. (150mm); Hoge druk design (tot 40bar),nominaal 16bar; Impuls uitgang via reed contact (tot 1000 liter/imp) voor een hoog debiet en via impuls generator light barrier ( tot 10 liter/impuls) voor een laag debiet.

Impuls generator light barrier werkt met een zender en ontvanger, aan deze ontvanger hangt een indicatie unit die een puls produceert als er een obstakel is in het pad tussen de zender en ontvanger.



___________________________________________________________________________ Technische data:

Figuur 40 Overzicht verschillende types

Vb : Bij diameter van 50mm : Qmin = 0,15m3 h= 150 liter/h Qmax(constant) = 20000 liter/h Qnominal = 15000 liter/h



___________________________________________________________________________ 5.4.2.3.2 Woltzman watermeter hele hoge debieten Toepasbaar voor in: -

scholen; kantoorgebouwen; toevoerlijnen voor kleine residentiële plaatsen.

De WPV : Compound Woltzman meter

Figuur 41 Woltzman WPV watermeter

Deze watermeter is gekarakteriseerd door zijn hoge meet nauwkeurigheid en het lage drukverlies tijdens het maximum debiet. Kenmerken voor deze watermeter zijn: -

Voor een hoog debiet (tot 325.000 liter/uur); Extreem wijd meet gebied; Voor koud water tot 30°C; Voor een laag start debiet en een hoog rendement.



___________________________________________________________________________ Technische data:

Figuur 42 Overzicht verschillende types



___________________________________________________________________________

5.5 Elektriciteitsmeters 5.5.1 Bestaande kWh-meter digitaliseren met optische sensor TCPOPT01 Met de optische sensor te bevestigen op de draaischijf van een kWh-meter kunnen we het merkstreepje op de draaischijf detecteren. Voorwaarde is wel dat er voldoende verschil in reflectie moet zijn tussen het te detecteren element en de ondergrond waarop dit is aangebracht.

Figuur 43 kWh met optische sensor TCPOPT01

Op de analoge kWh-meter staat er vermeld hoeveel omwentelingen de ronddraaiende schijf maakt voor 1kWh. Dit kan bijvoorbeeld 600 omwentelingen voor 1kWh zijn dus 600 pulsen per kWh.

Figuur 44 Analoge kWh-meter



___________________________________________________________________________

5.5.2 kWh meters met pulsuitgang Tegenwoordig vind je veel kWh-meters terug met een pulsuitgang. Deze pulsuitgang kan dan verbonden met een digitale ingang van een WAGO controller. Op de meters staat er vermeld hoeveel pulsen per kWh deze meter geeft. Hoe meer pulsen hoe nauwkeuriger het meetbereik is. Hieronder zie je een afbeelding van kWh-meters met een puls uitgang.

Figuur 45 Elektronisch kWh-meter voor DIN-rail van Eltako

Figuur 46 Elektronische kWh-meter van NZR

5.5.3 De 3 fasige vermogen module Wago biedt een module aan die het vermogen, spanning en stroom kan meten. Met deze module kunnen maximum drie fasen gemeten worden. Deze module is verkrijgbaar in twee uitvoeringen:  

750-493 (max. 1A) 750-493/000-001 (max. 5A)



___________________________________________________________________________

Figuur 47 3-Phase Power Measurement Module van Wago

De spanningen worden gemeten via L1,L2,L3 en N. De stromen gaan eerst door stroomtransformators die in ster geschakeld zijn. Dit omdat de 750-493 maar stromen aan kan van maximum 1A ( 5A). Deze stromen worden dan via IL1, IL2, IL3 en IN gemeten. Voor elke fase kunnen we het volgende meten met de 3-fase power measurement module:    

Stroom (I, Imax, , Imin ); Spanning (U, Umax, Umin ); Actief vermogen P (P, Pmax, Pmin met P= U.I.cosφ; Arbeid in (Wh) (W=P.t).

Het schijnbaar vermogen, reactief vermogen of cos φ waarde kan niet opgevraagd worden. Deze waarden kunnen gemakkelijk berekend worden met de waarden die wel kunnen opvragen.

Figuur 48 Vermogen driehoek

Als we de stelling van Pythagoras toepassen op de vermogen driehoek weten we dat:



___________________________________________________________________________ Een perfecte cos phi heeft een waarde van 1. Dit is praktisch onhaalbaar, maar bedrijven streven er wel naar toe door deze cos phi factor zo hoog mogelijk te krijgen door condensatorbatterijen te plaatsen.

5.6 Caloriemeters 5.6.1 Theorie calorie meting Via caloriemeting kan het volgende bepaald worden:     

hoeveel energie er nodig is om het warm water op te warmen die je bijvoorbeeld nodig hebt om je te gaan douchen; hoeveel energie er nodig is om via de centrale verwarming je huis op te warmen; hoeveel energie je radiator af geeft om de kamer op te warmen; hoeveel de zonneboiler opbrengt; enz. .

Het is dus een belangrijk gegeven bij Smart Metering. Hoe dit gedaan wordt kan met volgend voorbeeld worden weergegeven: hoeveel energie de radiatoren afgeven aan de langsstromende lucht bij een centrale verwarming wordt bepaalt met volgende formule. ΔQ = m.c. ΔT  

 

ΔQ is hier de hoeveelheid thermische energie in kcal of Joules; Met c de soortelijke warmte van een bepaald materiaal in J/kg K (joule per kilogram Kelvin) of J/kg.°C (joule per kilogram graad Celsius). Bijvoorbeeld: voor water is dit 4186 J/kg.°C; m is de massa in kg; ΔT de verandering in temperatuur (T1 en T2) in °C of K.

Met bovenstaande formule kan de hoeveel warmte Q worden berekend. Door de massa m te vervangen door de massastroom qm (kg/s) kan de formule als volgt geschreven worden: Φ = qm. c. ΔT Met deze formule kan de warmtestroom Φ berekend worden in J/s of W. Om nu de hoeveelheid warmte te berekenen dat een circulerende vloeistof die door de radiator gaat afstaat aan langsstromende lucht, hebben we een aantal gegevens nodig: het temperatuursverschil (ΔT) tussen de vloeistof die naar de radiatoren gaat en terugkeert en de massastroom (qm) die in de leiding aanwezig is in kg/s. Als je aanneemt dat 1 liter water, 1 kg weegt mag hier de volumestroom (qv) in l/s ingevuld worden. De soortelijke warmtecapaciteit van water is 4186 J/kg.°C, als er antivries of andere vloeistoffen hiermee toegevoegd worden, zal je dit in rekening moeten houden voor het bepalen van de soortelijke warmtecapaciteit. ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 47


___________________________________________________________________________

5.6.2 Praktisch uitwerken via wago controller In de praktijk kunnen de gegevens als volgt bepaald worden. Een flowsensor (=debietmeter) die nodig is om de hoeveelheid vloeistof die door de leiding stroomt (qm in kg/s)te bepalen, daarnaast zijn er twee temperatuursensoren nodig om het temperatuursverschil (ΔT) te meten van de doorgaande vloeistof die naar de radiatoren stroomt en terug kerende vloeistof die naar de cv- ketel terug vloeit. De soortelijke warmte c is een constante en hoeft maar 1 keer bepaald te worden. Zo kan met behulp van bovenstaande formule de energie bepaald worden dat een radiator afgeeft. Om dit volledig met een Wago-controller te kunnen doen kan men twee PT1000 gebruiken als temperatuursensoren. Er zijn uitvoeringen van PT1000 die rond een buis kunnen bevestigd worden. Zo is het mogelijk om de temperatuursverschil te meten. Het voordeel hiervan is dat er geen aanpassing moeten gedaan worden zoals extra tussenstukken in leidingen steken. Een nadeel is dat de temperatuur die zo gemeten wordt iets lager gaat is dan de werkelijke temperatuur die de vloeistof heeft. Dit verschil is echter te verwaarlozen. Een voorbeeld van zo‟n Pt1000 sensor die men rond een buis kan bevestigen, zie op de volgende figuur.

Figuur 49 Pt1000 buisaanleg- temperatuurvoeler

Als debietmeter kan een simpele watermeter gebruikt worden die per liter een x aantal pulsen stuurt. Hieruit is het mogelijk het huidig verbruik uit te halen. Het huidig verbruik( bijvoorbeeld liters/min) kan bepaald worden door de tijd tussen twee pulsen te bepalen. Er bestaan functie blokken die dit echter al doen zoals de Fb_ImpulseCounter in de Library van HVAC waaruit het huidig verbruik kan gehaald worden.



___________________________________________________________________________

5.6.3 Bestaande caloriemeters Er bestaan tegenwoordig veel soorten caloriemeters. De basis van een calorie meter bestaat vooral uit 2 temperatuursensoren en een flowmeter. Met deze gemeten waarden worden berekeningen gemaakt waardoor de energie opbrengst of verlies kan weergeven worden in kW of W. De LRF-2000F is hier een voorbeeld van. Via deze meter is het mogelijk om het calorieverbruik, de temperaturen van de heengaande en terug gaande buis en flow rate te achterhalen. Om dit allemaal nauwkeurig te bepalen is het belangrijk om heel wat instellingen vooraf te doen zoals: uit welk materiaal bestaat de leiding, welke vloeistof zit er in de leiding, dikte van de wand, enz. Deze instellingen worden allemaal gedaan om de caloriemeting zo nauwkeurig mogelijk uit te voeren.

Figuur 50 De LRF-2000F calorie meter

De LRF-2000F slaat automatisch het dagtotaal op en houdt dit bij voor de laatste 64 dagen. Dit geldt ook voor de maandtotalen die 32 maanden bijgehouden worden. Al deze gegevens kunnen digitaal uitlezen worden via de RS-485 interface, waardoor het communiceren met PC of Wago-controller met een RS485-module eenvoudig te realiseren is.

Figuur 51 Aansluiten van de LRF-2000F



___________________________________________________________________________

6 M-Bus 6.1 Inleiding M-bus is een low cost systeem voor in woningen en industriële gebouwen. Het werd ontworpen om de nood in te vullen van een systeem dat op afstand voorzieningsmeters kan uitlezen (vb. meten verbruik gas of water in een huis). Deze bus vervult de speciale voorwaarden van op afstand gevoede of batterij gestuurde systemen (inclusief consumptie voorzieningsmeters). De meters brengen de data die ze verzameld hebben naar een gemeenschappelijke master (dit kan bijvoorbeeld een hand-held computer zijn die verbonden is op periodieke intervallen om alle voorzieningsmeters uit te lezen in een gebouw). De M-bus is een bus topologie. De componenten zijn verbonden met elkaar met een gemeenschappelijk transmissielijn met het gevolg dat op één ogenblik maar één component data kan verzenden. Deze topologie is heel kostefficiënt: de bus zal niet verstoord zijn als één van de componenten faalt, en het laat toe om data te verzenden naar alle componenten (broadcasting) of naar een specifieke groep in het systeem (multicasting).

