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Manufacturing-Execution-SystemeDie selbstregelnde Fabrik

Mobile MES-Anwendungen mit Hydra von MPDV

Begriffe wie Selbstregelung, Selbstoptimierung oder selbstlernende Maschinen tauchten bereits in den Anfängen der Industrie 4.0 auf. Sie halten sich hartnäckig, werden in jüngster Zeit sogar häufiger genannt.

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EnergiemanagementsystemeLeistungswerte live im Blick

Etwa 50 Kilometer nordwestlich von Dresden, im sächsischen Nünchritz, befindet sich einer der Produktionsstandorte von Wacker Silicones mit rund 850 Mitarbeitern. Das Unternehmen gehört zum Wacker-Konzern und produziert hier Silicone und seine Vorprodukte. Sowohl die Herstellung von Siliconen als auch die der Vorprodukte sind mit energieintensiven Prozessen verbunden. Den Elektroenergieverbrauch erfassen rund 350 verschiedene Zähler.

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ti 4 B (zusätzlich!): Leistungswerte live im Blick

Das räumlich weit ausgedehnte Werksgelände ist in verschiedene Bereiche unterteilt, die von diversen Trafostationen versorgt werden. Für den internen Datenverkehr steht eine Netzwerk-Infrastruktur zu Verfügung, die auf Lichtwellenleitern und Kupferleitungen basiert. Ein aufwändig verdrahtetes Energiemanagementsystem diente bisher der Energiedatenerfassung, hielt aber den wachsenden Anforderungen nicht mehr stand. Anlagenerweiterungen erforderten ein neues Energiemanagementsystem, das die Daten auch an das übergeordnete Prozessinformationssystem weiterleitet. So soll der Elektroenergieverbrauch transparent gemacht und in Zukunft eine automatische Energiekostenabrechnung möglich werden. Hier konnten die Energiemanagementspezialisten von Berg mit ihrer langjährigen Erfahrung weiterhelfen.

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Der richtige Bus

Ihre erste Aufgabe bestand darin, alle Zähler unter einen Hut zu bringen. Kein leichtes Unterfangen. Michael Lampersberger, Projektleiter bei Berg, erinnert sich: „Die große Anzahl der Zähler legte es nahe, sie untereinander und zum jeweiligen Datenlogger über ein Bussystem zu verbinden. Nur auf diese Weise ließ sich der Verdrahtungsaufwand in vertretbaren Grenzen halten.“ Die Ingenieure von Berg entschieden sich für das modulare Bussystem TCLON. Die Anpassung an die vorhandene Infrastruktur bereitete keine Probleme. Und bei Erweiterungen ist der Kunde an keinen Hersteller für Erfassungsgeräte wie Zähler gebunden, denn LON funktioniert als offenes System mit allen Produkten, die das LONworks –Protokoll unterstützen.

Alle Zähler mit LON-Schnittstelle konnten direkt an das Bussystem angebunden werden. Für die Integration der Zähler mit Impulsschnittstelle in das Bussystem wurden zusätzlich Impulserfassungsgeräte mit LON-Schnittstelle (CCL 210) integriert. Eine direkte Messung erlauben die Zähler bis 63 A. Bei höheren Strömen, wie sie etwa in den Schaltanlagen auftreten, mussten Wandler zwischengeschaltet werden. Sie transformieren den hohen Strom in ein messbares Einheitssignal zwischen 0 und 5 A und sichern eine korrekte, von der Gesamtleistung unabhängige Messung. Zusätzlich zu den Zählerständen stellen Zähler oder Impulserfassungsmodule auch Momentanleistungswerte zur Verfügung. Diese Werte gelangen direkt vom LON-Bussystem über ein IP-Gatewway an einen OPC-Server. Die weitere Datenübertragung an das betriebsinterne Prozessinformationssystem zur Aufzeichnung historischer Daten stützt sich auf die vorhandene Infrastruktur mit Lichtwellenleitern und Kupferleitungen. Infrastrukturkomponenten wie Repeater und Router stellen die Datenübertragung sicher.

