Die Erfassung der Energiedaten bildet die Basis für ein betriebliches Energiemanagement. Um diese Daten während des laufenden Betriebs automatisiert und dauerhaft für Anlagen gewinnen zu können, ist entsprechende Messtechnik nötig. Im Idealfall steckt sie nicht nur in Neuanlagen, sondern lässt sich auch in bestehende Maschinen und Anlagen integrieren.

Bei der Überlegung, ob sich die In-stallation von Messtechnik lohnt, sollten die Zeit- und Kostenaufwendungen im Verhältnis zu den Verbrauchskosten der Maschine beziehungsweise Anlage betrachtet werden. Die Erfahrung aus vielen Projekten zeigt jedoch, dass detaillierte Messungen die Basis für umfangreiche Optimierungen liefern können. Dies gilt nicht nur für den Energieverbrauch, sondern auch für die Produktion und Prozesse bis hin zur präventiven Wartung.

Für schnelle Erkenntnisse empfiehlt es sich, im ersten Schritt nur eine Maschine umfangreich mit Messtechnik auszustatten. Die Datenanalyse, für die mindestens ein Monat - besser zwei bis drei Monate - veranschlagt werden sollte, zeigt dann, welche Mess- und Datenpunkte zur Optimierung geführt haben. Auf dieser Grundlage lässt sich die Messtechnik auf weitere Maschinen adaptieren. Eine Vollausstattung ist mit dieser Vorgehensweise oftmals nicht mehr notwendig.

Geeignete Hardware für die Auswertung bietet zum Beispiel das Multifunktionsmessgerät Econ Sens3 von Econ Solutions. Es ist für die Montage - auch im laufenden Betrieb - und den sofortigen Einsatz vorkonfiguriert, so dass es sich innerhalb von 15 bis 20 Minuten installieren lässt. Mit viel-fältigen Schnittstellen (Modbus TCP, Modbus RTU, S0-Impuls, Web-Interface) kann es sich in bestehende Infrastrukturen integrieren. Das LOG-Upgrade ergänzt das Multimessgerät um Datenlogger-Funktionen für weitere Geräte und dient als Integrator für alle energierelevanten Messdaten. Damit können bis zu vier bestehende Zähler oder Fühler über die digitalen oder analogen Eingänge angebunden und erfasst werden.
 

Software sorgt für Erkenntnisse

Die Datenreihen alleine sind wenig nutzbringend. Erst mit Analysen und Berichten lassen sich die größten Verbraucher, der Leistungsverlauf, Leistungsspitzen und Korrelationen zwischen unterschiedlichen Parametern ausmachen. Hierfür müssen die Messwerte in eine entsprechende Software einfließen. Mit dem System können Anwender auf drei aufeinander aufbauende Möglichkeiten zurückgreifen:

Das Messgerät Econ Sens3 erfasst detailliert und zeitnah alle zentralen Parameter der elektrischen Energie mit der Wirk- und Blindleistung je Phase, Spannungen und die dazugehörigen Ströme sowie den Leistungs­faktor.

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? Manuelle Aufbereitung: Der Betreiber der Anlagen oder Maschine liest und wertet die Messdaten über das Ethernet-Interface selbst aus, zum Beispiel mit Hilfe von Excel.
? Automatisierte Aufbereitung: Die Messdaten werden per E-Mail an ein Energiedaten-Portal gesendet, auf dem sich der Anwender einloggen kann, um die Daten einzusehen.
? Automatisierte Datenübertragung und Aufbereitung: Bei der komfortabelsten Variante werden die Messdaten regelmäßig via Ethernet oder Mobilfunk an das Datenportal gesendet und automatisiert aufbereitet. Die Messgeräte sind dabei direkt in die Auswertungssoftware eingebunden. So besteht die Möglichkeit einer zeitnahen Analyse und Auswertung der Messdaten, die durch Schwellwertüberwachungen unterstützt werden kann.

