Virtuelle Steuerung für Hitzeschutz Wien: Hochdruck-Nebelduschen sorgen für Abkühlung

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Automatisierung dringt zunehmend in viele Alltagsbereiche und die Überwachung bzw. Steuerung von verteilten Anlagen vor. Viele dieser Anwendungen lassen sich nur mit virtuellen Steuerungen wirtschaftlich lösen. Beispielsweise kühlt die Stadt Hitzeinseln mit Hochdruck-Nebelduschen, automatisiert mit cloudbasierter virtueller SPS von Logiccloud.

Die Mehrheit der Menschen lebt in Städten. Doch gerade hier machen sich die zunehmenden Hitzeperioden, bedingt durch den Klimawandel, besonders bemerkbar. Grosse Betonflächen, dichte Bebauung und oft wenig Schatten sorgen dafür, dass Wärme gespeichert wird und Hitzeinseln entstehen. Gefragt sind durchdachte Konzepte, die an heissen Tagen für dringend benötigte Abkühlung sorgen. Die Stadt Wien hat in den vergangenen Jahren zahlreiche Massnahmen ergriffen. So wurden zum Beispiel neue Grünflächen geschaffen und Bäume gepflanzt, Neubauten im Schwammstadtprinzip realisiert oder mit «coolen Zonen» öffentliche Innenräume geschaffen, in die man sich zurückziehen kann. Auch Wasser wird zur Kühlung genutzt. So sorgen beispielsweise 60 Hochdruck-Nebelduschen, verteilt in Wiener Parks, für Abkühlung – eine Automatisierungsanwendung mit ganz speziellen Anforderungen.

Herausfordernde Rahmenbedingungen

Die Rahmenbedingungen zur Automatisierung der Nebelduschen waren alles andere als ideal: Für die Wasserzufuhr sollten die vor Ort vorhandenen Hydranten genutzt werden. Leitungen für Strom oder Kommunikation waren nicht vorhanden. Dennoch sollten sich die 60 Anlagen von zentraler Stelle und auch vor Ort steuern lassen. Dabei bestand der Wunsch nach einer zeitgesteuerten und situationsgerechten Kühlung, ohne dabei (gerade an sehr heissen, trockenen Tagen) unnötig Wasser oder Energie zu verschwenden. Die Raintime GmbH ist auf die Planung und Realisierung von Hochdruck-Nebelanlagen spezialisiert. Das Unternehmen realisierte die Hochdruck-Nebelduschen und brachte seine Kompetenz in Wasser- und Nebeltechnik in das Projekt ein. Mithilfe von Hochdruckpumpen, speziell ausgelegten Düsen und durchdachter Steuerungs- und Regelungstechnik entstehen in den Anlagen von Raintime höchstfeinste Nebeltropfen. So wird eine sehr effiziente Wassernutzung bei maximaler Kühlung möglich. Für die Automatisierung und Funkvernetzung arbeitete Raintime mit Kaiser.Works zusammen. Als Softwarebasis kam die cloudbasierte Steuerungs- und Visualisierungsplattform von Logiccloud zum Einsatz.

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Kostengünstig zuverlässig automatisieren

Die Wiener Nebelduschen stehen exemplarisch für viele verteilte Anwendungen, bei denen Automatisierung ausgesprochen hilfreich sein könnte. In solchen Projekten würden die Kosten für Erdarbeiten zum Verlegen von Leitungen oder auch nur die Anschaffung von klassischen Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), deren Programmierung sowie die Anschaffung spezieller Geräte für die Visualisierung und Bedienung den finanziellen Rahmen bei Weitem sprengen. Kaiser.Works setzt deshalb auf ein völlig anderes Konzept, nämlich die Software-defined Automation-Plattform von Logiccloud. Die «virtuelle» SPS ersetzt traditionelle Hardware-Steuerungen mit starren, hierarchischen Strukturen. Prozessdaten werden zudem in einem Web-Portal visualisiert. Herbert Andert, Geschäftsentwicklung Automatisierungstechnik bei Kaiser.Works, berichtet: «Die Anlagen stehen verteilt im urbanen Raum, ohne feste Energieversorgung. Gefordert war ein reiner Batteriebetrieb in Kombination mit energiesparender Funktechnologie. Das haben wir mit einer Funkvernetzung über Lorawan und MQTT umgesetzt und übertragen so die Daten zuverlässig in die Leit- und Portalebene.»

Mit dem Konzept der virtuellen SPS verschiebt sich die Steuerung von den Anlagen vor Ort weg in die Cloud. Dazu unterstützt die Logiccloud-Lösung alle für den Markt relevanten Schnittstellen. So lassen sich zahlreiche Komponenten einfach integrieren und ihre Informationen zentral in der virtuellen Steuerung sammeln. Die für den jeweiligen Betriebsfall benötigten Anwendungen werden per IEC 61131-3 in einem intuitiven Online-Portal (Logiccloud IDE) programmiert. Das Portal nutzt dafür KI-gestützte Tools und Drag-and-Drop-Funktionen für die Visualisierung. Das vollständig webbasierte HMI für intuitive Benutzeroberflächen ermöglicht die Anzeige in beliebigen Browsern und macht das System somit plattformunabhängig. Auch das war ein Argument für den Einsatz in Wien. Verschiedene Akteure der Stadtverwaltung sollten Einblick in die Steuerung erhalten. Mit der webbasierten Lösung ist das einfach, jederzeit und überall möglich. Dabei ist es egal, ob beispielsweise ein Mitarbeiter der Instandhaltung nach einer Reparatur vor Ort die Anlage mit seinem Handy startet oder ein Mitarbeiter der Verwaltung den aktuellen Zustand der Nebelduschen über seinen PC einsehen möchte.

