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Messen

BodCO2

Mobiles Messen des CO2 im Boden.

• mwnet

  Modulares System aus seriell vernetzten Messmodulen.
  Zur Zeit lieferbare Module (wird laufend nach Bedarf erweitert):
  • MW3ZV - 3 Zähler
  • MW8A - 8 Spannungen
  • MW4ACV - 4 Pyranometer
  • MW8ECP - 8 elektrochemische Potentiale
  • MW8T - 8 KTY-Temperaturfühler
  • MW8PT - 8 PT100-Temperaturfühler
  • MW8ARA - 8 Tensiometer
  • MW1BAR - Luftdruck
  • MW1Z1A - Wind
  • MW4I4O - Digitale Ein- und Ausgänge
  • MW4PWM - 4 Schalt- und 4 pulsweitenmodulierte Ausgänge
  • MW2Z4T4A - 3 Zähler, 4 Spannungen, 4 Temperaturen

mwnPC

Anschluss am PC als Master plus PC-Software.

mwchef

Stromsparender Einplatinenrechner als Master des mwnet.

Dieses mobile Gerät gestattet es, in wenigen Minuten den CO2-Gehalt der Luft im Boden zu messen.

Dazu wird ein Dorn in einstellbarer Tiefe in den Boden gestochen. Durch diesen Dorn wird anschließend automatisiert per Pumpe eine Gasprobe gezogen und auf CO2-Gehalt analysiert. Das Ergebnis ist sofort ablesbar und wird zusätzlich gespeichert. Auch längere Messreihen sind automatisiert ausführbar. Der Speicher ist einfach mit USB-Stick auslesbar und kann am heimischen PC ausgewertet werden.

Das Gerät ist mit einer Powerbank zur Stromversorgung ausgestattet und wird via USB wieder aufgeladen. Die Kapazität reicht für mehrere Hundert Messungen.

Das mw-net ist ein universelles serielles Datenübertragungsnetz auf der Basis des am weitesten verbreiteten Standards RS232. Allerdings sind hier alle Stationen voneinander galvanisch getrennt. Damit werden für Meßanwendungen möglicherweise störende Auswirkungen von Potential­differenzen sicher vermieden. Trotzdem ist jede Station einzeln mit dem entsprechenden Anschlußkabel an einer Standard-RS232-Schnittstelle eines PC betreibbar.

Das mw-net kann Meßwerte erfassen und speichern, die Meßwerte und daraus berechnete Größen anzeigen und Systemkomponenten in Abhängigkeit von den gewonnenen Meß- und Rechenwerten steuern und regeln.

Das mw-net besteht aus einem Master und 1 bis 16 (bei Bedarf mehr) peripheren Komponenten. Sie sind bei Bedarf galvanisch voneinander getrennt und über eine serielle 4-Draht-Leitung (übliche Telefonleitung) miteinander verbunden. Ein großer Teil der Bausteine kann für Feld-Meßeinsätze im Gehäuse IP67 mit dazugehörigen wasserdichten Verschraubungen oder entsprechenden Steckverbindern geliefert werden.

Der Master kann sein:

• ein handelsüblicher, IBM-kompatibler PC - stationärer Typ oder Laptop - mit einer RS232-Schnittstelle; erforderlich ist dies, wenn große Datenmengen in kurzem zeitlichen Abstand gespeichert werden müssen.
• ein mw-CHEF-Rechner mit einfach modifizierbarem Programm, begrenzter sromausfallsicherer Datenspeicherungskapazität (Flash) und zweiter serieller Schnittstelle zum Übertragen von Daten zu einem PC.
• ein mw-Mini-Master mit festem Programm für einfache Systeme: z.B. um Zählerstände abzulesen, aufzuaddieren, Momentanwerte zwischenzuspeichern und anzuzeigen.

Ursprünglich wurde das mw-net entwickelt, um in komplexen Systemen ein effektives Energiemanagement realisieren zu können, z.B. zur optimalen Regelung eines auf BHKW basierendem Nahwärmenetzes mit der dazugehörigen Stromversorgung für mehrere unterschiedlich genutzte Gebäude.

