Exakt statt „Pi mal Daumen“

Wer Prozess- und Energiedaten erfasst, kennt die Kapazitätsauslastung seiner Fertigung und hat hierbei stets den Verbrauch an Produktionsressourcen und Strom im Blick. Die ersten wichtigen Schritte erfordern keine hohen Investitionen oder aufwendige Umbauten, wie IPF mit einer hochflexiblen Systemlösung zeigt. 

Informationen sind eine wesentliche Grundlage, auf der wir Entscheidungen treffen. Die kontinuierliche Erfassung von Prozessdaten in Echtzeit und deren Analyse, möglicherweise ergänzt durch ein Energiemonitoring, erhöht maßgeblich die Transparenz auf vielen Ebenen. Und das ist eine zentrale Voraussetzung für den gezielteren Einsatz aller Fertigungskapazitäten und -ressourcen sowie nachhaltige Energiekosteneinsparungen. 

Keine Angst vor dem ersten Schritt 

Im Grunde weiß das jeder. Dennoch scheuen viele vor den ersten, entscheidenden Schritten zurück: zu teuer, zu aufwendig, zu kompliziert, zu unflexibel, etc. 

IPF belegt indes, dass solche Ängste unbegründet sind, denn mit einer herstellerunabhängigen Systemplattform können Unternehmen jeder Größe jetzt Schritt für Schritt eine effektive Erfassung von Prozess- und Energiedaten implementieren – ohne hohe Anfangsinvestitionen oder Folgekosten und jederzeit skalierbar. 

Was kann alles erwartet werden? 

Wer unter hohem Kostendruck steht, muss handeln. In diesem Zusammenhang gibt es eine ganze Reihe an Argumenten, die für eine kontinuierliche Sammlung, Speicherung und Analyse von Prozessdaten sprechen, hier sind die Wichtigsten: 

• höhere Prozessstabilität und Transparenz durch Echtzeitdaten 
• datengestützte, stets nachvollziehbare Entscheidungen 
• von Arbeitsvorgängen und Produktionsaufträgen unabhängige Erfassung und Speicherung von Prozesswerten 
• exakte Kostenzuordnung auf allen Ebenen 
• schnellere und gezieltere Reaktionen auf Produktionsengpässe und -ausfälle 
• spürbare Kostensenkungen 

Alles Argumente, die im Übrigen auch für Altanlagen gelten, deren Laufzeit durch ein Retrofit verlängert und mit einer Prozessdatenerfassung zugleich „fit“ für die Digitalisierung gemacht werden können. 

Ein erheblicher Zusatznutzen entsteht durch die Hinzunahme eines Energiemonitorings als Basis zur genauen Kalkulation und Dokumentation von Energieverbräuchen im Sinne eines Energiemanagements gemäß ISO-50001. Außerdem lassen sich hierdurch die CO2-Kosten bis auf Anlagen- und Prozessebene exakt ermitteln, damit u.a. die Anforderungen eines Nachhaltigkeitsreportings (Corporate Sustainability Reporting Directive, (CSRD) erfüllt werden können. 

Aller Anfang muss nicht schwer sein 

Und was ist alles erforderlich, um solche und weitere Ziele zu erreichen? Nur wenig: Das IIoT-Gateway BY000002, für ein Energiemonitoring das Energiemessmodul AB000008 und optional das I/O-Modul AB000009 sowie, ebenfalls optional, weitere Sensorlösungen und Stromwandler von IPF. 

Allein das Gateway ermöglicht schon die Überwachung und das Monitoring einer einzelnen Anlage oder lässt sich alternativ auf Betriebsebene als vernetzte, unternehmensweite Lösung implementieren. 

Als Einzellösung wird das Gateway bspw. über die vorhandene OPC U/A-Schnittstelle direkt mit einer SPS verbunden und generiert damit bereits eine Fülle an Daten (Maschinenlaufzeiten, Störungen, gefertigte Stückzahlen, etc.). 

Mehr Daten gefällig? Durch die Erweiterung des Gateways mit zusätzlicher Sensorik lassen sich weitere Daten und Messwerte für die Analyse und Auswertung heranziehen. 