Figuur 52 Bus topologie

6.2 M-Bus systeem overzicht 6.2.1 Eisen van het M-Bus systeem -

-

De meest belangrijke eis is de verbinding van vele apparaten (paar honderd) over lange afstanden (tot verscheidene kilometers). Doordat de data verzonden door de meters (gas, water, elektriciteit) wordt gebruikt voor eindgebruiker rekening is een grote integriteit vereist voor de bus. Aan de andere hand is het mogelijk om het te stellen zonder hoge snelheid van transmissie, doordat gebruikelijk maar een relatief klein deel van informatie getransfereerd wordt. Om de hoge integriteit te verzekeren moet de bus uitzonderlijk ongevoelig zijn voor externe interferentie. Een andere eis voor de bus is lage kost voor het gehele systeem. Het transmissiemedium dat gebruikt wordt, zou daarom geen afscherming vereisen en de kost van individuele meters beperkt houden door zo weinig mogelijk componenten te gebruiken als mogelijk en door de slaves van de bus te voeden van op afstand.



___________________________________________________________________________

6.2.2 M-Bus in het OSI-model Omdat er geen bussysteem aanwezig was met de eisen uitgelegd in vorige paragraaf 4.2.1 , werd de Meter-Bus (M-Bus) ontworpen door Professor Dr. Horst Ziegler van de universiteit van Paderborn in samenwerking met Texas Instruments en Techem GmbH. Het concept werd gebaseerd op het ISO-OSI model om een open systeem te realiseren dat bijna elk beheerd protocol kon utiliseren. Doordat de M-Bus geen netwerk is heeft het geen transport of sessie laag nodig. De lagen vier tot zes van het OSI-model zijn leeg. Daardoor zijn alleen de psychische, de data link, de netwerk en de applicatielaag voorzien zijn met functies.

Figuur 53 7 lagen van het OSI-model

Omdat veranderen van parameters zoals baudrate en adres door hogere lagen niet toegestaan is in het ISO-OSI-model, is er een management laag naast en bovenaan de zeven OSI-lagen gedefinieerd:

Figuur 54 Management layer



___________________________________________________________________________ De adressen 254 en misschien 255 zijn gereserveerd voor het beheren van de psychische laag, adres 253 (selectie) voor de netwerk laag. 6.2.2.1 Fysieke laag De M-bus wordt bemachtigd door een master (Central Allocation Logic). De M-Bus bestaat uit een master, een aantal slaves (eindgebruiker meters) en een tweedraadverbindingskabel . De slaves zijn verbonden in parallel met het transmissiemedium.

Figuur 55 Master-Slave voorbeeld

Om een uitgebreid busnetwerk te kunnen realiseren met lage kost voor het transmissie medium, werd een tweedraadskabel gebruikt met seriële datatransfer. Om de slaves op afstand te voeden, werden de bits in de bus als volgt gerepresenteerd: De overgang van bits van master naar slave is gedaan door spanning level shifts. Een logische “1” (Mark) correspondeert naar een nominale spanning van +36V aan de uitgang van de bus driver (repeater), die een stuk is van de master; wanneer een logische “0” (Space) is verzonden, zal de repeater de busspanning 12V verlagen naar een nominale +24V aan de uitgang. Bits verzonden in de directie van slave naar master zijn gecodeerd door de huidige consumptie van de slave te moduleren. Een logische “1” representeert een constante (versus spanning, temperatuur en tijd) stroom van en tot en met 1.5mA, en een logische “0” (Space) door een verhoogde stroom drain eis door de slave van bijkomend 11-20mA. De Mark state stroom kan gebruikt worden om de interface te voeden en mogelijk ook de meter of sensor zichzelf.



___________________________________________________________________________

Figuur 56 Communicatie tussen Master naar Slave (boven) en tussen Slave naar Master (onder)

Het verzenden van een space door een slave veroorzaakt een kleine reductie in de bus spanning aan de repeater veroorzaakt door de uitgangsimpedantie. 6.2.2.2 Datalink laag De fysieke laag maakt bepaalde eisen op de data link laag. Naast half duplex (dit betekent dat in elke instantie verzending mogelijk is in één richting, van master naar slave of van slave naar master) ,asynchroon seriële transmissie met baudrates tussen 300 en 9600 Baud, deze staan onder de eis dat tenminste elke elfde bit een logische 1 moet zijn en dat ook er een Master-Slave structuur moet zijn, omdat de slaves niet met elkaar kunnen communiceren. Het protocol van de datalink-laag is gebaseerd op het internationaal standaard IEC 870-5 die het transmissie protocol voor telecontrol equipement en systemen definieert. 6.2.2.3 Applicatielaag Het standaard applicatieprotocol in the standard EN1434-3 voor data uitwisseling met warmtemeters zal de basis zijn voor de volgende discussie (ook toepasbaar voor gas,watermeters. 6.2.2.4 Netwerklaag De netwerklaag zorgt voor het kiezen van de beste transmissie route in een netwerk. De netwerklaag in het M-Bus protocol verbindt een slave met een zeker secundair adres in de bus en associeert het met een primair adres of 253. Dus het nummer of 250 adressen (primair) is verlengd door de netwerklaag. De M-Bus is geoptimaliseerd voor bevragen van gedecentraliseerde verworven gemeten waarden door middel van een master, en dit maakt gebruikt van de master-slave proces voor communicatiedoeleinden. De M-Bus master initialiseert communicatie en adresseert de individuele slaves hetzij direct gebruikmakende van de terminal apparaten primaire adressen ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 53


___________________________________________________________________________ (1 tot 250) of in geval van grotere installaties met meer dan 250 users, indirect via adres 253 en dit noemt men de secondaire adressing procedure. De master verzoekt het terminal apparaat (1 tot 250) om data te verzenden door middel van primary addressing. De geadresseerde slave reageert met een standaard record die, in het simpelste geval, bestaat uit de meter reading, het gemeten medium, het apparaat type, het serial nummer en de fabricatiecode. Door middel van secondary addressing, gebruikt de master het speciaal adres 253 en verzoekt alle terminal apparaten om data te verzenden, nadat hij een single terminal apparaat adresseerd heeft gebruikmakende van de serial nummer, fabricatiecode en medium. De Master zendt dus naar alle apparaten , maar er is maar één apparaat met dit soort type serial nummer dus stuurt één terminal apparaat zijn data terug. De geadresseerde slave antwoordt met een standaard data record.

6.3 M-Bus verbinden met knx 6.3.1 KNX M-Bus gateway master Om knx met M-Bus lijnen te verbinden bestaat er een gateway. Deze gateway gedraagt zich als een M-Bus master.

Figuur 57 KNX M-bus gateway

Kenmerken: - Directe link naar knx (tweedraads); - Link naar bedrade M-Bus; - Uitlezen van huidige verbruikswaarden, meterstanden, aanvoer en retour van temperaturen; - Elke KNX M-Bus gateway kan tot 200 gemeten waarden overdragen; - Tot 25 M-Bus apparaten kunnen verbonden worden per gateway; - Cyclische aanvragen zijn mogelijk, parameterisatie per toestel is mogeijk; - Support primair en secundaire adressen; ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 54


___________________________________________________________________________ -

Rail gemonteerd toestel (6TE = 105mm); USB connectie; M-Bus data rate 2400 Baud (max. 25meter).

Uitleg gateway: De KNX M-Bus gateway dient voor communicatie tussen het EIB/KNX-bussysteem en MBus capabele meters. De gateway neemt de rol in hand als M-Bus master, dit wil zeggen dat het de communicatie controleert en beheert. M-Bus energiemeter data kan gelezen worden in cyclussen op bepaalde intervallen of op aanvraag van het EIB/KNX-bussysteem. Verschillende data formaten kunnen ingesteld worden voor elke gemeten waarde, zodat consumptiewaarden kunnen verzonden worden naar de EIB/KNX Bus als een geheel nummer, een temperatuur waarde als een KNX flow point waarde, etc… De KNX M-Bus gateway biedt ook verschillende diagnosefuncties aan voor M-Bus meters, zoals automatisch zoeken en identificatie van de M-Bus slaves (M-Bus meters) verbonden. De geantwoorde data verzonden door de meter wordt gepresenteerd in detail in duidelijke tekst. De diagnosefuncties kunnen gebruikt worden door simpele ASCII-commando‟s. Parameterisatie en diagnoses is uitgevoerd door de geïntegreerde USB-interface in verbinding met de b+b Terminal software. De gateway hardware bestaat uit een 6TE (=105mm) wijde rail montage behuizing met geïntegreerde 85V-260V power unit en verbindingen voor M-Bus en EIB/KNX op hetzelfde moment.

6.3.2 Relay level converter naar Wago-I/O-systeem

Figuur 58 Relay level converter verbinding met Wago-I/O-systeem



___________________________________________________________________________

Figuur 59 Overzicht nodige modules Wago

Uitwerking: Via deze level converter kunnen we het signaal afkomstig van M-Bus energiemeters (slaves) omzetten in RS232-signalen en zo binnenlezen met onze plc. Er bestaan drie soorten level converters:   

PW3 : tot 3 slaves; PW20 : tot 20 slaves; PW60 : tot 60 slaves .

