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Kommunikation Smart Factory ohne Strom?

| Redakteur: Robert Weber

Kommunikation Vor mehr als 150 Jahren schippten Arbeiter Kohlen, um die Maschinen am Laufen zu halten. Damals waren die Errungenschaften revolutionär. Heute träumen Unternehmer wieder von einer Revolution. Intelligenz in der Energieversorgung ist das Ziel.

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Das Werk „das Eisenwalzwerk“ von Adolf Friedrich Erdmann von Menzel nimmt den Betrachter mit ins 19. Jahrhundert, als die Menschen schon einmal vor einer Revolution standen.
Das Werk „das Eisenwalzwerk“ von Adolf Friedrich Erdmann von Menzel nimmt den Betrachter mit ins 19. Jahrhundert, als die Menschen schon einmal vor einer Revolution standen.
(Bild: gemeinfrei)

Für Paul Kratz ist es nur ein riesiges Ungetüm, das zischt, dampft und ihm Angst bereitet, wenn er sich dem Ding nähert. Kratz, jüngstes von acht Geschwistern, kommt vom Land, aus der Uckermark: Viel Gegend, wenig Arbeit, wenig Lohn, wenige Chancen für einen jungen Mann. Er sucht sein Glück fernab der Heimat. In Berlin will er Geld verdienen. Die Industrialisierung der Stadt lockt den Arbeiter an. Das zischende Ding ist eine Dampfmaschine und sie erleichtert die Arbeit in der Fabrik, auch wenn sie auf viele Werker noch bedrohlich wirkt. Mehr Produktivität verspricht sie den Firmenlenkern. Kratz und seine Kumpels sind die ersten ihrer Generation, die von Maschinen in ihrer Arbeit unterstützt werden. Kratz schafft am Vorabend der Revolution, schaufelt Kohlen für die Energieversorgung der Öfen. Schon bald werden flächendeckend Maschinen den Menschen schwere Aufgaben abnehmen. Die Manufaktur gehört weitgehend der Vergangenheit an.

Energie und Automatisierung wachsen zusammen

Mehr als 100 Jahre später träumen wieder manche Unternehmer von einer industriellen Revolution — dieses Mal aber ohne Zischen und Dampfen. Die intelligente Fabrik soll her. Eine Produktionswelt in der Maschinen untereinander agieren, Menschen mit Robotern zusammenarbeiten, Energie intelligent von den Anlagen genutzt und wieder freigegeben wird und Daten neue Produktionsprozesse ermöglichen. Die Gegenwärtige Diskussion rückt vor allem die Produktionsformen in den Mittelpunkt. Unter dem Begriff Industrie 4.0 versammeln sich vor allem die Automatisierer und Softwareexperten. Die Energieversorger als auch die Anlagenbauer für Dampfkessel, Blockheizkraftwerke und die Kraftwärmekopplung treten nur selten in Erscheinung, wenn es um die Produktion der Zukunft geht. Dabei müssten doch alle Beteiligten wissen: Ohne Strom keine Produktion — weder konventionell, noch intelligent.

Die Disziplinen bleiben unter sich. Auf der Fachmesse ISH Energy 2015 in Frankfurt diskutieren die Viessmanns und Vaillants der Wärmewelt über die Trends ihrer Branche. Ein Thema: Connect. So steht es in der Einladung von Viessmann zur Messe. „Hoher Komfort durch smartes, vernetztes Energiemanagement“, heißt es in der Broschüre.

Es fehlt ein Profil, das beide Welten verbindet

Vernetzung ist das Stichwort. Wie weit sind die Automatisierungs- und Energiewelt, wenn sie zusammenarbeiten sollen? „Traditionell sind die Energienetze und die Automatisierungsnetze vollkommen getrennt. Natürlich gab es schon immer punktuelle Berührungspunkte in Form von Energiemesssystemen, die an zentralen Stellen in der Produktion integriert sind, bzw. Leistungsschaltern, die aus der Automatisierung gesteuert werden oder anderweitiger Punkt-zu-Punkt Verbindungen. Durch den steigenden Grad der Vernetzung und insbesondere durch den Einzug von Industrial Ethernet, ist jedoch zunehmend zu beobachten, dass die Grenze zwischen beiden Welten verschwimmt und sie miteinander verbunden werden, um Energie zu sparen, Leistungsspitzen zu vermeiden, die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen oder anderweitig die Produktivität zu erhöhen“, erklärt Karsten Schneider Vorstandsvorsitzender der Profibus Nutzerorganisation e.V. aus Karlsruhe.

