Energiemanagement Wellpappenproduzent gibt grünes Licht für Energieeffizienz

Bei dem Wellpappenproduzenten Klingele Papierwerke spielt die Überwachung und Analyse von Energie- und Prozessdaten eine wichtige Rolle. Durch optimierte Gebäudetechnik, Produktion und Lagerbedingungen spart das Unternehmen Energie.

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Produzierende Unternehmen stecken in einem Dilemma: Einerseits benötigen sie für zahlreiche Prozesse große Mengen an Energie, andererseits sind sie gleich in zweifacher Hinsicht zum Stromsparen angehalten. Um klimaschädliche Emissionen zu reduzieren, fordern immer strengere Normen eine genaue Dokumentation und nachweisbare Senkung des Energieverbrauchs. Außerdem gefährdet der tendenziell steigende Strompreis die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen. Sie haben daher nur eine Wahl: Sie müssen ihre Maschinen und Prozesse auf Effizienz trimmen, damit Verbrauch und Kosten nicht ausufern.

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Auch die Klingele-Gruppe steht in dieser Verpflichtung. Das Unternehmen stellt in Delmenhorst Wellpappe her und verarbeitet diese unter anderem für die großen Online-Versandhäuser zu fertigen Kartonlösungen. Der Standort ist nach seiner Gründung im Jahr 1955 stetig gewachsen und misst heute eine Gebäudefläche von 44.000 m², das entspricht etwa sechs Fußballfeldern. 220 Mitarbeiter produzieren im Jahr bis zu 140 Mio. m² Wellpappe in unterschiedlichen Stärken und Papierqualitäten. Um jederzeit den Überblick über die Fertigung zu haben und bei Störungen direkt reagieren zu können, hat Klingele gemeinsam mit Wago ein System zur Messdatenerfassung aufgebaut. 20 Wago-Controller sind in Gebäuden und in der Produktion des Unternehmens bereits im Einsatz und liefern kontinuierlich Verbrauchs-, Prozess- und Zustandsdaten. „Damit wissen wir, was passiert, und können das dann auch fundiert beurteilen“, sagt Wilfried Rodehau, Elektromeister und Chef der elektrischen Instandhaltung bei Klingele. Der niedersächsische Wellpappenproduzent hat das Energie- und Prozessdatenmanagement Schritt für Schritt ausgebaut. Der Startschuss zu einer umfassenden Messdatenerfassung fiel mit dem Schließen der Oberlichter im Dach, um die Lärmemission für die unmittelbare Nachbarschaft zu verringern.

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Einsparpotenziale erschließen: „Einfacher lässt sich Effizienz nicht umsetzen“

Herr Dökel, inwieweit profitieren Unternehmen von Effizienzmaßnahmen?

Wir begleiten Energiemanagementprojekte, bei denen Einsparungen von bis zu 30 Prozent erreicht werden. Der Verbrauch lässt sich oft schon mit einfachen Mitteln senken, etwa durch Analyse der Lastkurve des Versorgers. Mit unserer Energiemanagement-Lösung können weitere Einsparmöglichkeiten gefunden werden.

Wie sieht die Wago-Lösung genau aus?

Über den Controller PFC200 und das I/O-System 750 erfassen wir Messdaten verschiedener Medien und Einflussgrößen. Es lassen sich beliebige Sensoren und Messumformer einbinden, die Prozessgrößen wie Druck, Temperatur und Durchfluss mittels analoger und digitaler Eingänge aufnehmen. Bereits verbaute M-Bus-Zähler können einfach angebunden werden und liefern weitere Messgrößen Ihrer Prozesse. Mit EnOcean-Sensoren lassen sich Messkonzepte ohne vorhandene Infrastruktur erweitern und unterstützen, mit unserem Modul zur 3-Phasen-Leistungsmessung können Verbraucher detailliert überwacht und Verbräuche analysiert werden. Wir setzen bei der Datenerfassung auf ein offenes und flexibles System. Dadurch hat der Kunde alle Freiheiten und wird nicht in proprietäre Technik gezwungen.

Was leistet Wago über das Messen hinaus?

