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Applikationsbericht AN1002/V01 - SKET Industriepark GmbH Magdeburg

Energieeffizienz auch in der Schwerindustrie ein Thema

Energiedatenerfassung bei der Firma SKET Industriepark GmbH in Magdeburg

Die wirtschaftliche Effizienz spielt neben den direkten Stromkosten und der effektiven Kapazitatsauslastung der Energieverteilungssysteme und -einrichtungen eine wichtige Rolle. Um eine kontinuierliche Energiedatenerfassung umzusetzen, sucht das Unternehmen SKET Industriepark GmbH Unterstutzung bei den Firmen Janitza electronics GmbH und HIT HIGH TECH Ingenieurgesellschaft mbH.

AUTOR

Volkmar Bieniek

Firma Peter Kremser e.K., Elektro-Ing.-Buro / Werksvertretungen

ist als Vertriebsingenieur Produktverantwortlicher fur das Fabrikat Janitza® electronics. Neben dem Vertrieb der o.g. Produkte begleitet und unterstutzt er seine Kunden bei der Umsetzung ihrer Projekte und kann dabei auf eine jahrelange Erfahrung zuruckgreifen.

Die Firma HIT HIGH TECH Ingenieurgesellschaft mbH mit Sitz in Wilhelmshaven wurde von der Firma SKET Industriepark GmbH (Magdeburg) – ein Tochterunternehmen der Firma ENERCON in Aurich mit der Hauptfertigung von mechanischen Komponenten fur Windkraftanlagen (Flugel, Turme, Gondeln) – beauftragt, ein System zur einheitlichen, niederspannungsbezogenen Abrechnung der Energiekosten zu erstellen und die Trafoverlustleistungen auf die entsprechenden Kosten-stellen zu verteilen.

Bislang konnten die Energiedaten der vorhandenen Energiezahler nur „per Hand“ abgelesen werden. Um diesen aufwendigen Arbeitsprozess zu optimieren, vernetzte man die Energiezahler, um einen automati-sierten Workflow zu erzielen.  Durch diese Ma?nahme kann man auf dem SKET Industriepark heute 77 Messpunkte elektronisch abfragen und erhalt zusatzlich eine automatische Uberwachung uber wichtige, elektrische Parameter.

Die Umsetzung zu einer elektronischen Datenmessung und -uberwachung

Bild 1: Graphische Programmierung über die GridVis

Da bereits ein Profibus LWL Ring zu den gro?en Lastverteilern bestand, war die Art und Weise der Datenubertragung schnell geklart. Die einzige Schwierigkeit gestaltete sich darin, dass in den Verteilern nur sehr wenig Platz zur Verfugung stand und somit nicht jedes Messgerat aus dem umfangreichen Portfolio zum Einsatz kommen konnte. Um den eingeschrankten Platzverhaltnissen zu entsprechen, musste ein besonders kompaktes Messgerat fur die einzelnen Abgange gefunden werden. Man entschied sich fur das Universalmessgerat UMG 103 der Firma Janitza electronics GmbH. Jedoch reichte das UMG 103 mit seiner RS 485 / Modbus-Schnittstelle nicht vollig aus. Die Daten, die diese Messgerate bereitstellen, mussen uber eine Profibus-Anbindung dargestellt werden. Auch in diesem Punkt stand schnell eine Losung parat. Neben dem UMG 103 entschied man sich Janitza?s UMG 604EP einzusetzen. Das UMG 604EP ist ein hochmodernes Messgerate mit einer Abtastung von 400 Samples pro Periode, das neben der Profibus- auch uber eine Modbus- Schnittstelle RS 485 und RJ 45 Ethernet verfugt.  Das UMG 103 dient in diesem Fall als Datenmesspunkt, welches die Messdaten aufnimmt und zum UMG 604EP weiterleitet. Uber den Netzanalysator UMG 604EP werden nun neben den Verbrauchsdaten weitere wichtige Kennzahlen wie Strome, Leistungen und Oberschwingungen von den Trafostationen abgebildet. 

Das UMG 604EP liefert eine Reihe an Funktionalitaten. Neben der Durchfuhrung von zuverlassigen Messungen bietet es auch eine gleichzeitige Bearbeitung von 7 Steuerprogrammen an.  Speziell hierfur hat die Firma Janitza electronics GmbH ein Programm (Multitouch) entwickelt, das die Variablen der an der RS 485 angeschlossen Slave-Messgerate, in diesem Fall das UMG 103, auf globale Variablen im UMG 604 schreibt. Somit ist es moglich diese Gerate als Profibus-, Modbus / TCP- oder BACnet-Gateway zu nutzen. 