Inzwischen wird das mw-net z.B. häufig dazu eingesetzt, um den Betrieb von Photovoltaik-Anlagen zu dokumentieren und zu veranschaulichen. Dazu werden im einfachsten Fall die entsprechenden Zähler - Erzeugung, Bezug, Einspeisung - abgetastet und die momentane Leistung bzw. die jeweils aufsummierte Arbeit angezeigt. Je nach Kundenwunsch kommen meist Temperaturen, solare Einstrahlung oder auch abgeleitete Größen wie z.B. eingespartes CO₂ dazu.

Der Einsatz von mw-net-Komponenten in IP67-Gehäusen macht einen Einsatz als Feld-Meß-System möglich für eine Vielzahl unterschiedlichster Meßaugfgaben. Dabei kann sowohl ein PC (Laptop) als Master zum Einsatz kommen, als auch der dafür optimierte mw-chef-Rechner, der dann als Datenlogger arbeitet bei einem Stromverbrauch von unter einem Watt. Seine in einem stromausfallsicheren Flash-Speicher abgelegten Daten können über eine übliche serielle Schnittstelle in einen PC überspielt und dort ausgewertet werden.

Anwendungsbeispiel PV-Anlage

Für die Visualisierung der Funktion und der Leistungsdaten einer PV-Anlage ist z.B. folgende Konfiguration praktikabel:

Am Einspeisepunkt der PV-Anlage wird ein Wechselstromzähler mit Impulsausgang montiert, zwei ebensolche Zähler werden zur Erfassung des Stromverbrauches und der Einspeisung ins öffentliche Netz installiert. Die Impulse dieser 3 Zähler werden von einem MW3Z-Controller bzw. bei größerem räumlichen Abstand des PV-Erzeugungszählers noch einem MWZ-Controller erfaßt. In einem PC (oder als stromsparender Alternative lediglich mit Monemtanwertspeicherung in einem mw-Mini-Master) werden von dem mitgelieferten Betriebsprogramm die Momentanleistungen errechnet und die Arbeitssummen aufaddiert. Am Ort der Anzeige ist ein MWD-Controller montiert, der max. 8 jeweils 4-stellige LED-Displays treiben kann. Hier kann z.B. die momentane Leistung der PV-Anlage mit einer größeren Anzeige in gelb, die seit Startzeit erbrachte Arbeit mit einer kleineren Anzeige ebenfalls in gelb dargestellt werden. Der Bezug und der Verbrauch lassen sich z.B. mit roter, die Einspeisung von Solarstrom ins öffentliche Netz mit grüner Anzeige sehr übersichtlich darstellen.

Diese Darstellung kann an verschiedenen Stellen im Gebäude in unterschiedlicher Weise geschehen: in der Eingangshalle auf einem größeren Schaubild, unterm Dach bei den Wechselrichtern mit kleinen Anzeigen. Da vielfältige Meßgrößen wie Solarstrahlung, Temperaturen, Gasmengen, Lichtstärken, Windgeschwindigkeiten u.v.m. erfaßt werden können, erhält man die Möglichkeit, weitere interessierende Größen zu veranschaulichen. Viele Beispiele solcher Anzeigen finden Sie auch in unserem Abschnitt Schautafeln.

Anwendungsbeispiel Meßdatenerfassung im Feld
Alle Module können in witterungsgeschützten Gehäusen IP67 mit entsprechenden Verbindungskabeln geliefert werden und eignen sich dann für die Erfassung fast beliebiger Meßdaten im Rahmen von Feldmessungen. Dafür ist auch eine akkugepufferte solare Stromversorgung lieferbar. Zum Betrieb eines PC als Master ist eine spezielle Software lieferbar, die einen selbständigen Betrieb, Kalibrierfunktionen, Datenspeicherung etc. enthält. Ein typisches Beispiel einer solchen Feldanlage befindet sich im und um das Waldlabor und den Klimaturm im Expo-Projekt Erlebniswald. Werfen Sie einen Blick auf die Schautafel.

Die Abbildung zeigt die MW8PT-Platine eingebaut in ein IP-67-Gehäuse für den Feldeinsatz.

