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Elektrische Energieverteilung im Internet der Dinge

01 Die technische Basis für die Einbindung der elektrischen Energieverteilung in automatisierte Umgebungen erfolgt über kommunikationsfähige Komponenten, wie die Kompaktleistungsschalter 3VA und Messgeräte 7KM PAC, aus dem Sentron-Portfolio von Siemens

01 Die technische Basis für die Einbindung der elektrischen Energieverteilung in automatisierte Umgebungen erfolgt über kommunikationsfähige Komponenten, wie die Kompaktleistungsschalter 3VA und Messgeräte 7KM PAC, aus dem Sentron-Portfolio von Siemens

02 In dynamischen, vernetzten Produktionsumgebungen ist ein reibungsloses Zusammenspiel von Hard- und Software mit einem systematischen Datenmanagement wichtig

02 In dynamischen, vernetzten Produktionsumgebungen ist ein reibungsloses Zusammenspiel von Hard- und Software mit einem systematischen Datenmanagement wichtig

03 Sogenannte digitale Zwillinge ermöglichen ein automatisiertes, effizientes Schaltschrank-Engineering

03 Sogenannte digitale Zwillinge ermöglichen ein automatisiertes, effizientes Schaltschrank-Engineering

04 Die im Schaltschrank erfassten Energiedaten lassen sich über Mindconnect auch in Mindsphere, dem cloudbasierten IoT-Betriebssystem von Siemens, bereitstellen

04 Die im Schaltschrank erfassten Energiedaten lassen sich über Mindconnect auch in Mindsphere, dem cloudbasierten IoT-Betriebssystem von Siemens, bereitstellen

Industrielle Fertigungsanlagen agieren zunehmend vernetzt, arbeiten automatisiert zusammen, erfassen Daten und überwachen Systeme. Möglich wird dies nicht zuletzt mithilfe von Produkten und Systemen der elektrischen Energieverteilung, die sich nahtlos in digitale Umgebungen integrieren. Die betriebliche Energieeffizienz und Anlagenverfügbarkeit lassen sich damit erhöhen, Betriebsabläufe und Wartung optimieren sowie der gesamte Wertschöpfungsprozess im Schaltschrank- und Anlagenbau vereinfachen.