Modbus-Profibus-Gateway

Bild 2: Netzstruktur

Bild 3: Profibus-Profil

Mit der graphischen Programmierung ist ein Modbus- Profibus-Gateway zu erstellen realisierbar. Im folgenden Beispiel werden uber Modbus Slave-Messgerate aus-gelesen. Die ermittelten Werte werden auf ein Profibus- Profil gelegt (Bild 1). Mit diesem Programm ist es nun moglich, Werte von Slave-Geraten ohne Profibus- Protokoll uber die Gateway-Funktion in ein Profibus- Profil zu schreiben.

Nun konnten alle Daten uber die angeschlossene SPS S7 erfasst werden. Bei der Umsetzung des Projektes hat die Firma HIT aus Wilhelmshaven ihr Know-how verwendet, um die ca. 2.000 Datenpunkte aus den Messgeraten in einer ubergeordneten Leitsoftware darzustellen. Zu diesem Zweck wurden fur die einzelnen Messgerate die entsprechenden Profibusprofile erzeugt, die von der SPS zyklisch abgearbeitet werden (Bild 2).

Der Power Analyzer kann 255 Profibus-Profile verwalten (16 Profile in der Konfiguration). Jedes Profibus-Profil enthalt maximal 128 Datenbytes. Das erste Datenbyte des Ausgabebereiches der SPS enthalt immer die Profilnummer des vom Power Analyzer angeforderten Profibus-Profils. Um ein Profibus-Profil anzufordern, schreibt man die Profil-Nummer in das erste Byte des Ausgabebereiches der SPS (Bild 3). Alle Systemvariablen und globale Variablen konnen einzeln skaliert und in eines der folgenden Formate konvertiert werden: 8, 16, 32 Bit Integer mit und ohne Vorzeichen, 32 oder 64 Bit Float-Format (Big oder Little Endian). (Bild 4, 5 und 6)

Fazit

Mit dem Einsatz der Messgerate UMG 103 und den Netzanalysatoren UMG 604EP erhalt man eine Energieanalyse basierend auf den gewonnenen Daten der automatischen Messdatenerfassung. Durch die speziell entwickelte Leitsoftware wird die Basis geschaffen, alle verfugbaren Energiedaten ubersichtlich zu dokumentieren und zu verwalten. Ein kontinuierlicher Informationsaustausch, eine stetige Uberwachung sowie eine luckenlose Aufzeichnung der Daten ermoglichen eine transparente und allgemein nachvollziehbare Energie-Bilanz. Anhand dieser konnen Fehlerquellen eruiert und Verbesserungen an den einzelnen Anlagen zeitnah durchgefuhrt werden. Mit diesen Ma?nahmen ist eine Garantie gegeben, den Energieverbrauch sowie die Energiekosten immer im Fokus zu behalten.

Bild 4: Grafik Messwerteansicht

Bild 5: Trendaufzeichnung Spannung und Strom

Bild 6: Tabellarische Darstellung der Wirkarbeitswerte

Vorteile

  • Aktueller Uberblick uber die Energiedaten 
  • Basis fur Energiemanagementsystem nach EN 50001
  • Uberwachung der Leistungsdaten der einzelnen Verteilungen
  • Aufzeichnung von Ereignissen zur Verbesserung der Verfugbarkeit der Anlagen
  • Detaillierte Darstellung der unterschiedlichen Kostenstellen

Eingesetzte Betriebsmittel

Typ / Anzahl der Messgerate  Kommunikation Software
  • 15 x UMG 604EP
  • 62 x UMG 103
  • Profibus bis zum UMG 604EP
  • Modbus zwischen UMG 604EP Master und UMG 103 Slavegeraten
  • GridVis fur Spannungsqualitatsanalyse
  • Win CC fur Visualisierung und Abrechnung

Firmenportrats

Janitza electronics GmbH®

Janitza electronics GmbH® ist ein deutsches Unternehmen und seit 50 Jahren tatig auf dem Gebiet der Herstellung von Systemen fur effizienten Stromeinsatz, Energiemessung und Kosteneinsparung. Als weltweit bekannter Hersteller von Netzuberwachungs- und Energiemanagementgeraten, digitalen Einbaumessgeraten, Blind-leistungsreglern und Kompensationsanlagen steht das Unternehmen fur hochste Qualitatsstandards und Innovationen. Produkte werden nach neuesten Erkenntnissen mit modernster Produktionstechnologie hergestellt. Qualitatsmanagement ist bei Janitza eine kontinuierliche, unternehmerische Fuhrungsaufgabe (z. B. ISO 9001). Ein umfassendes Know-how, eine kompetente Beratung und Konzepterstellung bis hin zur Inbetriebnahme ma?geschneiderter Losungen erfullen die Wunsche und Anforderungen der Kunden. 

