Mit der neuen Norm EN 16001/ ISO 50001 für Energiemanagementsysteme, die seit August 2009 in Kraft ist, wurden entsprechende Rahmenbedingungen für ein betriebliches Energiemanagementsystem geschaffen. Vorrangiges Ziel ist es, den Energieverbrauch und die damit verbundenen Energiekosten kontinuierlich zu reduzieren. Aber auch Einsparungen im Bereich der Ökosteuer und der EEG Umlage (§41) sorgen für eine kurzfristige Amortisation der Investitionen.

Durch die betriebliche Energieanalyse erhält man den Überblick und die Transparenz über die Energieversorgungs- und Energieverbrauchsstrukturen sowie die Energieflüsse im Einzelnen.

Ein wichtiges Werkzeug für EMS sind moderne Energiemessgeräte, wie der kompakte und leistungsstarke Netzanalysator UMG 604E. Netzanalysatoren der Produktfamilie UMG 604 sind für den Einsatz in allen Netzebenen geeignet. Die hohe Abtastrate von 20 kHz ermöglicht eine kontinuierliche Messung mit Erfassung von über 800 Messgrößen. Das UMG 604, mit einem 500 MHz DSP (Digitaler Signalprozessor) ausgestattet, ist ein überaus schneller und leistungsfähiger Netzanalysator. Es erfasst die elektrischen Energieverbräuche mit verschiedenen Tarifen, elektrische Standardgrößen wie Strom, Spannung, Frequenz, Leistung und vieles mehr. Aufgrund der sehr leistungsfähigen digitalen Signalprozessoren werden auch sämtliche wichtigen Spannungsqualitätsparameter erfasst, z. B. Kurzzeitunterbrechungen mit Störschreiberfunktion, Transienten, Oberschwingungen bis zur 40. oder Einschaltströme und sorgen so für die nötige Transparenz in Ihrer Energieversorgung.

Auf Basis dieser Daten lassen sich Konzepte z. B. zur Stromkostenreduzierung entwickeln, Energieeffizienz-Maßnahmen einleiten und mit dem UMG 604 die erzielten Verbesserungen auch überwachen und protokollieren. Im Hinblick auf Energiemanagementsysteme nach ISO 50001 (EN 16001), EEG Umlage Befreiung nach §41 oder der Ökosteuerreduzierung stellen Messgeräte wie das UMG604 eine zukunftssichere Basis als Quasi-Energiezentrale dar. Zudem bietet der integrierte Webserver mit benutzerfreundlicher Homepage einen einfachen Fernzugriff auf alle Energieverbräuche.

Die hohe Abtastrate mit 20 kHz, eine Messgenauigkeit von 0,2 % für die Spannung und der Klasse 0,5 für die Wirkarbeit stehen für eine Messung auf höchstem Niveau. Die Energiemessung in 4 Quadranten mit je 8 Tarifen für Wirk- und Blindarbeit sichert eine präzise und zuverlässige Erfassung der Energieverbrauchswerte für einzelne Verbraucher bzw. für die ganze Einspeisung.

Die Messdaten werden auf dem Netzanalysator auf einem Flashspeicher zwischengespeichert. In regelmäßigen Abständen werden die Messdaten über eine Busanbindung ausgelesen und in einer zentralen Datenbank abgespeichert, wo sie für die spätere Verarbeitung und Energieanalyse zur Verfügung stehen. Diese Redundanz in den Messdaten stellt sicher, dass wertvolle Daten über einen langen Zeitraum zur Verfügung stehen. Der große 128 MB Messdatenspeicher erlaubt es, die Messdaten, abhängig von der Benutzerkonfiguration, bis zu 2 Jahren im Gerät selbst abzuspeichern. Falls also der Netzanalysator nicht an einen Bus angeschlossen ist und die Daten damit nicht automatisch ausgelesen werden können, stehen die Messdaten im Messgerät selbst über einen langen Zeitraum sicher zur Verfügung.

Weitreichende Kommunikationsmöglichkeiten: Ethernet (TCP/IP), Profibus, Modbus, M-Bus…

Durch zahlreiche Schnittstellen und Protokolle wird eine unkomplizierte Systemanbindung (Energiemanagementsystem, SPS, SCADA, GLT) sicher gestellt. Typischerweise werden mittlerweile sämtliche Energiemessgeräte untereinander vernetzt, über einen Feldbus die Messdaten automatisch ausgelesen und über einen zentralen Datenserver zur weiteren Verwendung zur Verfügung gestellt.