Die Software econ 3.0 läuft auf allen gängigen Internet-Browsern, mehrere User können via Internet mit einer eigenen URL gleichzeitig darauf zugreifen. Da sie herstellerunabhängig ist und auf offene Standard-Schnittstellen setzt, bietet sich eine hohe Flexibilität in Bezug auf die Einbindung unterschiedlicher Messgeräte und Messtechnik. Sowohl Neu- als auch Bestandsanlagen und -geräte, auch von verschiedenen Herstellern, können betrachtet, verglichen und ausgewertet werden. Die Berichte und Analysen kann jeder Nutzer entsprechend seiner Anforderungen konfigurieren. Für die Weiterverarbeitung der Messdaten lassen sie sich per Knopfdruck grafisch und tabellarisch exportieren, zum Beispiel in Microsoft Excel.
 

Röntgenblick auf den Energie-Einsatz

Als Fixkostenblock ist der Grundverbrauch besonders lohnend für eine Analyse. Dessen Zusammensetzung beziehungsweise Höhe lässt sich mit Hilfe des Verbrauchsberichts während Produktionsunterbrechungen am Wochenende oder in der Nacht ermitteln. Die größten Energiefresser, die häufig auch das höchste Optimierungspotenzial bergen, offenbart die ABC-Analyse. Die drei Top-Verbraucher können dann mittels Tagesverbrauchsbericht detaillierter unter die Lupe genommen werden. Verbrauchsberichte auf Stunden-, Tages- oder Wochenebene liefern zudem eine solide Basis für Benchmarks. Im Vergleich zur Vorwoche oder zum Vormonat zeigen sich Ansatzpunkte für eine Optimierung.

Sollen die Betriebszustände genauer betrachtet werden, muss der Anwender die Dauerkennlinie oder die Spektralanalyse (auch Heatmap oder Carpet Plot genannt) heranziehen. Damit lässt sich der Lastbereich innerhalb der Betriebsstunden bewerten sowie Leistungsspitzen und wiederkehrende Ereignisse schnell identifizieren. Auskunft zu Auslastungszeiten, Besonderheiten beim Anfahren der Maschinen und im Stand-by-Zustand sowie Unterschiede zwischen verschiedenen Schichten zeigt die Lastgang-Analyse. Der Zusammenhang zwischen dem Energie-Einsatz und Prozess-Parametern, zum Beispiel zwischen der Leistungsaufnahme von Kompressoren und der Durchflussrate der erzeugten Druckluft, wird in der X-Y-Darstellung erkennbar. Sta-tische und dynamische Schwellwerte weisen die Anwender mit Hilfe von automatischen Benachrichtigungen sofort auf ungewöhnliche Verbräuche hin.
 

Integration aller relevanten Daten

In Prozess- oder Gebäudeleitsystemen sowie in Systemen der Maschinen- und Betriebsdatenerfassung (MDE beziehungsweise BDE) liegen oft schon wertvolle Daten für die Energie-Analyse vor. Um sie für das Energiemanagement nutzbar zu machen, lassen sich Schnittstellen wie Impulse, analoge Signale oder der M-Bus sowie Feldbus-Standards mit Hilfe von Datenloggern in die Energiemanagement-Software integrieren. Für die Integration von Prozess- oder Gebäudeleitsystemen verfügt das System über eine OPC-Schnittstelle (OLE for Process Controls), Daten aus MDE- beziehungsweise BDE-Systemen lassen sich auf Datenbankebene - zum Beispiel via SQL - integrieren. So können Nutzer mit wenigen Mausklicks Energie-Performance-Indicators (EnPI) beziehungsweise Energieleistungskenn- zahlen erzeugen und auswerten, wie sie die DIN EN ISO 50001 verpflichtend fordert.
 

Kennzahlen zu Produktion und Prozessen

Auch Kennzahlen zur Produktion und den Prozessen lassen sich damit einfach per Mausklick generieren. Dazu gehören beispielsweise die Energiekosten für jedes produzierte Teil oder jedes Produktionslos. Dies unterstützt Produzenten, die vermehrt vor der Aufgabe stehen, anstelle einer einfachen Mischkalkulation exakt kalkulierte Stück­kosten, manchmal auch Bauteil-bezogene Energiekosten oder CO2-Ausstoß pro produziertem Bauteil ermitteln zu müssen.