SKET Industriepark GmbH

Der SKET Industriepark vereint eine in Deutschland au?ergewohnliche Kombination aus leistungsstarker Produktion und innovativer In-dustriedienstleistung. Kernbereiche sind der komplexe Maschinen-und Anlagenbau, der schwere Stahlbau sowie die Fertigung und Bearbeitung von Komponenten fur Windenergieanlagen. Damit ist der SKET Industriepark Teil der neuen industriellen Kultur in Magdeburg, die sich der Herstellung von modernsten Anlagen zur Gewinnung regenerativer Energien widmet. Die im SKET Industriepark ansassigen Unternehmen profitieren vielfach von einer synergetischen Zu-sammenarbeit. 

HIT HIGH TECH Ingenieurgesellschaft mbH

Die HIT HIGH TECH Ingenieurgesellschaft mbH ist ein international agierendes mittelstandisches Unternehmen mit Sitz in Wilhelmshaven. Der Aufgabenschwerpunkt des erfahrenen und zukunftsorientierten Unternehmens liegt in der Planung technischer Gebaudeausrustung einschlie?lich moderner Gebaude- und Industrieautomation.  Das anerkannt kompetente und zuverlassige Ingenieurburo plant Projekte im Bereich der Elektrotechnik, Heizungs-, Luftungs-, Sanitar-und Klimatechnik auf hohem technischen Niveau, um so den Anforderungen der Kunden gerecht zu werden.  Es werden Gutachten erstellt und Prufleistungen gema? den Bestimmungen des VdS erbracht. Neben der korrekten und termin-gerechten Ausfuhrung entstehen aussagefahige Dokumentationen. Mit den qualifizierten und hoch motivierten Mitarbeitern wird den Kunden professioneller und verlasslicher Service geboten. Flexibilitat und sicherheitsorientiertes Handeln runden die freundliche und kundenorientierte Arbeit des Teams ab. 

Wichtige Mitteilung

Janitza electronics GmbH® bietete eine Sammlung von Applikationsberichten mit fundiertem Know-how zu den Themeblocken Power Quality Monitoring (PQM), Power Management (PM) und Power Quality Solutions (PQS) an. Ferner werden Fallstudien und Referenzprojekte behandelt.  Diese Applikationsberichte sind dazu gedacht, unsere weltweiten Distributoren und Vertretungen ebenso wie eigene Vertriebsleute zu schulen und das notige Basiswissen zu vermitteln. Andererseits sollen sie dazu dienen, sich wiederholende Fragen schnell zu beanworten und neue Trends fachlich fundiert zu ubermitteln.  Jede einzelne Ausgabe behandelt ein in sich geschlossenes Appli-kationsthema, eine spezifische Losung oder ein technisches Thema von allgemeinem Interesse.  Es ist die Absicht, das breite Applikations-Know-how der Firma Janitza electronics GmbH® und seiner Experten weltweit uber einen langjahrigen Zeitraum aufgebaut mit Partnern, die im Bereich PQM, PM und PQS tatig sind, zu teilen.  Einige Teile dieser Veroffentlichung mogen Aussagen zur Anwendung, Verwendung oder Verwendbarkeit in bestimmten Anwendungsbereichen oder Applikationen treffen. Diese Aussagen beruhen auf unseren Erfahrungen, typischen Nutzungen und typischen Anforderungen im Zusammenhang mit spezifischen Anwendungen. Es obliegt jedoch dem Kunden oder dem Anwender zu uberprufen, ob ein Produkt der Firma Janitza electronics GmbH® mit seinen Spezifikationen und spezifizierten Standards fur den jeweiligen Gebrauch einsetzbar ist. Dieser Appliktionsbericht kann durch uns ohne weitere Informationen abgeandert und auf den aktuellsten Stand gebracht werden. Sie erkennen dies an der Dokumentnummer auf der Ruckseite. Unsere Produkte werden detailliert in unseren Katalogen und Bertriebsanleitungen spezifiziert.

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