Wasserversorgung in Gebäuden: Überwachung im Computer- und Smartphone-Browser sowie Anzeige auf einem seriellen Vor-Ort-Display

Die Wasserversorgung wird bereits von einer PLC gesteuert, und Daten zu Zulauf, Ablauf und Füllstand sind vorhanden. Bleiben diese Informationen jedoch im Schaltschrank, muss das Personal der Gebäudeverwaltung weiterhin vor Ort nachsehen, um den aktuellen Zustand zu kennen. Lässt sich dieselbe Anlage auch im Computer- oder Smartphone-Browser einsehen, ob im Büro oder während eines Kontrollgangs? Und können Zulauf und Ablauf unter den zulässigen Bedingungen geöffnet oder geschlossen werden?

Betrachten wir ein typisches Anwendungsszenario für die Wasserversorgung eines Gebäudes: Die PLC überwacht den Zulauf- und Ablaufdurchfluss sowie den Füllstand und steuert das Öffnen und Schließen von Zulauf und Ablauf. Nach der Anbindung eines intelligenten Woody-Industriegateways lässt sich auf Basis dieser Variablen eine lokale App für die Wasserversorgung entwickeln. Über die Gateway-Verwaltungsplattform können Mitarbeitende im Smartphone-Browser aus der Ferne auf deren mobil optimierte Seite zugreifen; für diesen Ansatz muss kein separater installierbarer Smartphone-Client entwickelt werden. Die Anwendung ermöglicht auch Zustandsanzeige und autorisierte Bedienung im Computer-Browser sowie die Zustandsanzeige auf einem seriellen Display neben dem Schaltschrank.

Die PLC steuert die Wasserversorgung, das Gateway verbindet die Anzeigeoberflächen

Diese Lösung verlagert die Steuerungslogik der Wasserversorgung nicht auf eine Webseite. Die Aufgaben bleiben klar getrennt:

Komponente	Aufgabe in der Lösung
PLC	Erfasst die Signale vor Ort, führt die Steuerung von Zulauf und Ablauf sowie die lokalen Verriegelungen aus und stellt dem Gateway die benötigten Variablen bereit.
Woody-Gateway	Liest PLC-Daten, bereitet Variablen auf und führt eine individuell entwickelte lokale Anwendung aus; nimmt geprüfte Bedienanfragen entgegen und schreibt zulässige Steuerungsvariablen in die PLC.
Seite der lokalen Wasserversorgungs-App	Läuft auf dem Gateway, zeigt Durchfluss, Füllstand, Öffnungs- und Schließzustände sowie den Kommunikationsstatus an und bietet berechtigten Personen einen Zugang zur Bedienung.
Gateway-Verwaltungsplattform	Bietet einen autorisierten Fernzugang zu internen Gateway-Seiten; Seite, Geschäftslogik und Datenverarbeitung der lokalen App verbleiben auf dem Gateway.
Smartphone-Browser	Öffnet über die Verwaltungsplattform die mobil optimierte Seite der lokalen Wasserversorgungs-App und stellt Anfragen entsprechend den Bedienberechtigungen; ein separater installierbarer Client ist nicht erforderlich.
Serielles Vor-Ort-Display	Empfängt die vom Gateway aufbereiteten Daten über ein vom Display unterstütztes Protokoll und zeigt den Zustand der Wasserversorgung an; Steuerungsfunktionen des Displays sind nicht Gegenstand dieses Artikels.

Die Abbildung zeigt beispielhaft eine PLC mit Ethernet-Kommunikation und ein serielles RS485-Display. Das WD2E dient als Geräteillustration. Das tatsächlich eingesetzte Gateway-Modell, das PLC-Protokoll sowie die elektrische Schnittstelle und das Kommunikationsprotokoll des Displays müssen anhand der Gegebenheiten vor Ort bestätigt werden. Ist ein vorhandenes serielles Display direkt mit der PLC verbunden, muss die bestehende Topologie beibehalten und geprüft werden; Kommunikationsleitungen dürfen nicht ohne diese Prüfung umgeklemmt oder parallel angeschlossen werden.

Den Zustand der Wasserversorgung im Computer- und Smartphone-Browser erfassen

Beim Öffnen der Wasserversorgungsseite sieht das diensthabende Personal zunächst Zulauf- und Ablaufdurchfluss sowie den Füllstand und prüft anschließend die Öffnungs- und Schließzustände von Zulauf und Ablauf. Eine schematische Darstellung der Wasserversorgung kann diese Informationen zusammenführen. So werden Zulauf, Ablauf und aktueller Füllstand verständlicher als in einer bloßen Liste von Variablenadressen.

Das lokale App-Framework des Gateways unterstützt Backend-Logik in Lua und Frontend-Seiten in JS/CSS/HTML. Auch eine Variablenbindung über Visualisierungen beispielsweise mit SVG ist möglich. Die Wasserversorgungsseite kann lokal auf dem Gateway laufen, ohne dass für die lokale Anzeige ein zusätzlicher Anwendungsserver benötigt wird. Die konkreten Ansichten, Variablenzuordnungen und Bedienabläufe müssen dennoch konfiguriert oder entwickelt werden. Allein durch die Anbindung steht keine vollständige Anwendung zur Verwaltung der Wasserversorgung bereit.

