27.05.2015

PC-basierte Steuerungstechnik als integrierte MSR-Lösung für raumlufttechnische Geräte

Embedded-PC als flexible und durchgängige Steuerungslösung

Die modularen Klimazentralgeräte von Trox eignen sich für ein breites Anwendungsspektrum und lassen sich hierzu bedarfsgerecht konfigurieren. Die daraus entstehenden Anforderungen hinsichtlich Flexibilität, Offenheit, Robustheit sowie einfache Bedienbarkeit und Installation gelten auch für die integrierte MSR-Lösung, die auf einem Embedded-PC und der Software Twincat basiert.

Autor: Dipl.-Ing. Stefan Ziegler, Beckhoff Automation GmbH & Co. KG.


Seit der Gründung im Jahr 1951 entwickelt und produziert die Trox GmbH, Neukirchen-Vluyn, Komponenten, Geräte und Systeme rund um die Klimatisierung von Räumen sowie für den Brand- und Rauchschutz. Das breite anwendungsspezifische Know-how, beispielsweise in den Bereichen Flughäfen, Hotels, Krankenhäuser, Einkaufszentren, Bürogebäude und Sportstätten, zeigt sich insbesondere bei der im Jahr 2012 in den Markt eingeführten Geräteserie X-Cube. Diese Klimazentralgeräte sind frei konfigurierbar und optional mit einer integrierten MSR-Lösung ausgestattet. Durch die große Flexibilität der Gerätekonstruktion konnten bereits RLT-Geräte mit einem Volumenstrom bis 150.000m3 realisiert werden. Die MSR-Funktionalität wurde in den vergangenen Jahren sukzessive erweitert, sodass sich heute neben dem raumlufttechnischen (RLT-)Gerät z.B. auch die Volumenstromregler und Brandschutzklappen des Unternehmens einbinden lassen. Erhältlich ist X-Cube als hygienisch hochwertige Basisversion z.B. für Büro- und Verwaltungsgebäude in spezieller Hygieneausführung gemäß RLT-Richtlinie 01 für den Einsatz in Krankenhäusern und Laboratorien sowie als wetterfeste Ausführung für den Einsatz im Freien. Die passgenaue Modulbauweise sowie der durch den konsequenten Feldbuseinsatz minimierte Verdrahtungsaufwand sorgen für geringe Montage- und Wartungskosten. Konfigurieren lässt sich X-Cube als reines Zu- oder Abluftgerät bzw. als - neben- oder übereinander angeordnete - Kombination von beidem.

Offene Steuerungstechnik

Der hohe Funktionsumfang der MSR-Lösung stellt hohe Anforderungen einerseits an die Rechenleistung der zugrunde liegenden Steuerungstechnik und andererseits an die Anpassungsfähigkeit hinsichtlich der jeweiligen Einsatzbedingungen. Mit der PC-basierten Steuerungstechnik von Beckhoff ließ sich dies laut Trox sehr gut realisieren. Bereits in der frühen Konzeptphase der neuen Serie X-Cube definierte Trox das Thema Flexibilität als eine der wichtigsten Haupteigenschaften. Denn jedes Gerät mit optionaler integrierter MSR-Lösung wird sowohl konstruktiv als auch MSR-seitig exakt auf den jeweiligen Einsatzzweck angepasst. Da die jeweiligen Anforderungen sehr unterschiedlich sind, muss die Steuerungstechnik eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Ein- und Ausgänge bieten und zudem softwareseitig äußerst anpassungsfähig sein. Dies ist mit einem frei konfigurier- und programmierbaren Steuerungssystem wie PC-Control einfach möglich. Hinzu kommt der Vorteil der Offenheit, durch die sich das MSR-System über verschiedene Bussysteme in nahezu alle Gebäudeleitsysteme integrieren lässt. Neben dem modernen Steuerungs- und Bedienkonzept war für Trox ein fortschrittliches Kommunikations- und Verkabelungskonzept wichtig. Ein wesentlicher Punkt sei hierbei der Einsatz einer busbasierten Anbindung der Geräteaktoren und -sensoren gewesen. Gegenüber konventionellen Systemen könne man damit deutlich mehr Informationen austauschen, und das bei einem erheblich reduzierten Verkabelungsaufwand. Jeder X-Cube mit Trox-Regelung biete hierfür eine werkseitig vorbereitete Lösung mit einem speziell entwickelten Kabel- und Steckersystem für einen reduzierten Installationsaufwand.

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Embedded-PC als Kern einer durchgängigen Steuerungslösung

Das breite X-Cube-Anwendungsspektrum reicht von einfachen Zu- oder Abluftgeräten bis hin bis zu komplexen Anlagen, bei denen neben dem RLT-Gerät auch Brandschutzklappen, Volumenstromregler oder weitere Trox-Produkte zum Einsatz kommen. Mit dem modularen Steuerungssystem von Beckhoff lässt sich bedarfsgerecht abgestimmt sowohl für einfache wie auch für anspruchsvolle Anlagen eine einheitliche Lösung realisieren. Den Kern bildet ein Embedded-PC der CX-Reihe, und zwar in der Regel ein CX8090 mit einem geswitchten Ethernet-Port. Ist ein zertifizierter Bacnet Building Controller gewünscht oder eine höhere Rechenleistung erforderlich, kommt ein CX9020 zum Einsatz. Die erforderliche Software-Funktionalität bietet Twincat mit den Bibliotheken XML Data Server, Bacnet/IP, Modbus TCP Server, PLC Modbus RTU sowie SMS/SMTP Server. Auch bei komplexen Anlagen werden selten mehr als 20 physikalische I/Os benötigt, z.B. die Analog-Ein- und -Ausgangsklemmen KL340x bzw. KL440x, die HD-Busklemmen KL1809 bzw. KL2808 oder die AS-Interface-Masterklemme EL6201. Aufgrund des MSR-Systems auf Feldbusbasis kann hiermit aber eine hohe Anzahl an Datenpunkten - bei größeren Anlagen mit Brandschutzklappen, Volumenstromreglern und RLT-Gerät über 1.000 - realisiert werden. Das kompakte, modulare Steuerungssystem übernimmt zunächst alle grundsätzlichen Funktionen, wie die Buskommunikation mit den Aktoren und Sensoren oder die Regelung verschiedener Baugruppen (z.B. Befeuchter). Darauf aufbauend werden verschiedene Diagnosefunktionen bereitgestellt, die permanent das Verhalten der Komponenten überwachen und im Falle einer Störung entsprechend reagieren. Neben diesen anlageninternen Aufgaben stellt der Embedded-PC auch die webbasierte Bedienoberfläche bereit, über die auf Geräteeinstellungen und Statusinformationen zugegriffen werden kann. Als dritte Hauptaufgabe übernimmt der Controller bei Bedarf die Kommunikation mit der Gebäudeleittechnik. Die wichtigste Anforderung von Trox an die Steuerungslösung besteht darin, dass sich die IPC-Rechenleistung und I/O-Anzahl einfach an die Kundenwünsche anpassen lassen. Handelt es sich um eine anspruchsvollere Anwendung, kann problemlos auf einen leistungsfähigeren Controller zurückgegriffen werden, ohne dass hierfür die Standard-Software der Geräte zu verändern ist. Ein in der Praxis wichtiges Merkmal der Embedded-PCs ist die Speicherung der Einstellungen und Software auf einer SD-Karte. Dies reduziert den Aufwand im Falle eines Controller-Austauschs erheblich und ermöglicht zudem eine einfach zu handhabende Sicherung der Einstellungen und Diagnoseinformationen des Geräts.

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