Energiemanagementkonzept senkt Energieeinsatz und Fertigungskosten

Übersicht

Energieeffizienz und Kosten  

Daten erfassen, auswerten und Energieeffizienz steigern

  • Die Produktion nachhaltig gestalten durch den optimalen Einsatz von Energie- und Ressourcen.
  • Gemäß dem Gesetz über Energiedienstleistungen und andere Energieeffizienzmaßnahmen (EDL-G) müssen Nicht-KMU-Unternehmen mindestens 90 Prozent ihres gesamten Energieverbrauchs erfassen und ein aktives Energie- und Lastmanagement ableiten.

Anwendung

Cyber-physikalische Systeme erfassen den Energie- und Ressourcenbedarf  

Cyber-physikalische Systeme erfassen Bedarfe

Im Mittelpunkt von Industrie 4.0 steht die Entwicklung und Organisation selbststeuernder Fertigungsprozesse durch Cyber-physikalische Systeme (CPS). Die CPS beinhalten unter anderem Sensoren, über die sie die Zustandswerte der jeweiligen Applikation aufnehmen.

Wird die Sensorstruktur um Energiemesswerte erweitert, ist der erste Schritt zur Energiedatenerfassung vollzogen. Ausgehend vom Lösungsansatz, dass ein intelligentes Produkt als digitaler Artikel beschrieben ist, können die Energiekennwerte des Produkts künftig Teil dieser Beschreibung sein. So lassen sich Aussagen über den Ressourcenbedarf während des kompletten Lebenszyklus eines Produkts treffen. Außerdem erlaubt die Analyse der global verfügbaren Daten neue Aussagen und Empfehlungen im Hinblick auf eine ressourcenoptimierte Produktion.

Lösung

Betriebszustands-Diagramm für energieeffiziente Cyber-physikalische Systeme  

Energieeffiziente Cyber-physikalische Systeme

In Industrie-4.0-Lösungen umfasst jede autonome Bearbeitungsstation in der Regel eine eigene SPS, mit der ihre lokalen Funktionen gesteuert werden. Das übergeordnete Leitsystem kennt den aktuellen Auslastungsgrad der Anlage sowie den Bearbeitungsstand der gerade hergestellten Variante.

Ein Energiemanagement-Konzept kann hier den Energieeinsatz und die Fertigungskosten ohne Einschränkung der Produktivität senken. Dazu muss eine Ein- und Abschaltstrategie ermittelt werden, mit der sich die Bearbeitungsstationen des CPS bedarfsgerecht in den energetischen Optimalzustand versetzen lassen. Das Leitsystem überblickt die aktiv gemeldeten Stationen und kann ihre Eigenschaften-Beschreibung auslesen.

Zu den Daten, die zur Auswahl der Ab- und Einschaltstrategie benötigt werden, zählen die schaltbaren Betriebszustände und deren jeweiliges Energieniveau, die zugehörigen Transitionsbedingungen und -zeiten sowie die gegenseitigen Abhängigkeiten der Anlagenteile und -komponenten.

Den Kern des Energiemanagementkonzepts bildet eine Instanz, welche die Ab- und Einschaltstrategien auf Basis der erforderlichen Produktionsschritte der Komponente oder Variante anwählt. Die notwendigen Daten erhält sie aus der digitalen Artikelbeschreibung. Die Herausforderung besteht dabei darin, eine ausgeschaltete Bearbeitungsstation automatisch so zeitgerecht wieder hochzufahren, dass sie zum geplanten Zeitpunkt produktionsbereit ist.

Fazit

Die Umsetzung des Zukunftsprojekts Industrie 4.0 bedeutet nicht nur ein durchgängiges Engineering sowie eine nahtlose Kommunikation. Darüber hinaus ist ein wirtschaftlicher Umgang mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen gefordert.

Vor diesem Hintergrund können die Energiekennwerte in die digitale Artikelbeschreibung integriert werden, um Aussagen über den Ressourcenbedarf zu treffen. Ein geeignetes Energiemanagementkonzept kann dann Aus- und Einschaltstrategien errechnen, sodass sich die einzelnen Bearbeitungsstationen in den energetischen Optimalzustand überführen lassen.

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