Daten
Messreihen, Kennzahlen und Testszenarien
Die Datengrundlage der Bachelorarbeit: jede Messreihe vollständig, nichts gekürzt und nichts geglättet. Zu jedem Datensatz gibt es Spaltenbeschreibung, Kennzahlen, ein interaktives Diagramm, die Wertetabelle und den CSV-Download.
Die Messreihen
Fünf Läufe des Heiztankmodells, je Szenario ein Datensatz. Jede Zeile ist ein Rechenschritt; die Spalten enthalten Prozessgrößen und die vier Sensorbits B1 bis B4.
- Zeilen
- 3.000
- Zeitbereich
- 0,05–150,00 s
- Spalten
- 9
- Zeilen
- 6.000
- Zeitbereich
- 0,05–300,00 s
- Spalten
- 9
- Zeilen
- 25.809
- Zeitbereich
- 300,05–1.590,45 s
- Spalten
- 9
- Zeilen
- 2.200
- Zeitbereich
- 0,05–110,00 s
- Spalten
- 9
- Zeilen
- 1.200
- Zeitbereich
- 0,05–60,00 s
- Spalten
- 9
Kennzahlen der Plattform
Takt, Signalpfade, Überwachung und eingesetzte Komponenten des Prüfstands.
| Kennzahl | Wert |
|---|---|
| Zieltakt | 20 Hz, feste Schrittweite Δt = 50 ms (gemessen im Mittel 17,9 Hz auf dem Windows-Entwicklungsrechner) |
| Integration | explizites Euler-Verfahren, x(k+1) = x(k) + f(x(k), u(k))·Δt |
| Signalpfad Steuerung → Modell | 12 Kanäle |
| Signalpfad Modell → Steuerung | 10 Kanäle |
| Überwachung | Heartbeat alle 0,5 s, dreistufiger Watchdog (2 s) |
| Steuerung | Siemens LOGO! 12/24RCE + Erweiterung DM16 24R |
| Pegelwandlung Hinweg | Optokoppler PC817, 24 V → 5 V, galvanisch getrennt |
| Pegelwandlung Rückweg | Relaisplatinen 5 V → 24 V, potentialfreier Kontakt |
| Signalbrücke | Arduino Mega 2560, serielles Protokoll über USB, 115200 Baud |
| Gateway | FastAPI, Port 8100: Brücke seriell ↔ HTTP |
| Orchestrator | FastAPI, Port 8050: Simulationstakt und Verteilung der Ergebnisse |
| Modell-Schnittstelle | compute_step(inputs, dt) → plant, sensors, outputs_logical |
| Bedienfeld | 12 Taster, 12 Meldeleuchten, parallel zur Steuerung |
| Tankvolumen | 0,5 m³ (500 l) |
| Heizleistung | bis 150 kW, PT1-Verzögerung mit τ = 12 s |
| Alarmschwellen | Melder B3 ab 95 °C, Melder B4 ab 2,8 bar; Sicherheitsventil bei 3,5 bar |
Quelle: Eigene Zusammenstellung aus der Bachelorarbeit (2026) · CSV ↓ · als eigene Seite · Kapitel 6 · Kapitel 7 · Kapitel 8 · Kapitel 9
Fünf Testszenarien — Erwartung gegen Messung
Alle fünf Szenarien liefen direkt gegen die Modellfunktion (unveränderter Modellcode, ohne angeschlossene Steuerung). Die Rohdaten jedes Laufs stehen als eigene Tabelle bereit.
| Szenario | Erwartung | Messung | Ergebnis |
|---|---|---|---|
| 1 Befüllung | Anstieg 2,55 l/s | 2,551 l/s; B1 bei 136,5 s | bestanden |
| 2 Heizen | Aufheizrate 0,0814 K/s; PT1 63,2 % bei τ, 95,0 % bei 3τ | 63,3 % bei τ, 95,1 % bei 3τ; mittlere Abweichung 0,040 % der Maximalleistung | bestanden |
| 3 Druckaufbau | B4 bei Überschreiten von 2,8 bar | B4 im ersten Schritt danach (t = 1470,45 s); nach 120 s Entlüftung 0,0 bar | bestanden |
| 4 Entleeren | Handrechnung 96,1 s | 95,4 s bis 1 l, 96,2 s bis leer; Temperaturdrift 0 K | bestanden |
| 5 Grenzfall leerer Tank | kein Laufzeitfehler, keine Ausnahme | 1200 Schritte ohne Laufzeitfehler; B1 = 0, B2 = 1 | bestanden |
Quelle: Versuchsprotokolle der Bachelorarbeit (2026) · CSV ↓ · als eigene Seite · Kapitel 10 · Kapitel 11
Die Aussage betrifft die interne Konsistenz des Modells: Die Erwartungswerte stammen aus Handrechnung und analytischer Lösung mit den Parametern des Modells. Ein Vergleich mit einem realen Tank fehlt. Kapitel 10 — Fünf Testszenarien
Wie sind die Daten entstanden?
Die Messreihen sind Aufzeichnungen der Modellfunktion des Heiztankmodells. Das Vorgehen, wie es Kapitel 10 beschreibt: Kapitel 10
- Ein Prüfskript ruft die Berechnung
compute_stepmit Δt = 0,05 s auf. Am Modell wurde nichts angepasst oder nachgebessert. - In jedem Schritt zeichnet das Skript die Prozessgrößen (Füllstand, Temperatur, Druck, Heizleistung) und die Sensorbits B1 bis B4 auf. Jeder Schritt ergibt eine Zeile.
- Das ist ohne angeschlossene Steuerung möglich, weil das Modell unabhängig von Hardware und Oberfläche prüfbar sein soll (NFA-03). Der Kommunikationsweg ist deshalb nicht Gegenstand der Szenarien. (Kapitel 4)
- Jeder Messung steht eine Erwartung gegenüber, meist aus einer Handrechnung oder einer analytischen Lösung; daraus folgt das Ergebnis „bestanden“ oder nicht (Tabelle oben).
Grenzen der Aussage
- Ohne Messdaten eines realen Tanks bleibt die Validierung auf interne Konsistenz beschränkt: Geprüft ist, dass das Modell rechnet, was die Gleichungen fordern, nicht, dass die Gleichungen einen konkreten realen Tank treffen. (Kapitel 11)
- Jedes Szenario deckt nur einen Lauf mit festgelegten Randbedingungen ab; ein bestandener Lauf zeigt nicht, dass jedes denkbare Szenario funktioniert. (Kapitel 10)
- Die veröffentlichten Messreihen enthalten nur Modellgrößen und Sensorbits; die Visualisierungstreue der Oberfläche lässt sich daran nicht nachprüfen.
Dateiformat und Zitieren
Die CSV-Dateien nutzen das Semikolon als Trennzeichen und das Komma als Dezimalzeichen (UTF-8 mit BOM, damit Excel die Umlaute erkennt). Die Werte sind unverändert; nur die Kommentarzeilen am Dateianfang entfallen im Download.
Datenquelle: Eigene Messreihen von Arthur Hardy Kotsch, aufgezeichnet an der Modellfunktion compute_step laut Versuchsprotokoll der Bachelorarbeit (2026); siehe Kapitel 10 — Fünf Testszenarien. Zitiervorschläge: Zitieren.