Figuur 60 PW3

De PW3 (PW20,PW60) zijn level converters (master) voor op afstand voeden en het op afstand lezen van slaves (PW3 maximaal 3slaves = 3 meters aansluitbaar, PW20 = 20slaves , PW 60 =60slaves) . Ze zijn beschermd tegen kortsluiting, flexibele stroom/spanning voeding en hebben een optische interface. ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen 56


___________________________________________________________________________ 6.3.2.1 LED indicatie ON : Groene led : Voedingsspanning is toegevoerd SHORT : Rode led : Overstroom (kortsluiting) Slave : Gele led : Slave is aan het verzenden 6.3.2.2 RS232 interface Voor dataverzoek en gebruik van respons data is een beherende computer noodzakelijk. Daarvoor is een RS232-interface aanwezig. De RXD, TXD en GND lijnen lopen naar de DSUB connector aan de voorzijde. Er is geen isolatie tussen de M-Bus, voeding en RS232. RS232-klemmen: RX : Data lijn (PC ontvangst lijn) TX : Data lijn (PC transmissie lijn) GND : Interface referentie spanning De DB9-socket:

Pin 1 Pin 2 Pin 3 Pin 4 Pin 5 Pin 6 Pin 7 Pin 8 Pin 9

DCD RXD TXD DTR GND DSR DSR RTS CTS

Verbonden met pin 4 Data lijn (PC ontvangst lijn Data lijn (PC verzend lijn) Verbonden met pin 1 Interface referentie spanning Hoog level (detectie van PW3 Handshake lijn, gekoppeld met pin 8 Handshake lijn, gekoppeld met pin 8 Niet gebruikt

6.3.2.3 Optische interface Om het werk van de controle computer te verlichten worden vaak handheld computers ingezet om het M-Bus netwerk te lezen. Daarvoor bieden de PW3 (PW20,PW60) een handige optische uitleesbaarheid. Op de optische interface is maar transmissie snelheid van 300 tot 2400 baud mogelijk. 6.3.2.4 Specificaties Aantal units Bus rust stroom Vast bit detectie level Weerstand voor kortsluiting Overstroom onderbreking level Kleinste bus schakeltijd Bus rustspanning Interne weerstand

PW3 0…3 0..5mA 7..9mA Permanente bescherming 50..70mA 50ms 30,5V± 5% < 100Ω

PW20 0..20 0..30mA

PW60 0..60 0..90mA

Permanente bescherming 50..70mA 50ms 30,5V± 5% < 100Ω

Permanente bescherming 50..70mA 50ms 36..41V



___________________________________________________________________________ Transmissie snelheid

300..9600 Baud 300..9600 Baud

300..9600 Baud

6.3.2.5 Lengten en Baudrate De capaciteit van de totale lengte van de bedrading beïnvloedt de signaal kwaliteit. Afhankelijk van de baudrate, is de volgende netwerk uitvoerbaarheid mogelijk : (kabel type JYSTY nx20x0,8). PW3: Transmissiesnelheid 9600 Baud 2400 Baud 300 Baud Max. netwerk expansie 1000m 4000m 12000m PW20: Transmissiesnelheid 9600 Baud 2400 Baud 300 Baud Max. netwerk expansie 1000m 4000m 12000m PW60: Transmissiesnelheid 9600 Baud 2400 Baud Max. netwerk expansie 1000m 4000m Maximale afstand naar de slave: De spanningsval op de bus lijnen is afhankelijk van de rust stroom ( het aantal slaves) en de weerstand van de kabel. De spanningsval limiteert de afstand tussen de PW3,PW20,PW60 en de Slaves. Met de kabel JYSTY nx2x0.8 de volgende afstanden zijn mogelijk: PW3: Maximale afstand bij 3 slaven 7000m PW20: Maximale afstand bij 5 slaven 6900m Maximale afstand bij 10 slaven 5100m Maximale afstand bij 20 slaven 3200m PW60 : Maximale afstand naar slave 1200m 6.3.2.6 M-Bus klemmen Er zijn drie terminal paren, zodat de aanduidingen M+ , M- dienen om onderscheid te maken tussen de M-Buslijnen. De polarisatie is ontoepasbaar voor M-Bus installaties. Door de flexibele voedingsspanning kan er een bestaande voeding gebruikt worden in de meeste applicaties.



___________________________________________________________________________

6.4 Slimme energiemeters voor M-Bus Hierin bespreken we slimme meters die voorzien zijn van een M-Bus module om ze te laten functioneren als slave in een M-Bus netwerk.

6.4.1 Gasmeters op M-Bus De EGZ gasmeter vermeld in 5.3.2 is voorzien van een M-Bus module.

6.4.2 Watermeters op M-Bus 6.4.2.1 NZR water meter koud (tot 30°C) en warm (tot 90°C):

Figuur 61 NZR met M-Bus uitgang

Figuur 62 M-Bus uitgang optie NZR watermeter

Dit type is voorzien van M-Bus module.



___________________________________________________________________________ 6.4.2.2 Elektronische watermeters Siemens

Figuur 63 Siemens watermeter voor M-Bus

Deze watermeters zijn aansluitbaar op de M-Bus voor multi-famillie huizen en kantoor- en administratieve gebouwen. Functies: - Overname van water consumptie - Weergeven van de consumptie waarden - Data transmissie via M-Bus Lijst met types: Koud water (max. temperatuur 30°C)

Warm water (max. temperatuur 90°C)



___________________________________________________________________________ 6.4.2.3 Hydrometer watermeters 6.4.2.3.1 ScampY watermeter voor appartementen

Figuur 64 ScampY watermeter voor M-Bus

Deze meter is voor koud (30°C) en warm (90°C) water Nominaal debiet : 1,5m3/h (1500 liter/uur)

6.4.2.4 Multi jet water met elektronische M-Bus module (FLYPPER)

Figuur 65 FLYPPER M-Bus

Droog loper met magneet koppeling met elektrische M-Bus module Voor 30°C (koud water) of 90°C (warm water) Nominaal debiet Qp = 2,5 / 6 / 10 m3/h (2500, 6000, 10000 liter/h)



___________________________________________________________________________

6.4.3 Elektriciteitsmeters op M-Bus

Figuur 66 ABB elektriciteitsmeter voor M-Bus

Volgende functies zijn af te lezen: Vermogen in kW Stroom in A Spanning in V Frequentie in Hz Vermogenfactor

Figuur 67 Overzicht types ABB

Deze elektriciteitsmeters bestaan in verschillende uitvoeringen : één-of 3-fasig. Ze zijn beschikbaar met een M-Bus module. Ook biedt deze fabrikant een meterinterface aan die de meterstand registreert en ze met KNX doorstuurt. Het apparaat is uitgerust met een infrarood interface waarmee ABB energiemeters van het type Delta plus kunnen worden uitgelezen. De uitgelezen informatie kan worden gebruikt voor de facturering van het verbruik, visualisatie of om een overzicht te hebben van het verbruik.



___________________________________________________________________________

Figuur 68 Meter Interface module ZS/S 1.1



___________________________________________________________________________

7 Conclusie We hebben het grootste deel van energiemeters aanwezig op de markt voor Smart Metering besproken, maar wat als men nu een keuze moet maken. Dan stelt men eerst de volgende vraag voor welke toepassing wordt dit gebruikt? Is dit voor residentiële woningen of voor industriële gebouwen. In de industrie moet het materiaal wel tegen een stootje kunnen en hebben we met grotere verbruiken te maken dan in een woning. Volgende vraag is hoe moet de prijs-kwaliteitsverhouding zijn? Het is vanzelfsprekend dat een EGZ-gasmeter met CMOStechnologie nauwkeuriger zal zijn dan een gasmeter te digitaliseren met behulp van een Hallsensor of reed-switch. Nadeel is dan terug dat de aankoopprijs van een EGZ-gasmeter veel hoger ligt dan de aankoopprijs van een Hall-sensor of reed-switch. Dus naargelang de toepassing zijn er verschillende mogelijkheden open. M-Bus systeem vs normaal systeem (met WAGO PLC) M-Bus Normaal systeem + Speciaal ontworpen voor Smart Metering, + Goedkopere oplossing maar duurder in aankoopprijs en installatie + Gemakkelijk aansluitbaar - Komt veel bij kijken om aan te sluiten: sensoren op juiste plaats bevestigen, extra voeding nodig voor sensoren,…  meer installatiewerk + gemakkelijk uitbreidbaar - Moeilijk uitbreidbaar: aanpassen hardware (extra digitale ingangen al dan niet) en aanpassen code in PLC. + Grote nauwkeurigheid ± Nauwkeurigheid varieert: bijvoorbeeld een gasmeter met Hall-sensor zal niet zo nauwkeurig zijn dan bijvoorbeeld een EGZgasmeter met CMOS technologie. + Directe digitale aflezing mogelijk van - Niet afleesbaar van meters (pulsmeters), het meters zij analoog + Gegevens gemakkelijk en snel te -Gegevens binnenlezen in CoDeSys, verwerken of opslaan in database moeilijker om een database te maken in dit programma of het te loggen in arrays Andere oplossingen zoeken + Bij falen bus geen verlies van data door - Bij uitvallen voeding sensor  dataverlies battery life aanwezig op de meters +Universeel protocol en minimaal onderhoud



___________________________________________________________________________

Deel 3: Praktische uitwerking energiemanagementsysteem

1 Inleiding In dit deel bespreken we de praktische kant van het energiemanagementsysteem. We vertellen iets meer over de gebruikte controllor en de verschillende modules. De fabrikant van deze componenten is Wago. Deze is al meer dan 50 de wereldwijde baanbreker voor toekomstgerichte technologieën en gebouw automatisatie.

2 Wago koffer We kregen ook de opdracht om een eigen koffer te maken.. Hier een overzicht van de KNX IP controller en modules.

2.1 KNX IP Controller 750-849

Figuur 69 : KNX IP Controller 750-849

De vrije programmeerbaarheid maakt van de WAGO KNX IP-controller 750-849 een uiterst krachtige terrein- en ruimtecontroller. Met deze controller wordt elke besturings- en regelingstaak oplosbaar. Grafische webpagina's voor configuratie en statusaanvraag kunnen via de programmeertool snel en eenvoudig worden aangemaakt.



