Elektronische Wassermanagement-Systeme: was sie leisten und was ihre Entwicklung verlangt

Was diese Systeme leisten

Die folgenden Funktionen treten bei Produkten dieser Kategorie in unterschiedlichen Kombinationen auf. Nur wenige Produkte bieten alle, und nur wenige Gebäude benötigen alle.

Diese Funktionen greifen auf einen gemeinsamen Satz von Steuerungsbausteinen zurück, sie sind aber nicht austauschbar. Sensorik, Kommunikation und Sicherheitsarchitektur können sich zwischen einem Produkt für den Waschraum und einem Produkt an einer Notfalleinrichtung erheblich unterscheiden, und diese Unterschiede bestimmen den größten Teil der Entwicklungsarbeit.

Was darunter liegt

Sensorik. Mindestens die Erkennung, dass ein Benutzer Wasser anfordert. Darüber hinaus die Temperatur an der Entnahmestelle, der Durchfluss, wo ein System belegen muss, dass Wasser geflossen ist, oder der Druck, wo es zeigen muss, dass die Leitung reagiert hat.

Steuerungslogik. Zeitgeber, Zustände und Entscheidungen: Auslösearten, Spülzyklen, Sperren, sichere Rückfallzustände, der Vorrang zwischen einem Tastendruck des Benutzers und einem zeitgesteuerten Zyklus. Hier liegt das Verhalten, und es ist fast vollständig Firmware.

Ventilansteuerung. Impulsausgang für bistabile Magnetventile, Daueransteuerung für monostabile, mit einer auf Spule und Versorgung ausgelegten Endstufe.

Energieversorgung. Netz, Kleinspannungsversorgung oder Batterie. Die Wahl schränkt alles Übrige ein, und in der Regel entscheidet sie das Gebäude und nicht der Entwickler.

Kommunikation. Eine physikalische Schicht und ein Protokoll, sei es ein potentialfreier Kontakt, eine serielle Verbindung, ein Feldbus oder ein Weg in Gebäudeprotokolle über ein Gateway.

Konfiguration. Irgendein Weg, Parameter zu setzen: ein Terminal, eine App, ein Servicewerkzeug oder Fernbefehle über dieselbe Verbindung, über die auch gemeldet wird.

Der physische Teil. Abdichtung, Werkstoffe, die Betätigungsfläche und der Einbau in ein Sanitärobjekt, das jemand anderes konstruiert hat. Das ist eine eigenständige Ingenieurleistung und keine Gehäuseübung.

Jeder dieser Punkte kann für sich genommen anspruchsvoll sein. Schwieriger als die Summe wird das Ganze dadurch, dass sie sich gegenseitig einschränken, und die Einschränkungen verschärfen sich, sobald die Installation über keinen Netzanschluss verfügt.

Was mehr Arbeit trägt, als es vermuten lässt

Firmware jenseits der Funktionsliste

Die sichtbaren Funktionen sind ein kleiner Teil des Codes. Der Rest behandelt Zustände, die in keiner Funktionsliste stehen: ein Tastendruck während eines zeitgesteuerten Zyklus, eine Unterbrechung der Versorgung mitten in der Spülung, ein Parameter, der geschrieben wird, während ein Zeitgeber läuft, eine Uhr, die nach dem Wiederverbinden falsch geht. Der Entwurf des Zustandsautomaten und die Fehleranalyse sollten diese Fälle vorab benennen; die Prüfung bestätigt anschließend das Verhalten und findet, was die Analyse übersehen hat. In beiden Fällen richtet sich der Aufwand nach den Übergängen, den Eingängen, den Parameterkombinationen und den Fehlerzuständen und nicht nach der Anzahl der Funktionen auf dem Datenblatt.

Das Energiebudget

Im Batteriebetrieb wird jede Auslegungsentscheidung zu einer Energiefrage. In einer Installation mit niedrigem Lastprofil kann die Stromaufnahme im Ruhezustand den größten Einzelposten im Energiebudget ausmachen, weil das Gerät nahezu seine gesamte Lebensdauer wartend verbringt, während in anderen Auslegungen die Energie je Ventilimpuls, das Lastprofil, die Selbstentladung oder die Temperatur einen größeren Anteil trägt.

Eine mehrjährige Angabe ist ein Rechenergebnis, das auf gemessenen Eingangsgrößen beruht, und keine vor der Markteinführung beobachtete Größe.

Die fachlich richtige Vorgehensweise besteht darin, die Ströme und das Lastprofil zu messen, aus diesen Messwerten zusammen mit der Batteriekapazität, der Selbstentladung sowie den Temperatur- und Alterungsannahmen die Nutzungsdauer zu berechnen und dieses Modell durch Langzeit- oder Zeitrafferprüfungen zu bestätigen.

