Marktneuheit: kostengünstige Effizienzsteuerung für Druckluftanlagen

In Fertigungsbetrieben werden oft mit Druckluft betriebene Produktionsanlagentechniken eingesetzt. Diese kommen nicht nur mit einer deutlich hörbaren Geräuschkulisse von Klacken, Zischen und Säuseln daher, sondern auch mit hohen Energiekosten, die durch Druckverluste entstehen. Mit der Marktneuheit, dem Multifunktionsgerät GHM-ONE, kombiniert mit dem Engineering-Tool GHM-CAT (Configuration and Application Tool) und den hochgenauen Sensoren des bekannten Messtechnikherstellers GHM GROUP können diese Verluste beseitigt und weitere Energiekosten nach DIN EN ISO 50001 eingespart werden, sodass die Energieeffizienz der Anlagen deutlich gesteigert wird.

Die Anforderungen

Bei der Druckluftversorgung von industriellen Produktionsanlagen kommt es auf eine für alle Maschinenabläufe ausreichende Luftmenge bei konstantem Systemdruck sowie auf eine zuverlässige Vermeidung einer Taupunktunterschreitung an. Die eingesetzte Messtechnik ermöglicht eine Ermittlung der Leckage und gibt Hinweise zur Anlagenoptimierung und dauerhaften Energiekostensenkung. Durch eine intelligente zeitoptimierte Zuschaltung der einzelnen Verbrauchermaschinen lässt sich perspektivisch die verbrauchte Gesamtluftmenge in ökonomisch sinnvollen Grenzen (gemessen an den gestaffelten Energiepreisen für Maximalabnahme) einhalten. Die gezielte Wärmerückgewinnung der Kompressor-Anlagen zur Raumlüftungstechnik erfüllt einen weiteren Punkt der Energieeinsparung nach DIN EN ISO 50001. Jederzeit müssen die Anlagenprozessdaten sowie die individuellen Verbrauchswerte zur Sicherstellung der Druckluftqualität und Fertigungsverfügbarkeit automatisch überwacht und die Verläufe dokumentiert werden, übersichtlich einsehbar vor Ort und dezentral abrufbar im Firmenkommunikationsnetzwerk.

Praxiserprobter Lösungsweg

Als zentrales Energiemanagement-System eingesetzt zeigt die kompakte Multifunktionseinheit GHM-ONE, die mit einem farbigen Touch-Display ausgerüstet ist, dem Anlagenbetreiber den Zustand der Prozessdaten und Trendkurvenverläufe (Kurz- und Langzeit) zur Effizienzbeurteilung besonders übersichtlich. Direkt angeschlossen werden die Sensoren, wie ein Taupunktmessumformer (Messbereich -20 bis +30°Ctd, optional -40 bis +30°Ctd), Druckmessumformer (0..16 bar) für den Systemdruck Typ GHM Serie EPS 2, Volumenstrommesser in m³/min Typ GHM Labo-FG-I/U/F/C, der aus Strömungsgeschwindigkeit und Gasdichte zuverlässig das verbrauchte Volumen berechnet. Mit zugehörigen Temperatursensoren und über Motoren (für Ventilatoren, Klappen) werden die Zu- und Abluft inkl. Umluft der zentralen Kompressorstation und z.B. des Nebenraums geregelt. Eine leicht auch auf die individuellen Verbraucher erweiterbare Anzahl von Energiezählern (kW/h) vervollständigt neben dem Anschluss von Logiksignalen für die Start- und Verriegelungssignale die komplette Prozessdatenerfassung im GHM-ONE (MDE, BDE). Dazu erfolgt eine individuelle Anpassung durch die modulare Gerätesystemtechnik und die direkt anschließbare industrielle Netzwerktopologie (Feldbus und Ethernet) jederzeit bei diesem Multifunktionsgerät, das auf einem leistungsstarken Prozessor basiert, der zusammen mit einer Relaiskarte und der Netzteilkarte das Grundgerät bildet. Das Grundgerät wird mit einer Kommunikationskarte und bis zu zwei I/O-Karten an die Applikation angepasst. Die Anzahl von physikalischen Ein- und Ausgängen wird über die Kommunikationskarte erweitert. Dieser modulare Aufbau ermöglicht eine spezifische Anpassung der Hardware an die Automatisierungsaufgabe.

