Mehr Geld im Sparschwein

Andrea Loesch, Bruno Opitsch

Vor allem die Prozesstechnik sowie viele Abläufe in der Nahrungsmittelindustrie sind durch hohen Energieeinsatz gekennzeichnet. Vor dem Hintergrund der weltweiten Überlegungen Energie einzusparen gibt es auch in diesen Bereichen bzw. Branchen eine Vielzahl von Ansatzpunkten. Der wichtigste Schritt dabei ist, den Energieverbrauch im Detail zu kennen. Denn erst, wenn die zahlreichen Ist-Zustände bekannt sind, kann über Anlagenkonzepte bzw. Technologieänderungen ein zielgerichteter Optimierungsprozess in Gang gebracht werden, an dessen Ende die Energieeinsparung steht.

Siemens trägt dieser Entwicklung damit Rechnung, dass Niederspannungs-Schaltgeräte, wie sie millionenfach in Maschinen und Anlagen eingesetzt sind, sukzessive mit Messmöglichkeiten, Datenerfassung und Kommunikationseinrichtungen bestückt werden. Das gilt beispielsweise für Leistungsschalter ebenso wie für Motormanagement- und auch Messgeräte.

Ein gutes Beispiel für die Konzentration auf intelligente Niederspannungs-Schaltgeräte ist das Multifunktionsmessgerät Sentron PAC3200, das Ströme, Spannungen und Energiewerte von Verbrauchern erfasst. Es eignet sich für den direkten Anschluss an Industrienetze bis zu 690 V (darüber hinaus mit Spannungswandlern) und ist in der Lage, ein-, zwei- oder dreiphasig zu messen. Durch seine hohe Messgenauigkeit nach IEC 62053-22 kann es sogar als Energiezähler für die unternehmensinterne Verrechnung genutzt werden.

Ein weiteres Beispiel ist das Motormanagement-System Simocode pro, ein flexibel und modular aufgebautes System für Elektromotoren im Niederspannungsbereich. Dieses kann über Profibus DP – ebenso wie das genannte Multifunktionsgerät Sentron PAC3200 – direkt mit der übergeordneten Steuerung kommunizieren. Simocode pro ist in der Lage, eine Vielzahl von Werten zu erfassen wie Stromverbrauch, Wirkungsgrad (über den Leistungsfaktor bzw. die Scheinleistung und Wirkleistung), Betriebsstundenzahl, Anzahl der Startungen, Motorerwärmung und vieles andere mehr.

In Kombination mit der Baustein-Bibliothek des Prozessleitsystems Simatic PCS 7 lässt sich Simocode pro auch einfach und komfortabel in der Prozessleitebene abbilden. Damit erhalten Betreiber wertvolle Aussagen über den Zustand von Motoren und damit über den Effizienzgrad einer Anlage. In der Folge kann so das Engineer-ing optimiert oder der Amortisationszeitraum von Energiesparmotoren ermittelt werden.

Solche modernen Geräte bilden die Ausgangsbasis für ein Energiemanagement, was vorbereitend für die Energieeinsparung vorhanden sein muss. Der nächste Schritt ist dann das systematische Zusammenführen aller gewonnenen Informationen, um daraus den optimalen Betrieb – meist allerdings zuerst das Rationalisierungspotenzial – in punkto Energieverbrauch abschätzen zu können.

Das schafft Siemens mit der Power-Management-Software, die sämtliche Energieströme in Maschinen und Anlagen erfasst, aufzeichnet und zur Bewertung darstellt. Seit Kurzem gibt es, neben einer Stand-alone-Softwarelösung, ein zusätzliches, nachrüstbares Softwaremodul für das Siemens-Prozessleitsystem PCS 7. Ein wesentlicher Punkt dieses Energiemanagements ist, dass beispielsweise bei der Stromaufzeichnung die gleichen gemittelten 15-Minuten-Werte gebildet werden, wie sie der Energieversorger zur Abrechnung nutzt.

Die damit gebildeten Ganglinien geben Auskunft über die Verbrauchsstruktur einzelner Verbraucher oder auch der gesamten Maschine bzw. Anlage. Weil vor allem in der Prozesstechnik sowie in der Nahrungsmittelindustrie bereits viele Prozess- bzw. Verbrauchsdaten erfasst werden, lässt sich gerade in diesen Branchen ein Energiemanagement mit vergleichsweise geringen Kosten installieren. Denn es erfasst natürlich nicht nur Stromwerte, sondern auch Gas, Dampf, Prozessflüssigkeiten, Druckluft etc.

