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01 15-min-Trendwert als Darstellung in einer Lastprognose

Mit Energie-Dashboard Lastspitzen im Griff

02 Energie-Dashboard zur Information des Anlagenfahrers

03 Systemkonzept zur Erfassung von Energiedaten mit zentraler Analyse und Auswertung

04 Systemkonzept des webbasierten HMI „atvise“

05 Das webbbasierte HMI Scada „atvise“ ermöglicht redundante Konzepte

Die Energieeinsparung hat in Unternehmen einen hohen Stellenwert. Die Alba Group entwickelte ein Energie-Dashboard, mit dem der Stromverbrauch an der Einspeisestelle eines Betriebs und an den wichtigsten Maschinen und Anlagenteilen erfasst wird. Basis für diese Entwicklung bildet das HMI Scada „atvise“ von Videc, welches nun auch redundante Konzepte ermöglicht.

Stecker raus, LED rein: Energiemanagement ist für Unternehmen oft die letzte Stellschraube, um laufende Kosten zu senken – und zugleich notwendige Voraussetzung, um schärfere EU-Auflagen zu erfüllen und steuerliche Vorteile zu erlangen. Doch wie lassen sich sämtliche Energiesparpotenziale im Betrieb heben? Die Alba Group hat dafür einen Ansatz entwickelt und bietet mittlerweile ihre Expertise auch externen Unternehmen diverser Branchen an. Mit ihren beiden Marken Alba und Interseroh ist die Alba Group in Deutschland und Europa sowie in Asien und den USA aktiv. Mit insgesamt über 8.000 Mitarbeitern erwirtschaftet sie ein jährliches Umsatzvolumen von rund 2,6 Mrd. € (2013). Damit ist die Alba Group einer der führenden Recycling- und Umweltdienstleister sowie Rohstoffversorger weltweit. Die erst 2011 gegründete Fachabteilung „Energie“ hat mit „EnvirA view“ auf der Grundlage von „atvise“, einem webbasierten Scada-System, ein Energie-Dashboard entwickelt, welches bereits in verschiedenen Standorten des Unternehmens sowie bei externen Kunden eingesetzt wird. Im Ergebnis wurden mit „EnvirA view“ die Lastspitzen im Bereich der elektrischen Energieversorgung transparent und konnten so dauerhaft auf ein Minimum verringert werden. Neben der Anforderung des Betriebspersonals nach einer umfassenden und datenaktuellen Übersicht von Energieverbräuchen spielt vor allem die kontinuierliche Kontrolle anlagenspezifischer Leistungsspitzen aus wirtschaftlicher Sicht eine Rolle. Beispielhaft ist hier die energieintensive Zerkleinerung von Stahl- und Metallschrotten zu nennen. Hier machen hohe Jahresleistungspreise, welche sich aus dem Produkt der Jahreshöchstleistung (in kW) und dem vom Netzbetreiber ausgeschriebenen Leistungspreis (€ pro kW) zusammensetzen, eine Reduzierung der Leistungsspitzen aus finanzieller Sicht interessant. Hinzu kommt: Unternehmen müssen im Rahmen eines Energiemanagementsystems (EnMs) nach der internationalen Norm DIN EN ISO 50001 ihre Energieverbräuche analysieren und bewerten

06 Häufigkeiten von Lastspitzen über 200 kW seit Einführung des Energie-Dashboards an einem Anlagenstandort der Alba Group

Bereits für mittelständische Unternehmen ist dabei die automatisierte Analyse und Bewertung mittels einer entsprechenden Controlling-Software die kostengünstigste Variante, um die Normforderung nachhaltig zu erfüllen. Eine Controlling-Software, wie das Energie-Dashboard, nimmt somit einen bedeutenden Platz im PDCA-Zyklus (Plan-Do-Check-Act) eines EnMs ein.

