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Skalierbar Energiedaten erfassen

Text: Dirk Vogel, Phoenix Contact FotoS: Phoenix Contact
Um wirtschaftlich herstellen zu können, muss der Energieverbrauch der einzelnen Fertigungsprozesse und Liegenschaften bekannt sein. Neuerdings lockt der Gesetzgeber bei Einsparung von Energie mit Vergütungen. Doch die bekommt der Energieverbraucher erst dann, wenn er die Reduzierung seines Bedarfs nachweisen kann.

In den meisten Liegenschaften werden verschiedene Fertigungsprozesse ausgeführt, sodass unterschiedliche Verbrauchsdaten zu erfassen sind. Zu diesem Zweck muss der Anwender Systeme installieren, die sowohl die einzelnen Messsensoren variabel ankoppeln als auch offene Schnittstellen zur Anbindung an das Leitsystem bieten. Die derzeit auf dem Markt erhältlichen Messsysteme erlauben allerdings entweder den Anschluss der Sensorik oder sie stellen nur eine spezifische Schnittstelle zur Kommunikation mit dem Leitsystem zur Verfügung. Vor diesem Hintergrund wird eine skalierbare, auf die jeweiligen Applikationsanforderungen abstimmbare Lösung gefordert.

Gliederung in drei Ebenen

Ein Energiemanagement-System lässt sich in drei Ebenen gliedern. Auf der unteren Ebene werden die Daten aufgenommen, die als Basis für die weiteren Ebenen fungieren. Als zweite Ebene zeichnet das Condition Monitoring die aktuellen und historischen Lastverläufe auf und stellt sie dar. Aus den gemessenen und analysierten Werten leitet das Energiemanagement als obere Ebene dann entsprechende Aktivitäten zur Optimierung von Prozessen sowie des Verbrauchs ab. Mit der Komplettlösung von Phoenix Contact kann der Anwender die beschriebenen Ebenen umsetzen. Dazu beinhaltet das Portfolio Geräte zur Erfassung der Verbrauchsdaten über eine Impulszählung sowie Analogmodule, die Wärmemengen per MBus oder elektrische Energiedaten via Modbus an übergeordnete Systeme weiterleiten. Sind bereits Zähler mit Impulsausgängen vorhanden, wird das Basisgerät zur Impulszählung verwendet. Müssen an anderer Stelle zusätzliche Daten für die Temperatur aufgenommen werden, kommt die Komponente zur Analogwert-Erfassung zum Einsatz. Jedes einzelne Signal ist konfigurierbar. Für die Impulszählung lassen sich die Kubikmeter pro Stunde oder Stückzahlen ermitteln. Gleiches gilt für die Analogsignale, wo Temperaturen über Standard-Analogsignale 0�?�10 V oder auch PT100 erfasst werden. Volumenströme sind per 0�?�20mA- oder 4�?�20mA-Analogsignal aufnehmbar. Die aufgezählten Signale werden durch detaillierte Informationen zum elektrischen Verbrauch ergänzt. Dafür verfügen die Energiedaten-Messgeräte EMpro 250 und EMpro 600 über eine Modbus-RTU- respektive Modbus-TCP-Schnittstelle. Der Verbrauch der Wärmemengen ist via MBus-Protokoll integriert. Jeder anzeigbare Messwert lässt sich dabei spezifisch zuordnen.

