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.

5Messreihen
38.209Messzeilen insgesamt
5 von 5Testszenarien bestanden
0,05 sZeitschritt je Zeile (Δt)

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.

Szenario 1 Szenario 1 — Befüllung Zulauf über Y1 und Y2, erwarteter Anstieg 2,55 l/s. Messung: 2,551 l/s, B1 meldet bei 136,5 s.
Zeilen
3.000
Zeitbereich
0,05–150,00 s
Spalten
9
Diagramm und Tabelle → CSV ↓ Kapitel 10
Szenario 2 Szenario 2 — Aufheizen mit PT1-Verhalten Sprung auf 150 kW Heizleistung, Zeitkonstante 12 s. Erreicht 63,3 % bei t = τ und 95,1 % bei 3τ; mittlere Abweichung zur analytischen Lösung 0,040 %.
Zeilen
6.000
Zeitbereich
0,05–300,00 s
Spalten
9
Diagramm und Tabelle → CSV ↓ Kapitel 10
Szenario 3 Szenario 3 — Druckaufbau und Entlüftung Weiterheizen bis zum Sieden. B4 schaltet im ersten Schritt nach Überschreiten von 2,8 bar (t = 1470 s); nach 120 s Entlüftung wieder 0,0 bar.
Zeilen
25.809
Zeitbereich
300,05–1.590,45 s
Spalten
9
Diagramm und Tabelle → CSV ↓ Kapitel 10
Szenario 4 Szenario 4 — Entleeren Ablauf über Y3, rechnerisch 96,1 s. Messung: 95,4 s bis 1 l, 96,2 s bis leer, Temperaturdrift 0 K.
Zeilen
2.200
Zeitbereich
0,05–110,00 s
Spalten
9
Diagramm und Tabelle → CSV ↓ Kapitel 10
Szenario 5 Szenario 5 — Grenzfall leerer Tank Heizbefehl auf leeren Tank: 1200 Schritte ohne Laufzeitfehler, B1 = 0 und B2 = 1 über die gesamte Zeit.
Zeilen
1.200
Zeitbereich
0,05–60,00 s
Spalten
9
Diagramm und Tabelle → CSV ↓ Kapitel 10

Kennzahlen der Plattform

Takt, Signalpfade, Überwachung und eingesetzte Komponenten des Prüfstands.

Kennzahlen der Plattform
KennzahlWert
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.

5 von 5Szenarien bestanden
38.209aufgezeichnete Messzeilen
Fünf Testszenarien — Erwartung gegen Messung
SzenarioErwartungMessungErgebnis
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

  1. Ein Prüfskript ruft die Berechnung compute_step mit Δt = 0,05 s auf. Am Modell wurde nichts angepasst oder nachgebessert.
  2. In jedem Schritt zeichnet das Skript die Prozessgrößen (Füllstand, Temperatur, Druck, Heizleistung) und die Sensorbits B1 bis B4 auf. Jeder Schritt ergibt eine Zeile.
  3. 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)
  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

Bitte beachten
  • 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.