Schnelle Anpassung

Die schnelle Anpassung der Softwarekomponenten an die individuellen Kundenanforderungen erfolgt über das intuitiv grafisch bedienbare Tool GHM-CAT. Es besteht im Wesentlichen aus dem Funktionsplan-Editor, dem HMI-Editor, dem Menü-Editor, der Simulation, sowie einer Inbetriebnahmeunterstützung aus Debug-Funktion und Online-Diagrammen.
Das Kernstück der Applikationserstellung ist der Funktionsplan-Editor mit der Funktionsbaustein-Bibliothek. Der Anwender stellt mit Hilfe der Funktionsbausteine ohne Programmierkenntnisse seine Applikation zusammen.
In der Bibliothek befinden sich mehr als 100 getestete Funktionen, die vom Anwender einfach auf der Arbeitsoberfläche platziert und mit Hilfe der Computer-Maus verdrahtet werden. Das Deklarieren von Variablen oder das komplexe Zuweisen von Funktionen entfällt. Auf diese Weise kann der Anwender seine Anlage oder sein Verfahren aus fertigen Bausteinen effektiv nachbilden.
Die Bedien- und Beobachtungseiten der Applikation werden mit einem integrierten Designer erstellt. Damit lassen sich spezifische Informationen für den „Mann vor Ort“ übersichtlich darstellen und auch detailliertere Seiten für den Servicetechniker erstellen. Diese Seiten sind in ihrer Darstellung frei. Es ist sogar möglich, Prozessbilder oder andere Grafiken einzubinden. Darüber hinaus kann der Anwender noch textbasierte Bedienseiten erstellen, um eine zügige Eingabe von mehreren Prozessdaten zu ermöglichen.
Nachdem die Applikation erstellt wurde, wird diese im GHM-CAT auch getestet. Die Software bietet mit der Simulation eine exakte Nachbildung des Gerätes in all seinen Funktionen. Selbst die Ein- und Ausgänge der Hardware können simuliert werden. Der Anwender kann so – ohne jedes Risiko für die Anlage – die Applikation im ersten Schritt testen. Im Rahmen der Inbetriebnahme wird der Anwender weiter von der GHM-CAT Software durch verschiedene Forcing und Debugging Funktionen sowie durch eine ausgefeilte Onlinedarstellung von analogen und digitalen Werten unterstützt. Mit dieser Vielfalt an Informationen und Eingriffsmöglichkeiten steht einer effizienten Inbetriebnahme nichts im Weg.

Datenaufzeichnung und Trenddarstellung

Die Bibliothek des GHM-ONE bietet die Möglichkeit, einen Datenlogger und einen Datenschreiber im Gerät zu realisieren. Die Konfiguration des Datenloggers erfolgt über Funktionsblöcke direkt in der GHM-CAT Applikation. Dabei ist es möglich, digitale und analoge Signale in verschiedenen Zeitrastern zu loggen.
Die analogen Daten können dabei als Min-, Max- oder Mittelwerte über bestimmte Zeitraster aufgezeichnet werden. Die Daten werden im Gerät auf einem eMMC-Chip gespeichert und können über den Ethernet-Port via FTP und über den frontseitigen USB-Port ausgelesen werden. Im Gerät stehen 2 GB zur Datenspeicherung bereit.
Die ausgelesenen Daten stehen dem Anwender in einem Standard ASCII Format (csv) zur weiteren Bearbeitung und Analyse zur Verfügung. Die Trenddarstellung am Gerät erfolgt auf vordefinierten Bedienseiten. Es können bis zu 4 Ganglinien in einem Trend dargestellt werden.
Durch die Kaskadierung der Funktion lassen sich verschiedene Zeitraster darstellen. Da der Trendblock mehrfach in der Visualisierung aufgerufen werden kann, ist es möglich, den GHM-ONE als Mehrkanalschreiber einzusetzen. Die Trenddarstellung ist unabhängig von der Logger-Funktion. Somit können unterschiedliche Prozesssignale angezeigt und aufgezeichnet werden. Darüber hinaus stellt die Bibliothek Alarmmanagement-Funktionen zur Verfügung. Ein Funktionsblock lässt sich zur Anzeige von Alarmlisten im Klartext am Gerät nutzen. Das Alarmmanagement beinhaltet eine Quittierfunktion.

