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Ein Netzanalysator in der Trafostation bei Hermes Fulfilment. Bild: Janitza Electronics, Hermes Fulfilment
Automatisierungs- & Elektrotechnik

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Energiemonitoring für 
Fördertechnik und Logistik

Text: Martin Witzsch für Janitza Electronics
Wie soll man Energie sparen, wenn man in die großen Abläufe nur schlecht eingreifen kann? Die Antwort: Indem man sich die Details genau ansieht. Davon profitiert die Betriebstechnik auch in anderen Bereichen wie der vorausschauenden Instandhaltung oder dem Brandschutz.

Bis zu 200 Millionen Artikel werden im Jahr dank der Hilfe von 3000 Mitarbeitern durch das Logistikzentrum von Hermes Fulfilment in Haldensleben bei Magdeburg geschleust. Das macht im Tag durchschnittlich eine Viertel Million. Damit gehört der Standort in Sachsen-Anhalt zu einem der größten Warenumschlagplätzen Europas – mit einem riesigen Bedarf an Energie und entsprechend großem Sparpotenzial.

Klimaschutz als Unternehmensziel

Der Vorstand des Unternehmenseigners hat dazu eine Klimaschutzstrategie verabschiedet, die alle wesentlichen Töchter der Gruppe verpflichtet, ihre klimaschädlichen CO2-Emissionen bis 2020 um die Hälfte zu reduzieren. Vergleichsjahr ist dabei das Fiskaljahr 2006/2007.

Bei jeder Unternehmenstochter kümmert sich seither ein eigenes Projektteam um die notwendigen Maßnahmen, da sich die unterschiedlichen Strukturen der Firmen nicht durch ein standardisiertes Muster abbilden lassen. Für die insgesamt vier Hermes-Fulfilment-Standorte gibt es seit 2009 Energieverantwortliche, deren Leitung bei der Betriebstechnik angesiedelt ist, was von Vorteil ist, da die Betriebstechnik nah an der Energie ist. So könnten bei Instandhaltungsarbeiten ohnehin für einen Austausch fällige Teile gleich gegen energiesparende ersetzt werden – vorausgesetzt, es gibt genaue Verbrauchsdaten. Dafür aber reicht die klassische Erfassung von Verbrauchsdaten an einem zentralen Punkt nicht. Ein detailliertes Energiemonitoring ist notwendig. Denn um zu belegen, dass Sparmaßnahmen wirksam sind, muss der Energiebedarf einzelnen Verbrauchergruppen zugeordnet werden können.

Wissen, was passiert

Das Versandzentrum in Haldensleben ging 1994 in Betrieb und wurde bereits dreimal erweitert. Entsprechend vielfältig und weitverzweigt sind Gebäude und Anlagen. Zwar ist eine Gebäudeleittechnik vorhanden, die auch eine Verbrauchs­datenerfassung zulässt. Allerdings lieferte diese keine Lastgänge, sondern nur relativ grob gerasterte Zählerwerte. Außerdem sind kaum offene Schnittstellen zu anderen Anwendungen vorhanden. Berichte im CSV-Dateiformat lassen sich nur mit einer zusätzlichen, kostspieligen Software generieren.

Der erste Schritt musste deshalb eine umfassende „Ist-Erfassung“ sein. Hermes Fulfilment bedient sich hierzu der Janitza-Produktpalette. Vor allem das kompakte Universalmessgerät UMG 96RM ist in großen Stückzahlen in Gebrauch. Es ist vorwiegend für den Einsatz in Niederspannungs- und Mittelspannungsverteilungsanlagen konzipiert und kann zahlreiche Energiedaten und Lastprofile erfassen, wie man sie für Energiemanagementsysteme (ISO 50001), zur Fehleranalyse oder zum Überwachen der Netzqualität benötigt.

Ferner sind an bestimmten Standorten Netzanalysatoren (UMG 508) und weitere Universalmessgeräte (UMG 103) verbaut. Auch erste Tests mit dem UMG 96RM-E, einer Variante des Geräts zur Differenzstrommessung (RCM) laufen seit geraumer Zeit. Eine Herausforderung bilden dabei die Schnittstellen, da manche Hersteller nur serielle Schnittstellen bieten. Solange nur wenige Geräte zum Einsatz kommen, ist das kein Problem. Im vorliegenden Fall aber war die zu erwartende Gerätezahl zu hoch gewesen. Die nun gewählten Geräte dagegen ließen sich dank ihrer Netzwerkschnittstelle einfach in vorhandene Datennetze einbinden. Somit mussten nur ausgewählte analoge und digitale Geräte ausgetauscht werden.

Die Daten werden über die Janitza-Software GridVis erfasst. Diese sendet die Daten in eine SQL-Datenbank, die auf einem OPC-Server läuft. Dort stehen die Daten externen Anwendungen wie dem Energiemanagement zur Verfügung, das Hermes Fulfilment für die Weiterverarbeitung nutzt. In Haldensleben werden so die Energieverbräuche aller vier Standorte ausgewertet. Dies sind neben Strom auch Wasser, Gas und Druckluft. Selbst Dampf, der in Hamburg für Reinigungszwecke benötigt wird, lässt sich so direkt erfassen. Ein Impulszähler der Anlage ist hierfür mit einem Universalmessgerät verbunden, das die Daten wiederum per Modbus weiterleitet.

