Ziel ist es, durch die Senkung der Energiekosten, die effiziente Stromverteilung, den Ausgleich von Lastspitzen, die Optimierung des Stromverbrauchs mithilfe von Computersystemen und die Implementierung eines fortschrittlichen Energieverteilungskonzepts im Rahmen eines unternehmensweiten, DIN EN 16001-konformen Energiemanagementsystems eine „grüne Produktion“ zu erreichen und die Produktivität und damit die Rentabilität des gesamten Unternehmens zu steigern. Hierfür benötigen die Strom- und Datennetze ein konvergentes und standardisiertes Kommunikationssystem. Für die größten Stromverbraucher wird ein Energiekontrollsystem installiert. Dieses umfasst beispielsweise die Überwachung technischer Energieprozesse, die Steuerung des Stromverbrauchs und die Sensibilisierung der Nutzer für Energieeffizienz.
Kommunikation als Voraussetzung für Effizienz.
Aktuell wird die Kommunikationsfähigkeit industrieller Anlagen noch als Zusatzfunktion betrachtet. Isolierter Betrieb ist jedoch kontraproduktiv für die Effizienzsteigerung industrieller Prozesse. Fehlende Diagnosemöglichkeiten beeinträchtigen die Systemverfügbarkeit, während ein energieeffizienter Betrieb nur möglich ist, wenn die Energieverbraucher identifiziert werden. Beides lässt sich nur durch Kommunikation erreichen. Daher sollte das Ziel darin bestehen, alle vernetzten Geräte sichtbar und steuerbar zu machen.
Die Hierarchie der Kommunikation und Stromversorgung in der Industrie.
In der Industrie werden Geräte und Systeme über drei grundlegende Leitungen versorgt: Strom, Daten und Signale. Hochleistungsgeräte verfügen stets über einen 400-Volt-Stromanschluss, ihre Kommunikationskapazität liegt jedoch unter 50 %. Diese Geräte müssen in ein Stromnetz integriert werden, um ein nahtloses und umfassendes Management zu ermöglichen. Daraus ergeben sich klare Anforderungen an das Stromnetz. Sobald ein Gerät an das Stromnetz angeschlossen ist, muss es sofort erkennbar sein; sein Stromverbrauch muss quantifizierbar sein, und die Last muss lokal abgeschaltet werden können. Diese Funktionen des Stromnetzmanagements benötigen nur einen minimalen Teil der Netzwerkbandbreite.
Funktionen wie die Automatisierung erfordern hingegen schnelle Kommunikationsverbindungen für die Datenübertragung in Echtzeit. Beispielsweise benötigen automatisierte optische Inspektionssysteme ein Breitbandkommunikationssystem.
Installation eines Kommunikationssystems über das Stromnetz:
Um zusätzliche Installationskosten zu reduzieren, hat HARTING die Kommunikation über Stromkabel zur Steuerung grundlegender Netzfunktionen gewählt. Mit der zunehmenden Konvergenz von Netzen sollte dies jedoch keinen Unterschied zur Kommunikation über separate Kabel aufweisen. Daher wurde Ethernet als Grundlage für die Netzkommunikation gewählt, um die Basisfunktionen bedarfsgerecht erweitern zu können. Intelligente Funktionen werden herkömmliche, ungesteuerte Stromnetze in ein intelligentes Stromnetz transformieren. Netzwerkkomponenten spielen dabei eine entscheidende Rolle, da nur mit ihnen die von der Industrie geforderten Topologien realisiert werden können. Die HARTING Smart Power Network-Einheiten bilden daher das Rückgrat des Netzwerks: HARTING hat aus dieser Situation gelernt und ist das erste Unternehmen, das Netzkomponenten mit Kommunikationsfunktionen ausstattet.
Verwendung von Standard-Ethernet:
Ein Ethernet-Netzwerk wird durch verwaltete Netzwerkkomponenten gesteuert. Die Funktion dieser verwalteten Switches lässt sich logisch auf die HARTING smart Power Network-Einheiten übertragen.
