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Alternative Energiesysteme flexibel steuern und vernetzen

Bild 1. Die Automatisierung von energietechnischen Anlagen umfasst beipielsweise die Steuerung von Pelletöffen

Bild 2. Mit dem modularen Automatisierungs-system lassen sich energietechnische Anlagen flexibel steuern und vernetzen

Bild 3. Das Engineering Tool Lasal bietet umfangreiche Werkzeuge zum Programmieren, Visualisieren, Regeln, Vernetzen und (Fern-)Warten

Der Umstieg auf erneuerbare Energieträger ist gerade nach den Ereignissen in Fukushima das Gebot der Stunde. Die Ansprüche an die Steuerungs- und Regelungstechnik in alternativen Energieanwendungen steigen permanent, da es mehr denn je gilt, aus den eingesetzten Ressourcen eine sehr hohe Energieausbeute zu erzielen. Mit durchgängigen Automatisierungslösungen können die Hersteller von alternativen Energiesystemen die Energieeffizienz ihrer Anlagen erheblich erhöhen und gleichzeitig deren Kosten senken.

Nicht nur bei industriellen Fertigungsmaschinen und -anlagen muss man sich jahrzehntelang rund um die Uhr auf die Verfügbarkeit verlassen können, da jeder Stillstand teuer ist. Gerade im Bereich der Energieerzeugung, -verteilung und -umwandlung zählt die Zuverlässigkeit der Anlage über lange Zeiträume. Das gilt für die gesamte Kette vom Kraftwerk bis zur Gebäudeheizung. Gerade in diesem Bereich ist ein hohes Maß an Benutzerkomfort gefragt. Schließlich müssen am Ende der Kette – dem Büro oder der Wohnung – auch Abfragen und Eingriffe von technikfremden Anwendern möglich sein.
Aufgrund der steigenden Energiekosten und des verstärkten Umweltbewusstseins gilt es, die Effizienz der Anlagen zu steigern. Um aus den eingesetzten Ressourcen eine hohe Energieausbeute zu erzielen und zugleich die Emissionen gering zu halten, ist eine präzise Steuer- und Regelungstechnik in energietechnischen Anwendungen ein Muss.

Know-how in der Energie-Automatisierung
Der österreichische Automatisierungsexperte Sigmatek ist bereits seit mehr als 20 Jahren neben der Industrieautomatisierung auch auf dem Gebiet der Energieautomatisierung tätig. „Das reicht von Biomasseheizkesseln, Wärmepumpen über Solar- und Photovoltaikanlagen bis hin zu Wind- und Wasserkraftwerken,“ so Hans Roman Seifert, technischer Leiter bei Sigmatek. Auch in puncto Anlagengröße deckt das Unternehmen die gesamte Bandbreite ab, von industriellen Anlagen bis zu Heizanlagen in Einfamilienhäusern (Bild 1). Die Hersteller von Wärmepumpen, Heizkesseln oder Kleinkraftwerken bedient das Unternehmen mit einer eigenen Palette anwendungsspezifischer Hardware, die aus moderner industrieller Steuerungstechnik abgeleitet und modular aufgebaut ist (Bild 2).
Die Branche ist stark von anwendungsspezifischen OEM-Lösungen geprägt. Das stellt hohe Anforderungen an die Modularität und die Flexibilität des Automatisierungssystems. Auch dem erhöhten Bedarf an Sensorik und der oft beengten Einbausituation direkt an der zu steuernden Einheit wird Rechnung getragen. „Die erneuerbare Energie steht stets in Konkurrenz zu Öl und Gas“, weiß H. R. Seifert: „Deshalb zwingt der Preisdruck zu innovativen Lösungen im Interesse der Wettbewerbsfähigkeit unserer Kunden.“
Die Edge-Technology trägt den hohen Anforderungen an energieeffiziente Steuerungssysteme Rechnung, da diese Steuerungsgeneration eine hohe Performance bei geringer Verlustleistung bietet. Sie kommt bei kompakten CPU und Control Panels von 5,7 Zoll bis 12 Zoll zum Einsatz. Eine grafische Benutzerführung hilft dem Anwender, die energietechnischen Zusammenhänge zu verstehen und den Ressourcenverbrauch zu optimieren. Zudem gestattet die moderne Netzwerktechnik die Fernwartung und -bedienung von jedem Büro- oder Heim-PC aus.