Die über den Wago-Controller angebundenen Sensoren können über unsere integrierte Parametriersoftware Energiemanagement schnell und einfach parametriert werden, eine aufwendige Programmierung entfällt damit. Dadurch haben Kunden die Möglichkeit, ohne Automatisierungskenntnisse die Messstandtiefe in ihrer Produktion zu erhöhen. Außerdem lassen sich Messstellen mithilfe der Software im Sekundentakt oder historisch in übersichtlichen Darstellungsformen visualisieren. So können Stromfresser schnell erkannt und optimiert werden.

Was können Unternehmen tun, die beim Energiemanagement automatisiert steuern wollen?

Dank unserer offenen Schnittstellen können wir alle gesammelten Daten transparent zur weiteren Verarbeitung einem Manufacturing-Execution- oder Enterprise-Resource-Planning-System zur Verfügung stellen. Diese Systeme lösen dann auf Grundlage unserer Daten die Aktionen aus.

Energie- und Prozessdaten sind ebenfalls Grundlage für das Condition Monitoring, die Zustandsüberwachung, oder Predictive Maintenance, die vorausschauende Wartung. Sind das bereits Wago-Themen?

In der intelligenten Fabrik können die Daten natürlich auch für diese Bereiche verwendet werden, ihre Nutzung bleibt nicht auf das Energiemanagement beschränkt. Bei Predictive Maintenance geht es darum, Unternehmen in die Lage zu versetzen, Defekte zu erkennen, bevor sie tatsächlich eintreten, anstatt auf einen Ausfall oder Störungen nur im Nachhinein reagieren zu können. Mit unserem System können sie einen Schritt in diese Richtung gehen. Es lassen sich Grenzwerte hinterlegen, um dem Service- und Wartungsverantwortlichen Anhaltspunkte zu geben, wo etwas in der Produktion nicht rund läuft und Ausfälle drohen. Mit diesem Wissen können größere Schäden rechtzeitig vermieden werden. Und es lässt sich für neue, kosteneffizientere Wartungsstrategien nutzen.

Ist eine Cloud-Anbindung möglich?

Wir verfolgen das Trendthema intensiv und arbeiten dazu eng mit unserem Partner M&M Software zusammen. Unsere Software im Controller kann Daten direkt in eine Cloud senden und beispielsweise visualisieren. Ob der Controller die Daten dabei zu Microsoft Azure, Amazon Web Services oder IBM Bluemix schickt, bleibt dem Kunden überlassen. Auch Anbindungen an Third-Party-Lösungen sind dank des standardisierten Protokolls MQTT künftig machbar. Der Controller überträgt selektierte Werte automatisch in definierbaren Intervallen, und das dank des gehärteten Linux-Betriebssystems besonders sicher. IT-Sicherheit ist bei uns in Form einer Layer-basierten Sicherheitsarchitektur integriert.

Alles begann mit der Oberlichtsteuerung

„Wir haben mehr als 20 Oberlichter über die ganzen Hallen verteilt“, erzählt Wilfried Rodehau. Anstatt diese täglich per Hand zu schließen, suchte er nach einer Lösung, „die über eine bloße Schalttafel mit roten Lampen“ hinausgeht. Am besten sollten sich die Oberlichter vom Schreibtisch aus steuern und überwachen lassen. „Ethernet ist bei uns überall vorhanden. Damit kommen wir gut zurecht und wollen es auch über die Bürokommunikation hinaus nutzen.“ Rodehau fand mit dem Wago I/O-System 750 die passende Technik für sein Vorhaben. Die Einarbeitung in die Softwareplattform Codesys gelang reibungslos, zumal Wago die Systemintegration mit technischer Unterstützung begleitete. Rückblickend ist die Oberlichtsteuerung damit als Keimzelle für ein umfangreiches Monitoring der Gebäude- und Produktionstechnik zu betrachten. Denn Klingele erfasste im Anschluss die Verbrauchs- und Prozesskennzahlen von immer mehr Anwendungen, etwa die Leistungsaufnahme der Maschinen oder den Druckluftverbrauch für einen Auftrag. Mit dieser Transparenz hatte das Unternehmen nun freie Bahn für die energetische Optimierung und Energieeinsparungen in seinen Gebäuden und in der Produktion.