Eine der wichtigsten Managementfunktionen in jedem Netzwerk ist die Visualisierung der Topologie und der angeschlossenen Teilnehmer. Wird Ethernet für die Kommunikation in Versorgungsnetzen eingesetzt, entspricht die Topologie des Kommunikationsnetzes derjenigen der Stromnetze, da sowohl das Kommunikationssystem als auch die Stromversorgung ein einziges Kabel nutzen. Daher können die zahlreichen Standardfunktionen von Ethernet auch für das Management des Stromnetzes verwendet werden.
Dadurch werden proprietäre Lösungen vermieden. Das System ist offen und skalierbar, da die Einbindung unabhängiger Kommunikationsleitungen eine höhere Bandbreite ohne Kompatibilitätseinschränkungen gewährleistet.
Energiemanagementfunktionen
Umfassende Lösungen sind erforderlich, um die verschiedenen Topologien von Strom- und Datennetzen abzubilden, die beispielsweise Verbrauchsdaten ohne zusätzliche Datenkabel an Kontrollräume übertragen können und die Überwachung des Netzwerkstatus ohne zusätzliche Installationen oder Programmierung ermöglichen.
Der integrierte automatische Topologiedetektor ist besonders nützlich bei der erstmaligen Inbetriebnahme eines Netzes sowie bei der Verwaltung und Visualisierung des installierten Stromverteilungssystems. Sobald das System anläuft, werden die Stromverteiler und ihre Verbraucher erkannt und mit den aktuellen Verbrauchszahlen auf einem Industrie-PC oder Hauptbildschirm angezeigt.
Es ist auch möglich, ein Lastmanagementsystem zu integrieren. Ziel ist es, das Überschreiten vordefinierter Maximallastwerte zu verhindern.
Daher ist es sinnvoll, im Voraus festzulegen, welche Lasten eine automatische Umschaltung ermöglichen.
Zustandsüberwachung:
Die Zustandsüberwachung von Lasten im Stromverteilungsnetz sowie von Maschinen und Anlagen basiert auf der regelmäßigen Erfassung und Analyse relevanter Daten und gewährleistet so einen sicheren und effizienten Betrieb. Neben der Messung der Leistung an den Verteilerkästen wird das gesamte Stromverteilungsnetz und seine HARTING smart Power Network-Einheiten kontinuierlich überwacht. Jegliche Veränderungen der Anlagen- und Netzqualität werden analysiert und protokolliert. Dadurch
können beispielsweise Spannungsabfälle, potenzielle Kabelbrüche oder Fehlanschlüsse unmittelbar vor einem Systemausfall erkannt werden.
Energieverbrauch:
Ein umfassender Überblick über die Energieverbraucher ist unerlässlich, um Energiekosten effektiv zu senken. Die HARTING smart Power Network-Einheiten in jedem Unterverteiler oder Steuerschrank nutzen daher eine integrierte Messschaltung, um Daten zur Berechnung des Stromverbrauchs zu erfassen und zu speichern. Die einfachste Möglichkeit zur Reduzierung des Energieverbrauchs ist die Abschaltung von Verbrauchern. Das standardisierte I/O-System in den steuerbaren Stromverteilungssystemen ermöglicht die Abschaltung nicht benötigter Verbraucher oder Systeme über eine SPS, ohne dass zusätzliche Protokolle erforderlich sind.
Visualisierung:
Sämtliche Messdaten der Anlage werden auf Industrierechnern verarbeitet.
Die Daten werden über eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle von den HARTING smart Power Network-Einheiten ausgelesen, verarbeitet und archiviert.
Signifikante Änderungen der Messwerte werden erfasst, analysiert, gespeichert und je nach ihrer Bedeutung auf Industrierechnern oder im Kontrollraum angezeigt. Beispielsweise wird die Leistung der gesamten Anlage oder jedes einzelnen Ausgangskreises berechnet. Auch die Auslastung im Verhältnis zur Nennleistung sowie ein Überlastalarm werden angezeigt.
Vorteile
• Automatische Erkennung des Stromnetzes durch intelligente Stromverteiler.
• Erhöhte Systemverfügbarkeit durch Funktionen zur Netzstatusüberwachung.
• Erfassung und Analyse des Energieverbrauchs im Netz.
Autor:
Andreas Huhmann, Strategieberater Konnektivität & Netzwerke, Deutschland, HARTING Technologiegruppe