Konkrete Ergebnisse

Mit dieser Ausrüstung ermittelt der Anwender sowohl die individuellen Verbrauchsabläufe seiner einzelnen Fertigungsmaschinen als auch den Leckage-Anteil in der gesamten Anlage. Auf Basis der daraus gewonnenen Prozessdatenanalyse werden die notwendige Anzahl der zu aktivierenden Schraubenkompressoren, die Verringerung/Verkleinerung der eingesetzten Pufferspeicher an den Maschinen, und die Maßnahmen zur Leckage-Beseitigung so optimiert, dass durch einen intelligent ablaufenden, individuellen Maschinenstart die gesamte vom System bereitzustellende Druckluftmenge jederzeit zuverlässig ausreicht und ein Ablauf erfolgt, der den aktuellen Energiepreisstaffelungen für Maximalentnahmen optimal angepasst ist.
Die Idee dahinter wird in der Praxis so umgesetzt, dass durch intelligentes verzögertes Einschalten eines einzelnen Großverbrauchers die Verbrauchsspitzen reduziert werden. Nach mathematischer Berechnung gibt der GHM-ONE die Maschinenfreigabe vor. Dadurch dass jede Maschine einen kleinen Pufferspeicher hat, ist es auch elegant lösbar, dass mittels eines einfachen Stellventils der direkte Zustrom der Druckluftversorgung reduziert wird, um die schlagartigen Durchflussspitzen im System zu dämpfen. Die rote Kurve in der Grafik zeigt den Gesamtvolumenstrom – allein während des 5-minütigen Aufzeichnungsintervalls schwankt dieser zwischen 55 und 20m³/min.
In einem konkreten Fall war eine maximale Kompressorleistung von 65m³/min installiert. Dank der durchgeführten Harmonisierung wurde diese Maximalleistung jedoch nicht mehr benötigt. Dazu konnte der Systemdruck um 0,2bar auf 7,8 bar (1 bar entspricht ca. 6% weniger Kosten) reduziert werden. Bei einem Bedarf von 35 m³/min für den Regelbetrieb konnte auch die alte, rechnerisch bestimmte Größe der Druckluftspeicher von 90 m³ um 15 bis 20 m³ durch das verzögerte Zuschalten der Verbraucher verkleinert werden. Die Ermittlung der Leckage ergab einen Verlust von 0,4 bis 0,5 m³/min pro Maschine, der nach Beseitigung der Ursachen bei Energiekosten von 2 ct/m³ einen zusätzlichen täglichen Gewinn von mehreren Euro pro Schicht erzielt und sich bei 13 Maschinen im 3-Schicht-Betrieb auf fast 50.000€ im Jahr kumuliert. Für die Wärmerückgewinnung steht je nach Kompressor ca. bis 50 kW Wärmeleistung pro Stunde zur Verfügung.
Das Facility Management der gesamten Druckluftanlage erfolgt über das intelligente Multifunktionsgerät der GHM GROUP, dem GHM-ONE. Ausschlaggebend für den Einsatz erweist sich die grafische Darstellung des aktuellen Energiemanagements per Trendgrafiken auf dem Vor-Ort-Display und die einfache Kommunikation mit per Firmennetzwerk angeschlossenen mobilen und stationären Computern (MES, ERM). Sowie der sehr preisgünstige Investitionsbedarf.

Fazit

Damit stellt der GHM-ONE eine profitable Lösung für den Anlagenausrüster, die sich individuell auf die Anforderungen von Produktionsbetrieben maßschneidern lässt und die Aufgaben der Beratung, Planung, Installation, Energieeffizienz, Wartung, Service und Kundendienst verlässlich unterstützt. Für den Produktionsbetrieb bedeutet der Einsatz der GHM Technologie eine kosteneffiziente und zuverlässige Realisierung, die jederzeit Transparenz im Prozessablauf aller Maschinen und des Druckluftversorgungssystems aufzeigt.

Mehr Informationen finden Sie hier: www.ghm-one.com

Die GHM Messtechnik GmbH ist ein wegweisender Spezialist und Komplettanbieter für innovative Mess- und Regelungstechnik. Mit 300 Mitarbeitern an fünf Standorten in Deutschland und Italien entwickelt und produziert das Unternehmen ein breites Sortiment von mehr als 2.000 qualitativ hochwertigen Gerätetypen.

Das vielseitige Portfolio umfasst die Bereiche Industrie-Elektronik, industrielle Sensorik, Umweltmesstechnik, Wasseranalyse, Prozessmesstechnik (Hygienic Design), modernste Labor- und Handmessgeräte und Messdatenerfassung.

Entstanden aus der Fusion der Firmen Greisinger, Honsberg, Martens, Imtron und Delta OHM versteht sich die GHM GROUP als Traditionsunternehmen, das der Vision der Gründer und konsequent dem Anspruch folgt, die Mess- und Regelungstechnik mit Entwicklungen und anwendungsspezifischen Lösungen mit höchstem Kundennutzen nachhaltig voranzutreiben.

Im Mittelpunkt steht dabei die Bündelung der Technologiekompetenzen zur Entwicklung von kunden- und marktgerechten Lösungen, zugeschnitten auf die hohen Ansprüche von Industrie und produzierendem Gewerbe. Neben langjährigem Know-how und neuesten Fertigungsmethoden bietet die GHM GROUP dazu kompetente Applikationsberatung und umfassenden Kundendienst, hohe Flexibilität auch bei kleinen Stückzahlen, schnelle Geräteanpassungen und kurze Lieferzeiten. Das alles bei einem herausragenden Preis-Leistungs-Verhältnis.

Rückfragen | Kontakt:
Anika Taubert
Leitung Marketing Communications