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Bild 1. Teile einer Großpresse aus der Gießerei vor der Bearbeitung

Energiemesskoffer mit mobilfunkbasierter Steuerungstechnik

Bild 2. Mit dem Energiemesskoffer „eco Smart Mobile“ lassen sich Energie- und Prozessdaten ermitteln. Über das integrierte Touch-Panel kann die Anwendung einfach parametriert werden

Bild 3. Arkadon wertet die von der Kleinsteuerung weitergeleiteten Messwerte aus und stellt sie im Energieeffizienzmonitor

Bild 4. Die modulare Kleinsteuerung ILC 151 GSM/GPRS von Phoenix Contact verarbeitet die Messwerte und leitet sie an das Rechenzentrum weiter

Bild 5. Im ersten Schritt werden die Energiewerte direkt an den Transformatoren erfasst

Das Energiemanagement ist für viele Unternehmen eine notwendige Voraussetzung, um die eigene Energieeffizienz zu verbessern. Insbesondere in energieintensiven Betrieben wie der Metallverarbeitung lassen sich so Kosten sparen. Deshalb hat die G. Siempelkamp GmbH & Co. KG im ersten Schritt einen mobilen Energiemesskoffer mit integrierter Kleinsteuerung von Phoenix Contact eingesetzt, damit die Verbräuche transparent erfasst und daraus Optimierungspotenziale abgeleitet werden können.

Die G. Siempelkamp GmbH & Co. KG gliedert sich in die Geschäftsbereiche Maschinen- und Anlagenbau, Gusstechnik und Nukleartechnik. Während sich der Maschinen- und Anlagenbau als Systemlieferant von Pressenstrassen und kompletten Anlagen für die Holzwerkstoff- Industrie, Metallumformung und Gummiindustrie einen Namen gemacht hat, liefert die Nukleartechnik- Sparte Produkte und umfangreiche Serviceleistungen für kerntechnische Anlagen. Als eine der weltgrößten Handform-Giesereien fertigt der Gusstechnikbereich schließlich aus Gusseisen mit Kugelgrafit Großgussteile von bis zu 320 t Stückgewicht (Bild 1). Am Stammsitz in Krefeld vereint Siempelkamp den Maschinen- und Anlagenbau sowie die Gusstechnik. Hier entstehen zum einen riesige Gussteile, die sofort auf speziellen Maschinen zu einbaufertigen Lösungen verarbeitet werden. Zum anderen stellen die Mitarbeiter technisch anspruchsvolle Teile für Pressenanlagen her. Das gesamte Produktspektrum lässt erahnen, dass zu seiner Produktion große Mengen an Energie benötigt werden. Allein der Geschäftsbereich Maschinen- und Anlagenbau benötigt inklusive der Maschinenfabrik bis zu 2,4 MW elektrische Leistung, wobei durch den Heizleistungsbedarf die Leistung im Winter durchaus auf rund 5 MW ansteigen kann. In der Vergangenheit wurde die Energie ausschließlich aus dem öffentlichen Netz in das unternehmenseigene Mittelspannungsnetz eingespeist. Sämtliche Büro- und Fertigungsgebäude sowie die Versuchshalle sind mit einzelnen erdgasbetriebenen Heizkesseln respektive Strahlern beheizt worden. Unter aktuellen Effizienz-Gesichtspunkten war ein solcher Ansatz allerdings nicht mehr zeitgemäß.

Eigenes Blockheizkraftwerk stellt unterbrechungsfreien Betrieb sicher
Im Juni 2012 begann Siempelkamp mit dem Bau eines gasbetriebenen Blockheizkraftwerks (BHKW), zu dem auch Strom- und Wärmenutzungssysteme gehören. „Auf diese Weise erhöhen wir die Energieeffizienz und stellen gleichzeitig die zuverlässige Belieferung aller Verbraucher mit Strom sicher“, erläutert Klaus Gartz, der als Leiter Elektrik in der Maschinenfabrik für das Energiemanagement zuständig ist. Siempelkamp erzeugt Strom in einer Größenordnung bis 2 MW für den Eigenbedarf sowie Wärme für die Hallen- und Bürobeheizung. Als Brennstoff kommt Erdgas zum Einsatz. Kernbestandteil des neuen Siempelkamp-BHKW ist ein Otto-Motor, der einen Generator zur Stromgenerierung antreibt. Die elektrische Energie wird direkt auf 10-kV-Ebene in das Mittelspannungs-Schalthaus am Standort eingespeist. Über das modernisierte Mittelspannungsnetz versorgt sie insgesamt 15 Transformatoren, wobei die zwölf großen den Maschinen in der Fertigung und drei kleinere der Energiezufuhr der Bürogebäude zugeordnet sind. Die elektrische Ausstattung des BHKW ist als Inselkonzept ausgelegt. Sollte das städtische Versorgungsnetz von einem Stromausfall betroffen sein, hat dies keine Auswirkungen auf den Geschäftsbetrieb von Siempelkamp. Die großen Maschinen und andere wichtige Verbraucher arbeiten unterbrechungsfrei weiter. Um die elektrische Energie nicht nur effizienter bereitzustellen, sondern auch einen genauen Überblick über den jeweiligen Verbrauch zu erhalten, nutzt Siempelkamp die mobile Energiemesslösung „eco Smart Mobile“ der Arkadon Energy GmbH und des Telekommunikations-Anbieters Telefonica.

