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Funksystem

Energieeinsatz bei der Futtermittelherstellung optimieren

| Autor/ Redakteur: Benjamin Fiene* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Wird der Energieverbrauch bei der Produktion von Futtermitteln erfasst und ausgewertet, lässt sich die Energieeffizienz meist deutlich erhöhen. eine Funklösung kann hier eine wirtschaftliche Alternative sein.

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Um bei der Futtermittelherstellung Energie zu sparen, bietet sich der Einsatz eines Energiemanagementsystems an.
Um bei der Futtermittelherstellung Energie zu sparen, bietet sich der Einsatz eines Energiemanagementsystems an.
(Bild: Andrei Dubadzel@Shutterstock.com)

Die Agrarwirtschaft stellt international eine der wichtigsten Wachstums- und Zukunftsbranchen dar. Angesichts der steigenden Weltbevölkerung und begrenzter fossiler Energiequellen nimmt ihre Bedeutung für eine verlässliche Lebensmittelversorgung und Energiegewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen weiter zu. Etwa die Hälfte der Fläche der Bundesrepublik wird derzeit für landwirtschaftliche Zwecke genutzt. Neue Technologien mit modernem Pflanzenschutz und nachhaltiger Mineraldüngung sichern den größten Anteil der landwirtschaftlichen Produktion Deutschlands. Hier stellen rund 1,25 Mio. Menschen jährlich Güter im Wert von 40 Mrd. Euro her. Bei agrarindustriellen Betrieben handelt es sich grundsätzlich um Großbetriebe, die weitläufige Flächen bewirtschaften und auf Masse ausgelegt sind. Dafür benötigen sie unter anderem Futter-, Dünge- und Pflanzenschutzmittel sowie Saaten.

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Erfassung direkt an den Maschinen und Anlagen

In nahezu allen Mischfutterwerken finden sich vergleichbare Abläufe und Prozesse. Je nach logistischen Gegebenheiten erfolgt die Anlieferung der Rohwaren per Schiff, Bahn oder LKW. Danach werden sie gefördert, gewogen, gereinigt und eingelagert. Abhängig vom Mischfuttertyp schließt sich dann das erneute Abwiegen und Dosieren der jeweiligen Bestandteile an. Damit die Tiere die Nährstoffe bestmöglich aufnehmen können, ist ein optimierter Zerkleinerungsgrad für jede Mischfuttersorte notwendig. Zu diesem Zweck werden Mühlen, Siebeinrichtungen und Walzen verwendet. Gemäß der vorgegebenen Rezeptur gelangen die vermahlenen Komponenten im nächsten Schritt in den Hauptmischer. Anschließend wird das Mischfutter getrocknet, konditioniert und gepresst, denn 80 % kommt als Pellets auf den Markt.

Um bei der Futtermittelherstellung Energie zu sparen, bietet sich der Einsatz eines Energiemanagementsystems an, wie es die Atcetera Gruppe bereitstellt. Dazu müssen an den Maschinen und Anlagen, welche für die unterschiedlichen Prozesse erforderlich sind, Komponenten installiert werden, die eine effiziente und transparente Energieauswertung ermöglichen.

Verlegung von Leitungen oft zu teuer

Die Atcetera Gruppe wurde 1999 von Ole Neumann gegründet. Das in Malsch nahe Karlsruhe ansässige Dienstleistungsunternehmen unterstützt seine Kunden bei der Etablierung eines nachhaltigen Energiemanagements gemäß ISO 50001. Hierfür wurde das flexible und modulare System Manage Energy entwickelt, das neben der Energieberatung und Begleitung von Entwicklungsprozessen auch die Lieferung von bewährten Geräten sowie die Konzeption und Fertigung individueller Komponenten umfasst. Das Portfolio beinhaltet ein Energiecontrolling-System speziell für die Futtermittelbranche. Nachdem die relevanten Daten über die Sensorik erfasst worden sind, werden sie ausgelesen, in der Datenbank gespeichert, numerisch und grafisch visualisiert sowie analysiert.