Ausgangspunkt: Lastspitzen reduzieren
Ausgangspunkt für die Entwicklung des Energie-Dashboards war die Anforderung, die Lastspitzen eines Betriebs zu reduzieren, ohne den Produktionsablauf zu stören. Konventionelle Systeme, die einen Lastabwurf bestimmter Verbraucher unter Berücksichtigung von festen Ein- und Ausschaltkriterien realisieren, sind seit langer Zeit auf dem Markt. Jedoch genügen sie nicht den Anforderungen in einem dynamischen Produktionsbetrieb. Das liegt vor allem darin begründet, dass Änderungen in den Produktionsabläufen bei projektspezifischen Lösungen mittels fest programmierten SPS oftmals einen erneuten, nicht unerheblichen Engineeringaufwand erfordern. Dadurch erfüllen diese Lösungen nicht den Anspruch an eine hohe Flexibilität, wie er in der Praxis durch das Anlagenpersonal gefordert wird. Ausschlaggebend für die Bewertung der Lastspitzen ist der 15-min- Mittelwert an der Einspeisestelle des jeweiligen Unternehmens. Dieser Wert muss kontinuierlich berechnet und das Ergebnis dem Anlagenpersonal visuell dargestellt werden. Um die gewünschten Einspareffekte bei einer sicheren Betriebsführung des Unternehmens erzielen zu können, muss der Anlagenfahrer wissen, wie sich der Stromverbrauch in den nächsten 15 min entwickeln wird. Nur dann ist der Anlagenfahrer in der Lage, die Lastspitzen durch Anpassung der Fahrweise von einzelnen Maschinen oder ggf. Anlagenbereichen zu vermeiden (Bild 1). Die Berechnung des 15-min-Trendwerts wird mittels einer Regressionsanalyse vorgenommen und in Form einer Lastprognose visuell dargestellt.

Zur Beurteilung der aktuellen Verbrauchssituation müssen dem Personal folgende Informationen auf einem Blick zur Verfügung gestellt werden (Bild 2):
• momentaner Gesamtverbrauch,
• Verbrauchsentwicklung im 15-min- Intervall,
• Grenzwert, der nicht überschritten werden darf,
• Beurteilung der momentanen Situation (Grenzwert wird geschnitten/nicht geschnitten) und
• momentaner Verbrauch von wichtigen Anlagenteilen. Darüber hinaus wurde eine webbasierte Lösung gefordert, damit plattformunabhängige Zugriffe, durch Standard-PC sowie aktuelle mobile Endgeräte, wie Smartphones oder Tablets, gewährleistet sind.
Das von der Alba Group entwickelte Energie-Dashboard basiert darauf, den Stromverbrauch an der Einspeisestelle des Betriebs und an den wichtigsten Maschinen und Anlagenteilen zu erfassen. Gemessen wird mit handelsüblichen Wandlern und Stromzählern. Die Daten werden an eine zentrale PC-Station/Server mit Modbus- Protokollen übertragen, die eine ausreichende Übertragungsgeschwindigkeit gewährleisten. Bild 3 beschreibt ein grundsätzliches Konzept zur Erfassung von elektrischen Energiedaten mit einer zentralen Auswertung in einem webbasierten Analyse- und Monitoring-System.

Webbasiertes HMI Scada mit Redundanz
Derzeit stehen eine Reihe von webbasierten Systemen und Lösungen im Markt zur Verfügung. Nicht alle Angebote, die sich vordergründig durch eine ansehnliche Grafik auszeichnen, sind für den Einsatz in solchen Systemen geeignet. Folgende Anforderungen wurden daher unter anderem an das System als Basis für „EnvirA view“ gestellt:
• moderne Engineering-Oberfläche,
• Support/Hotline,
• Mehrsprachigkeit,
• Scripting-Möglichkeit zur Umsetzung mathematischer Algorithmen,
• objektorientierte Bibliotheksfunktionen zum Aufbau von standardisierten Darstellungen,
• Zugriff über die aktuellen Browser aus den unterschiedlichen (Betriebs)-Systemen sowie
• keine Plug-ins oder Add-Ons in den Frontend-Systemen. Die Wahl fiel auf „atvise“, ein webbasiertes HMI, welches von Videc vertrieben wird (Bild 4).