Spezial-Software nicht nötig

Alle notwendigen Parameter werden über die lokale, webbasierte Bedienoberfläche der Steuerung eingegeben. Zur Inbetriebnahme des Energiedaten-Erfassungssystems ist keine spezielle Software erforderlich, sondern lediglich ein PC oder Notebook mit Webbrowser. Das vereinfacht die Einbindung der Lösung erheblich, da der Anwender keine besonderen Programmierkenntnisse oder Know-how zur Erstellung der Visualisierung benötigt und die Kosten für die Programmier-Software entfallen.Ein vierstufiges Lastmanagement ist als Grundfunktion Teil des Energiedaten-Erfassungssystems. Über die beiden lokalen Eingänge der Kleinsteuerung ILC 1x1 werden der 15-Minuten-Synchronisationsimpuls des Energieversorgungs-Unternehmens (EVU) sowie der Impuls des Lastzählers aufgenommen. Je nach Überschreitung der Lastgrenze steuert das Gerät unabhängig von der zugeordneten Last die vier lokalen Ausgänge der Steuerung an. Zu jedem Ausgang lässt sich die minimale Ein- und Ausschaltzeit sowie die maximale Ausschaltzeit einstellen. Bei der Inbetriebnahme des Energiedaten-Erfassungssystems muss beachtet werden, dass das Anwenderprogramm auf einer Speicherkarte abgelegt ist, sodass für den Anwender keine Installationsroutine bei der Nutzung entsteht. Er bestellt und installiert die notwendige Hardware in der gewohnten Weise. Mit den gleichen Komponenten kann eine mobile Messeinrichtung aufgebaut werden, die sich über verschiedene Standard-Schnittstellen wie Modbus TCP in das Energiedaten-Managementsystem integrieren lässt. Die Daten der einzelnen Varianten des Erfassungssystems können standardmäßig per OPC-Server-Verbindung, den Zugriff über einen FTP-Server auf eine Textdatei im CSV- oder LPEX-Format oder via Modbus TCP an das Leit- oder Management-System übertragen werden. Der Anwender ist also an keine spezielle Lösung gebunden, sondern kann die Erweiterung in seinem vorhandenen System durchführen. Mit der Messdaten-Erfassung ist das Energiemanagement-System jedoch noch nicht umgesetzt. Darüber hinaus wird ein Management- oder Leitsystem gefordert. Zur Ankopplung an die Visualisierungslösung Visu+ von Phoenix Contact kommt als zusätzliche Software ein AX-OPC-Server zum Einsatz. Für den OPC-Server gibt der Anwender die Verbindung ein, bei der es sich in der Regel um die IP-Adresse der Steuerung handelt. Alle für die Energiedaten-Erfassung relevanten Variablen sind schon für OPC-Server-Anwendungen markiert und können sofort genutzt werden.

Individuelles Monitoring

Der Anwender ist somit ohne einen Eingriff in das Applikationsprogramm in der Lage, ein auf seine Bedürfnisse abgestimmtes Monitoring-System zu realisieren. Über die Visualisierung kann er zudem Eingaben wie eine Anpassung der Lastgrenzen vornehmen. Die Erfassungseinheit speichert die Daten in einer CSV (Comma Separated Value) Datei ab. Die Daten lassen sich auch im spezifischen LPEX-Format, einem üblichen Format der Zählerwert-Übertragung oder von Lastgangdaten, generieren. Da die Datei vom Typ ASCII ist, kann sie von den meisten Energiemanagement-Systemen importiert werden.

Durchgängige Kommunikation

Durch die Integration der Standard-Modbus-Bibliothek für Steuerungssysteme können die Daten der Sensoren via Modbus RTU in das Energiedaten-Erfassungssystem eingelesen und die gemessenen Werte auf zugeordnete Register gelegt werden, die das Leitsystem per Modbus TCP erhält. Während die Steuerung aus Sicht des Leitsystems als Modbus-Server arbeitet, fungiert sie für die angeschlossenen EMpro-Messgeräte als Modbus-Client. Als weitere integrierbare Funktion lässt sich eine Kommunikation zu Datenbanken aufbauen. Wird eine SQL-Bibliothek eingebunden, können sämtliche Verbrauchsdaten in einer SQL-Datenbank gespeichert werden. Der Anwender greift dafür auf ein Konfigurations-Script zurück, das auf dem MySQL-Server ausgeführt werden muss. Anschließend werden die in der Applikation erfassten Daten den entsprechenden Tabellen zugeordnet.Die Datenbank bildet die Basis für Auswertungen. Es lassen sich Lastprofile aufzeichnen, die auf bestimmte Liegenschaften bezogen sind. Aus der Datenbasis kann der Anwender auch Kennzahlen für das Unternehmen wie den Energieverbrauch pro Quadratmeter ermitteln. Auf die einzelne Maschine heruntergebrochen geben die Daten Aufschluss über den Energieverbrauch pro Produkt. Ein solches System hat Scheuermann + Heilig installiert und sich gemäß EN ISO 50001 zertifizieren lassen. Das Unternehmen erhält die von der Norm geforderten Berichte zum Nachweis der Energieeinsparung.

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