Transparente Darstellung von Energie- und Prozessdaten
Arkadon Energy verfügt über langjährige Erfahrungen in der Entwicklung von Software für den regulierten und nicht-regulierten Energiemarkt. Das Unternehmen hat sich auf die Konzeption ganzheitlicher Lösungen für das Energiedatenmanagement spezialisiert. Dabei wird der gesamte Prozess von der Messdatenerfassung über die zeitnahe Visualisierung der Verbrauchsdaten bis zur aussagefähigen Bildung von Kennwerten und Referenzprofilen abgedeckt. Mit dem Energiemesskoffer „eco Smart Mobile“ wurde nun eine standardisierte und mobil verwendbare Lösung für die Aufnahme von Energie- und Prozessdaten geschaffen (Bild 2). Sie besteht aus dem Messkoffer, dem Energieportal, einer globalen SIM-Karte von Telefonica zur sicheren Kommunikation über GPRS/ VPN/APN (Virtual Private Network/Access Point Node) sowie dem Betrieb des Energieportals in einem vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik zertifizierten Rechenzentrum. Bei dem Energiemesskoffer handelt es sich somit um ein Komplettpaket, mit dem sich die Energie- und Prozessdaten sowohl kleiner als auch großer Unternehmen transparent darstellen lassen (Bild 3). Der Anwendungsbereich der Lösung erstreckt sich von Lastganganalysen bis zur Aufdeckung von Energie-Einsparpotenzialen. Darüber hinaus kann der Messkoffer nach einer Energieberatung zur Überprüfung der Umsetzung der empfohlenen Maßnahmen sowie zur energetischen Anlagenkontrolle in der Instandhaltung eingesetzt werden.

Steuerung leitet Messwerte über das Mobilfunknetz weiter
Im Messkoffer sind zahlreiche Komponenten von Phoenix Contact verbaut. Wesentlicher Bestandteil der Lösung ist die modulare Kleinsteuerung ILC 151 GSM/GPRS, an die analoge und digitale Eingangsmodule, Leistungsmessklemmen sowie serielle Funktionsmodule aus dem Inline- Automatisierungsbaukasten angereiht werden (Bild 4). Die Bedienung erfolgt über ein Touch-Panel, sodass sich die Parametrierung der Applikation einfach gestaltet. Das Steuerungsprogramm des Energiemesskoffers hat Arkadon gemeinsam mit den Spezialisten von Phoenix Contact erstellt. Da der ILC 151 GSM/GPRS die erfassten Daten über die globale SIM-Karte von Telefonica via Mobilfunknetz weiterleitet, lässt sich der Koffer für unterschiedliche Messaufgaben nutzen. Mit dem mobilen Messkonzept von Arkadon und den dort installierten Komponenten von Phoenix Contact werden energetische Einsparpotenziale sofort festgestellt. Zur Aufnahme der Messwerte kann der Anwender sowohl gängige Messgeräte, wie Zangenstrommesser oder Stromwandler, als auch Sensoren mit standardisierten Ausgangssignalen, beispielsweise für die Erfassung von Temperatur oder Druck, verwenden. Neben analogen oder digitalen Messeingängen ist die Einbindung von bis zu zwölf Enocean-Sensoren möglich.

Verschlüsselte Kommunikation
Siempelkamp setzt den mobilen Energiemesskoffer für die Anlagenüberwachung in der Produktion, Instandhaltung und im Facility Management ein. Derzeit sollen die bislang nicht transparenten Energieverbräuche aufgenommen werden. Zu diesem Zweck werden die Energiewerte im ersten Schritt direkt an den Transformatoren erfasst, welche die Maschinen und Bürogebäude mit elektrischer Energie versorgen (Bild 5). Die im Messkoffer installierte Kleinsteuerung ILC 151 GSM/GPRS, die um einige Funktionsmodule erweitert worden ist, verarbeitet dann die Messwerte und sendet sie mit der globalen SIM-Karte von Telefonica über das GPRS-Netz verschlüsselt und daher zugriffssicher an das Rechenzentrum von Arkadon. Dort werden die Daten ausgewertet und aufbereitet. K. Gartz: „Jetzt stehen uns verlässliche Informationen zur Verfügung, auf deren Basis wir die energetischen Rahmenbedingungen besser bewerten können“. Aus den Messergebnissen lassen sich anschließend geeignete Maßnahmen ableiten, um beispielsweise die Leerlaufverluste der Transformatoren zu verringern und die effizient im eigenen BHKW erzeugte Energie auch möglichst wirtschaftlich zu verwenden. (ih)

Hochkommunikative Kleinsteuerung
Die modulare Kleinsteuerung ILC 151 GSM/GPRS von Phoenix Contact basiert auf dem Konzept der IT-powered Automation. Wie sämtliche SPS des Blomberger Automatisierungsspezialisten verfügt sie über mindestens eine integrierte Ethernet-Schnittstelle. Da der Inline- Controller zudem weitere Protokolle und Dienste, wie Modbus, HTTP (Hypertext Transfer Protocol) oder FTP (File Transfer Protocol), sowie durch Bibliotheken erweiterbare Funktionen, wie SQL (Structured Query Language), DNS (Domain Name System), SNTP (Simple Network Time Protocol) und SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), unterstützt, kann er mit fast allen in der IT-Welt eingesetzten Komponenten kommunizieren. Besonderes Merkmal des ILC 151 GSM/GPRS ist das eingebaute Funkmodem. Auf diese Weise lassen sich die beschriebenen Funktionen ebenfalls im mobilen Datennetz nutzen. Die in die Kleinsteuerung integrierte Ethernet- Schnittstelle steht also auch zur Anbindung eines lokalen Visualisierungsgeräts zur Verfügung, wie dies im Energiemesskoffer von Arkadon der Fall ist.

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Autor:
Arno Martin Fast ist Mitarbeiter im Produktmarketing Steuerungstechnik bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont.
arno.fast@phoenixcontact.com