___________________________________________________________________________

2.2 Gebruikte modules Apparaat 750-430 Digitale Ingangsmodule

750-530 Digitale uitgangsmodule

750-652 Seriële interfacemodule RS232

750-559 Analoge uitgangsmodule

750-461/000-007 Analoge ingangsmodule voor weerstand metingen

750-641 Dali/DSI Master-module 753-646 KNX/EIB/TP1 module 787-602

Functie DI 1 DI 2 DI 3 DI 4 DI 5 DI 6 DI 7 DI 8 DO 1 DO 2 DO 3 DO 4 DO 5 DO 6 DO 7 DO 8 RS232: RTS/RS485:Z RS232: TxD/RS485:Y RS232: CTS/RS485:B RS232: RxDRS485:A Common Shield AO 1 signaal AO 1 nul AO 2 signaal AO 2 nul AO 3 signaal AO 3 nul AO 4 signaal AO 4 nul +R 1 +R 2 RL 1 RL 2 -R 1 -R2 Shield 1 Shield 2 DA DA + KNX-bus KNX-bus + 0V 24V

Klemnummer 1 2 3 4 5 6 7 8 11 12 13 14 15 16 17 18 21 22 23 24 25 26 31 32 33 34 35 36 37 38 41 42 43 44 45 46 47 48 51 52 61 62 71 72



___________________________________________________________________________ In het programma Wago I/O Check ziet dit er als volgt uit:

Figuur 70 PLC configuratie Wago koffer met Wago I/O check

2.3 Foto's koffer ontwerp Hier een paar foto's toen we de koffer aan het maken waren:

Figuur 71 Foto 1 ontwerp Wago koffer



___________________________________________________________________________

Figuur 72 Foto 2 Ontwerp Wago koffer

Figuur 73 Foto 3 ontwerp Wago koffer



___________________________________________________________________________

3 Ontwerp PCB Er is een PCB ontworpen om zo via de wago-testkoffer de code ,die met CodeSys gemaakt is, uit te testen. Zo is het mogelijk om via drukknoppen de digitale ingangen te veranderen, via LED’s de toestand van digitale uitgangen weer te geven en om via potentiometers de waarden van analoge ingang te veranderen van de 750-461/000-007 module. Dit is een analoge ingangsmodule voor weerstandsmeting. Het PCB werd ontworpen in Eagle . Eagle is een eenvoudig te gebruiken en krachtige printplaat ontwerppakket. In de figuren hier onder zie de volledige uitwerking van het printontwerp.

Figuur 74 schematic van ontworpen print

Figuur 75 board van ontworpen print



___________________________________________________________________________ De 8 drukknoppen worden gebruikt om alle de acht waarden van de digitale ingangen van de 750-430 te kunnen veranderen. Via LED’s worden de acht toestanden van de digitale uitgangen van de 750-530 weergegeven. Deze twee modules werken op een spanning van 24V. Voor de LED‟s dient er dus een voorschakelweerstand geplaatst te worden. Het bepalen van de voorschakelweerstanden wordt als volgt met de wet van ohm gedaan:

Figuur 76 voorschakel weerstand berekenen

De voorschakelweerstand werd berekend op 1100Ω. De dichtstbijzijnde weerstand in de E12reeks is 1200Ω.

Figuur 77 electrical and optical characteristics van de LED's



___________________________________________________________________________

Deel 4: Softwarematige uitwerking met CoDeSys

1 Inleiding In dit deel bespreken we het programma CoDeSys dat gebruikt wordt om onze PLC te programmeren. Ook bespreken we hoe we kennisgemaakt hebben met het programma door het ontwerpen van een parkeergarage.

2 CoDeSys CoDeSys is een standaard programmeer omgeving voor PLC's aan het worden. Het heeft als grote voordeel dat het gratis te downloaden is en met de juiste targets kan je er verschillende PLC's mee programmeren. De versie die wij gebruiken is echter niet vrij te downloaden van het web, omdat het een versie is met reeds targets en standaard WAGO-librariers geïnstalleerd. Je kan ook je visualisatie uit je CoDeSys programma inladen als webvisualisatie in je PLC. Deze kan je dan oproepen van op het web door middel van een webserver met Java applet door te surfen naar het bijhorende IP-adres.

2.1 Configureren van CoDeSys Bij het aanmaken van een nieuw project kiezen we eerst onze configuratie, onze KNX IP Controllor 750-849 dus.

Figuur 78 Keuze Wago 750-849 PLC

Daarna klikken we op OK. Dan krijgen we volgend kader waar we load bootproject automatically aanvinken in het tabblad General



___________________________________________________________________________

Figuur 79 Instellen PLC 750-849

Als we onze webvisualisatie willen inladen met het programma zelf in de Wago PLC, kunnen we in het tablad Visualization, Web visualization aanvinken.

Figuur 80 Instellen PLC 750-849



___________________________________________________________________________ Daarna vraagt CoDeSys ons de naam van de POU (Program Organization Unit) en in welke programmeertaal we onze PLC_PRG programma willen programmeren. PLC_PRG is eigenlijk onze main klasse van ons PLC programma, deze mag nooit van naam veranderd worden. Wij zijn begonnen met programmeren in CFC (Countinuous Function Chart). Later zijn we overgegaan naar ST (Structured Text). Het was gemakkelijker om met CFC te starten omdat in ST alles zelf moet gedeclareerd worden bovenaan je programma.

Figuur 81 New POU

2.2 PLC configuratie Om te kunnen schrijven naar je PLC moet CoDeSys eerst weten welke modules in je Wago koffer geïnstalleerd zitten. Dit doen we door links onderaan in je programma naar Resources te gaan en daar dubbel te klikken op PLC configuration.



___________________________________________________________________________

Figuur 82 PLC configuratie

2.3 Beginnen programmeren Onze eerste opdracht was het programmeren van een parkeergarage. We hebben dit elk apart opgelost om zeker te weten dat we alle twee het programma CoDeSys onder de knie hadden. Basis opdracht: We hebben een parkeergarage die bestaat uit 6 parkeerplaatsen. Wanneer men de garage binnen rijdt, verstoort men een elektro-magnetisch veld. Dit zorgt er voor dat we een puls krijgen op een binaire ingang (variabele IN_1). Wanneer we nu op de bevestigingsknop (variabele INRIT) drukken, kan de bareel openen. Bij het binnenrijden verstoren we een tweede magnetisch veld ( variabeleIN_2) met als doel, het aantal binnenrijdende wagens te tellen en het bareel vervolgens te sluiten. Bij het buiten rijden gebeurt hetzelfde als het binnenrijden maar hier worden de auto‟s afgetrokken van het huidig aantal. De magnetische velden vinden we op variabele IN_3 en IN_4. De knop om het bareel te openen is verbonden met de variabele UITRIT. EXTRA Buiten vinden we een display die het huidige aantal auto‟s weergeeft in de string-variabele Aantal. Wanneer er 6 auto‟s in de garage staan, verschijnt VOLZET op het display. Het mag dan ook niet meer mogelijk zijn om binnen te rijden in de garage.



___________________________________________________________________________

Uitwerking Simon

Figuur 83 Screenshots parkeergarage Simon



___________________________________________________________________________

Uitwerking Mathias

Figuur 84 Screenshots parkeergarage Mathias



___________________________________________________________________________ Uitleg werking parkeergarage: De twee programma's voldoen aan alle eisen van de basisopgave en bezitten nog een extra opgave in de visualisatie van het programma. Deze twee programma's werden ontworpen als kennismakingsopdracht en om CoDeSys op een gemakkelijke manier te leren kennen. Wanneer een voertuig klaar staat om de garage binnen te gaan, wordt een elektromagnetisch veld verstoord door de hoge graad metaal aanwezig in het voertuig. Zodra de bestuurder van het voertuig op de knop drukt opent de slagboom. Nu kan men in de opdracht van Simon een parkeerplaats kiezen en de auto wordt hierin automatisch geparkeerd. In de opdracht van Mathias daarentegen wordt de gemiddelde tijd dat een auto aanwezig is in de parkeergarage gelogd in grafiekvorm. Voor het verlaten van de parkeergarage wordt terug een elektromagnetisch veld verstoord en na het drukken op de knop wordt de slagboom geopend.



___________________________________________________________________________

Deel 5: Visualisatie van een residentiële toepassing

1 Inleiding Als eindopgave kregen we de opdracht om een energiemanagement te visualiseren. Simon zijn opdracht was dus om dit te doen voor een residentiële toepassing. Dus eigenlijk al onze technieken in verband met smart metering toepassen in een huishouden. We leggen hier de nadruk op het visuele aspect, en de technieken die toegepast worden voor residentiële woningen. We simuleren dus eigenlijk dat we een x aantal pulsen krijgen afkomstig van energiemeters (dit kan een gas, water en elektriciteitsmeter zijn) en geven zo het verbruik weer in grafiekvorm.

2 Ontwerp grondplan Voor we de technieken kunnen toepassen i.v.m. smart metering , moeten we een sterk grafische achtergrond hebben. Na wat overleg en hulp van onze buitenpromotor hebben we beslist om dit te tekenen met Floorplanner. Dit is een online programma dat je toelaat om vrij simpel je plattegrond van je huis te tekenen op maat en interieur en meubelwerk toe te voegen aan je huis. Je kan er een huis op maat tekenen en dit in 2D of 3D weergeven. Als toepassing heb ik mijn eigen huis getekend aan de hand van een fictief grondplan: Screenshots van het huis:

Figuur 85: Gelijkvloers



___________________________________________________________________________

Figuur 86: Boven verdiep

3 Een energiemanagement systeem Nu we onze plattegrond van het huis hebben, kunnen we overgaan naar de volgende stap. Het visualiseren van de energie in grafiekvorm en automatisering van het huis. Met automatisering bedoelen we het sturen van de lichten met drukknoppen en aparte temperatuur regeling in de belangrijkste ruimten van het huis. De keuze van de energiemeters is beperkt omdat we enkel energiemeters met een puls uitgang kunnen gebruiken, omdat dit enkel een simulatie is en een puls geven per verbruik van energie de enige oplossing is. Verbruik van een doorsnee gezin per jaar: Verbruik aardgas: Het gemiddeld verbruik van een doorsnee gezin bedraagt 1800m3 gas/jaar Verbruik water: Een persoon verbruikt gemiddeld 106 liter per dag. Dit is dus 38690 liters per jaar. Voor een gezin die bestaat uit 4personen: 154760 liter per jaar Verbruik elektriciteit: Het gemiddeld verbruik van een doorsnee gezin met twee meters bedraagt 3500kWh/jaar.



___________________________________________________________________________

3.1 Gas-meting De keuze van de gasmeter kan variëren naargelang de gasmeter die men bij je huis thuis geïnstalleerd heeft. De nieuwste generatie gasmeters zijn voorzien van een magneetje dat meedraait met het laatste telwiel van je gasmeter (zie deel 2: 5.3.1.2). Andere generaties gasmeters zijn voorzien van een klein spiegeltje op het cijfer 6 van het laatste telwiel (zie deel2: 5.3.1.1). Voor het meten van gas heb ik mij dus gebaseerd op de gasmeter uitgelegd in deel 2 puntje 5.3.1.1. Hier wordt een sensor (TCOPT01) gebruikt die een puls heeft bij 0,01m3 gas. We weten dat deze methode niet zo nauwkeurig is als bijvoorbeeld de EGZ-gasmeter (deel 2: 5.3.2.) . Als we dan de aankoopprijs vergelijken weten we dat de aankoopprijs van de sensor TCOPT01 veel lager ligt dan de EGZ-gasmeter. Prijs van sensor TCOPT01: om en bij de 200euro. Terwijl de EGZ-gasmeter veel duurder is aankoopprijs. We lezen deze pulsen binnen via de digitale ingangs-kaart 750-430 voorzien in onze Wago koffer. Door het aantal pulsen te tellen per dag kunnen we exact het energieverbruik weergeven. Dit geven we weer in grafiekvorm per dag, maandoverzicht, jaar overzicht en overzicht van de vorige jaren.