Durchgängiges Komplettsystem vereinfacht Entwicklung
Das einfach zu handhabende Engineering Tool Lasal hilft die Entwicklungskosten bei der Applikationserstellung zu senken und Anwendungen schneller zu implementieren. Das Tool integriert sowohl die Steuerungsprogrammierung als auch HMI, Antriebstechnik und Safety (Bild 3). Die Steuerungsfunktionalitäten können objektorientiert gemäß IEC 61131-3 programmiert werden. Der modulare Aufbau und die grafische Darstellung der einzelnen Module sorgen für Flexibilität und einfache Wiederverwendbarkeit der Software. In einer Library sind vorgefertigte Bausteine für den Energiesteuerungsbereich wie Heizkreisregelung bereits enthalten. Die Installation kann mittels grafischer Konfiguration vorbereitet und getestet werden. Mit einem USB-Stick lassen sich die Konfigurationsdaten am Gerät bzw. an der Anlage laden. Auch Updates sind so einfach durchführbar. Diese Vorgehensweise macht die Anwesenheit teurer Spezialisten vor Ort überflüssig und hilft, Konfigurationsfehler zu vermeiden.

Außerdem bietet die moderne Steuerungstechnik große Flexibilität und eine hohe Geräte-Performance. Waren Steuerungen in diesem Bereich früher genau für den Betrieb der jeweiligen Einheit zugeschnitten, können mit den modularen Automatisierungssystemen mehrere dezentrale Anlagen vernetzt und das Energiemanagement für die gesamte Installation übernommen werden. Auch energietechnisch bietet die intelligente Vernetzung der verschiedenen Systeme einen großen Nutzen: „Meist findet man ein Zusammenwirken mehrerer Technologien, etwa einer Hackschnitzelheizung, einer Wärmepumpe und einer Solaranlage“, zeichnet H. R. Seifert ein aktuelles Bild der Energietechnik in Gebäuden: „Da wäre es kontraproduktiv, jede dieser Einrichtungen autonom zu betreiben.“

Flexibilität ohne Verkabelungsaufwand
Ohne großen Verkabelungsaufwand können beinahe beliebig viele Sensoren und Aktoren mit den platzsparenden und einfach zu verdrahtenden Schnittstellenmodulen über den Systembus angesprochen bzw. abgefragt werden. Zunehmend kommen hier aus der IT-Welt bekannte Technologien, wie Echtzeit Ethernet und WLAN, zum Einsatz. Damit sind solche Installationen für jede Anlagengröße und -komplexität skalierbar. Auch die Einbindung in übergeordnete Leitsysteme ist durch gängige TCP/IP-Schnittstellen, wie den Windows-OPC-Server, kein Problem. „Genau diese Skalierbarkeit ist besonders bei größeren, industriellen Anlagen wichtig“, weiß H. R. Seifert: „Zum Beispiel verlangen Solarkraftwerke Steuerungssysteme mit Plug-and-play-Fähigkeit und einem hohen Ausmaß an Modularität. Schließlich werden sie individuell konfiguriert und im Laufe ihrer Nutzungsdauer immer wieder ergänzt und erweitert.“ Ähnliches gilt für Biomasse-Heizungen, bei denen durch bloße Erweiterung um zusätzliche Schnittstellenmodule die Transporteinrichtungen für das Heizmaterial in die Brennersteuerung integrierbar sind.

Die besondere Flexibilität der Energieautomatisierung von Sigmatek zeigt sich vor allem auch nach der Installation, wenn es um die einfache Bedienung, Steuerung und Instandhaltung geht. Nicht nur am Gerät selbst, wo eine intuitive grafische Oberfläche mit Touchscreen die Bedienung ohne besondere Schulung ermöglicht, sondern vor allem in der Gesamtvisualisierung über das Netzwerk. Ohne Spezialprogramme, nur über Internet-Browser, haben berechtigte Personen mit Passwortschutz Zugriff auf alle Funktionen der Installation. So können von jedem beliebigen PC aus jederzeit Eingriffe getätigt, auf Fehlermeldungen reagiert und Diagnoseberichte abgefragt werden. „Mit unserem langjährigen Branchen-Know-how können wir unsere Kunden über den ganzen Produktlebenszyklus umfassend unterstützen – von der Konzeption über die Entwicklung und Programmierung bis hin zu Inbetriebnahme und Service“, erklärt der technische Leiter von Sigmatek.

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Autor: Ingrid Traintinger ist bei der Sigmatek GmbH & Co. KG in Lamprechtshausen /Österreich für Marketing/Kommunikation zuständig.