Mit Blick auf die Ausfallsicherheit von Scada-Systemen werden Anforderungen nach einer redundanten Lösung benötigt. „atvise“ bietet als erstes reines Web HMI Scada ab der Version 3.0 die Redundanz als optionale Lösung, ohne zusätzliche Hardwarelösungen einzusetzen (Bild 5). Für Atvise wird eine Hot-Stand-by-Redundanz implementiert. Funktionell gleichen sich die beiden Server mit den Daten sowie auch mit der Applikation komplett ab. Dies gilt auch für den Wiederanlauf nach Ausfall. Hier werden zwei Möglichkeiten für die Umschaltung angeboten: das Switch Over gemäß Vorzugslage oder manuell, oder das Failover. Beim Failover erfolgt die Umschaltung, wenn ein aktiver Server nicht erreichbar ist, oder einen schlechten Vital-Status hat. Für bestimmte Browser ist eine Client-Umschaltung auf den aktiven Server möglich. Dadurch wird gewährleistet, dass der Bediener keinen Ausfall eines Servers bemerkt – es sei denn durch eine gewollte Benachrichtigung. Die Prozessankopplung erfolgt über OPC UA und OPC Com. Dabei werden folgende Varianten der Konfiguration unterstützt:
• nicht-redundante SPS,
• nicht-redundanter „atvise“ Server,
• einfache und doppelte Netzwerkverbindungen (Visu – Primary – Secondary – SPS).
Die Netzwerkverbindungen basierend auf TCP/IP sind für das HMI Scada immer transparent.

Ergebnisse
Abschließend stellt sich die Frage nach Ergebnissen und tatsächlich erzielten Einspareffekten. Bild 6 listet die Häufigkeit von Lastspitzen in einem Produktionsstandort der Alba Group seit Einführung von „EnvirA view“ auf. Das Energie-Dashboard genießt durch eine einfache und effektive Darstellung eine hohe Akzeptanz bei dem Anlagenpersonal und bildet damit die Grundlage für die erfolgreiche Einsparung von Energiekosten. Eine Demoversion ist verfügbar. (hz)

07 Dipl.-Ing Andreas Wendt ist Geschäftsführer der Alba 2 Energy GmbH und Head of Technics in der Alba Group

Drei Fragen an Andreas Wendt, Geschäftsführer der Alba 2 Energy

Derzeit wird der Markt mit Systemen im Bereich des Energiemanagements regelrecht überschwemmt. Welches sind die Gründe für die Entwicklung einer eigenen Lösung?
A. Wendt: Meine Kollegen haben im Vorfeld eine Marktstudie erstellt und verschiedene Systeme getestet. Leider mussten wir feststellen, dass keines der Systeme am Markt unsere Anforderungen erfüllt hat. Dazu kommt, dass die am Markt verfügbaren Systeme eher von Ingenieuren für Ingenieure entworfen sind. Neben den technischen Anforderungen, die das System zu erfüllen hat, war die einfache Nutzung durch unser Betriebspersonal ein wichtiges Kriterium. Auf Basis dieser Ergebnisse haben wir zunächst ein eigenes System entwickelt, mit dem wir erste Erfahrungen in unseren eigenen Betrieben gemacht haben. Als ein international tätiges Unternehmen sind die Anforderungen hinsichtlich Service und Zuverlässigkeit an die von uns eingesetzten Produkte sehr hoch. In einem zweiten Schritt haben wir dann eine Produktplattform am Markt gesucht, die neben der geforderten Funktionalität auch unsere Kriterien hinsichtlich Service und Zuverlässigkeit erfüllt und internationalen Standards entspricht. Im Ergebnis haben wir uns für das System „atvise“ entschieden. Weitere Tests haben ergeben, dass wir mit „atvise“ unsere Erfahrungen aus der bisherigen Entwicklung sehr schnell und zielführend auf den Application Layer „atvise“ umsetzen können. So konnten wir bereits nach wenigen Wochen die erste Version problemlos in unseren Anlagen einsetzen und weitere wertvolle Betriebserfahrungen mit „EnvirA view“ sammeln.

