Fraunhofer IIS Konsequentes Energie-Monitoring spart bares Geld

Prototyp des Sensormesssystems
Prototyp des Sensormesssystems

Nur wer genau weiß, wieviel Energie seine elektronischen Geräte und Anlagen verbrauchen, kann Ansatzpunkte für eine höhere Energieeffizienz finden. Hier setzen die neuen vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) entwickelten Mess- und Sensorsysteme an.

Wirtschaftsexperten sind sich einig, dass vor allem mittelständische und energieintensive Industriezweige ihr Sparpotenzial in Sachen Energie bei weitem noch nicht ausgeschöpft haben. Oft liegen noch nicht einmal Informationen über den genauen Energieverbrauch der Produktionsmaschinen vor, und dies, obwohl neue gesetzliche Regelungen zu Energiemanagementsystemen von Unternehmen einen Nachweis der Maßnahmen zur Energieeffizienz und eine detaillierte Erfassung des Energiebedarfs im Herstellungsprozess fordern.

Abhilfe sollen hier die Mess- und Sensorsysteme des Fraunhofer Instituts für Integrierte Schaltungen (IIS) schaffen. Die Forscher haben gemeinsam mit der Firma Rauschert ein neuartiges, platzsparendes Messsystem entwickelt, das den Verbrauch pro Stromkreis präzise und kontinuierlich erfasst.

Die Messmodule sind direkt im Verteilerkasten der Industriemaschinen montiert, dabei ist das Gehäuse so angelegt, dass es sich ähnlich einer Wäscheklammer um den Leiter klemmen lässt.

Ein Sensor-ASIC misst den Energieverbrauch dezentraler Geräte und zeichnet gleichzeitig die Netzqualitätsparameter auf, so dass sich die Ursache einer Störung im Produktionsverlauf schnell lokalisieren lässt.

Der Stromsensor misst tangential zur Chip-Oberfläche verlaufende Magnetfelder und überträgt diese mittels optimierter serieller Datenübertragung an einen Mikrocontroller. Dieser verarbeitet die Messwerte der einzelnen Sensoren zu einem Messwert für den elektrischen Strom im Leiter. Die Spannungsmessung erfolgt über einen Dorn, der bei der Montage durch die Isolierung in den Leiter gedrückt wird.

Drahtlose Verbrauchswerterfassung

Grundlage für automatisiertes Auslesen und genaue Verbrauchsprognosen ist eine durchdachte Übertragung der gemessenen Verbrauchswerte. Das Fraunhofer IIS hat dazu die für extrem energiesparende drahtlose Sensornetze ausgelegte »s-net«-Technologie entwickelt. Sie erlaubt sowohl die Einbindung bestehender einfacher, funkbasierter oder drahtgebundener Zählersysteme in ein Multi-Hop-Kommunikationsnetz (zur Datenweiterleitung von Verbrauchswerten) als auch die Realisierung neuer, intelligent abfragbarer Zählersysteme.

Die s-net-Technologie ist mit anderen drahtlosen Primärfunkprotokollen wie beispielsweise Wireless-M-Bus kombinierbar. Über flexible Schnittstellen kann sie sich an die unterschiedlichen Zähler und Zählerprotokolle anpassen. Mit dem s-net-Kommunikationsprotokoll ist der autarke Batteriebetrieb großer s-net-Netze mit geringer Latenzzeit möglich. Der dynamische Aufbau und die Selbstorganisation sorgen für geringen Konfigurations- und Wartungsaufwand und hohe Robustheit. Die bidirektionale Multi-Hop-Kommunikation überwindet die Reichweitenbeschränkung einer Funkzelle, indem Zählerwerte sowie Anweisungen oder Befehle, wie etwa Übertragung neuer Tarife oder Schließen des Ventils, über mehrere Funkknoten an einzelne Zähler weitergegeben werden.

Die s-net-Technologie bietet alle für Smart Metering wichtigen Bausteine: Vom lizenzierbaren Hardwaredesign für die Funkknoten im Zähler über die individuell anpassbare Protokollsoftware für deren Vernetzung bis hin zu Service- und Anwendungskomponenten. Entsprechend flexibel ist s-net auch hinsichtlich sich ändernder gesetzlicher Auflagen für das Zähler- und Messwesen.

Für den Test der s-net-Technologie am Einsatzort hat Fraunhofer das Evaluation-Kit DATA entwickelt.