Für die mobile Nutzung öffnen Mitarbeitende in dieser Lösung die Gateway-Verwaltungsplattform im Smartphone-Browser und greifen mit entsprechender Zugriffsberechtigung aus der Ferne auf die mobil optimierte Seite der lokalen Wasserversorgungs-App zu, die in die Web-Verwaltungsoberfläche des Gateways eingebettet ist. Eine „lokale App auf dem Gateway“ ist eine dort laufende Geschäftsanwendung, keine native Smartphone-App. Die Seite muss konfiguriert oder entwickelt und für Mobilgeräte angepasst werden; ein separat herunterladbarer und installierbarer Client ist für diesen Ansatz jedoch nicht erforderlich. Die Plattform stellt den Fernzugang bereit, während Seite, Geschäftslogik und Datenverarbeitung auf dem Gateway verbleiben. Die Anbindung einer eigenständigen App über REST API ist lediglich eine optionale Erweiterung und keine Voraussetzung dieser Lösung. Der Zugriff auf interne Gateway-Seiten bedeutet weder Zugang zu Webseiten nachgelagerter Geräte noch automatisch eine Berechtigung zur Konfigurationsänderung oder Gerätesteuerung.

Die drei Anzeigeoberflächen sollten dieselben Variablenbedeutungen und Einheiten verwenden und den Zeitpunkt der Datenaktualisierung, den Kommunikationsstatus sowie die Gültigkeit der Daten kenntlich machen. Bei einem Verbindungsverlust zur PLC oder veralteten Daten muss beispielsweise „Kommunikationsstörung“ oder „Daten veraltet“ angezeigt werden, statt alte Füllstands- und Durchflusswerte weiterhin als aktuelle Werte darzustellen. Für Öffnungs- und Schließzustände ist vorzugsweise die tatsächliche Rückmeldung der PLC zu verwenden. Liegt nur ein Befehlswert vor, muss dieser ausdrücklich als „Befehlsstatus“ gekennzeichnet werden; er ist kein Nachweis dafür, dass der Öffnungs- oder Schließvorgang ausgeführt wurde.

Zulauf und Ablauf bedienen und die Ausführung zurückmelden

Wenn Zulauf oder Ablauf gemäß den betrieblichen Abläufen vor Ort angepasst werden müssen, können berechtigte Personen über die Seite der lokalen Wasserversorgungs-App im Computer- oder Smartphone-Browser eine Öffnungs- oder Schließanforderung auslösen. Voraussetzung ist, dass die PLC den entsprechenden Schreibzugriff unterstützt, die Bedienperson über Zugriffs- und Bedienberechtigungen verfügt, die Situation vor Ort bestätigt wurde und die lokalen Sicherheitsverriegelungen die Ausführung zulassen. Eine erreichbare Seite verleiht keine Steuerungsberechtigung und darf die Sicherheitsmechanismen der PLC nicht umgehen.

Ein Bedienvorgang sollte einen klaren Ablauf mit Rückmeldung durchlaufen:

1. Die Oberfläche zeigt den aktuellen Füllstand, die Durchflüsse, die Rückmeldungen zum Öffnungs- und Schließzustand sowie den Kommunikationsstatus. Die Bedienperson bestätigt das Ziel der Aktion und die Bedingungen vor Ort.
2. Die Anwendung prüft Identität, Bedienberechtigung, Datengültigkeit und die Bedingungen, unter denen eine Bedienung zulässig ist, und verlangt eine Bestätigung der konkreten Aktion.
3. Das Gateway schreibt die Anforderung in die vereinbarte Steuerungsvariable der PLC. Die PLC entscheidet anhand ihrer eigenen Logik, ob sie die Aktion ausführt.
4. Die Oberfläche liest das Ausführungsergebnis oder die Zustandsrückmeldung der PLC und unterscheidet zwischen „Anforderung gesendet“, „Ausführung bestätigt“ und „Nicht bestätigt / Fehlgeschlagen“.

Ein erfolgreicher Schreibzugriff bedeutet nicht, dass Zulauf oder Ablauf vor Ort bereits geöffnet oder geschlossen wurden. Bei einem Kommunikations-Timeout oder fehlender Rückmeldung darf die Anwendung nicht einfach „Bedienvorgang abgeschlossen“ anzeigen und Steuerungsanforderungen auch nicht bedingungslos automatisch erneut senden. Bei der Integration müssen zusammen mit der PLC-Steuerungslogik die Priorität von Fern- und Vor-Ort-Bedienung, die Zulässigkeit manueller Eingriffe im Automatikbetrieb und der Umgang mit abgelaufenen Anforderungen festgelegt werden.