Mit diversen grafischen Darstellungsvarianten lassen sich Ansatzpunkte für Optimierungen im Berichtswesen rasch ermitteln. Die benutzer-freundliche Oberfläche sorgt für eine einfache intuitive Bedienung.

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Auftragsbezogene Daten wie effek­tive Produktionszeiten, Rüstanteil, Energiekosten für Stillstände sowie die Verursacher der Energiekosten in verschiedenen Produktionszuständen liefern Ansatzpunkte für die Optimierung der Produktionsprozesse. Dank der Zustandsdaten einzelner Anlagen, die beispielsweise aus den Maschinensteuerungen ausgelesen werden, erkennen Anwender anhand der Energieverlaufsentwicklungen Defekte sowie nicht offensichtliche Schäden, bevor sich diese durch verminderte Qualität oder Produktivität niederschlagen. Mit Hilfe von Auswertungen des Lastgangs einer Maschine in Bezug auf Produktions- oder Stillstandszeit lässt sich gerade bei Maschinen und Anlagen in der Stückgutfertigung die Prozessstabilität beurteilen. Sogar Komponentenverschleiß kann teilweise aus dem Lastgang abgeleitet werden, indem der Output ins Verhältnis zur Leistung gesetzt wird. Steigt die Leistung bei gleichbleibendem Output an, so kann dies zum Beispiel ein Hinweis auf höhere Reibungsverluste oder eine erforderliche Filterwartung sein.

Punktgenau informiert

Das System aus passgenauer Sensorik und Messtechnik sowie intuitiver Software liefert interessante und wertvolle Fakten für Produktionsleiter, Energiemanager, das Controlling und die Unternehmensführung. Doch nicht jede Analyse ist für alle Verantwortlichen gleich wichtig und zu viel Information ist kontraproduktiv. Interessiert sich die Produktion beispielsweise für Wochenberichte, aus denen der Energie-Einsatz pro Produktionseinheit hervorgeht, sind für die Geschäftsleitung Analysen zu den Kosten pro Werk oder Business Unit entscheidend. Deshalb kann jeder Nutzer definieren, welche Analysen er automatisch regelmäßig bekommen möchte. Die wichtigsten kann er zudem in sein persönliches Dashboard aufnehmen, das ihm sofort nach dem Login eine Schnellübersicht über die zentralen Kennzahlen und Größen verschafft.

Neuanlagen mit integriertem Energie-Monitoring

Mit der Lösung können Anwender die Energiekennwerte ihrer Anlagen sowie Einzel-Komponenten im tatsächlichen Betrieb dauerhaft messen und so eine vollständige Transparenz über die Betriebsart erhalten. Bei Bedarf begleitet Econ Solutions die Umsetzung mit fachkundiger Beratung. Diese reicht von der Auslegung von Messsystemen über die Schulung und Einführung in das Energiemanagement bis hin zur strukturierten Messdatenanalyse.

Autor: Dr. Stephan Theis ist Geschäftsführer von Econ Solutions.

After-Sales-Service für den Maschinenbau

Insbesondere für den Maschinen- und Anlagenbau bietet sich mit dem Energiemanagement ein sehr interessantes Betätigungsfeld für Produkt- und Dienstleistungskombinationen im Rahmen des After-Sales. Mit dem System können Hersteller von Maschinen und Anlagen ihren Kunden in Abhängigkeit vom eigenen Produkt- und Dienstleistungsangebot eine Energiemanagement-Lösung anbieten. Hierfür wird die Mess- und Datenloggertechnik vor der Auslieferung an den Kunden in die Anlage eingebaut. Wie bei der Nachrüstung besteht hier ebenfalls die Wahl zwischen der Einzelmessung mit manuellem Auslesen der Daten und der automatisierten Messung und Auswertung im Datenportal.

Bei Bedarf begleitet Econ Solutions die Umsetzung sowohl beim Hersteller als auch beim Kunden mit fachkundiger Beratung. Diese reicht von der Auslegung von Messsystemen über die Schulung und Einführung in das Energiemanagement bis hin zur strukturierten Messdatenanalyse.