Figuur 87: Logging gas maart

We kunnen op de grafiek de verschillende maanden weergeven door op maand - of maand + te klikken. Hierboven zien we het verbruik (random bepaalt) voor de maand maart. Als we nu naar de maand april overschakelen krijgen we de volgende grafiek:



___________________________________________________________________________

Figuur 88: Logging gas april

Overzicht van de dag,week,maand en jaar overzicht:

Figuur 89: Gas overzicht



___________________________________________________________________________ Hier de code die achter de visualisatie zit van gas om het gasverbruik op te meten. Zelfde redenering bij het meten van water en elektriciteit. De puls die we binnen krijgen nemen we binnen met 4 tellers: Dag_verbruik_gas( CU:= Puls_gasmeter, RESET:= Dag_reset, CV=> Dag_Gasverbruik ); Dag_gas:= Dag_Gasverbruik/100;

Week_verbruik_gas( CU:= Puls_gasmeter, RESET:= Week_reset, CV=> WeekGasverbruik ); Week_Gasverbruik:=WeekGasverbruik/100;

Maand_verbruik_gas( CU:= Puls_gasmeter, RESET:= Maand_reset, CV=> MaandGasverbruik ); Maand_Gasverbruik:=MaandGasverbruik/100;

Jaar_verbruik_gas( CU:= Puls_gasmeter, RESET:= Jaar_reset, CV=> JaarGasverbruik ); Jaar_Gasverbruik:=JaarGasverbruik/100; LogdataGasJaar[jaar]:=Jaar_Gasverbruik;

We zien hier dus 4 tellers die telkens het verbruik bij houden voor een dag, week, maand en een jaar. We gebruiken hier tellers omdat we deze gemakkelijk kunnen resetten eens er een dag, week, maand of jaar gepasseerd is.



___________________________________________________________________________ Voor het uittekenen van de grafiek hebben we volgende code: deze plaatst de waarden van gas in een array Logdata:

IF xImpuls = TRUE THEN viewmaand := maand; Logdata[maand,dag]:= Gasmeter.Dag_Gas; Logdata_Max:= MAX(Logdata[maand,dag],Logdata_Max); Logdata_Min:= MIN(Logdata[maand,dag],Logdata_Min); END_IF

We zeggen hier dus als we een puls binnen krijgen, plaats deze in onze array Logdata[maand,dag] op de plaats huidige maand, huidige dag. Ook halen we het maximum en minimum uit de array. Deze waarden plaatsten we in het retain persistent geheugen van de plc. Zodat deze bij spanningsonderbreking of een reset in het geheugen blijven van de plc. Dus bij een reset van de plc of het opnieuw inladen van het programma blijven de waarden behouden.



___________________________________________________________________________

3.2 Water-meting Voor het meten van water heb ik gekozen om de NZR-watermeter (zie deel 2: 5.4.2.2) te gebruiken die een puls geeft om de 1 liter water. Deze watermeter heeft een grote nauwkeurigheid en is beschikbaar met M-Bus uitgang ook. Dus moesten we ooit overschakelen naar een M-Bus systeem kunnen we deze watermeter aanpassen door een andere module te gebruiken. We opteren voor de versie die 1500 liter per uur aan kan. Deze kan maximum 3000 liter per uur op piek momenten aan: qp12= 1,5 = 1500 liters/uur qmin = 30 l/uur(qp12) qmax = 3000 l/uur(qp12) Deze lezen we eveneens binnen via onze digitale ingangskaart 750-430.

Figuur 90: Logging water maart



___________________________________________________________________________

Figuur 91: Water overzicht

3.3 Elektriciteits-meting Voor het meten van elektriciteit gebruik ik een één-fasige meter met impulsuitgang van NZR.(zie deel 2: 5.5.2). Hierbij krijgen we een impuls/0,001kWh. Deze is voorzien van een digitaal display waar we verschillende dingen kunnen aflezen zoals het aantal kWh, de netspanning, stroom en cos phi.

Figuur 92: één-fasige meter met impuls uitgang NZR



___________________________________________________________________________

Figuur 93: Logging elektriciteit

Figuur 94: Elektriciteits overzicht



___________________________________________________________________________

3.4 Temperatuur regeling De temperatuur regelen in een huis is een heel belangrijk gegeven tegenwoordig. Het moet aangenaam zijn om te leven in het huis en het mag niet te veel kosten ook. Door het goed isoleren van een huis kan je tot 30 à 40% op je energiefactuur besparen en stoot de verwarmingsinstallatie minder co2 uit omdat je minder energie nodig hebt wat mooi meegenomen is voor het milieu. Een klassieke centrale verwarming installatie maakt het mogelijk om de verwarming op één plaats in te stellen voor het gehele huis, meestal is deze thermostaat bevestigd in de woonruimte of living. Domotica maakt het mogelijk om de temperatuur te regelen in elke ruimte met behulp van ventielen die zich openen of sluiten. Zo is het mogelijk om in elke ruimte de temperatuur in te stellen. In de visualisatie wordt de temperatuur in de living geregeld door een vloerverwarming. Bij vloerverwarming wordt de warmte afgegeven over een gelijk oppervlak, hierdoor ontstaat er nauwelijks een temperatuurgelaagdheid in de ruimtelucht. Het resultaat hiervan is een heel aangename temperatuur. Vloerverwarming heeft als voordeel dat er een groter stralingsoppervlak is met een lagere temperatuur t.o.v. radiatoren en een laag energieverbruik omdat de ruimte met een lagere luchttemperatuur kan worden verwarmd. Het huis heeft een grotere warmtebuffer zodat er veel regelmater kan worden verwarmd. In de andere ruimte worden radiatoren geplaatst. De temperatuurregeling in ons systeem is gebaseerd op een ON-OFF sturing. In de Wago library building_HVAC zit er een standaard functieblok. Deze functieblok heeft de naam Hysteresis. Het werkt volgens volgend principe:

Figuur 95 Principe ON-OFF

Onze xOutput zal true worden als de waarde kleiner wordt dan rActivate-0,5°C. xOutput wordt false als de waarde groter wordt dan rActivate+0,5°C. We hebben dus een range van 1°C waar het systeem tussen schakelt. Hier een voorbeeld van de regeling van temperatuur in de living: Fb_Hysteresis1(rInput:=Temperatuur_Living, rActivate:=(Thermostaat_Living-0.50) , rDeactivate:=(Thermostaat_Living+0.50), xOutput=>Ventiel_Living );



___________________________________________________________________________ We zien hier in bovenstaande code als uitgang Ventiel_Living. We besturen eigenlijk ventielen die zich open of sluiten naargelang de temperatuur in die ruimte.

Figuur 96 : Principe schema ventiel

Figuur 97:Praktische aansluiting van zo'n ventiel

Deze ventielen zijn eigenlijk microswitches die gebruikt worden om de pomp af te sluiten als er geen warmte wordt gevraagd in een bepaalde ruimte. Hieronder zien we de visualisatie van de centrale verwarming. We zien al de radiators voorgesteld en we kunnen hierop zien welk ventiel geactiveerd is of niet. Links boven zien we de vloerverwarming van de living.



___________________________________________________________________________

Figuur 98 : Visualisatie centrale verwarming

Voor het nagaan als de centrale verwarming aan of uit is lezen we de toestand van het ventiel binnen via de digitale ingangskaart 750-430. De temperatuur kan geregeld worden in de visualisatie op het grondplan zelf. We regelen de temperatuur door het draaien aan een potentiometer (5k ohm) en deze waarde krijgen we dan binnen in onze PLC via de kaart 750-461/000-007. Hiermee krijgen we een waarde binnen van 0 tot 10000. Deze stellen we dan gelijk met waarden van -10°C tot 40°C. Via dit volgende functieblok AI nemen we de waarde (variabele wAI) binnen die van het type WORD is. Met rMin en rMax kunnen we het bereik instellen,in onze toepassing van -10 tot 40°C. Temperatuur_Living:=AI(wAI, rMin, rMax);



___________________________________________________________________________

3.5 Lichtregeling Voor de lichtschakeling maken we gebruik van de drukknoppen. Hiervoor gebruiken we de functieblok Latching_relay, deze reageert op de stijgende flank van de puls die je geeft bij een drukknop. Hiermee kan je van op meerdere plaatsten een licht aan- en uitschakelen. Fb_LatchingRelay1( xSwitch:=xLivingOnder1 OR xLivingBoven2, xActuator=>xLamplivingOnder);

De lichticonen werden ontworpen met behulp van het programma Photoshop..

Figuur 99: Daglicht uit

Figuur 100:Daglicht aan

Figuur 101: Spot uit

Figuur 102: Spot aan

Figuur 103: TL-lamp uit

Figuur 104: TL-lamp aan

3.6 Resultaat van de visualisatie Hier bespreken we het uiteindelijke resultaat van de visualisatie. Dit is de startpagina van de visualisatie:



___________________________________________________________________________

Figuur 105: Start pagina visualisatie

Van hieruit kunnen we dus navigeren naar de verschillende pagina's.

3.6.1 Visualisatie van de verdiepingen:

Figuur 106: Visualisatie van de benden verdieping



___________________________________________________________________________

Figuur 107: Visualisatie van de boven verdieping



___________________________________________________________________________

Deel 6: Visualisatie van een industriële toepassing

1 Inleiding Nadat we onderzocht hebben wat smart metering is en verschillende meters bestudeerd hebben, kregen we de opdracht om een visualisatie te maken van het verbruik voor een residentiële -en een industriële toepassing. Mathias zijn opdracht was dus om dit te doen voor een industriële toepassing. Deze industriële toepassing mocht ik zelf kiezen. Het kon bijvoorbeeld een kleine bedrijfje of een kantoorgebouw zijn. Zelf heb ik gekozen om dit voor een sporthal te doen. Hierbij ligt het verbruik natuurlijk een stuk hoger dan een gewone woning. Dit omdat het gebouw op zich al veel groter is en er veel meer energie nodig is om het gebouw te verwarmen. Hierdoor zal men meters moeten gebruiken die een hoger debiet of verbruik kunnen meten. Het verbruik van gas, elektriciteit en water heeft men weergegeven via een visualisatie te maken met CoDeSys. Daarnaast werd ook nog een visualisatie gemaakt voor het sturen en een overzicht te zien van de verlichting en de verwarming in deze fictieve sporthal.