Verteilte Automatisierungs-Anwendungen

In der beschriebenen Anwendung ist die Steuerungslogik verhältnismässig einfach: Festgelegte Programme für die Spülung der Anlage sowie zum geregelten Zeitbetrieb schalten die Anlage im Wesentlichen ein und aus. Aber obwohl die Steuerungslogik verhältnismässig einfach ist, stellt die Anwendung dennoch auf vielen Ebenen hohe Anforderungen an die eingesetzte Steuerlösung: Multi-Client-Nutzung wurde bereits angesprochen. Hierzu gehört selbstredend auch ein Rechtemanagement, mit dem sich zuverlässig verwalten lässt, wer welche Zugriffsmöglichkeiten hat oder wem welche Visualisierungen verfügbar gemacht werden. Zudem sind Nutzer in Anwendungen ähnlich der Wiener Nebelduschen oft keine Automatisierungsexperten. Dennoch wollen sie mit geringem Aufwand einfach Anpassungen an der Steuerung, z.B. für die Ein- und Ausschaltzeiten, selbst vornehmen können. Eine intuitive und flexible Programmierung ist also gefragt, ebenso wie die einfache Distribution von Software-Updates. Gleichzeitig spielen bei Anwendungen im urbanen Raum auch Cyber Security und die verschlüsselte Übertragung von Prozessdaten eine wichtige Rolle. Logiccloud nutzt dazu TLS1.3 (Transport Layer Security 1.3) als Protokoll zur sicheren Datenübertragung. Auch die Ablage von Daten auf sicheren europäischen Servern oder On-Premise-Lösungen ist in diesem Zusammenhang eine wichtige Forderung. Vielerorts ist auch ein Alarmmanagement gefragt, das im Falle von Stillständen Betreiber sofort (zum Beispiel per Mail oder SMS) oder aber bei schleichenden Veränderungen präventiv informiert (zum Beispiel über einen entsprechenden Bereich in der Visualisierung). In Wien beispielsweise verschaffen sich die Mitarbeiter am Morgen und am Abend einen Überblick über den Zustand der Anlagen und planen entsprechend eventuelle Massnahmen.

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Hardwareunabhängigkeit als Kaufargument

Kaiser.Works hat als Goldpartner von Logiccloud bereits verschiedene Anwendungen mit der cloudbasierten Steuerung realisiert. Andert begeistert dabei, «dass Logiccloud immer wieder Weiterentwicklungen für uns vornimmt. Also nicht die Anwendung muss sich an die Steuerung anpassen, sondern umgekehrt. Diese Flexibilität schätze ich sehr. Das Alarmmanagement per E-Mail und SMS wurde in einem Projekt beispielsweise an unsere Anforderungen angepasst.» Ein weiteres wertvolles Argument für den Einsatz der Steuerungen sieht er in deren Hardware-Unabhängigkeit. Anwender können die für ihre Anwendung ideale Hardware auswählen. Er hat bereits erlebt, dass Unternehmen verschiedene Hardware-Konzepte aufgebaut, die Steuerungslösung auf alle Varianten aufgespielt und vor einer Kaufentscheidung direkt miteinander verglichen haben. Gleichzeitig kann man durch die Hardware-Unabhängigkeit flexibler reagieren auf Abkündigungen, wenn man schnellen Ersatz benötigt oder bei technischen Weiterentwicklungen.

Von den beschriebenen Vorteilen profitieren viele verteilte Anwendungen mit oder ohne Stromversorgung vor Ort. Andert berichtet unter anderem von einer Brunnenüberwachung in Kleingärten, bei der sehr viele Clients sehr einfach eingebunden werden konnten. Man darf gespannt sein, welche Einsatzgebiete die virtuellen Steuerungen in Zukunft noch erobern. Alfred Janousek jedenfalls, Geschäftsführer bei Raintime, ist von der Lösung und der Zusammenarbeit begeistert. Er resümiert: «Das Projekt Coole Spots zeigt, wie innovative Technologie einen konkreten Beitrag zur Lebensqualität in der Stadt leisten kann. Gemeinsam mit Kaiser.Works und auf Basis der Logiccloud-Plattform konnten wir eine Lösung umsetzen, die nicht nur technisch überzeugt, sondern auch im täglichen Betrieb zuverlässig und effizient funktioniert. Besonders geschätzt haben wir die unkomplizierte Zusammenarbeit mit Kaiser.Works und Logiccloud, das hohe technische Verständnis und die gemeinsame Lösungsorientierung während des gesamten Projekts.»

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