Auch eine Pilotanlage zur Abwasseraufbereitung bezog Klingele in sein Energiemanagement ein. „Damit sie gut läuft, müssen wir die Anlage ständig im Blick behalten“, sagt Rodehau. Das Problem: Die Mitarbeiter, die sie überwachen, haben ihren Arbeitsplatz nicht dort, wo die Anlage steht. Weil es aber eine Netzwerkverbindung gibt zwischen dem Hauptproduktionsgebäude und dem Nebengebäude mit der Pilotanlage, machte dieser Kommunikationsstrang den Weg frei für eine weitere Wago-Steuerung. Die Aufgabe des I/O-Systems 750 besteht darin, alle für die Betriebsüberwachung notwendigen Kennzahlen wie Ein- und Ausgangstemperaturen zu sammeln und per TCP/IP an die Leitwarte zu übertragen. Der modulare Aufbau des Systems macht es einfach, die Temperaturen oder Drehzahlen aus der Maschinensteuerung heraus abzugreifen sowie weitere notwendige Sensoren einzubinden. Welche Form ein Signal letztlich hat, ist unerheblich, weil Wago dafür die passenden Module im Standardprogramm hat. „Uns ist es hier mit wenig Aufwand gelungen, Messdaten zu erfassen und das Ganze zu visualisieren“, fasst der Elektromeister zusammen.

Mit wenig Aufwand Messdaten visualisieren

Da das in Delmenhorst sukzessiv eingeführte System gut arbeitet, haben nachfolgend auch andere Klingele-Standorte diese Form der Erfassung von Energie- und Prozessdaten übernommen. Für Rodehaus, der neben seiner Arbeit in der Instandhaltung auch als Energiemanager im Werk Delmenhorst aktiv ist, bringt der Blick mit der Lupe auf die Kennzahlen der Gebäudetechnik und den Produktionsmaschinen wertvolle Aussagen über die Produktivität des Betriebs. „Wir nutzen die Technik darüber hinaus zur Fehleranalyse im Zusammenspiel mit der Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit.“ Weil es mit der Messdatenerfassung und -speicherung möglich ist, Produktionsbedingungen auch Monate später nachzuvollziehen, lässt sich z.B. im Reklamationsfall der Grund analysieren. Deshalb sind nach Meinung von Rodehau Energiemanagement, Ressourceneffizienz und Qualitätsmanagement nie losgelöst voneinander zu betrachten.

Das Netzwerk aus aktuell mehr als 20 Wago-Controllern lässt sich vielfältig nutzen. So spart etwa eine dauerhaft richtig temperierte Lagerhalle einerseits Energie, wirkt sich andererseits aber auch auf die Qualität der in ihr liegenden Fertigpappen oder Papierrollen aus. Dieser Aspekt wird im Bogenlager deutlich. „Wir haben uns gefragt, warum sich sonst plan liegende Wellpappe an bestimmten Lagerplätzen beginnt zu wölben“, blickt Rodehau zurück. Das Team hat sich auf Spurensuche begeben. Letztlich haben Temperaturmessungen gezeigt, dass durch ungünstige Sonneneinstrahlungen in einem eng begrenzten Bereich des Lagers die Temperaturen bis zu 15 °C über dem Durchschnitt lagen. Die mit diesem Wissen eingeleitete Maßnahme war schließlich schnell und einfach erledigt: Die Glasscheiben erhielten eine Sonnenschutzbeschichtung.

Damit sich das Optimierungspotenzial hinter erhobenen Messdaten auf einen Blick erschließt, haben die Klingele Papierwerke die Ergebnisse in eine anschauliche Visualisierung einfließen lassen. Vergleichbar mit einem Drehzahlmesser gehen die Anzeigen in den roten Bereich, wenn etwas nicht stimmt. Für den Leiter der elektrischen Instandhaltung schafft eine gute Darstellung die Basis dafür, dass sich für jeden Mitarbeiter Ziele, Strategien und Erfolge schnell erschließen – am besten noch durch Einsparungen belegt. Deshalb sei es für Rodehau auch so wichtig gewesen, die Messdatenerfassung über die Wago-Schnittstelle per TCP/IP breit im Unternehmensnetzwerk verfügbar zu machen. Weitere Projekte seien aufgrund der ISO 50001-Zertifizierung des Standortes in der Planung. Messen sei für Rodehau kein Selbstzweck, sondern immer im Kontext mit einer konkreten Maßnahme zu sehen. Parallel dazu schult Klingele seine Belegschaft, um das Verantwortungsbewusstsein für den sparsamen Umgang mit Ressourcen zu schärfen.

* *Lukas Dökel, Global Key Account Manager Current and Energy Measurement, Wago

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