Zum Anschluss von mwnet-Komponenten an die serielle Schnittstelle des PC ist ein spezielles Anschlusskabel nötig. Durch eine geschickte Schaltung im PC-seitigen Stecker gelingt ohne zusätzliche Stromversorgung die galvanische Trennung des PC vom mwnet. Auf dem PC steht für allgemeine Messaufgaben die Software MWNET zur Verfügung, mit der die meisten mwnet-Module interaktiv verwaltet, konfiguriert und gegebenenfalls softwaremäßig kalibriert werden können. Die Software gestattet einen permanenten Überblick über die momentanen Messwerte und grafische Darstellungen aus den aufgezeichneten Daten. Die Daten werden in einem allgemein lesbaren Format abgelegt und können zum Beispiel mit Excel direkt importiert und weiter ausgewertet werden.

Der mwChef ist ein stromsparender Einplatinenrechner auf der Basis des weitverbreiteten Microcontrollers 68HC11 von Motorola. Er ist eine Eigenentwicklung von Messwert. Wir setzen ihn überall ein, wo eine anspruchsvolle Mess-, Regel- oder Steuerungsaufgabe nach einem kleinen, effizienten und extrem zuverlässigen Rechner verlangt. Der Rechner ist ausgestattet mit 128 KB RAM und 512 KB Flash. Davon stehen 448 KB als stromausfallsicherer Speicher für Aufzeichnungszwecke zur Verfügung. Ein LC-Display mit 4x20 Zeichen sowie 5 Tasten gestatten eine angenehme Bedienung. Der Rechner hat eine integrierte Echtzeituhr und je eine serielle Schnittstelle zum mwnet und zu einem PC. Herz dieses Systems aber ist die auf die Hardware-Architektur optimal abgestimmte Systemsoftware. Wir realisieren hier echtes pre-emptive Multitasking. Das heißt zum Beispiel: Die Bedienung des Rechners, das Auslesen über die Schnittstelle, das Protokollieren der Messdaten und eine zeitaufwendige Berechnung zum Zwecke des Regelns laufen parallel ab, ohne sich gegenseitig zu stören!
Gerade wenn es um regenerative Energien geht, ist der Stromverbrauch oft eine sensible Größe. Wer möchte schon publikumswirksam seine Solarstromanlage mit einer schönen Schautafel präsentieren, um dann dem interessieren Fachmann kleinlaut gestehen zu müssen, daß der PC zur Ansteuerung der Präsentationstafel und der Datenerfassung den größten Teil des erzeugten Stroms gleich wieder verbraucht. Der Chef benötigt in der Regel nur etwa 80mA an 5V, lediglich die Beleuchtung des eingebauten 4x20 Zeichen LCD ist mit gut 200mA ein "echter Stromfresser". Aber sie wird automatisch bei Nichtbenutzung ausgeschaltet und der Stromverbrauch fällt wieder weit unter 1Watt! Schauen Sie doch bitte unsere Beispiele von bereits realisierten Schautafeln an. Wo nicht ausdrücklich dabeisteht, daß ein PC zum Einsatz kommt, ist ein mwChef der Master und das Herz des Systems!

Der mwChef, wie Sie ihn sonst niemals sehen:
Platinenansicht des Entwicklungsprototypen

Eine weiteres Beispiel für einen anspruchsvollen Einsatz des mwChef stellte ein Forschungsprojekt in NRW zu Lüftungsanlagen im Niedrig-Energie-Haus dar. Der mwChef mit einem kleinen Netz aus mwnet-Komponenten arbeitete dort gleichzeitig als Haustechnik-Regler und Datalogger. Das Auslesen der Daten sowie der gelegentliche Update der Software im mwChef zur Anpassung an neue Fragestellungen geschahen per Modem. Das Projekt lief 1999 bis 2001 und ist inzwischen erfolgreich abgeschlossen. (Sie können den Endbericht herunterladen als PDF bei www.sole-ewt.de im Menüpunkt "Erfahrungen"). Die Haustechnik-Regelung mit mwChef und mwnet arbeitet bis heute.

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