David Garcés von HMS Industrial Networks sieht das ähnlich. „Was fehlt ist ein Profil, das beide Welten verbindet.“ Hintergrund: Die Kommunikation in der Energie- und der Automatisierungswelt ist laut Experten mehr oder weniger bereits standardisiert. Die Fabrik arbeitet mit dem Industrial Ethernet mit oder ohne Energieprofi und die Stromnetzbetreiber mit den Standards IEC 60870-5-104 und IEC 61850 oder das Profil VH Pready. Genau darin sieht Schneider eine Hürde. „Dadurch ist eine Integration immer als eine kundenspezifische Lösung mit dem entsprechenden Konfigurations- und Programmieraufwand ausgelegt. Auch sind die Netze heute getrennt, sodass ein Mehraufwand in Hardware, Konfiguration und Wartung der Kommunikationsnetze anfällt. Die übliche direkte Verdrahtung zwischen den Netzen ist dabei aufwändig und unflexible, was die Lebenszykluskosten weiter in die Höhe treibt. Bei Szenarien, in denen die Energieerzeugung räumlich entfernt von der Nutzung der Energie, also der Produktion stattfindet, spielt natürlich der Aspekt der sicheren Übertragung ebenfalls eine wesentliche Rolle.“

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Siliziumschmelze ist dasVorbild für die Industrie

Auch der Automatisierungsexperte Garcés sieht Gefahren, wenn beide Welten isoliert bleiben, wenn kein Profil entsteht. Dazu kommt: „Auch das Gegenteil, die Fragmentierung der Standardisierung durch mehrere konkurrierende Profile, ist ein Risiko.“

Doch warum braucht es überhaupt ein Zusammenwachsen der Welten? Mit der Energiewende setzt Deutschland verstärkt auf regenerative Energien. Da die Sonne nicht immer scheint und der Wind nicht immer weht, kommt es zu Schwankungen im Stromnetz, die technisch aufgefangen werden müssen. Dazu kommt: Die Industrie will in der Fabrik der Gegenwart und verstärkt in der Zukunft ein Lastmanagement fahren. Sprich: Maschinen hoch- und runterfahren und Strom intelligent einkaufen und wieder zurückspeisen, um damit zusätzlich Geld zu verdienen. RW Silicium aus dem bayerischen Pocking hat schon einen Fuß in die neue Welt der Produktion gestreckt. Die Verantwortlichen drosseln die Leistung der Öfen, wenn im Netz der Strom durch die Hinzunahme erneuerbarer Energien schwankt, knapp wird und dafür entlohnt der Energieversorger das Unternehmen. „Wir reduzieren die Leistung um maximal 5 MW pro Ofen “, erklärt Stefan Bauer, Verfahrensingenieur bei RW Silicium. Die Idee stammt aus den USA. Vor zwei Jahren kam ein Dienstleister auf die Niederbayern zu und im November 2013 startete der Livebetrieb. Am Anfang des Projekts stand ein Pflichtenheft, das Bauers Vorgänger mit den Ideengebern formulierte. Wichtig für die Bayern: Ein Notfall-Aus-Schalter, um sich von dem Netz abzukoppeln und wieder auf Volllast zu fahren, eine Festschreibung der prozentualen Abgabe, Sperrvermerke für Öfen und die Kostenübernahme der Ofensteuerung durch den Dienstleister. IT-Experten programmierten an der Siemens SPS neue Anforderungen, implementierten für Bauers Team ein Dashboard mit den wichtigsten Kennzahlen und banden die vier Lichtbogenöfen in ein intelligentes Versorgungsnetz ein – die Smart Factory lässt grüßen.

