Das Bürozentrum Stockwerk wird in Gröbenzell betrieben – mit Büros für über 80 Unternehmen und einem integrierten Hotel. Zudem werden in den Räumlichkeiten etwa 100 Events pro Jahr mit Kabarett oder Konzerten ausgetragen. Die Liegenschaften mit drei großen Gebäudekomplexen sind in ein komplett IT-gestütztes Gebäude­management eingebunden. Über Server- und Systemtechnologien werden damit nahezu sämtliche technischen Prozesse und Vorgänge im Bürokomplex erfasst und gesteuert. Der Funktionsumfang reicht von Regelungsvorgängen für Strom, Lüftung, Licht, elektromechanische Fenster und Türsysteme über durchgeführte und aufgezeichnete Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsmessungen bis hin zu Signal-, Überwachungs-, Warn- und Alarmsystemen im Haus. Die Gebäudeautomation basiert auf Komponenten von Beckhoff – dazu gehören etwa Steuerungseinheiten und Panels. Im Zuge einer Modernisierung wurden diese Elemente nun um eine SCADA-Lösung von GTI-Control ergänzt.

Die Modernisierung

Ein stationäres Panel von Beckhoff, eingebettet in die Räumlichkeiten des Hotels

© Stockwerk

Im Jahre 2015 wurde die Firma CBS beauftragt, die Funktionen der Technischen Gebäudeausrüstung, die Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik-Anlagen sowie deren hydraulische Umsetzung zu überprüfen und durch neue Software und Standards für die Steuerungs- und Automatisierungstechnik zu ersetzen. Daraufhin hat das Unter­nehmen gemeinsam mit GTI-Control Bibliotheken für alle gängigen, mit IEC61131-3 programmierten Systeme entwickelt. So hat man eine einheitliche Schnittstelle von den Steuerungen zu der Leittechnik geschaffen. Ebenso wurde eine vereinfachte und durch­gängige Bedien- und Beobachtungsfunktion auf Basis der webbasierten SCADA-Lösung Procon-Web für den Endanwender geschaffen.

Für die Modernisierung gab es einige Gründe: Die grafischen Möglichkeiten der alten Gebäudeleittechnik (GLT) waren sehr begrenzt und eine Bedienung über Tablets war nicht möglich, was für Stockwerk eine ausschlagende Forderung war. Wichtig war zudem, die Nutzungsmöglichkeit der neuen Oberfläche nicht nur durch speziell ­dafür installierte Panels, sondern auch durch beliebige Bediengeräte ebenso Tablets und Smartphones zu ermöglichen.

Bei den festen Panels wurde zur Nutzung moderner Web-Oberflächen mit Gestenunterstützung auf die Panel-Generation vom Typ CP22XX, CP27XX und CP37XX von Beckhoff umgestellt, um auch Multitouch-Bedienung zu ermöglichen.

Eine beschleunigte ­Projektierung

Im Zuge des Projektes hat man die herstellerunabhängige Gebäudeautomationsbibliothek von CBS und die GLT-Bibliothek von GTI-Control erweitert und aufeinander abgestimmt. Ziel war es, den Projektierungsaufwand über die Technik der sogenannten ‚Automationsobjekte‘ zu reduzieren. Bei dieser Technik ist die Datenstruktur des Automationsbausteins in der Steuerung direkt einem komplexen Darstellungselement in der Visualisierung zugeordnet. Es müssen nur noch Instanznamen statt zum Beispiel 20 Einzelvariablen zugewiesen werden.

So werden bei der Projektierung alle Elemente der Datenstruktur eines Funktionsbausteins, der beispielsweise ein Ventil steuert und dazu Soll/Istwert, Fehlerzustände sowie weitere Zustände als Variable benötigt, direkt den Anzeige-Eigenschaften zugeordnet – zum Beispiel Farbwechsel, Blinken oder Istwert-Anzeige. Per Datenimport aus der IEC-61131-Umgebung können dann die Datenstrukturen aller Objekte für alle Instanzen in die GLT-Projektierung importiert werden. Anschließend wird aus der Bibliothek ein GLT-Objekt (beispielsweise eine Pumpe) in das Bild hineingezogen und nur noch mit der zugehörigen Instanz der Datenstruktur (zum Beispiel mit dem Anlagenkennzeichen als Namen) verbunden.

