Verteilte Datenerfassung und zentrale Verarbeitung über das Stromnetz

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Wirkleistung beliebiger Stromverbraucher bis 3600 Watt

Ziel war die Entwicklung einer hochgenauen Messtechnik für die Wirkleistungsaufnahme beliebiger Stromverbraucher von 0 bis 3600 W. Dazu ist es erforderlich, auch nicht sinusförmige Verläufe von Strom und Spannung möglichst originalgetreu aufzunehmen. Unter den Aspekten Genauigkeit und Kosten ist der Einsatz eines Milliohm-Shuntwiderstands zur Strommessung und ein Spannungsteiler zur Spannungsbestimmung ein ausgezeichneter Kompromiss.

Die Auswertung des Spannungsabfalls über dem Shunt erfolgt mit drei Differenzverstärkern, um eine präzise Erfassung in verschiedenen Messbereichen zu gewährleisten. Weiterhin kommt ein Antialiasing-Tiefpassfilter für alle Kanäle zum Einsatz, der vor der A/D-Wandlung die Bandbreite auf relevante Frequenzen begrenzt und dabei einen linearen Frequenzgang sicherstellt.

Damit das Schaltungskonzept der analogen Signalverarbeitung auch nach der A/D-Wandlung zur Geltung kommt, wird eine temperaturstabile Spannungsreferenz verwendet und der Offset aller Kanäle zu Beginn einer Messung digital abgeglichen.

Die Phasenverschiebung, die durch das Multiplexing des A/D-Wandlers entsteht, wird korrigiert, so dass eine Genauigkeit von 2% ± 2 W erreicht wird.

Dabei ist zu beachten, dass diese Angabe nicht auf den Endwert bezogen ist, sondern für den gesamten Messbereich und die Erfassung der Momentanleistung gilt. Die Genauigkeit über einen längeren Zeitraum ist auf Grund des implizit angewendeten Oversampling/Downsampling-Prinzips noch höher.

Potenziale weiter ausbauen

Die bisher realisierten Bausteine legen den Grundstein für weitere Entwicklungen. Eine flexibel konfigurierbare ereignisbasierte Steuerung für alle cleverMETER-Clients im Haus könnte schon einmal die Kaffeemaschine in Gang setzen, nachdem der Wecker geklingelt hat oder das Licht im Schlafzimmer eingeschaltet wurde.

Ebenso ist es möglich, auf verschiedene Zustände eines Gerätes anhand des Energieverbrauchs zu reagieren und bei Eintreten eines bestimmten Ereignisses eine Nachricht in Form einer SMS oder E-Mail zu verschicken.

Heizung und Warmwasser rücken aufgrund ihrer Anteile von 80% am Energieverbrauch in den Mittelpunkt bei den Einsparmaßnahmen. Diese können durch eine bedarfsgerechte Temperaturregelung sogar mit einem Gewinn an Bequemlichkeit verbunden werden. Zukünftige Clients können deshalb auch Sensoren für Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Helligkeit auslesen und Aktoren steuern, um jederzeit ein optimales Raumklima zu gewährleisten.

*Frank Gutmann und Dirk Pomsler sind im Bereich System Development bei Mixed Mode in Gräfelfing bei München tätig.

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