Die Seite der lokalen Wasserversorgungs-App im Computer- und Smartphone-Browser dient dem regulären Betrieb und der Instandhaltung. Sie übernimmt weder Not-Halt noch Überlaufschutz oder andere Sicherheitssteuerungsaufgaben. Auch wenn die Webseite geschlossen wird, das Smartphone offline ist oder die Gateway-Kommunikation ausfällt, müssen die Steuerung und der Schutz vor Ort weiterhin unabhängig durch die PLC und die lokalen Sicherheitseinrichtungen gewährleistet werden.

Auch das serielle Display am Schaltschrank zeigt denselben Zustand

Bei Kontrollgängen vor Ort muss nicht immer das Smartphone geöffnet werden. Ein serielles Display kann Zulauf- und Ablaufdurchfluss, Füllstand sowie Rückmeldungen zum Öffnungs- und Schließzustand gemeinsam anzeigen, damit sich die aktuelle Situation direkt am Schaltschrank prüfen lässt.

Im Beispiel dieses Artikels liest das Gateway zunächst die PLC-Variablen. Anschließend bereitet ein Lua-Skript Anzeigefelder, Einheiten und Statustexte auf und sendet sie über die serielle Schnittstelle entsprechend dem vom Display unterstützten Protokoll. Das Display übernimmt die Anzeige, das Gateway die Datenverarbeitung und Kommunikationsanpassung. Die konkreten Anschlussbedingungen sind vor der Umsetzung zu klären.

Für das Display ist außerdem festzulegen, wie Kommunikationsstörungen oder ungültige Daten angezeigt werden. Beispielsweise kann die Anpassungslogik eine Kennzeichnung bei Überschreitung des Aktualisierungs-Timeouts vorsehen. So bleiben nach dem Ausbleiben von Gateway-Aktualisierungen nicht unbemerkt alte Werte auf dem Display stehen.

Diese Punkte vor der Anbindung klären

• PLC-Kommunikation und Datenpunkte: Modell, freigegebenes Protokoll, Variablenadressen, Datentypen, Einheiten für Durchfluss und Füllstand sowie Befehls- und Rückmeldepunkte für das Öffnen und Schließen von Zulauf und Ablauf.
• Grenzen der Bedienung: Schreibbare Variablen, Ablauf der Bestätigung vor Ort, Zugriffsberechtigungen, Automatik- und Handbetrieb, Priorität von Vor-Ort- und Fernbedienung sowie Sicherheitsverriegelungen und Fehlerbehandlung.
• Anpassung des seriellen Displays: Modell, elektrische RS232- oder RS485-Schnittstelle und Verdrahtung, Kommunikationsparameter, Schreibtelegramme, Zuordnung von Adressen oder Feldern, Displayseiten und Aktualisierungsintervall; die Anschlussart eines vorhandenen Displays ist zuerst zu prüfen.
• Webseite und mobile Nutzung: Konfiguration oder Entwicklung der lokalen Wasserversorgungs-App-Seite auf dem Gateway, mobiles Layout und Browser-Kompatibilität, Authentifizierung sowie getrennte Prüfung von Seitenzugriff und Bedienberechtigungen. Ein separater Smartphone-Client oder eine REST API-Anbindung ist für den Browser-Zugriff nicht erforderlich.
• Zugriff von außerhalb: Anbindung an die Gateway-Verwaltungsplattform, Zugriffsberechtigungen und notwendige Netzwerkbedingungen einrichten, damit die interne Gateway-Seite über die Plattform erreichbar ist. Die Plattform ist der Fernzugang, nicht der Ausführungsort der Geschäftslogik der Wasserversorgung. Die PLC-Steuerungsschnittstelle darf nicht direkt dem öffentlichen Internet zugänglich gemacht werden. Aus der Erreichbarkeit der Seite dürfen weder Zugriff auf Webseiten nachgelagerter Geräte noch Steuerungsberechtigungen abgeleitet werden.

Vom Nachsehen am Schaltschrank zur bedarfsgerechten Anzeige und autorisierten Bedienung

Der Nutzen dieser Lösung besteht darin, die bereits in der PLC vorhandenen Informationen zur Wasserversorgung in alltagstaugliche Oberflächen aufzubereiten. Der Computer-Browser im Büro, der Smartphone-Browser für den Zugriff auf die lokale Gateway-Seite über die Verwaltungsplattform während der Kontrollgänge und das serielle Display am Schaltschrank erfüllen unterschiedliche Aufgaben. Die Daten haben jedoch überall dieselbe Bedeutung, und die Bedienung erfolgt mit klaren Berechtigungen und Rückmeldungen. Auch mobil wird die lokale Geschäftsanwendung des Gateways genutzt, ohne eine separate installierbare Smartphone-App vorauszusetzen.

Bei einer bereits PLC-gesteuerten Gebäudewasserversorgung kann zunächst die Anzeige von Durchfluss, Füllstand sowie Öffnungs- und Schließzuständen umgesetzt werden. Notwendige Bedienzugänge lassen sich anschließend freigeben, sobald die Geräteunterstützung und die Sicherheitsbedingungen bestätigt sind. Das Woody-Gateway verbindet Daten und Oberflächen, erleichtert die täglichen Kontrollen und liefert Rückmeldungen zur Überprüfung jeder autorisierten Bedienhandlung.