Wie das gesamte Energiesystem verändert sich auch die elektrische Energieverteilung. Gründe dafür sind unter anderem veränderte Lastverhältnisse, eine wachsende Zahl an elektrischen Verbrauchern und insbesondere die zunehmende Vernetzung und Automatisierung in Industrieumgebungen, Gebäuden und Infrastruktur. Hinzu kommen strengere Normen und erhöhte Anforderungen an das betriebliche Energiemanagement. Die Folgen: Planung und Betrieb der elektrischen Energieverteilung werden komplexer und die technischen Anforderungen an die zugrunde liegenden Produkte und Systeme steigen – vor allem im Hinblick auf deren Flexibilität, Kommunikations- und Integrationsfähigkeit.
Um dynamische, vernetzte Produktionsumgebungen (Bild 2) adäquat zu unterstützen, ist ein reibungsloses Zusammenspiel von Hard- und Software mit einem systematischen Datenmanagement notwendig. Dies beginnt bereits während der elektrotechnischen Planung, weit vor dem eigentlichen Bau eines industriellen Schaltschranks (Bild 3). Auf Basis digitaler Zwillinge kann im Rahmen eines automatisierten, effizienten Schaltschrank-Engineerings das Zusammenspiel von Elektrifizierungs- und Automatisierungskomponenten simuliert und virtuell getestet werden. Fehler in der realen Welt werden auf diese Weise von Anfang an vermieden.
Ausfallsichere Stromversorgung
Wo alles miteinander verknüpft ist, wird die Verfügbarkeit von Anlagen und Komponenten wichtiger denn je. Fällt ein Element im Fertigungsprozess aus, kann unter ungünstigen Umständen das gesamte System Schaden nehmen und die gesamte Produktion steht still. Die elektrische Energieverteilung in automatisierten Umgebungen muss deshalb maximale Sicherheit mit größtmöglicher Flexibilität vereinen.
Wie leistungsfähige Schutzkomponenten die erforderliche Sicherheit und Flexibilität in digitalen Fabriken gewährleisten können, zeigen die Kompaktleistungsschalter 3VA von Siemens. Sie schützen Leitungen, Geräte und industrielle Anlagen vor elektrisch verursachten Schäden und Ausfällen, indem sie den Strom bei Störungen, wie Kurzschluss und Überlast, sicher abschalten. Daneben übernehmen sie immer mehr andere betriebsrelevante Aufgaben, zum Beispiel die Erfassung von Energie- oder Zustandsdaten. Sie schaffen somit die im Zeitalter von Industrie 4.0 besonders wichtige Transparenz über alle Verbrauchswerte als auch kritische Anlagenzustände und legen somit die Grundlage für effiziente sowie verlässliche Produktionsprozesse.
Einbindung in die industrielle Automatisierung
Die technische Basis für die Einbindung der elektrischen Energieverteilung in automatisierte Umgebungen erfolgt über kommunikationsfähige Komponenten, wie die Kompaktleistungsschalter 3VA und Messgeräte 7KM PAC, aus dem Sentron-Portfolio von Siemens (Bild 1). Die Kompaktleistungsschalter und Messgeräte sind direkt im TIA Portal verfügbar. Die Elektrifizierung wird dadurch integraler Bestandteil der Automatisierungslösung.
Standardisierte Schnittstellen sorgen für ein effizientes Zusammenspiel aller Komponenten im industriellen Kommunikationsnetz. Alle Daten für Kompaktleistungsschalter und Messgeräte stehen in der zentralen Engineering-Umgebung zur Verfügung. So können die Geräte direkt über das TIA Portal parametriert und in Betrieb genommen werden. Das ermöglicht ein Engineering mit nur einem Tool und die intuitive Projektierung der Energieverteilung. Auch die Zustandsüberwachung und das Sammeln von Energie- und Diagnosedaten sind komfortabel möglich.
Integration in ganzheitliche Energieeffizienzkonzepte
Die erfassten Daten zu Strom, Spannung und Energie können für detaillierte Auswertungen und ein systematisches Management von Prozessen in der Fertigungsautomatisierung genutzt werden. Störungen in der Anlage werden frühzeitig identifiziert, Ausfälle präventiv vermieden und der Betrieb insgesamt energieeffizienter gestaltet. Mithilfe der Energiedaten lassen sich unter anderem der Anlagenzustand und die Netzqualität beurteilen sowie Energieverbrauch und Auslastung optimieren. Als Basis für Energieeffizienzmaßnahmen wird beispielsweise der Energieverbrauch pro Tag, Schicht, Linie oder Produktionseinheit ermittelt. So gibt beispielsweise die Auswertung des Energieverbrauchs in der Produktionszeit im Vergleich zur Nicht-Produktionszeit erste Hinweise auf Einsparpotenziale. Vergleiche mit anderen Anlagen, für Verfahren oder Prozesse, in einer Fabrik oder über alle Standorte hinweg führen zur Aufdeckung weiterer Potenziale. Die präzise, reproduzierbar und zuverlässig ermittelten Messwerte bilden die Grundlage für ein systematisches Energie- und Anlagenmonitoring. Dies eröffnet enorme Einsparpotenziale für Unternehmen und ist die Grundlage für ein nachhaltiges betriebliches Energiemanagement.
Datenmanagement in der Cloud
Über Mindconnect-Komponenten schließlich lassen sich alle erfassten Energiedaten auch in Mindsphere, dem cloudbasierten IoT-Betriebssystem von Siemens, bereitstellen – und stehen so für spezifische Auswertungen zur Verfügung (Bild 4). Die daraus folgenden Handlungsempfehlungen können Fertigungsanlagen fortlaufend, beispielsweise hinsichtlich ihres Energieverbrauchs oder ihrer Verfügbarkeit, optimieren. Für eine vorausschauende Wartung ist es zudem möglich, potenzielle Probleme in einem sehr frühen Stadium zu erkennen, sodass sich die richtigen Entscheidungen zum richtigen Zeitpunkt treffen lassen. Unternehmen können so die Produktivität und Effizienz ihres gesamten Betriebs erhöhen. Sie profitieren von geringeren Ausfallzeiten, einer erhöhten Produktion, effektiveren Nutzung ihrer Anlagen und einer insgesamt höheren Wettbewerbsfähigkeit.
Fazit
Automatisierte, vernetzte Produktionsanlagen stellen neue Anforderungen an die elektrische Energieversorgung. Intelligente Geräte, wie kommunikationsfähige Kompaktleistungsschalter und Messgeräte, passen sich diesen Anforderungen an: Sie schaffen Transparenz, gewährleisten eine optimale Anlagenverfügbarkeit und minimieren nicht zuletzt den Engineering-Aufwand. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zur sicheren, effizienten Umsetzung digitaler Industrie-4.0-Anwendungen. (ih)
Jochen Ziegner ist Produktmanager für Energiemonitoring- und Cloudlösungen bei Siemens Energy Management.