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Energiemanagement: Projekt 'Esima' entwickelt energieautarke Sensorik

Um den Energieverbrauch von Produktionsanlagen optimieren zu können, müssen alle relevanten Verbrauchsdaten erfasst und analysiert werden. Im Forschungsprojekt 'Esima' wurde ein Konzept für ein Energiemanagement auf Basis einfach zu installierender Sensorik erarbeitet.

Esima, Festo, Messdaten, Tablet Bildquelle: © Festo

Das 'Esima'-Projekt: Im Fokus steht „Energieautarke Sensorik in Interaktion mit mobilen Anwendern“.

Zentraler Bestandteil des ‘Esima’-Projekts - ‘Esima’ steht für “Energieautarke Sensorik in Interaktion mit mobilen Anwendern” - war neben der Entwicklung energieautarker Sensoren auch die Visualisierung, die dem Anlagenbetreiber ein differenziertes Verständnis der eigenen Prozesse ermöglicht und so einen Beitrag für Industrie 4.0 Fabriken leistet.

Mit dem durchgängigen Konzept von der einfachen Installation der Sensoren, der Datenerfassung, der Übertragung per Funk und der Visualisierung lässt sich der Energieverbrauch (beispielsweise für einzelne Werkstücke) ableiten. Die Sensoren können einfach in vorhandenen Produktionsanlagen nachgerüstet werden. Während des Produktionsprozesses werden alle relevanten Verbrauchsdaten erfasst: beispielsweise der elektrische Energieverbrauch (Strom, Spannung, Leistung) oder der Verbrauch an Druckluft (Druck, Durchfluss). Zusätzlich können die kabellosen Sensorsysteme relevante Umgebungsparameter wie Temperatur, Luftfeuchte und CO2-Gehalt erfassen. Die Messwerte werden anschließend vorverarbeitet und per Funk an eine Basisstation übermittelt.

Die gewonnenen Messdaten werden mit einer im Projekt entwickelten Internet-Anwendung visualisiert und lassen sich mit mobilen Geräten wie Smartphones und Tablet-PCs einsehen. Die Darstellung der Daten ist je nach Benutzer anpassbar. So kann beispielsweise ein Maschinenbediener aktuelle Sensormesswerte und Anlagenzustände begutachten, wohingegen das Interesse eines Teamleiters eher auf Energieverbräuchen und Produktionsstatistiken liegt.

“Die Ergebnisse von ‘Esima’ zeigen Wege auf, wie Energiedaten wesentlich kostengünstiger und flexibler erfasst werden können”, erklärt Bernd Kärcher, Projektleiter von ‘Esima’ bei Festo. ”Im Kontext Industrie 4.0 ermöglichen die Datenerfassung, ihre Übertragung per Funk sowie die Visualisierung der Daten in einer Webapplikation auf mobilen Endgeräten ein effizientes Energiemanagement.”

Neben der Möglichkeit zur optimierten Energienutzung profitieren Anwender auch im Bereich der Wartung: Da die Sensoren bereits kleinste Abweichungen vom Normalwert automatisch melden, lassen sich Reparaturen ausführen, bevor es zu Produktionsstillständen kommt.

Das Verbundprojekt wurde im Rahmen des Forschungsprogramms IKT 2020 auf dem Gebiet „Energieautarke Mobilität – Zuverlässige energieautarke Systeme für den mobilen Menschen“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Neben der Firma Festo, die im Projekt einen Druckluft-Sensor entwickelte, der gleichzeitig Druck und Durchfluss misst und die gewonnenen Daten per Funk an eine Basisstation überträgt, waren folgende  Projektpartner aus Industrie und Wissenschaft beteiligt:

  • Varta Microbattery lieferte die notwendigen Komponenten zur Speicherung der elektrischen Energie in den drahtlosen Sensoren.
  • Die Hahn-Schickard-Gesellschaft entwickelte Sensoren zur Erfassung des elektrischen Energieverbrauchs (E-Meter) und Umgebungssensoren.
  • Die Firma EnOcean brachte ihr Know-How im Bereich Energiewandlung und Low-Power-Funksysteme in das Projekt mit ein.
  • An der Professur für Elektrische Messtechnik (EMT) der Helmut-Schmidt-Universität entstanden die benötigten Funk-Komponenten sowie die Basisstation.
  • C4C Engineering entwickelte und programmierte die Web-Applikation zur Visualisierung und Auswertung der Messdaten.
  • Das Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) der TU Braunschweig entwickelte Methoden der automatisierten Datenanalyse und war das Testfeld für die prototypische Umsetzung.

Im nächsten Schritt wird das ‘Esima’-System in einer realen Produktionsumgebung des Mercedes-Benz Werks Mannheim getestet.