2 Fictieve sporthal 2.1 Ontwerpen grondplan Om te beginnen aan deze opdracht werd er eerst een fictieve sporthal getekend. Door wat op internet te zoeken hoe een sporthal er uit ziet en ingedeeld is heb ik zelf een fictieve sporthal gemaakt. Na eerst wat schetsen te maken in paint ben ik overgegaan naar floorplanner. Dit is een online tekenprogramma waarmee je snel en eenvoudig plattegronden van gebouwen kunt tekenen. De basisversie is gratis te gebruiken. Je maakt een account aan en kan er na meteen aan de slag. Het voordeel van zo‟n tekenprogramma als floorplanner is dat het wijzigen van de plattegronden die ontworpen zijn, eenvoudig te wijzigen is.



___________________________________________________________________________

Figuur 108 sporthal in 3D

Figuur 109 sporthal in 2D

Bij een residentiële toepassing is het belangrijker dat de visualisatie er heel mooi uit ziet. Met floorplanner is dit zeker mogelijk. Bij deze toepassing is dit van minder belang maar nog steeds belangrijk dat je een mooi overzicht hebt.



___________________________________________________________________________

3 Meters 3.1 Meten van het gasverbruik Wanneer bij de aansluiting van aardgas de gasmeter geplaatst wordt, is deze er al op voorzien om digitaal uit gelezen te worden. Dit door een permanente magneet die mee draait met het eerst bewegende index wiel. De BK-G gasmeters zijn hier een mooi voorbeeld van en worden bij het aansluiten van het gas meestal gebruikt.

Figuur 110 BK-G gasmeters

Met de frequency pulse transmitter , die eerder al besproken is geweest, is het mogelijk het verbruik op een eenvoudige manier uit te lezen. De BK-G gasmeter is in verschillende uitvoeringen verkrijgbaar. Dit naargelang het verbruik. Voor deze toepassing zal de BK-G 16 of 25 van toepassing zijn. De BK-G1,6 tot 6 is er een uitlezing voorzien die om de 0,01m³ een puls geeft. Alle andere uitvoeringen geven een de 0,1m³ een puls. Dit laatste zal voor mijn van toepassing zijn voor mijn uitlezing.

3.2 Meten van het elektrisch verbruik Voor het uitlezen van het elektrisch verbruik is er gekozen voor een kWh-meter met een pulsuitgang . De 3-fasen ontworpen kWh-meter zoals de DSZ12E van ELTAKO is hier een voorbeeld van. Deze heeft een potentiaal vrije pulsuitgang d.m.v. een optocoupler. Zo is het mogelijk het verbruik digitaal uit te lezen en aan te sluiten op een energiemanagement systeem. Deze uitgang is gemaakt voor een DC spanning tussen de 18 en 27V bij een stroom van maximum 27mA. Voor de 750-430, een digitale ingangsmodule, is dit goed geschikt omdat deze op 24V werkt. De impuls uitgang van de DSZ12E levert 1000 imp/kWh.



___________________________________________________________________________

Figuur 111 DSZ12E kWh-meter

Om deze 3-fasige kWh-meter met puls uitgang aan te sluiten, moet er geen stroomtransformator gebruiken worden. Het is ontworpen om een maximale stroom van 65A per fase aan te kunnen. Op de bovenstaande figuur is te zien hoe de aansluiting moet gebeuren.

3.3 Meten van het waterverbruik Voor het meten van water wordt de Woltzman watermeter voor hoge debieten gebruikt. Het gaat om de WS horizontale watermeter. De werking van deze meter werd in deel 2 (5.4) al besproken. Deze watermeter is voorzien van twee pulsuitgangen. Een impulsuitgang die pulsen geeft om de 100 liter voor de hoge debieten en een impuls geeft om de 1 liter als er weinig water verbruikt wordt. Enkel de WS horizontale watermeter met een doorstroom van 150m³/h geeft om de 1000 liter en 10 liter een puls.

Figuur 112 Woltzman WS watermeter



___________________________________________________________________________

4 Visualisatie van het verbruik De gekozen meters zijn allemaal meters met een pulsuitgang. Iedere puls stelt een bepaald verbruik voor. Met de 750-430 digitale ingangskaart zullen we de pulsen van deze meters binnengelezen worden. Met drukknoppen kunnen we deze meters gemakkelijk simuleren en controleren of de visualisatie wel degelijk werkt. Met het programma CoDeSys zullen we de Wago-controller programmeren en onze visualisatie maken.

4.1 Overzicht gas verbruik 4.1.1 Basis code Om te beginnen heb ik een function block gemaakt die het gasverbruik bijhoudt. Deze function block heeft 3 ingangen: de puls-ingang om de pulsen die van de gasmeter komen binnen te lezen, een BEGINWAARDE om het verbruik in te geven die de meter al heeft voordat je die digitaal met pulsen probeert uit te lezen en een DELTA waarde die het verbruik van 1 puls voorstelt. Voor gas weten we dat 1 puls 0,1 kubiek voorstelt en is de DELTA dus gelijk aan 0.1.

Figuur 113 functie blok gas

Het binnenlezen van de puls die van de gasmeter afkomstig is, gebeurt op de positieve flank (R_TRIG) van deze puls. Flankdetectie is de enige manier om de pulsen te tellen. Het is niet mogelijk op voorhand te bepalen hoe lang een puls duurt. De duur van de puls is afhankelijk van het huidig verbruik. Wanneer er een puls binnengelezen wordt verhoogd een teller met de waarde 1. Deze teller wordt dan vermenigvuldigd met de delta. Zo wordt het verbruik bekomen. Dit verbruik wordt dan bijhouden in een array. Wanneer het uur verspringt, wordt de index van de array met 1 verhoogt en de teller terug op nul geplaatst. Voor dag, maand en jaar wordt hetzelfde principe toegepast. Op de volgende figuur zie de code in ST (Structured Text). In ST kan men IF-THEN-ELSE, DO-WHILE, FOR-LOOPS en CASES programmeren.



___________________________________________________________________________ FUNCTION_BLOCK pulsen_tellen_gas

R_TRIG_x(CLK:= PULS , Q=> PULS_TRIG)

VAR_INPUT

…

PULS: BOOL;

IF PULS_TRIG THEN

BEGINWAARDE: REAL

TELLER_UUR:=TELLER_UUR+1; …

DELTA: REAL; END_IF; …

END_VAR VAR

WAARDE_UUR := TELLER_UUR*DELTA; …

WAARDE_UUR: REAL;

(*waarden in de een array steken*) ARRAY_UREN[dagvandeweekx, Uurx]:=WAARDE_UUR; ….

… END_VAR

IF Uur_Reset THEN

VAR RETAIN PERSISTENT

TELLER_UUR:=0;

ARRAY_UREN: ARRAY [1..7,0..23] OF REAL;

…

TELLER_UUR: REAL; …

END_IF

END_VAR

Op de linker figuur hierboven is te zien dat ARRAY_UREN en TELLER_UUR retain en persistent variabelen zijn. Retain variabelen behouden hun waarde, zelfs na een ongecontroleerde shutdown van de controller zoals het uitschakelen en terug inschakelen van de controller (die overeenkomt met commando 'online' reset '). Persistent variabelen zijn variabelen die hun waarde behouden na het online commando download. Omdat bij een spanningsval de gegevens van het gasverbruik niet verloren zouden gaan, worden alle variabelen die de waarden van verbruik bijhouden als var retain persistent opgeslagen.

Figuur 114 var retain en var persistent



___________________________________________________________________________

4.1.2 Visualisatie De visualisatie hieronder is een overzicht van het gasverbruik. In dit overzicht is het verbruik van iedere dag, maand, jaar en het totaalverbruik te zien. Links onderaan wordt het maximum verbruik ooit gelogd en het gemiddeld verbruik weergegeven.

Figuur 115 overzicht scherm gasverbruik

Bij ieder verbruik (dag, maand, jaar, totaal) staat een knop grafiek. Wanneer er daar op geklikt wordt, komt er een duidelijk overzicht van het verbruik in grafiekvorm. Bij het maanden het dagverbruik is het mogelijk de andere maanden van het huidig jaar of de andere dagen van de huidige week ook weer te geven door met de knoppen + of – te werken. Hierdoor is het mogelijk om een andere maand of dag weer te geven. Bij het jaar- en totaaloverzicht is dit echter niet mogelijk.

Figuur 116 overzicht maandverbruik



___________________________________________________________________________ In de Wago-controller worden nu alle gegevens bijgehouden voor een jaar. Bij de overgang van 31 december naar 1 januari worden alle gegevens terug gewist met uitzondering van het totale- en het jaarverbruik (totale meter stand). Dit wordt zo gedaan omdat het retain geheugen van de controller beperkt is en het niet mogelijk is om de gegevens langer dan een jaar bij te houden. De Wago-controller is beperkt aan retain geheugen en kan niet alles bijhouden. Daarom zouden alle gegevens in een database opgeslagen moeten worden, zodat er niets verloren gaat. Dit hebben we echter niet meer kunnen realiseren wegens tijdgebrek.

4.2 Overzicht elektrisch verbruik 4.2.1 Basiscode Net zoals bij gas is er een function block gemaakt die het verbruik van elektriciteit bijhoudt. Deze function block is een kopie van dit van gas. Het is helemaal hetzelfde principe maar nu toegepast voor het elektriciteitverbruik. De ingang DELTA is nu 0,001 want er worden 1000 pulsen per kWh gegeven. Dus 1 puls is 0,001 kWh.

Figuur 117 functie blok elektriciteit

4.2.2 Visualisatie Voor de visualisatie is er op dezelfde manier te werk gegaan zoals bij gas. Er is terug een overzicht scherm met daarin het verbruik van iedere dag, maand, jaar en het totalenverbruik te zien is. Om een duidelijk onderscheid te maken zijn andere kleuren genomen. Voor elektriciteit is gekozen voor het kleur geel. In figuur hieronder zie het resultaat hiervan.

