Energieeffizienz durch Energiedatenerfassung

Energieeffizienz auch in der Schwerindustrie ein Thema

Die wirtschaftliche Effizienz spielt neben den direkten Stromkosten und der effektiven Kapazitätsauslastung der Energieverteilungssysteme und -einrichtungen eine wichtige Rolle. Um eine kontinuierliche Energiedatenerfassung umzusetzen, sucht das Unternehmen SKET Industriepark GmbH Unterstützung bei den Firmen Janitza electronics GmbH und HIT HIGH TECH Ingenieurgesellschaft mbH. 

Die Firma HIT HIGH TECH Ingenieurgesellschaft mbH mit Sitz in Wilhelmshaven wurde von der Firma SKET Industriepark GmbH (Magdeburg) – ein Tochterunternehmen der Firma ENERCON in Aurich mit der Hauptfertigung von mechanischen Komponenten für Windkraftanlagen (Flügel, Türme, Gondeln) – beauftragt, ein System zur einheitlichen, niederspannungsbezogenen Abrechnung der Energiekosten zu erstellen und die Trafoverlustleistungen auf die entsprechenden Kosten-stellen zu verteilen.

Bislang konnten die Energiedaten der vorhandenen Energiezähler nur „per Hand“ abgelesen werden. Um diesen aufwendigen Arbeitsprozess zu optimieren, vernetzte man die Energiezähler, um einen automati-sierten Workflow zu erzielen.  Durch diese Maßnahme kann man auf dem SKET Industriepark heute 77 Messpunkte elektronisch abfragen und erhält zusätzlich eine automatische Überwachung über wichtige, elektrische Parameter. 

Die Umsetzung zu einer elektronischen Datenmessung und -überwachung

Da bereits ein Profibus LWL Ring zu den großen Lastverteilern bestand, war die Art und Weise der Datenübertragung schnell geklärt. Die einzige Schwierigkeit gestaltete sich darin, dass in den Verteilern nur sehr wenig Platz zur Verfügung stand und somit nicht jedes Messgerät aus dem umfangreichen Portfolio zum Einsatz kommen konnte. Um den eingeschränkten Platzverhältnissen zu entsprechen, musste ein besonders kompaktes Messgerät für die einzelnen Abgänge gefunden werden. Man entschied sich für das Universalmessgerät UMG 103 der Firma Janitza electronics GmbH. Jedoch reichte das UMG 103 mit seiner RS 485 / Modbus-Schnittstelle nicht völlig aus. Die Daten, die diese Messgeräte bereitstellen, müssen über eine Profibus-Anbindung dargestellt werden. Auch in diesem Punkt stand schnell eine Lösung parat. Neben dem UMG 103 entschied man sich Janitza´s UMG 604EP einzusetzen. Das UMG 604EP ist ein hochmodernes Messgeräte mit einer Abtastung von 400 Samples pro Periode, das neben der Profibus- auch über eine Modbus- Schnittstelle RS 485 und RJ 45 Ethernet verfügt.  Das UMG 103 dient in diesem Fall als Datenmesspunkt, welches die Messdaten aufnimmt und zum UMG 604EP weiterleitet. Über den Netzanalysator UMG 604EP werden nun neben den Verbrauchsdaten weitere wichtige Kennzahlen wie Ströme, Leistungen und Oberschwingungen von den Trafostationen abgebildet. 

Das UMG 604EP liefert eine Reihe an Funktionalitäten. Neben der Durchführung von zuverlässigen Messungen bietet es auch eine gleichzeitige Bearbeitung von 7 Steuerprogrammen an.  Speziell hierfür hat die Firma Janitza electronics GmbH ein Programm (Multitouch) entwickelt, das die Variablen der an der RS 485 angeschlossen Slave-Messgeräte, in diesem Fall das UMG 103, auf globale Variablen im UMG 604 schreibt. Somit ist es möglich diese Geräte als Profibus-, Modbus / TCP- oder BACnet-Gateway zu nutzen. 

Bild 1: Graphische Programmierung über die GridVis
Bild 1: Graphische Programmierung über die GridVis
Bild 2: Netzstruktur
Bild 2: Netzstruktur
Bild 3: Profibus-Profil
Bild 3: Profibus-Profil

Modbus-Profibus-Gateway

Mit der graphischen Programmierung ist ein Modbus- Profibus-Gateway zu erstellen realisierbar. Im folgenden Beispiel werden über Modbus Slave-Messgeräte aus-gelesen. Die ermittelten Werte werden auf ein Profibus- Profil gelegt (Bild 1). Mit diesem Programm ist es nun möglich, Werte von Slave-Geräten ohne Profibus- Protokoll über die Gateway-Funktion in ein Profibus- Profil zu schreiben.

Nun konnten alle Daten über die angeschlossene SPS S7 erfasst werden. Bei der Umsetzung des Projektes hat die Firma HIT aus Wilhelmshaven ihr Know-how verwendet, um die ca. 2.000 Datenpunkte aus den Messgeräten in einer übergeordneten Leitsoftware darzustellen. Zu diesem Zweck wurden für die einzelnen Messgeräte die entsprechenden Profibusprofile erzeugt, die von der SPS zyklisch abgearbeitet werden (Bild 2).