Auf Betriebsebene wird das Gateway, das viele gängige Kommunikationsprotokolle unterstützt, einfach in die vorhandene Netzwerkstruktur eingebunden und bei Bedarf skaliert. In einer betriebsweiten Topologie bildet ein Gateway den Master, der die Daten und Messwerte der dezentralen Gateways zur Visualisierung, Analyse und Auswertung zusammengeführt. 

Detaillierter Blick auf das System 

Ein leicht einzurichtendes Betriebssystem ist auf dem BY000002 bereits vorinstalliert, ebenso eine Webclient-Lösung (Freeware), die die Messdaten verarbeitet, bereitstellt und auf einem Dashboard visualisiert. Das Gateway ermöglicht u.a. den Anschluss von bis zu sechs digitalen und vier analogen Sensoren bzw. beliebig vieler Sensoren über Modbus. 

Reicht das nicht, kann das BY000002 mit dem I/O-Modul AB000009 um weitere digitale und analoge Schnittstellen erweitert werden. 

Das Energiemessmodul AB000008 wiederum dient gemeinsam mit Stromwandlern von IPF zur Messung und Auswertung von Energieverbräuchen, z. B. von Maschinen, Anlagen oder Druckluftkompressoren. 

Abschließend zwei konkrete Praxisbeispiele, die verdeutlichen, dass momentan das Thema Energie eine hohe Priorität besitzt. 

Automatisierte Zählerablesung 

Ein metallverarbeitender Betrieb erfasst regelmäßig manuell die Messwerte von 40 im gesamten Betrieb verteilten Energiezählern, indem Mitarbeitende jeden Zähler aufsuchen, verschiedenste Messwerte ablesen und notieren, um sie später in eine Tabelle zu übertragen. 
Der gesamte Vorgang soll mithilfe der Gateways von IPF automatisiert und die Messwerte zentral visualisiert und weiterverarbeitet werden. 
Fünf Gateways wurden zur Erfassung der Zähler-Messwerte installiert. Ein weiteres Gateway dient als Master, der alle Messwerte zur Visualisierung in einem Dashboard zusammenführt. 

Die Ergebnisse: Das Unternehmen spart enorm viel Zeit durch die automatisierte Erfassung verschiedener, jetzt jederzeit auch im Firmennetzwerk abrufbarer Messwerte der Energiezähler und vermeidet zusätzlich Fehlerquellen durch zuvor handschriftliche Notizen. Das System ermöglicht die zentrale Verarbeitung, Analyse und Visualisierung aller Messwerte auf einem Dashboard, wobei sich die Verbrauchswerte für beliebige Zeiträume nach Excel exportieren lassen. Darüber hinaus erfüllt der Betrieb nun die Voraussetzungen für ein Energiemanagement gemäß ISO-50001. Und auch der Wunsch nach einer automatischen E-Mail-Benachrichtigung bei Überschreitung von Verbrauchswerten wurde erfüllt. 

Energiemonitoring von Maschinen 

Maschinen sind in der Regel immer energieintensiv, insbesondere wenn es sich um Laseranlagen handelt, wie bei einem auf die Blechbearbeitung spezialisierten Unternehmen. Der Betrieb möchte daher die Energieverbräuche von fünf Anlagen, darunter auch eine Schleifanlage mit Absauganlage, kontinuierlich überwachen, analysieren und auswerten. 
Hierzu wurden ein Gateway sowie fünf Energiemessmodule (AB000008) und 15 Stromwandler von IPF benötigt. Die AB000008 messen in Kombination mit den Stromwandlern die Energieverbräuche der Anlagen. Aufgrund der dreiphasigen Drehstromversorgung benötigt jede Phase einer Maschine einen Stromwandler. Alle Wandler sind mit den an das Gateway angeschlossenen Energiemessmodulen verbunden. Das Gateway führt die Messwerte zusammen und visualisiert die Verbrauchsdaten auf dem Dashboard. 

Die Ergebnisse: Das Unternehmen erfasst nun kontinuierlich die Messwerte von fünf Anlagen und visualisiert sie zentral auf einem Dashboard. Durch die Analyse der tatsächlichen Verbrauchsdaten in Echtzeit können konkrete Maßnahmen für Energieeinsparungen getroffen werden. Auch hier besteht die Möglichkeit, Verbrauchswerte nach Excel zu exportieren und bei Überschreitungen von Messwerten automatisch eine E-Mail zu generieren. Last, but not least, sind ebenfalls die Voraussetzungen für ein Energiemanagement erfüllt.