Die Energieversorger müssen die Gateways zahlen

Eine unscheinbare graue Box im Kontrollraum regelte dann ab Herbst vergangenen Jahres die Lastenverschiebung. Über eine DSL-Leitung erhält die Steuerung der Öfen Soll-Signale und sendet an den Serviceprovider Ist-Werte und gibt Verbräuche, aufgeteilt auf die vier Öfen, automatisch frei, wenn Strom fehlt. Zwei bis drei Minuten am Tag fahren die Öfen runter und entlasten dadurch das Netz. Der Vorteil für RW Silicium: Der Dienstleister vergütet den bereitgestellten Strom. Sprich: Wer keine Energie verbraucht, wird belohnt. „Das kurze Herunterfahren geht bei uns im Rauschen in der Produktion unter. Weniger Silizium produzieren wir nicht“, erklärt Produktionsleiter Bauer, der durch die Anwendung Erlöse von rund 10.000 Euro pro Monat erzielt.

Die Bayern sind Vorreiter, aber es muss laut Garcés noch viel Überzeugungsarbeit geleistet werden: „Bei den Unternehmen ist das Bewusstsein über die mögliche Teilnahme am Regelenergiemarkt und von den wirtschaftlichen Prämien nicht so groß.“ Dazu kommt so Schneider: „Als Hemmschuh erweist sich natürlich oft noch die in Firmen organisatorisch getrennten Bereiche Energie und Automatisierung, und der erwartete höhere Aufwand an Engineeringleistung.“

Doch den Verlockungen am Regelenergiemarkt mitzumischen, werden in den nächsten Jahren sicher noch einige Unternehmen verfallen. Darauf ist Garcés mit seiner Mannschaft vorbereitet. „ Für die Kommunikation zwischen der Fabrik und den Stromnetzen ist ein Gateway notwendig, welches auf der einen Seite die Protokolle der Fabrik unterstützt und auf der anderen Seite die Standards des Energiebereiches. Mit unseren Labline SG Gateways wollen wir genau diese

Nische abdecken.“ Das Gateway unterstützt die Fernwirkprotokolle des Energiesektors (IEC60870-5-104, IEC61850, VHPready), und für die Kommunikation in der Fabrik steht eine Anybus-Schnittstelle zur Verfügung, um die Vielfalt der Feldbusse und Industrial Ethernet Netzwerken abzudecken. Ein lohnendes Geschäft also auch für die Automatisierungsbranche und die Kommunikationsexperten.

„Dadurch, dass die 61850 als auch Profinet Standard Ethernet als Kommunikationsmedium nutzen, bietet sich die Möglichkeit, beide Protokolle parallel zu nutzen. Es fällt dann der Automatisierungshardware (DCS, oder Gateways) zu, die Verknüpfung dieser beiden Welten zu übernehmen. Führende Automatisierungshersteller bieten dazu bereits heute Lösungen an“, bestätigt Schneider. Und die Kosten für die neue Energiewelt in der Fabrik? Bei der Hardware können sogar Kosten gespart werden, indem eine einheitliche Kommunikationsinfrastruktur verwendet wird. Allerdings bedarf es zusätzlicher Engineeringleistung, die Verknüpfung der Energieverteilung mit der Automatisierung herzustellen, heißt es in Expertenkreisen. Dafür gewinnt der Anlagenbetreiber dann aber ein einheitliches Asset-Management und eine deutlich bessere Sicht auf den Zustand seiner Anlage, versichern die Automatisierer. Informationen über den Status der Energieverteilungssysteme sind auch in der Automatisierung zugänglich und stehen somit umfassend dem Wartungspersonal zur Verfügung. „Das produzierende Unternehmen muss die Flexibilität in seinem Herstellungsprozess ausschöpfen. Dies erfordert keine große Investition, aber eine Neuplanung der Produktionsprozesse. Die Energieversorger oder Lastmanagement-Betreiber müssen die Kosten für die Kommunikationsgateways tragen“, meint Garcés.

Das erinnert an doch wieder an die Zeit von Paul Kratz in Berlin, denn mit den Maschinen und den Förderbändern zogen auch neue Fabrikprozesse in die Unternehmen ein.

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