Schalten im nassen Umfeld

Die Betätigungsfläche muss mit nassen Händen und mit Handschuhen funktionieren, Reinigungschemikalien und Hochdruckreinigung überstehen und nach Jahren der Nutzung weiterhin funktionieren. Gekapselte mechanische Schalter werden unter diesen Bedingungen eingesetzt und bringen bewegte Teile, Dichtungen und Verschleiß mit. Die Halbleiterschaltung beseitigt diesen Verschleißpfad und verlagert das Problem in die Elektronikentwicklung und in die Abstimmung der Empfindlichkeit.

Zulassungen und Werkstoffe

Bauteile mit Trinkwasserkontakt unterliegen in vielen Märkten Anforderungen an die Werkstoffzulassung, deren Umfang vom Markt, vom Bauteil und von der Art des Kontakts abhängt. Für die Elektronik gelten eigene Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit und an die Sicherheit. Das sind eingeführte Verfahren, sie tragen aber neben der Kalenderzeit ein echtes technisches Risiko, und eine nicht bestandene Prüfung spät im Programm ist teuer; sie gehören deshalb in die Planung, bevor der Entwurf eingefroren wird.

Inbetriebnahme in großer Zahl

Eine einzelne Entnahmestelle auf dem Labortisch einzurichten ist eine abgegrenzte Aufgabe mit bekanntem Verfahren. Dasselbe an mehreren hundert Entnahmestellen in einem Krankenhaus zu tun verändert die Art der Arbeit, denn daraus wird eine Logistik- und Softwareaufgabe und keine Konfigurationsaufgabe. Vielerorts wird mit einer kleinen Zahl von Standardregimen gearbeitet, was hilft, aber die Volumina der versorgenden Leitungsabschnitte unterscheiden sich weiterhin, und jedes Gerät braucht eine Kennung, die in dem System, das später darüber berichtet, eine Bedeutung hat.

Nutzungsdauer

Diese Produkte werden in Gebäuden eingebaut, und es wird erwartet, dass sie über Jahre in Betrieb bleiben. Daraus folgen Pflichten, die ein Prototyp nicht hat: die Verfügbarkeit von Bauteilen über die Fertigungslose hinweg, ein Änderungsweg für die Firmware in späteren Fertigungsständen, ein diagnostischer Zugang, wenn sich lange nach der Markteinführung etwas fehlerhaft verhält, und eine Dokumentation, mit der auch eine Fachkraft arbeiten kann, die das Produkt noch nie gesehen hat.

Was die Aufzeichnungen belegen

Die Meldung verdient besondere Sorgfalt, denn hier laufen Aussagen der Technik am häufigsten voraus.

Eine Steuerung kann melden, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Zyklus angefordert wurde. Das ist nützlich, und es ist nicht dasselbe wie der Nachweis, dass sich das Ventil bewegt hat oder dass Wasser geflossen ist. Systeme, die eine stärkere Aussage benötigen, ergänzen eine Rückmeldung über Ventilstellung, Druck oder Durchfluss: Die Stellungsrückmeldung zeigt, dass das Ventil angesteuert wurde oder sich bewegt hat, das Drucksignal zeigt, dass die Leitung reagiert hat, die Durchflussmessung zeigt, dass Wasser passiert hat. Jede davon kostet etwas an Hardware, an Energie und bei der Installation.

Ein System, dem zugeschrieben wird, die Einhaltung von Anforderungen zu unterstützen, sollte klar sagen, welche dieser Nachweise es tatsächlich erzeugt. Die Aufzeichnungen sind Nachweise für ein Betriebskonzept; sie sind nicht selbst die Einhaltung.

Wenn Sie spezifizieren und nicht entwickeln

Für die Betriebstechnik und das Gebäudemanagement wird aus dem Vorstehenden eine kurze Liste von Fragen, die sich an jeden Anbieter richten lässt.

Diese Ebene selbst entwickeln oder zukaufen

Alles Vorstehende ist die Elektronikebene eines Sanitär- oder Sicherheitsprodukts, und sie ist eine andere Disziplin als das Ventil, die Armatur und das Sanitärobjekt. Sie bringt zudem eine besondere dauerhafte Pflicht mit sich: Die Firmware und die zugehörige Dokumentation werden überarbeitet und betreut, solange das Produkt verkauft wird, und das ist eine Verpflichtung, die ein Hersteller bewusst eingeht, statt sie zu entdecken.

Eigenentwicklung oder Zukauf der Spülelektronik stellt beide Seiten dieser Entscheidung dar, und die Anbindung der Spülsteuerung an die Gebäudeleittechnik behandelt die Integrationsebene im Detail.