Um die Installationskosten niedrig zu halten (z.B. Peripherie für Feldbusse) kommt immer häufiger Ethernet TCP/IP als Rückgrat der Datenkommunikation zum Einsatz. Durch die Anbindung an eine ohnehin vorhandene Ethernetarchitektur kann meist eine schnelle, kostenoptimierte und zuverlässige Kommunikation aufgebaut werden. Da Netzanalysatoren mit Ethernet-Schnittstelle teurer in der Anschaffung sind, kommt es häufig zu Bedenken wie dies mit dem vorhandenen Budget realisiert werden können. Die Lösung hier ist der Aufbau einer Master-Slave-Architektur mit einem auf Ethernet basierenden Master-Messgerät, z.B. dem Netzanalysator UMG604E und bis zu 31 kostengünstigeren Slave-Messgeräten z.B. dem UMG96RM-CBM, z.B. für die Abgänge auf der Niederspannungsseite. Somit hat man die höherwertigen UMG604E Netzanalysatoren als Energiesparzenzentrale an den zentralen Einspeisepunkten, wo ohnehin erhöhte Anforderungen an die Messtechnik gestellt werden. Gleichzeitig erreicht man mit den UMG604E durch die Ethernet-Modbus-Gateway-Funktion die kostengünstigeren UMG 96RM Modbus Geräte, sprich die Daten der Modbusgeräte werden ebenfalls über Ethernet gespeichert.

Das UMG604E bietet grundsätzlich eine sehr offene Architektur, so kann z.B. mit einer SPS direkt auf die Modbus-Adressen zugegriffen werden, oder aber das UMG604E wird über Profibus in eine SPS Umgebung integriert. Im Bereich der Gebäudeautomation kommt immer häufiger das BACNET Protokoll zum Einsatz.

Immer und überall informiert über die integrierte UMG-Geräte-Homepage

Wer kennt das nicht? Kaum aus der Firma und schon kommt der erste Anruf über Probleme in der Fertigung, Computer fallen aus, die Energieversorgung stürzt ab, …

Mittels der in den UMG604 Netzanalysator integrierten Homepage (Webserver) wurde der direkte Zugang auf die Daten an den einzelnen Messpunkten geschaffen, und das weltweit egal wo man sich befindet. Direkt über die Homepage des einzelnen Netzanalysators aus können sich alle autorisierten Mitarbeiter der Elektroabteilung und des Managements bereits weitreichend informieren. Dazu ist lediglich ein WEB-Browser und die dem einzelnen Messgerät zugeordnete IP-Adresse im Netzwerk nötig.

SPS-Funktionalität über das integrierte Jasic: z.B. Alarmmeldungen über EMAIL

Die Programmiersprache Jasic® eröffnet völlig neue Möglichkeiten. Damit ist der Anwender nicht mehr alleine an die fest im Gerät integrierten Funktionen gebunden, sondern kann das Gerät um eigene Funktionen erweitern. Bis zu sieben dieser frei definierbaren Anwenderprogramme können parallel im Gerät abgearbeitet werden. Zusätzlich können z.B. Grenzwerte für verschiedene Parameter gesetzt werden. Die zuständigen Mitarbeiter der Elektroabteilung werden per Email weltweit informiert, falls die Energieversorgung überlastet wird, Kurzzeitunterbrechungen des EVUs den Fertigungsprozess zum Erliegen bringen oder unzulässige Oberschwingungen die Lebensdauer von Betriebsmitteln reduzieren.

APPs – Erweiterungen mit Know-how

Für flexible oder kundenspezifische Lösungen bietet Janitza auf Basis der Jasic Programmierung
Erweiterungen (APPs) für das UMG604E an. Die im Gerät integrierten Funktionen können somit über APPs erweitert, gesteuert und zusätzlich visualisiert werden. Ein APP besteht je nach Applikation aus mehreren Jasic®-, Flash- und Homepage-Files, wobei die Verwaltung und Installation über die Software GridVis erfolgt. Neben dem APP-Angebot von Janitza electronics® können Anwender und Drittanbieter aufgrund der offenen Struktur weitere APPs entwickeln und auf den Messgeräten zum Einsatz bringen. Ein beliebtes APP ist das kostenfreie Multitouch APP (Art.-Nr. 51.00.207). Das APP liest 25 Standardmesswerte (fest voreingestellt) von bis zu 31 Slave-Geräten (konfigurierbar) über RS485 aus und legt diese im Master auf globalen Variablen bzw. auf BACnet Datenpunkten. Es können bis zu 31 Slave-Geräte visualisiert werden. Die Anzahl der Geräte und Gerätebeschreibung sind über die Mastergeräte-Homepage konfigurierbar. Der Master wird automatisch erkannt und unter dem Feld „Gerätetyp“ eingetragen.