Verborgene Sparpotenziale erkennen

Durch die fein aufgegliederte Erfassung können nun einzelne Bereiche wie Wareneingang oder Kommissionierung einen Energiebericht erhalten, unterteilt in die verschiedenen, wesentlichen Verbrauchsgruppen. Damit lassen sich nicht nur besonders energieintensive Anlagenteile sehr genau einkreisen. Man hat auch ein Instrument an der Hand, um zu messen, ob eine Maßnahme tatsächlich den gewünschten Einspareffekt hat. So etwa am Standort Ohrdruf: Dort sollte die Beleuchtung der Regalgassen mit einer Steuerung durch Bewegungssensoren nachgerüstet werden. Dank zuvor installierter Messgeräte ließ sich die damit verbundene Stromeinsparung genau dokumentieren – eine wertvolle Entscheidungshilfe für andere Standorte, die ähnliche Maßnahmen erwägen.

Förderanlagen brauchen viel Energie: In den Versandzentren wird an bis zu sechs Tagen in der Woche gearbeitet. Und selbst im ausgeschalteten Zustand wird rund ein Fünftel der im laufenden Betrieb benötigten Energie verbraucht. Ganz herunterfahren lässt sich die Anlage nämlich nicht, sonst besteht die Gefahr, dass eine Steuerung „ihre“ Teilnehmer im Netz nicht mehr erkennt und jeweils erst neu initialisieren muss. Deshalb bleiben wesentliche Verbrauchsgruppen eingeschaltet. Auch bestimmte Druckluftanwendungen dürfen nicht einfach abgeschaltet werden, da Unterbrechungen zu Produktionsstillständen führen würden.

Unerwarteter Zusatznutzen

Ursprünglich wollte man bei Hermes Fulfilment im Wesentlichen Verbrauchsstände und Lastgänge erfassen. Inzwischen nutzt die Betriebstechnik immer mehr die Optionen, die die Bereichs- und Instandhaltungsleiter online abrufen können. Dazu gehören zum Beispiel wöchentlich aktualisierte Spannungsqualitätsberichte.

Zeitweilig und unregelmäßig auftretende Ereignisse – etwa Störungen durch Frequenzumrichter, eine hohe Spannung von rund 240 V oder Spannungseinbrüche von gut 10 V, wie sie ein großer Sorter beim Anlaufen verursacht – lassen sich nun gut einkreisen und dokumentieren. Somit entsteht die Möglichkeit, auch rückwirkend Ursachen von Problemen herauszufinden. Auch bei Ersatz und Erweiterungen ist so ein Report sinnvoll. Manche Anlagen-Lieferanten fordern eine Spannungsqualitätsanalyse, wenn sie Garantien abgeben sollen. Die Betriebstechnik ist nun nicht mehr auf die kostenpflichtigen Dienste des Energieversorgers angewiesen.

Eine weitere Anwendung ist es, Betriebszeiten zu optimieren. Das kann ein Sorter sein, der erst eine halbe Stunde nach Schichtbeginn anlaufen muss. Ebenso lässt sich aufzeigen, wo es sich lohnt, ein Gerät oder die Beleuchtung während der Mittagspause abzuschalten. Eine allgemeine Aufforderung zum Energiesparen ist in der Praxis auch mit gutem Willen nicht leicht umzusetzen. Energiemonitoring jedoch macht transparent, wie viel CO2 ein ganz bestimmter Sorter erzeugt, der eine halbe Stunde leer läuft. Wird dieser Wert anschließend in eine griffige Form gebracht, zum Beispiel in den Gegenwert gefahrener Kilometer, kann das die kleine Extra-Motivation sein, die den Unterschied zwischen Verständnis und Handeln ausmacht. Künftig sollen sogar Monitore in den Hallen jederzeit über den Energieverbrauch informieren.

Naheliegend ist beim Einsatz von Energiemonitoring auch die Differenzstrommessung RCM, wie sie das UMG 96RM-E bietet. Der Mehraufwand ist nicht mehr hoch, der Zusatznutzen durchaus. So macht eine RCM-Überwachung die aufwendige Isolationsprüfung gemäß der berufsgenossenschaftlichen Vorschriften zur Vermeidung von Unfällen durch elektrische Anlagen und Betriebsmittel (BGV A3) unter bestimmten Vor­aussetzungen überflüssig. Bei den Laufzeiten der Anlagen ist eine Abschaltung kaum möglich.

Den hohen Brandschutzanforderungen kommt RCM ebenfalls entgegen. Die Gefahr eines Schmorbrandes durch schleichende Isolationsfehler lässt sich mit der Überwachung frühzeitig erkennen und verhindern. Auch weniger dramatische Fehler wie der nahende Ausfall etwa eines Frequenzumrichters lassen sich mit RCM rechtzeitig feststellen. Diese vorausschauende Instandhaltung schützt wirksam vor ungeplanten Stillständen der Anlagen.

In absehbarer Zeit wird Hermes Fulfilment über ein umfassendes Energiemanagementsystem verfügen und damit dem gesteckten Klimaschutzziel einen großen Schritt näher gekommen sein.

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