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Automatisierung als Grundlage für Energieeffizienz

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Kink / Carina Schipper

Neben der klassischen Automatisierung für Maschinen und Anlagen, die der Produktionseffizienz dient, gewinnen Energieeinsparung, verkürzte Stillstandszeiten und geringer Aufwand für Wartung und Instandhaltung an Bedeutung. Ein Energiemanagementsystem, das auf die Automatisierungstechnik aufbaut, sorgt für Transparenz.

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SPSen von Panasonic automatisieren nicht nur Maschinen und Anlagen, sondern übernehmen auch wichtige Aufgaben zur Optimierung des Energiemanagements.
SPSen von Panasonic automatisieren nicht nur Maschinen und Anlagen, sondern übernehmen auch wichtige Aufgaben zur Optimierung des Energiemanagements.
( Bild: Panasonic )

Im produzierenden Gewerbe steigt der Wettbewerbsdruck stetig, die Kosten müssen jedoch weiter sinken, um sich am Markt erfolgreich behaupten zu können. Das ist, die Situation, in der sich Industrieunternehmen seit Jahren befinden. Auch durch die Energiewende, die die Bundesregierung beschlossen hat und seitdem in Deutschland weiter forciert, gehen alle seriösen Prognosen von langfristig höher werdenden Energiekosten aus. Der immer größere Aufwand zur Förderung fossiler Energien, sowie die steigenden Kosten zur Erzeugung und Verteilung regenerativer Energien, sind hierfür weitere Ursachen. Für die Unternehmen bedeutet dies letztlich, dass selbst bei konstant gehaltenen Verbrauchskosten für den Energiebezug, auch unter Einbeziehung der innerbetrieblichen Abläufe, die Energiekosten stetig steigen werden.

Daraus ergibt sich automatisch ein „Zwang“, Energie zu sparen und dieses Ziel dürfte mittlerweile auf der Agenda der Mehrheit von Betriebs- und Produktionsleitern ganz oben stehen. Die gute Nachricht dabei ist, dass zur Realisierung von Energiemanagementsystemen bereits sehr leistungsfähige Softwaresysteme bereitstehen; das zeigte sich zuletzt deutlich an den vorgestellten Softwarelösungen zum Beispiel auf der Hannover Messe Ende April oder der IFAT in München im Mai dieses Jahres. Ein wirkungsvolles Mittel zur Zielerreichung kommt jedoch erst dann zustande, wenn man auch die richtigen Hardwarekomponenten wählt.

Die Nutzung bestehender Anlagenkomponenten ermöglicht schnelle Umsetzungserfolge

In modernen Produktionsanlagen, wie auch im Umfeld der Automatisierung innerbetrieblicher Abläufe, ist der Automatisierungsgrad hoch. Antriebseinheiten werden bedarfsgerecht geregelt. In den Anlagen sind viele Sensoren bereits installiert, die den jeweiligen Energiebedarf messen und für ein durchdachtes Zu- oder Abschalten von notwendigen Anlagensubsystemen sorgen. Speicherprogrammierbare Steuerungen regeln, steuern und überwachen den Produktionsprozess und sind als Kommunikationsmaster die unentbehrliche Schnittstelle zu den jeweiligen Sensor- und Aktorsystemen, wie auch für übergeordnete Datenserver, parallel laufenden Steuerungssystemen und Vor-Ort installierten Bedieneinheiten geworden. Das bedeutet, dass man als verantwortlicher Betriebsleiter nicht bei Null anfangen muss, sondern das für die systematische Erschließung von Kostensenkungspotenzialen bereits eine Vielzahl von Betriebsdaten zur Verfügung stehen. Für die Erfassung, Speicherung und Visualisierung der notwendigen Energie- und Betriebsdaten werden durchdachte Systemlösungen angeboten. Diese bestehen aus (Beispiel Produktportfolio von Panasonic Electric Works):

• Durchfluss- und Drucksensoren der FM-200 bzw. der DP-Serie

• Multifunktionszählern zur Energiedatenerfassung Serie KW1M

• Energiedatenlogger FPWEB2 mit Erweiterungskarte

• Touchbediengeräten der GT-Serie zum Visualisieren, Einstellen von Parametern und zur Systemüberwachung

• Kompakten und leistungsfähigen SPS-Systemen, die neben der Hauptaufgabe, nämlich der Steuerung und Regelung der Produktionsprozesse, auch für Optimierungsaufgaben zur schrittweisen Senkung der Energiekosten und des Verbrauchs, bestens verwendet werden können.

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Durch Nutzung der Multifunktionszähler lassen sich sehr einfach und ohne größeren Installationsaufwand die Leistungs- und Energieaufnahme von Anlagenteilen und Aggregaten erfassen. Mittels RS485 Schnittstelle werden die wichtigen Betriebsdaten wie beispielsweise Energie, Leistung, Ströme und Spannungen an das Herzstück der Panasonic Lösung, dem Energiedatenlogger FPWEB2 übertragen. Als Übertragungsprotokoll wird das Standardprotokoll Modbus RTU verwendet. Pro Panasonic Datenlogger können bis zu 99 unterlagerte Messstellen zusammengeführt werden. Zusätzlich ermöglicht der Pulseingang der Multifunktionszähler die Istwerte der FM-200 Durchflusssensoren aufzunehmen und ebenfalls vom Datenlogger abholen zu lassen.

Kommunikation über Ethernet – ein wichtiges Thema

Das zentrale Element der Panasonic Lösung, der FPWEB2 Datenlogger, versieht die Messwerte mit einem Zeitstempel, der über die betriebseigene Infrastruktur durch NTP immer aktuell gehalten wird. Die so gewonnenen Daten werden als CSV-Datei auf einer SHDC-Karte gespeichert. Diese wichtigen Betriebs- und Energiedaten können nun auf unterschiedliche Art und Weise mittels Ethernet dem übergeordneten Energiemanagementsystem zur Verfügung gestellt werden. Als ftp-Client legt der Datenlogger die Daten beispielsweise auf einem entfernten ftp-Server ab. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Nutzdaten als E-Mail Anhang zu versenden (SMTP/POP). Zusätzlich können Onlinewerte wie auch gespeicherte Daten auf dem Datenlogger per HTML-Seiten visualisiert und mittels Standardwebbrowser, wie Firefox, Safari, Chrome oder Internet Explorer angezeigt werden. Selbstverständlich gilt dies auch bei Nutzung von Smartphones. Mit Hilfe der Informationen, die nun zur detaillierten Diagnose der gesamten Anlage zur Verfügung stehen, kann der Anwender beispielsweise die real entstehenden Energiekosten pro Maschine oder pro Produktionseinheit ermitteln - eine wertvolle Kennzahl für weitere Maßnahmen zur Energiekosteneinsparung. Eine Auswertung von Lastprofilen verschiedener Aggregate zeigt auf, wie der Energieverbrauch über die Zeit verteilt ist: Lastspitzen können durch intelligente Optimierungen im Produktionsprozess, beispielsweise gezielt Anlagenteile pausieren oder energieintensive Produktionsprozesse hintereinander anstatt parallel ablaufen zu lassen, vermieden werden. Hier ist natürlich das detaillierte Wissen um die Prozesse innerhalb des Betriebs von essentieller Bedeutung. Die richtigen Algorithmen zur Kappung von Lastspitzen werden so in die speicherprogrammierbaren Steuerungen parametriert.

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