Während die Stand-alone-Lösung mit einer eigenen speicherprogrammierbaren Steuerung vom Typ Simatic S7 arbeitet, die sämtliche relevanten Informationen separat erfasst und speichert, können wichtige Prozess- bzw. Verbrauchsdaten beim neuen Software AddOn „Simatic PCS 7 powerrate“ direkt aus der Steuerungsebene vor Ort im Siemens-eigenen Prozessleitsystem abgefragt werden. Das Zusammenführen der Informationen findet hier auf der obersten Prozessebene statt und bedarf keines zusätzlichen Zwischenschritts. Das Modul Simatic PCS 7 powerrate eignet sich somit für die Branchen Food & Beverage sowie Process, um die unterschiedlichsten Energieverbräuche (Gas, Wasser, Strom, Dampf, Wärme, Druckluft etc.) zu dokumentieren und gegenüberzustellen.

Eine aktive ökologische Betrachtung des Themas Energie gliedert Siemens in drei aufeinander folgende Phasen, die erst einmal die Ökonomie thematisieren:

In Phase 1 (Transparenz schaffen) müssen die Messpunkte installiert werden, was in der Prozesstechnik und im Nahrungsmittelsektor oftmals schon realisiert ist. Mithilfe des Power-Management-Systems lassen sich dann die Energieflüsse darstellen und Einsparpotenziale identifizieren. Ein Einsparungsansatz daraus ist die Optimierung des Energieeinkaufs und die Reduzierung der Energiekosten.

Phase 2 (Verursachergerecht darstellen) ordnet sämtliche Verbräuche den dazugehörigen Kostenstellen zu. Dabei lassen sich auch Energiekosten pro Produktionseinheit bzw. Energiefluss pro Produktionseinheit darstellen.

In Phase 3 (Prozess optimieren) sorgt ein automatisches Lastmanagement für einen ausgewogenen Umgang mit Energie und zeigt gleichzeitig Reserven der Energieverteilung auf. Dies geschieht am besten durch den Datenaustausch mit vorhandenen Prozessleitsystemen.

Parallel zur ökonomischen Umsetzung eines gesteigerten Energiebewusstseins entwickeln sich automatisch ökologische Vorteile. Diese stellt Siemens in drei Phasen dar:

Durch das Aufzeichnen der Energieflüsse (Phase 1) steigt die Energietransparenz. Über die Dokumentation sowie Analyse lassen sich Konzept-, Prozess- und Betriebsverbesserungen initiieren. Nach Schätzungen bzw. nach den Erwartungen des Systemanbieters summieren sich die damit erzielbaren Energiespareffekte in einem Bereich zwischen fünf und 20 %.

Das Unternehmen rechnet damit, dass in Phase 2 sich noch weitere 5 % der vorhandenen Energie(kosten) sparen lassen. Das gelingt dann, wenn die Energiemengen bzw. -kosten als Benchmark gegenübergestellt werden. Dann kann ein Ranking um die besten Plätze beginnen, was letztendlich auch positive Auswirkungen auf den Energieverbrauch hat.

Als dritte und letzte Phase gilt die verbrauchsorientierte Produktionsplanung, kurz gesagt: das Managen von Lasten. Damit sind noch weitere 2 % Einsparung bezüglich der Betriebskosten möglich. Und auch das hat einen positiven Einfluss auf den Energieverbrauch. Denn werden Lastspitzen abgebaut, kann Energie im Ressourcen schonenden Teillastbereich erzeugt werden. Das ist wie Autofahren mit Tempomat im mittleren Geschwindigkeitsbereich: Bei einer solchen Fahrweise wird mit Abstand am wenigsten Energie pro Kilometer verbraucht.

Energie sparen fängt beim Energiebewusstsein an. Nur der konsequente Einsatz von Systemen zur Erfassung sowie Auswertung des Energieverbrauchs schafft die Basis für kostenwirksame Energieeinsparungen. Die hier exemplarisch dargestellten Komponenten und Systeme wie das Multifunktionsmessgerät PAC3200, das Motormanagement-System Simocode pro und die Auswerte-Software eines Simatic basierten Power Managements, die es heute bereits gibt, zeigen, was möglich ist.

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Multifunktionsmessgerät Sentron PAC3200

Motormanagement-System Simocode pro

Simatic PCS 7

Simatic PCS 7 powerrate