___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen

100


___________________________________________________________________________

Figuur 118 screenshots elektriciteit verbruik

4.3 Overzicht water verbruik 4.3.1 Basiscode Voor het meten van het waterverbruik is er gekozen voor een watermeter met twee pulsuitgangen. Een puls uitgang voor de hoge debieten en één voor de lage debieten. De pulsuitgang van de watermeter voor hoge debieten is 100L/imp. en voor de lage debieten 1L/imp. Daarom is DELTA_1 gelijk gesteld aan 100(liter) en DELTA_ 2 gelijk aan 1(liter).

Figuur 119 functie block water verbruik


101


___________________________________________________________________________

FUNCTION_BLOCK pulsen_tellen_gas

R_TRIG_1_x(CLK:= PULS_1 , Q=> PULS_TRIG_1);

VAR_INPUT

R_TRIG_2_x(CLK:= PULS_2 , Q=> PULS_TRIG_2)

PULS_1: BOOL;

…

PULS_2: BOOL;

IF PULS_TRIG_2 THEN

BEGINWAARDE: REAL

TELLER_UUR_2:=TELLER_UUR_2+1; …

DELTA_1: REAL; DELTA_2: REAL; END_VAR

END_IF; … IF PULS_TRIG_1 THEN

VAR

TELLER_UUR_1:=TELLER_UUR_1+1; … WAARDE_UUR: REAL; …

END_VAR VAR RETAIN PERSISTENT ARRAY_UREN: ARRAY [1..7,0..23] OF REAL;

END_IF; … WAARDE_UUR := ( TELLER_UUR_1*DELTA_1)+( TELLER_UUR_2*DELTA_2); …

TELLER_UUR_2: REAL;

(*waarden in de een array steken*) ARRAY_UREN[dagvandeweekx, Uurx]:=WAARDE_UUR; ….

…

IF Uur_Reset THEN

TELLER_UUR_1: REAL;

TELLER_UUR_1:=0;

END_VAR

TELLER_UUR_2:=0; … END_IF

De code komt ongeveer overeen met dit van gas enkel zijn er nu 2 teller die de waarde van elke pulsingang bijhouden.


102


___________________________________________________________________________

4.3.2 Visualisatie Net zoals bij gas en elektriciteit is de visualisatie van het waterverbruik op dezelfde manier gerealiseerd. Er is terug een overzicht scherm gemaakt waarop er veel terug te vinden is. Door verder te klikken is het mogelijk om meer in detail te gaan en dit in grafiek vorm weergegeven. Om onderscheid te kunnen maken is voor het waterverbruik een ander kleur genomen. Dit keer werd paars gekozen.

Figuur 120 visualisatie gasverbruik

4.4 Verwarming 4.4.1 Centrale verwarming 4.4.1.1 Principe van sturing Buiten de grote sportzaal van de sporthal worden alle andere lokalen verwarmd via een centrale verwarming. Deze centrale verwarming wordt geregeld via een ON/OFF regelsysteem. Dit wordt hier gedaan door een elektrothermische bediening die op een collector kan aangesloten worden. Een centrale verwarming werkt met 2 kringen: een kring die zorgt voor de toevoer van het warm water die van de verwarmingsketel naar de radiatoren gaat en een kring voor de terugvoer van het afgekoelde water. Bij een verdeelcollector worden alle leidingen van de verschillende kringen verzameld. Er is een verdeelcollector voor de toevoer van warm water en een verdeelcollector voor de afvoer van koud water. Deze collectoren worden meestal zo dicht mogelijk bij de verwarmingsketel geplaatst. Via de collectoren wordt het circuit van de centrale verwarming in zones verdeeld. Iedere zone stelt hier een ruimte voor zodat er via de elektrothermische bediening die op de collector staat de zones wel of niet afgesloten kunnen worden. Zo wordt hier de ON/OFF regeling toegepast. De volgende afbeelding toont een foto van een elektrothermische bediening van het merk caleffi die op een collector aangesloten kan worden. Deze kan gestuurd worden met een ___________________________________________________________________________ Mathias Vanbelle - Simon Vermeulen

103


___________________________________________________________________________ spanning van 230V AC 24VAC en 24VDC en is normaal gesloten (cv circuit afgesloten). Omdat de startstroom groter dan 1A is, kan de digitale uitgangskaart van Wago die op 24V werkt niet gebruikt worden. Deze kaarten kunnen maar stromen tot 500mA aan. Er zal dus een relais gebruikt moeten worden. Het duurt 120 a 180 seconden voordat het ventiel gesloten is.

Figuur 121 Elektrothermische bediening

Wanneer het ventiel van de elektrothermische bediening een opening van meer dan 80% heeft wordt de microschakelaar ervan gesloten. Zo zal in de visualisatie een overzicht kunnen geven worden van de centrale verwarming waarbij de toestand van de elektrothermische bedieningen via de microschakelaar weergegeven wordt.

Figuur 122 Thermo-electric actuator met collector

4.4.1.2 Centrale verwarming sturen met wago controller De centrale verwarming zal gestuurd worden via de wago controller. In de libary Builing_HVAC van wago is er een functie block hysteresis (Fb_Hysteresis) terug te vinden. Met deze functie block wordt de ON/OFF regeling toegepast.


104


___________________________________________________________________________

Figuur 123 Fb_Hysteresis

Aan de ingang rInput komt de waarde van de huidige temperatuur binnen. De ingangen rActivate en rDeactivate zijn de grenswaarden. De uitgang xOutput (Bool var) wordt „TRUE‟ als de voorwaarde „rInput ≤ rActivate’ voldaan is en „FALSE‟ als de voorwaarde „rInput ≥ rDeactivate’ voldaan is. Voor rActivate wordt 0.5°C kleiner dan de gewenste waarde genomen en rDeactivate 0.5°C hoger. Deze hysteresis is nodig zodat bij een waarde die ongeveer gelijk is aan de gewenste waarde, de sturing van de verwarming niet om de haverklap veranderd van waarde (ON/OFF). De basis uitwerking in ST is in de volgende figuur te zien. VOORWAARDE_TOILET_MAN:= RAAM_TOILET_MAN AND ON_TOILET_MAN; … IF VOORWAARDE_TOILET_MAN THEN Fb_Hysteresis_TOILET_MAN(rInput:=HUIDIGE_TEMP_TOILET_MAN_REAL , rActivate:=(GEWENSTE_TEMP_TOILET_MAN 0.5) , rDeactivate:=(GEWENSTE_TEMP_TOILET_MAN+0.5) , xOutput=>V_TOILET_MAN ); ELSE V_TOILET_MAN:=FALSE; END_IF; Figuur 124 Fb_Hysteresis in ST toegepast


105


___________________________________________________________________________ Via een extra IF-THEN-ELSE heb ik er een extra voorwaarde aan toegevoegd. Via een knop in de visualisatie moet de verwarming eerst aangelegd worden of er kan niet worden verwarmd. Als er een raam open staat heeft het geen nut voor de verwarming aan te schakelen. Daarom wordt dit ook in rekening gebracht. Wanneer er een raam open staat wordt de cv voor die bepaalde zone uitgeschakeld. Het bepalen of er een raam open staat kan eenvoudig gedaan worden via een magneetcontact die gesloten is als het raam dicht is.

Figuur 125 magneet contact voor ramen

4.4.1.3 Visualisatie van centrale verwarming 4.4.1.3.1 Het instellen van de centrale verwarming Het sturen van de centrale verwarming kan ingesteld worden in de visualisatie. Via de knoppen ON/OFF is het mogelijk de verwarming in het lokaal aan zetten. Via het groene of rode kleur in de cirkel is te zien of er een raam open staat of niet. Wanneer er een raam open staat zal er nooit verwarmd kunnen worden. In de tekstvakken „gewenste temperatuur‟ wordt de gewenst waarde per ruimte ingegeven. Bij het klikken op één van deze tekstvakken komt er een numpad te voorschijn waarbij de gewenste waarde via deze manier ingevuld kan worden. Naast de tekstvakken voor het instellen van de gewenste temperatuur is de huidige temperatuur van de ruimte te zien. Als de verwarming aangestuurd wordt, veranderd de kleur rond de naam van de ruimte van wit naar blauw.


106


___________________________________________________________________________

Figuur 126 instellen centrale verwarming

4.4.1.3.2 Overzicht centrale verwarming Op de figuur hieronder wordt een overzicht van centrale verwarming getoond. Met de groene of rode bollen worden de toestanden van de ventielen weergegeven. Bij gebouwen waarbij grote vermogens nodig zijn om te verwarmen worden de ketels meestal in cascade geschakeld. Dit wordt zo gedaan voor hotels, tehuizen, scholen, zwembaden en kantoren. Door een cascade systeem te gebruiken waarbij meerdere CV-ketels parallel worden geschakeld, kunnen groter vermogens gerealiseerd worden. Een voordeel hiervan is wanneer er één van de CV-ketels defect is er nog altijd verder kan verwarmd worden. Dit wordt gedaan met een lager vermogen via de andere CV-ketels die nog wel werken.


107


___________________________________________________________________________

Figuur 127 overzicht centrale verwarming

Het aansturen van de pomp in de CV-ketel kan je doen door te kijken naar de toestand van de ventielen. Wanneer het ventiel van de elektrothermische bediening een opening van meer dan 80% heeft, wordt de microschakelaar gesloten. Wanneer 1 van de microschakelaars gesloten is, mag de pomp aan.

4.4.2 Verwarming zaal met een gas heater 4.4.2.1 Principe voor het verwarmen met een gas heater De verwarming van de grote zaal in de sporthal zal via een heater gebeuren. Tegenwoordig kan de grote zaal van een sporthal verdeeld worden in verschillende ruimtes. Het voordeel hiervan is dat meerdere mensen een stuk van de sporthal kunnen huren. Bij deze toepassing is het mogelijk de sporthal in 3 delen te verdelen, waarbij de temperatuur in de verschillende delen kan geregeld worden. Zo‟n verdeling gebeurt in modernere sporthallen met geïsoleerde platen die de hele ruimte afzonderen van de rest van de zaal. Als voorbeeld van een heater op aardgas werd de Mark G+ module genomen. Dit is een gasbrander voor grote toepassingen en kan geregeld worden met een DC spanning van 0 tot 10V. Is dit signaal boven de 2 Volt DC dan wordt de heater aangeschakeld. Bij een signaal onder de één Volt DC wordt de heater terug uitgeschakeld. Dit verschil is nodig zodat bij een signaal van 2V de heater niet heel de tijd in- en uitgeschakeld wordt. Het toerental van de verbrandingsluchtventilator en daar mee de branderbelasting wordt lineair geregeld tussen 2 en 10V. Bij een signaal tussen 1 en 2 Volt DC is het toerental van de verbrandingsluchtventilator constant in de minimum positie.