EVU-synchrone Erfassung

Für das EVU-synchrone Erfassen der Arbeitswerte wurde in fünf Trafostationen je ein Datenlogger (Facinet) installiert, wobei jede Trafostation einen Datenerfassungsbereich verkörpert. Die ebenfalls über LON verbundenen Logger erhalten alle Viertelstunde per Telegramm ein Messperiodensignal und pollen daraufhin die angeschlossenen Zähler. Durch Einlagern der Zählerstände wird sichergestellt, dass alle Werte EVU-synchron sind. Die Aufzeichnung historischer Daten übernimmt eine SQL-Datenbank, die die Arbeitswerte zeitnah (15 Minuten Versatz) über einen Messdatentreiber anfordert. Diese Datenbank ist Teil des umfangreichen Modulbaukastens Energo (Görlitz), einer Energie-Informations-Management-Software. Sie umfasst verschiedene Komponenten, die das Energiemanagement und die Energieoptimierung erleichtern. Bei Wacker Silicones sind zusätzlich die Energo-Module Config und Scope installiert. Config unterstützt die Administration und die Parametrierung der Datenbank sowie des gesamten Zählernetzes. Dazu gehören die Hinterlegung von aktuell gültigen Tarifen, Messstellennamen und vieles mehr. Scope analysiert systematisch den Energiebedarf anhand vorhandener oder für eine Simulation eingebrachter Messdaten. Neben der Analyse von Lastprofilen lassen sich auf diese Weise Spitzenlasten erkunden, kostspielige Verbrauchsgewohnheiten erkennen und geplante Erweiterungen oder Energiesparmaßnahmen simulieren.

In der ersten Stufe hat die Energo-Datenbank die Arbeitswerte per ASCII-Export einmal im Monat an das interne Prozessinformationssystem übergeben. Dort stehen sie für die exakte Abrechnung nach Kostenstellen zur Verfügung. So kann der Verbrauch jeweils den tatsächlichen Verursachern zugeordnet werden. Bereits seit April 2004 ist die Automatisierung im Stunden-Takt realisiert, so dass schneller auf das Verbrauchsverhalten reagiert werden kann.

Optimierung vorbereitet

Im Wesentlichen läuft die EVU-synchrone Zählererfassung jetzt vollautomatisch. Nur wenige, weit abgelegene Messstellen müssen noch manuell erfasst werden. „Das spart uns eine Menge Zeit und Kosten“, sagt Andreas Lindner, Betriebsleiter Elektroenergie- und Wärmeversorgung bei Wacker Silicones. „Auch die Übergabe der Daten in das interne Prozess-Informationssystem klappt zuverlässig.“

Zukünftig will man in Nünchritz noch einen Schritt weiter gehen. Die Momentanleistung steht schon jetzt jederzeit Online im Prozess-Informationssystem bereit. Da ist es nur noch ein kleiner Schritt bis zur Optimierung. Diese soll nach Ablauf der Analysephase realisiert werden. Das Höchstlastoptimierungssystem BHS20 wurde bereits installiert und wartet auf seinen Einsatz – die Koordination definierter Optimierungsbefehle. Es ist über ein LON-Koppelmodul an das Bussystem angeschlossen und kann die Befehle über den Bus an digitale Ein- und Ausgabemodule (ICL und OCL 210) weitergeben. Zwar lassen sich im Chemiebereich keine Verbraucher, die am Prozess beteiligt sind, einfach „abklemmen“. Bei drohender Spitzenlast besteht jedoch die Möglichkeit, die zu diesem Zeitpunkt nicht unbedingt benötigten Verbraucher kurzfristig abzuschalten. Hierbei lassen sich notwendige Randbedingungen wie Temperatur-, Druck-, Mengengrenzen sowie zulässige Abschaltzeiten berücksichtigen. So können auch in diesem sensiblen Bereich die hohen Kosten für Spitzenlasten reduziert werden.Cornelia Mrosk/ Michael Lampersberger, Berg/ms

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