Der Power Analyzer kann 255 Profibus-Profile verwalten (16 Profile in der Konfiguration). Jedes Profibus-Profil enthält maximal 128 Datenbytes. Das erste Datenbyte des Ausgabebereiches der SPS enthält immer die Profilnummer des vom Power Analyzer angeforderten Profibus-Profils. Um ein Profibus-Profil anzufordern, schreibt man die Profil-Nummer in das erste Byte des Ausgabebereiches der SPS (Bild 3). Alle Systemvariablen und globale Variablen können einzeln skaliert und in eines der folgenden Formate konvertiert werden: 8, 16, 32 Bit Integer mit und ohne Vorzeichen, 32 oder 64 Bit Float-Format (Big oder Little Endian). (Bild 4, 5 und 6) 

Fazit

Mit dem Einsatz der Messgeräte UMG 103 und den Netzanalysatoren UMG 604EP erhält man eine Energieanalyse basierend auf den gewonnenen Daten der automatischen Messdatenerfassung. Durch die speziell entwickelte Leitsoftware wird die Basis geschaffen, alle verfügbaren Energiedaten übersichtlich zu dokumentieren und zu verwalten. Ein kontinuierlicher Informationsaustausch, eine stetige Überwachung sowie eine lückenlose Aufzeichnung der Daten ermöglichen eine transparente und allgemein nachvollziehbare Energie-Bilanz. Anhand dieser können Fehlerquellen eruiert und Verbesserungen an den einzelnen Anlagen zeitnah durchgeführt werden. Mit diesen Maßnahmen ist eine Garantie gegeben, den Energieverbrauch sowie die Energiekosten immer im Fokus zu behalten. 

Bild 4: Grafik Messwerteansicht
Bild 4: Grafik Messwerteansicht
Bild 5:Trendaufzeichnung Spannung und Strom
Bild 5:Trendaufzeichnung Spannung und Strom
Bild 6: Tabellarische Darstellung der Wirkarbeitswerte
Bild 6: Tabellarische Darstellung der Wirkarbeitswerte

Vorteile

  • Aktueller Überblick über die Energiedaten 
  • Basis für Energiemanagementsystem nach EN 50001
  • Überwachung der Leistungsdaten der einzelnen Verteilungen
  • Aufzeichnung von Ereignissen zur Verbesserung der Verfügbarkeit der Anlagen
  • Detaillierte Darstellung der unterschiedlichen Kostenstellen

Eingesetzte Betriebsmittel

Typ / Anzahl der Messgeräte

  • 15 x UMG 604EP
  • 62 x UMG103

Kommunikation

  • Profibus bis zum UMG 604EP
  • Modbus zwischen UMG 604EP Master und UMG 103 Slavegeräten

Software

  • GridVis für Spannungsqualitätsanalyse
  • Win CC für Visualisierung und Abrechnung

Autoren

SKET Industriepark GmbH
www.sket-industriepark.de

HIT HIGH TEC Ingenieurgesellschaft mbH
www.hit-hightech.de

Firmenporträts

Janitza® electronics GmbH

Janitza® electronics GmbH ist ein deutsches Unternehmen und seit 50 Jahren tätig auf dem Gebiet der Herstellung von Systemen für effizienten Stromeinsatz, Energiemessung und Kosteneinsparung. Als weltweit bekannter Hersteller von Netzüberwachungs- und Energiemanagementgeräten, digitalen Einbaumessgeräten, Blind-leistungsreglern und Kompensationsanlagen steht das Unternehmen für höchste Qualitätsstandards und Innovationen. Produkte werden nach neuesten Erkenntnissen mit modernster Produktionstechnologie hergestellt. Qualitätsmanagement ist bei Janitza eine kontinuierliche, unternehmerische Führungsaufgabe (z. B. ISO 9001). Ein umfassendes Know-how, eine kompetente Beratung und Konzepterstellung bis hin zur Inbetriebnahme maßgeschneiderter Lösungen erfüllen die Wünsche und Anforderungen der Kunden. 

SKET Industriepark GmbH

Der SKET Industriepark vereint eine in Deutschland außergewöhnliche Kombination aus leistungsstarker Produktion und innovativer In-dustriedienstleistung. Kernbereiche sind der komplexe Maschinen-und Anlagenbau, der schwere Stahlbau sowie die Fertigung und Bearbeitung von Komponenten für Windenergieanlagen. Damit ist der SKET Industriepark Teil der neuen industriellen Kultur in Magdeburg, die sich der Herstellung von modernsten Anlagen zur Gewinnung regenerativer Energien widmet. Die im SKET Industriepark ansässigen Unternehmen profitieren vielfach von einer synergetischen Zu-sammenarbeit.

HIT HIGH TECH Ingenieurgesellschaft mbH

Die HIT HIGH TECH Ingenieurgesellschaft mbH ist ein international agierendes mittelständisches Unternehmen mit Sitz in Wilhelmshaven. Der Aufgabenschwerpunkt des erfahrenen und zukunftsorientierten Unternehmens liegt in der Planung technischer Gebäudeausrüstung einschließlich moderner Gebäude- und Industrieautomation.  Das anerkannt kompetente und zuverlässige Ingenieurbüro plant Projekte im Bereich der Elektrotechnik, Heizungs-, Lüftungs-, Sanitär-und Klimatechnik auf hohem technischen Niveau, um so den Anforderungen der Kunden gerecht zu werden.  Es werden Gutachten erstellt und Prüfleistungen gemäß den Bestimmungen des VdS erbracht. Neben der korrekten und termin-gerechten Ausführung entstehen aussagefähige Dokumentationen. Mit den qualifizierten und hoch motivierten Mitarbeitern wird den Kunden professioneller und verlässlicher Service geboten. Flexibilität und sicherheitsorientiertes Handeln runden die freundliche und kundenorientierte Arbeit des Teams ab. 

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