108


___________________________________________________________________________

Figuur 128 mark g+ module heater

De hete lucht die deze heater uitblaast wordt via buizen in de zaal verdeeld. Met vlinderkleppen voor hete lucht kunnen een bepaald deel van de zaal wel of niet verwarmen. Ook worden met de vlinderkleppen PI- regeling toegepast. Dit kan gedaan worden door vlinderklep in de juist positie te sturen via 0 tot 10V sturing. Volgens de stand van deze vlinderkleppen wordt de heater gestuurd.

Figuur 129 vlinderklep voor hete lucht

4.4.2.2 Visualisatie van verwarming met heater 4.4.2.2.1 Instellen verwarming Voor het instellen van de verwarming in de zaal wordt eerst gekeken naar de toestanden van de scheidingen in de zaal en kan vervolgens de verwarming ingesteld worden. De toestand van de scheidingen in de zaal kunnen bepaald worden met een magneetcontact (open of gesloten). Omdat dit moeilijk toepasbaar is zijn er twee knoppen onderaan de visualisatie gestoken die deze magneetcontacten voorstellen. Per ruimte in de zaal kan de temperatuur ingesteld worden door in het tekstvak de gewenste waarde in te vullen. De huidige waarde in deze ruimte wordt er dan boven weergegeven. Door op de aan/uit knop te drukken zal de temperatuur van de ruimte naar de gewenste waarde geregeld worden.


109


___________________________________________________________________________

Figuur 130 instellen temperatuur zaal

4.4.2.2.2 Overzicht verwarming Op de volgende figuur is het overzicht van het systeem te zien die voor de verwarming in de zaal zorgt. Met links de heater weergegeven met de waarde van de sturing die gebeurt in procent. Daarnaast zijn de buizen te zien met vlinderkleppen. De sturing van deze vlinderkleppen wordt in procent weergegeven naast de vlinderkleppen. Bovenaan in deze visualisatie worden er drie temperatuursensoren weergegeven die de huidige temperatuur weergeven.


110


___________________________________________________________________________

Figuur 131 overzicht verwarming heater

4.5 Verlichting In het overzicht onderaan is de toestand van de verlichting te zien. Via de knoppen die naast de aangeduide ruimte staan kan de verlichting aan- of uitgeschakeld worden. Met externe drukknopen afkomstig van het ontworpen PCB kan de verlichting ook aan- of uitgeschakeld worden. Met de knop „ALLES UIT‟ is het mogelijk alle lichten in één keer uit te schakelen en met de knop „ALLES AAN‟ alles in te schakelen.

Figuur 132 sturen van verlichting

Door op de knop „Overzicht‟ te klikken kan er overgegaan worden naar een ander overzicht. Op dit overzicht worden de toestanden van alle TL- lampen in de sporthal weergegeven. Op dit scherm kan de verlichting ook aan- of uitgeschakeld worden, door gewoon op de gewenste ruimte te klikken.


111


___________________________________________________________________________

Figuur 133 overzicht verlichting


112


___________________________________________________________________________

Deel 7: Besluiten De opdracht van dit eindwerk sprak ons direct aan, we waren toch ferm onder de indruk bij ons eerste bezoek bij het stagebedrijf van wat er allemaal mogelijk is met domotica. We vonden het een hele uitdaging om een studie te doen over Smart Metering en te weten dat bedrijven als Eandis hier volop mee bezig zijn. We zijn dus begonnen met een studie van de energiemeters en technieken zoeken om dit binnen te lezen en te visualiseren op een pc of touchscreen. We waren aangenaam verrast dat Smart Metering een sterk groeiende markt is. Er zijn voor zowel het gas,water en elektriciteit verbruik binnen te lezen verschillende fabrikanten die goeie oplossingen aanbieden naargelang de toepassing waarin je het wilt gebruiken. Ook hebben we leren werken met een heel nieuwe wereld van PLC's. In school hebben we leren werken met Siemens PLC's met het bijhorende softwarepakket Step 7 van Siemens zelf, op het bedrijf hebben we gebruikt gemaakt van een Wago PLC en deze geprogrammeerd met behulp van CoDeSys, dit pakket heeft als voordeel dat het een opensource programma is en je kan er niet enkel Wago PLC's mee programmeren, maar ook PLC's van andere fabrikanten. In de Wagolibraries van CoDeSys zitten standaard functieblokken die een grote hulp waren tijdens het programmeren van onze eindvisualisatie. Onze eerste opdracht met CoDeSys was het ontwerpen van een parkeergarage, we botsten al snel op problemen bij het programmeren van dit, zoals voorwaarden stellen wanneer een auto de parkeergarage binnen of uit mag rijden of wat te doen wanneer de garage volzet is. Dit alles moesten we visueel voorstellen. Zo hebben we zeer snel en op een goeie manier leren werken met het softwarepakket. Na deze inleidende opdracht kregen we onze eindopdracht. Dit is het visualiseren van een energiemanagementsysteem. Hierbij moesten we duidelijk de verschillen in de 2 opdrachten aantonen. Bij een residentiële toepassing is het belangrijker dat het verbruik in grafiekvorm wordt gelogd zodat men kan vergelijken met bijvoorbeeld het energieverbruik van de vorige maand en dat de temperatuur gemakkelijk geregeld kan worden met behulp van een ON-OFF sturing. Terwijl bij een industriële toepassing de ruimte snel verwarmt moeten worden en grote verbruiken moeten gelogd worden.


113


___________________________________________________________________________

Literatuurlijst 3S - Smart Software Solutions GmbH. (2010). CoDeSys- PLC Development System. Opgeroepen op april 28, 2011, van http://www.3s-software.com/index.shtml?en_CoDeSysV3_en ABB. (sd). Opgeroepen op maart 27, 2011, van http://www.abb.be/ProductGuide/ Alectryon . (2011). TCOPT-01: Optische reflex sensor. Opgeroepen op april 10, 2011, van Alectryon : http://www.alectryon.nl/dataloggers/tcopt01/nl.htmAlectryon Automations- und Steuerungstechnik GmbH. (sd). KNX M-Bus Gateway. Opgeroepen op maart 28, 2011, van http://www.bb-steuerungstechnik.de/cms/ CALEFFI hydronic Solotions. (2011). Elektrothermische bediening. Opgeroepen op april 22, 2011, van http://www.caleffi.nl/caleffi/nl_NL/Site/Products/Catalogue/args/sezione/Family150_Distribution_m anifold_with_shut-off_and_regulating_valves_662/path/6~6561~6561details/include/~applications~catalog~serie.jsp/index.sdo DOMTIC.LOUNGE. (2011). ELEKTROMAT- experten in intelligente gebouwen. Opgeroepen op December 26, 2010, van http://www.domotic-lounge.be/ Elster instromet. (sd). Diaphragm meters. Opgeroepen op april 9, 2011, van http://www.elsterinstromet.com/en/diaphragm_meters.html Elster instromet. (sd). Elster Diaphragm meters BK-G1.6. Opgeroepen op aptril 9, 2011, van http://docuthek.kromschroeder.com/doclib/main.php?language=2&folderid=400039 Eltako. (sd). Opgehaald van http://www.eltako.com/nl/teaser-themes-nl/algemene-brochure2011.html energie-blog.com. (sd). Opgeroepen op maart 10, 2011, van Smart metering: http://www.energieblog.com/2007/04/04/smart-metering/en/ floorplanner. (2011). Onwerp je plattegrond online met floor planner. Opgeroepen op april 11, 2011, van http://nl.floorplanner.com/ Hoentzsch, C. (sd). Download Area. Opgeroepen op maart 28, 2011, van http://www.mbus.com/files/default.php http://www.ronnyrooman.be/meet_regel/pt100.pdf. (sd). Opgeroepen op april 18, 2011, van http://www.ronnyrooman.be/meet_regel/pt100.pdf Knockaert, J. Elektrische Meettechnieken. Oostende: KHBO. KNX. (2011). KNX Association. Opgeroepen op mei 19, 2011, van http://www.knx.org/be-nl/ KNX. (2011). KNX Metering is smart. Opgeroepen op april 12, 2011, van http://www.knx.org/benl/waarom-knx/knx-applications/smart-metering/knx-metering-is-smart/


114


___________________________________________________________________________ Longrun Industrial Instrument Co., Ltd. (sd). Ultrasonic Calorimeter. Opgehaald van http://www.ultrasonicscn.com/Products/Ultrasonic-calorimeter/ Mark. (2011). Gasgestookte Luchtverwarming. Opgeroepen op april 16, 2011, van http://www.markbelgium.be/ Mechanische watermeter siemens. (sd). Opgeroepen op april 5, 2010, van http://www.vwvbenelux.com/media/972/vwv6403s.pdf multidomo. (2011). softwarfor metering management. Opgeroepen op april 12, 2011, van http://metering.multidomo.com/ Ningbo Aimei Meter Manufacture. (sd). Water metes (woltmann). Opgeroepen op maart 25, 2011, van http://www.allwatermeter.com/pro/LXXG-50A-300A--IRRIGATION---AGRICULTURE-WATER.htm NZR . (sd). PRODUCTCONFIGURATOR . Opgeroepen op april 6, 2011, van http://www.nzr.de/en/products/productconfigurator/electricity-meter.html Relay GmbH. (2003). M-Bus Level-Converter PW3. Opgeroepen op maart 28, 2011, van http://www.relay.de/PW3_e.htm SWISS. (sd). Products the EGZ-G4. Opgeroepen op april 8, 2011, van http://www.swiss-gasmetering.com/index.php?id=2446 Wago - Codesys Forum. (2001). Opgeroepen op maart 26, 2011, van http://wago.forumup.be/ WAGO. (2007). W 5 Volume3. Germany D-32423 Minden: WAGO. Wago. (sd). Wago Online Katalog. Opgeroepen op maart 28, 2011, van http://www.wagocatalog.com/okv3/index.asp?cid=31&lid=10&str_from_home=first Wikipedia. (sd). Pt100. Opgeroepen op april 18, 2011, van Wikipedia Pt100: http://nl.wikipedia.org/wiki/Pt100 Wikipedia. (sd). Reed switch. Opgeroepen op april 17, 2011, van Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Reed_switch wikipedia. (sd). Warmtecapaciteit. Opgeroepen op april 15, 2011, van http://nl.wikipedia.org/wiki/Warmtecapaciteit


115

Visualisatie van een energiemanagementsysteem

Recommend Documents