Zur Aufnahme der Daten bauen die Atcetera-Mitarbeiter Stromzähler und Energiemessgeräte in die Anlagen ein. Bei einem Kunden konnten mehrere in den Produktionshallen montierte Modbus-basierte Energiezähler über das vorhandene Prozessleitsystem in das Energiecontrolling-System integriert werden. „Eine größere Herausforderung stellten einige auf dem weitläufigen Unternehmensgelände verbaute Zähler dar“, berichtet Atcetera-Geschäftsführer Ole Neumann. Wegen der großen Entfernungen war eine Anbindung der Geräte per Leitung nicht möglich. Der Verkabelungs- und Installationsaufwand hätte die Kosten deutlich in die Höhe getrieben. Deshalb hatte Neumann die Idee, die Zähler per Funk zu vernetzen. „Doch hier trat gleich das nächste Problem auf, denn normalerweise erfordern Funksysteme eine Sichtverbindung, damit sie zuverlässig funktionieren.“ Bei der Recherche nach einer machbaren Lösung stieß Neumann auf das Radioline-System von Phoenix Contact. Da sich mehrere Gebäude und Wände zwischen den einzelnen Wireless-Komponenten befinden, kamen die im 868-MHz-Band funkenden Radioline-Module zum Einsatz.

Übertragung der Modbus-Daten ohne Sichtverbindung

Die Energiemessgeräte werden per Zweidrahtleitung an die RS-485-Schnittstelle der Radioline-Funkmodule angeschlossen. Das Funksystem überträgt das Modbus-Protokoll dann an die Leitzentrale. Mit der flexibel nutzbaren Wireless-Lösung lassen sich abgesehen von den seriellen Daten ebenfalls I/O-Signale weiterleiten – und das lizenzfrei, also ohne Folgekosten. Die auf der Grundlage der robusten Technologie Trusted Wireless 2.0 arbeitenden Module sind insbesondere für den Austausch von Signalen über große Entfernungen entwickelt worden. Bei freier Sicht können Distanzen von mehreren hundert Metern bis zu 20 km zwischen zwei Funkteilnehmern überbrückt werden. Die im 868-MHz-Band sendenden Geräte kommunizieren die Daten sicher und zuverlässig über einige hundert Meter, sogar wenn viele Hindernisse auf der Funkstrecke liegen.

Neben dem 868-MHz-Frequenzbereich funkt Trusted Wireless 2.0 ebenso im 900-MHz- und 2,4-GHz-Band. Die Technologie zeichnet sich durch hohe Robustheit und Zuverlässigkeit aus. Um selbst große Entfernungen überwinden zu können, lässt sich die Datenrate der Funkschnittstelle individuell festlegen und so die Empfängerempfindlichkeit erhöhen. Bei einer niedrigen Datenrate wird eine wesentlich größere Reichweite überbrückt als bei einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit. Der Anwender passt die Geräte folglich optimal an die jeweilige Applikation an.

Trusted Wireless 2.0 überzeugt zudem durch gute Diagnosemöglichkeiten sowie die Koexistenz zu anderen im gleichen Frequenzband sendenden Systemen. Je nach Anforderung stellt die Technologie verschiedene Einstelloptionen zur Verfügung. Von der einfachen Punkt-zu-Punkt-Verbindung bis zu selbst heilenden Mesh-Netzwerken können auf diese Weise beliebige Netzwerkstrukturen aufgebaut werden, sodass sich ergänzend zum seriellen Kabelersatz und der I/O-Kommunikation auch I/O-Module direkt in eine Modbus/RTU-Steuerung integrieren lassen.

Optimierung der Anlagenauslastung

Kontinuierlich erfasste Energieflüsse bilden die Grundlage für ein zielführendes Energiemanagementsystem. Die von der Atcetera Gruppe in der Futtermittelherstellung umgesetzte Lösung zeigt, dass sich der Energieverbrauch transparent ermitteln lässt. Dazu werden die an den energetischen Brennpunkten montierten Messgeräte der Produktfamilie EMpro von Phoenix Contact mit der zuverlässigen Funkübertragung auf Basis des Radioline-Systems und dem übergeordneten Energiecontrolling-System Manage Energy kombiniert. Mögliche Energiesparpotenziale lassen sich also mit geringem Installationsaufwand erkennen und die Auslastung der Anlagen optimieren.

Darüber hinaus erhält der Atcetera-Kunde Daten für eine genaue Kalkulation der Herstellkosten, vorausschauende Wartung sowie den zeitgerechten Austausch von Maschinen und die Dokumentation des Verbrauchs im Rahmen von energieintensiven Prozessen. Die Realisierung des beschriebenen Erfassungssystems stellt somit eine Investition in die Zukunft dar, in der die Nachweis- und Optimierungspflichten aufgrund der Energiewende weiter steigen werden. „Im Zusammenspiel mit unserem Energiecontrolling-System sind die Komponenten von Phoenix Contact jederzeit ausbaufähig und erweiterbar. Daher werden sie in zukünftigen Anwendungen ebenfalls als Gesamtlösung zum Einsatz kommen“, schließt Ole Neumann ab.

* Benjamin Fiene, Mitarbeiter im Produktmanagement Communication Interfaces, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

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