GridVis Software für Energiemanagementsysteme und Spannungsqualitätsanalyse

Gemäß der Janitza Philosophie sollte ein „automatisiertes Messsystem“ sich nicht nur auf die Energieverbräuche beschränken sondern immer beide Schwerpunkte abdecken: Spannungsqualität + Energiemanagement

Denn was nützt es, wenn die Energieverbräuche optimiert werden und Strom gespart wird, die unzureichende Netzqualität aber keine stabilen Prozesse zulässt. Die aktuellen Änderungen in der Netzstruktur, weg von zentralen Großkraftwerken hin zu dezentraler Einspeisung, die steigende Anzahl an Leistungselektronik, die sinkende Anzahl linearer Verbraucher … all dies wird die Probleme in der Spannungsqualität weiter verschärfen!

Die Software GridVis ist im Lieferumfang aller UMG-Messgeräte enthalten und kann für Energie-Managementsysteme und Netzqualitätsanalysen eingesetzt werden. Die Software ermöglicht das Lesen historischer Datenwerte, z. B. Lastprofile, die eine Trendanalyse und Benchmarks ermöglichen, sowie das Auslesen und Visualisieren der Online-Werte für die Überwachung der aktuellen Belastung. Die Software GridVis ist ein leistungsstarkes Werkzeug für die automatische Messdatenerfassung, für die Analyse und Visualisierung der Messwerte. So bietet z. B. die Topologieansicht einen schnellen Überblick über die tatsächliche Online-Situation. Automatisch generierte Reports für die meisten Spannungsqualitäts-Normen (z.B. EN 50160, IEEE 519, ITIC, EN 61000-2-4) zur Netzqualitätsanalyse sowie Energieverbrauchs-Berichte sind vom Anwender frei planbar.

Die Kennzahlenbildung, ganz entscheidend für Benchmarkanalysen, ist über das virtuelle Messgerät möglich. Kennzahlen sind ein wesentlicher Baustein um z.B. verschiedene Produktionslinien, Gewerke, Niederlassungen, Fabriken miteinander vergleichen zu können.

Eine sinnvolle Maßnahme die Stromkosten zu reduzieren ist die Spitzenlastoptimierung.

Optional bietet das UMG604 die Emax Funktion: Wirkleistungsspitzen intelligent reduzieren

Der Energieverbrauch variiert über einen 24 Stunden Zyklus ganz erheblich. Dies führt zu massiver Belastung von Erzeugungs- und Verteilungseinrichtungen. Diese Spitzenleistungen führen vielfach zu erheblichen Kosten in der Stromrechnung. Die Emax Applikationen für das UMG604E integriert intelligente Regelalgorithmen, diese berechnen den Wirkleistungs-Trend und vergleichen diesen mit der vereinbarten Zielwirkleistung. Durch die Trendberechnung kann die Emax Applikation feinstufig in den Betriebsablauf eingreifen und unkritische Verbraucher nach den Vorgaben des Benutzers kurzfristig abschalten. Bei angeschlossener Rückmeldungsverarbeitung werden nur Verbraucher abgeschaltet oder in die Trendwertberechnung einbezogen, welche zum Zeitpunkt der Berechnung auch Leistung beziehen. Sollte eine Rückmeldungsverarbeitung nicht möglich sein, so kann eine feste Verfügbarkeit prozentual eingestellt werden. Dadurch können zum Teil sehr kostenintensive Leistungsspitzen sicher vermieden und erhebliches Kosteneinsparpotential verwirklicht werden. Die zufälligen Leistungsspitzen werden vermieden.

EMS Schritt für Schritt

Obwohl viele Kunden den dringenden Bedarf für mehr Energieeffizienz und damit für ein Energiemanagement erkennen, scheuen Sie weitreichende Ausgaben für prozessfremde Investitionen. Der Aufbau eines Energiemanagementsystems setzt nicht zwangsläufig ein umfangreiches und teures Energiemonitoringsystem voraus. Janitza bietet mit seinen skalierbaren Lösungen die Möglichkeit der schrittweisen Einführung eines Energiemonitoring- und Energienmanagementsystems. Wir empfehlen dabei immer die Pyramidenlösung: „Aber wir beginnen den Aufbau verkehrt herum bei der Spitze der Pyramide!“ Sprich als erstes sind nur einige wenige, aber höherwertige Netzanalysatoren wie das UMG511 oder UMG604 an den Übergabepunkten des Energieversorgers nötig. Ferner sollten Netzanalysatoren wie das UMG604 an den Hauptabgängen der Energieverteilung platziert werden. Dadurch gewinnt der Kunde bereits weitreichende Informationen, eine Transparenz der Energieverbräuche, und kann dann selbst entscheiden, ob es im Einzelnen sinnvoll ist, die Verbräuche noch weiter aufzulösen. Der Trend geht im Automobilbau mittlerweile bereits bis auf die Maschinenebene herunter.

Die Durchgängigkeit des Janitza Produktspektrums, die permanente Weiterentwicklung der Messgeräte und Software, sowie die das regionale Know-how der Janitza Vertriebsingenieure sichern eine langfristige Lösung für ein Energiemanagement zu.