Dies beschleunigt die Projektierung und vermeidet Zuweisungsfehler. Die Kopplung zu den Steuerungssystemen erfolgt dabei über das TCP/IP-basierte ADS-Protokoll von Beckhoff. Durch diese Anbindung werden nicht nur Datenpunkte von den Sensoren oder Aktoren abgegriffen. Es ist auch möglich, die Funktionalität der Twincat-Software zu nutzen und den Status von ­einzelnen Eingängen oder von Netzwerk-Teilnehmern bis hin zur Temperatur des Controllers abzurufen und über ADS (Automation Device Specification) an die Visualisierung weiterzureichen.

Die Visualisierung gibt die MSR-Schemen und CAD-Pläne von den ­Etagen und der dort verbauten Aktoren und Sensoren exakt wieder. Der Anwender kann alle Sensoren, Aktoren, Kurven und Regelparameter von der Oberfläche aus steuern und parame­trieren.

Ergänzend kann der Techniker von seinem mobilen Gerät vor Ort die Schaltschrank- und CAD-Pläne, Belegungs- und Kabelzugs-Listen oder die Funktionsbeschreibung, die in der GLT hinterlegt sind, aufrufen. Dadurch erweitert sich die Nutzungsbandbreite der Leitwarte, da alle wichtigen Daten immer verfügbar sind und an der Stelle genutzt werden können, wo man sie braucht.

Für die Weitergabe interner GLT-Informationen an übergeordnete Systeme kann auch auf den integrierten OPC-UA-Server zurückgegriffen werden, der über eine einfache Freigabe aller gewünschten Datenpunkte konfiguriert wird.

Testweise wurde im Gebäude das Energiemanagementsystem 'Resma' von GTI-Control installiert, um Energie­daten und Systemzustände auf Basis der Beckhoff-Controller zu sammeln, zu archivieren und webbasiert aus­zuwerten. Im Rahmen eines kosten­freien Probebetriebs soll der zusätzliche Nutzen nachgewiesen werden. Wenn dies gelingt, wird dieses System fest installiert.

Sowohl bei der Gebäudeleittechnik als auch dem Energiemanagementsystem wurde auf Security Wert gelegt: Ein Benutzerverwaltungssystem verwaltet auslegbare Rechte und lässt ohne die Anmeldung keine kritischen Eingriffe vornehmen. Diese Rechte werden zudem serverseitig nochmals über den Sessionkontext verifiziert, was eine ­unerlaubte Manipulation selbst dann ausschließt, wenn Hacker unbefugten Zugriff auf die HTML-Oberfläche erhalten konnten.

Die Umsetzung der Oberflächen

Die Nutzer­fläche in der Lounge-Ansicht für die Gäste des Gebäudes (links oben) im Vergleich mit der grafischen Umsetzung für den Techniker mit Faceplate (rechts unten)

© GTI-Control

Für die Schnittstelle zum Anwender sollten zwei Nutzerkreise unterschieden werden: der technisch versierte Gebäudetechniker, der die Anlagenwartung durchführt und Störungen beseitigt, sowie Gäste oder Nutzer des Gebäudes, die zum Beispiel auf die Licht­steuerung der Lounge Einfluss nehmen wollen. Deshalb wurde nach den gestalterischen Anforderungen von Stockwerk durch die GTI-Control eine im Stil der Inneneinrichtung passende Nutzeroberfläche und eine technisch nüchterne Expertensicht entworfen und umgesetzt. Dabei wurden dynamische Bedienoberflächen umgesetzt, wie man sie von Web-Anwendungen her kennt. Viel Wert hat GTI-Control dabei auf eine über­sichtliche Navigation gelegt, um schnell jedes beliebige Bedienmenü zu erreichen.

Autoren:
David Baier ist Usability Engineer bei GTI-Control;
Reinhard Eichschmid ist Projektleiter Software bei CBS.