Systeme zum Lastabwurf sind seit „Urzeiten“ auf dem Markt. Ist es nicht ein Rückschritt, wenn Ihr Betriebspersonal nun diese Aufgaben manuell lösen soll?
A. Wendt: Bei aller Wertschätzung gegenüber der Automatisierungstechnik halte ich es für einen Irrtum zu glauben, dass man ab einem bestimmten Komplexitätsgrad sämtliche möglichen Betriebsabläufe mit vertretbaren Mitteln in Algorithmen ausdrücken kann, um in unseren Anlagen dann eine automatische Spitzenlastregelung einzubauen. Unsere Produktionsprozesse sind in den einzelnen Standorten sehr komplex und auch im Vergleich untereinander sehr unterschiedlich. Nach eingehenden internen Diskussionen war schnell klar, dass sich aufgrund der Komplexität unserer Prozesse in den Anlagen eine automatische Spitzenlastregelung überproportional aufwendig gestalten würde. Die Herausforderung ist, dass wir in jedem Betriebszustand der Anlagen den genehmigungsrechtlich einwandfreien Betrieb der Aufbereitungsanlagen sicherstellen müssen. Meine Kollegen sind sehr gut geschult und sich in allen Bereichen dieser Verantwortung bewusst. Sie entscheiden fallbezogen darüber, welche Verbraucher abgeworfen werden, um den einwandfreien Betrieb sicher zu gewährleisten.

Webtechnik und Anlagenautomatisierung sind zwei Bereiche, die gerade auf dem Weg sind, zusammen zuwachsen. Haben Ihre Mitarbeiter Vertrauen in diese neue Technologie oder ist es eher als ein Experiment zu verstehen?
A. Wendt: Unsere Anlagen sind bereits mit hochkomplexer Steuerungs- und Regelungstechnik ausgestattet. Die Kollegen sind daher bereits grundsätzlich mit dieser Technologie vertraut. Natürlich ist es wichtig, die Akzeptanz der Mitarbeiter bei der Einführung von neuen Systemen sehr schnell zu gewinnen. Da wir „EnvirA view“ immer auch in Rücksprache mit dem Bedienpersonal entwickelt haben, haben wir gemeinsam die Hürden bei der Nutzung abgebaut und gemeinsam das Vertrauen in unsere Entwicklung aufgebaut. Der Einsatz der Mitarbeiter in den Betrieben erfordert in vielerlei Hinsicht ein Höchstmaß an Flexibilität. Diese erfordert wiederum, dass der einzelne schnell und gezielt informiert wird. Nur dann können wichtige Entscheidung fundiert getroffen werden. Unsere Ergebnisse unterstreichen diese Philosophie. Mit Einsatz des Systems „EnvirA view“ haben wir das Thema „Lastspitzen“ nachhaltig in den Griff bekommen und die Investitionen nach kurzer Zeit amortisiert.

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Autoren:
M.Sc. Sebastian Kussatz ist Projektleiter Business Intelligence bei der Alba 2 Energy GmbH in Berlin. Sebastian.Kussatz@alba.info

M.Sc. Martin Marx ist Projektmitarbeiter Business Intelligence bei der Alba 2 Energy GmbH in Berlin. Martin.Marx@alba.info

M.Eng. Holk Schubert ist Energiemanagementbeauftragter bei der Alba 2 Energy GmbH in Berlin. Holk.Schubert@alba.info

Dipl.-Ing. Achim Mehrmann ist Vertriebsleiter Ost bei der Videc GmbH in Kassel. Achim.Mehrmann@videc.de