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Energie-Management in der Produktion

Energie-Management als Aspekt von Industrie 4.0

12. November 2013, 17:38 Uhr | Andreas Knoll

Industrie-4.0-Vernetzungsmodell der Smart Factory mit dem realen Umfeld

Angesichts steigender Energiepreise wächst das Interesse an Energie-Management in der Produktion - immer mehr Firmen sehen darin nicht nur eine lästige Pflicht, auch wenn viele noch die Investitionskosten scheuen. Wie ist nun der momentane Stand der Dinge in Sachen Energie-Management, und wie wird die Zukunft aussehen?

Seit jeher sieht der Mensch seine Energieversorgung als erste Priorität. Im Laufe der industriellen Revolutionen haben sich zwar die Bedürfnisse, nicht aber die Prioritäten geändert. Heute sind wir im Übergang zum Zeitalter von Industrie 4.0 in der Lage, intelligent mit unserem Energiebedarf und -verbrauch umzugehen. Das Online-Lexikon Wikipedia definiert den Begriff Energie-Management folgendermaßen: »Zum Energie-Management gehört die Planung und der Betrieb von energietechnischen Erzeugungs- und Verbrauchseinheiten. Ziele sind sowohl die Ressourcenschonung als auch Klimaschutz und Kostensenkungen, bei Sicherstellung des Energiebedarfs der Nutzer. Der Teilbereich Energie-Controlling unterstützt das kosten- und materialeffiziente Energie- und Stoffstrom-Management.«

Energie-Management aus dem Blickwinkel der Produktion

Mit dem Begriff Energie ist nicht nur die elektrische Energie, sondern auch Wasser, Wärmemenge, Gas, Dampf und Luftdruck gemeint. Der Begriff Management definiert sich laut Ashkan Ashouriha, Commercial Engineer View & Information Software bei Rockwell Automation, ganz grob durch drei Phasen:

Datenaufzeichnung bzw. Beschaffung: Die Grundlage für ein Management sind Informationen (Daten). Die richtigen Daten am richtigen Ort zur Verfügung zu stellen, bildet das Fundament für sämtliche Entscheidungen.
Analyse und Bilanzierung: Befinden sich die Daten am richtigen Ort, so ist ihre Lesbarkeit und Darstellung von essentieller Bedeutung. Also werden die Daten gesichtet, priorisiert, bilanziert und in der richtigen Form bereitgestellt.
Entscheidungen: Ziel eines Managements ist es, nach einer Datenaufzeichnung und Analyse aussagekräftige Berichte zur Entscheidungsfindung zu bekommen. Hierbei ist Minimalismus und Übersichtlichkeit entscheidend.

Anforderungen und Möglichkeiten - gestern und heute

In der Vergangenheit waren die Anforderungen an das Energie-Management relativ simpel: »Die Datenaufzeichnung konzentrierte sich auf die Einspeisefelder des Energieversorgungsunternehmens (EVU) oder auf Wärmemengen«, erläutert Ashouriha. »Die Daten wurden größtenteils manuell von einem Zählwerk abgelesen und in einem Tabellenkalkulationsprogramm eingetragen. Mit ihnen war man in der Lage, die Energiekosten getrennt von den restlichen Betriebskosten zu betrachten und gegebenenfalls eine Gegenrechnung zum EVU aufzustellen.« Inzwischen haben sich die Möglichkeiten der Datenaufzeichnung und Verarbeitung jedoch stark weiterentwickelt: »Intelligente Messgeräte, die sogenannten Smart Meters, erfassen und verarbeiten Mess- und Zählwerte«, führt Ashouriha aus. »Durch eine intelligente Auswahl der Installationsstandorte lassen sich die Verbräuche von Produktionslinien und -maschinen gezielt sammeln und auswerten.« Ein Problem taucht dabei häufig angesichts der unterschiedlichen Kommunikationsschnittstellen der Smart Meters auf: »Die Vielfalt proprietärer Bus- und Netzwerksysteme hemmt die Bereitschaft zur Integration in Bestandsanlagen«, gibt Ashouriha zu bedenken. »Dies führt zu hohen Zusatzkosten bei der spezifischen Peripherie, also unter anderem bei Verdrahtung und Steckern.«

Um für die Zukunft gewappnet zu sein, startete die ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) bereits Anfang 2011 die »Energy Initiative« und fügte Energie-Objekte zum CIP (Common Industrial Protocol) hinzu. Dadurch fiel der Startschuss für CIP Energy. Dies ermöglicht seither die Übertragung von Energiedaten über das Echtzeit-Ethernet-System EtherNet/IP. Abhängig von der Systemarchitektur in der Produktion lassen sich heute die Energieverbräuche zu bestimmten Produktionschargen ermitteln und vergleichen. Die Einbindung eines MES (Manufacturing Execution System) wie »FactoryTalk ProductionCentre« und von EMI-Systemen (Enterprise Manufacturing Intelligence) wie »FactoryTalk VantagePoint« erlaubt laut Ashouriha noch detailliertere Analysen: »Wie wäre es mit den Energiekosten je Produkteinheit, beispielsweise je Getränkedose oder Shampoo-Flasche, oder sogar mit der freigesetzten Menge an Kohlendioxid je Produkteinheit?« Dies seien nur einige Beispiele, wie detailliert eine Analyse aus Sicht des Managements sein kann.