Leistungsmonitoringsystem

Ziele des Energiemonitorings sind:

• Reduzierung des Stromverbrauchs
• Analyse und Optimierung der Fertigungsanlagen
• Vergleich fertigungstechnisch ähnlicher Anlagen
• Kostenrechnung bzw. -kalkulationen
• Controlling
• Optimierung beim Energieeinkauf

Mittels Energiemonitoring entwickeln wir das Thema »Condition Monitoring« für industrielle Anwendungen weiter. Aus den erfassten Strom- und Spannungsverläufen können mit neu zu entwickelnden Algorithmen Merkmale extrahiert werden, die Hinweise auf sich anbahnende Defekte oder Fehlfunktionen geben. Eine nachgeschaltete Auswertung mit Hilfe dieser Kriterien meldet den Betreibern Anzeichen auf mögliche Probleme in der Fertigung. Ziel ist es, mit diesen Informationen eine zustandsbasierte Wartung durchzuführen, statt Arbeiten nach einem starren Zeitplan, der den wirklichen Zustand der Maschine in keiner Weise berücksichtigt. Damit sollen Stillstandszeiten im Produktionsbereich, Anlagenreparaturen oder Ausschuss der produzierten Ware minimiert werden.

Viele energieintensive Unternehmen müssen eine Zertifizierung gemäß der Energiemanagement-Norm ISO 50001 durchführen und kontinuierliche Einsparungen nachweisen, um weiterhin steuerliche Erleichterungen beim Energiebezug zu erhalten. Bei existierenden Anlagen ist eine Nachrüstung mit Messeinrichtungen aufgrund von Platzbeschränkungen nur sehr schwierig durchzuführen. Es bietet sich eine Montage in den elektrischen Verteilerschränken an. Derzeitige Lösungen, die meist auf magnetoresistiven Messverfahren beruhen, sind relativ teuer, groß, haben keine integrierte Auswertung und geben die Messwerte mittels störanfälliger Analogsignale aus.

Das zusammen mit einem industriellen Anwender und Vermarkter entwickelte Energiemesssystem des Fraunhofer IIS bietet als flexibles Monitoringsystem verschiedene Alleinstellungsmerkmale. Es besteht aus busfähigen Messsensoren und einer Auswerteeinheit. Alle Komponenten sind platzsparend ausgelegt und können in vorhandene Verteilerschränke eingebaut werden, ohne den laufenden Betrieb zu unterbrechen. Durch die Integration von Spannungsmessung und Strommessung vereinfacht sich der Installationsaufwand. Die Montage erfolgt durch Aufpressen des Messsensors auf die zu überwachende Leitung.

Kernkomponente des Systems ist der Messsensor:

• Platine besteht aus einem Starrteil und einem Flexleiter
• Flipchip-Montage der Sensoren
• Gehäuse aus Kunststoff
• Dorn zur Kontaktierung des Leiters
• Feder für die Langzeitstabilität der Verbindung
• VDE-Zertifizierung

Die Spannungsmessung erfolgt über eine direkte Kontaktierung des Stromleiters während der Montage. Über einen Dorn werden die Spannungswerte abgegriffen und mit dem Analog-Digital-Umsetzer des Mikrocontrollers auf dem Messsensor digitalisiert und weiterverarbeitet. Die Strommessung wird von hochintegrierten Hallsensoren kontaktlos durchgeführt, welche ringförmig um den stromführenden Leiter angeordnet sind. Die einzelnen Messsensoren werden über eine Busverkabelung mit einer Auswerteeinheit verbunden. Diese hat die Aufgabe, mehrere Sensoren zu einer 3-Phasenmessung zusammenzufassen und die Sensoren logisch einer Anlage zuzuordnen. Eine übergeordnete Automatisierungs- oder Auswerteeinheit kann über eine Ethernetschnittstelle oder eine Modbus RTU-Schnittstelle alle anlagenbezogenen Messwerte sekundengenau abfragen. Zusätzlich speichert die Auswerteeinheit historische Messdaten in ihrem internen FLASH-Speicher. So stehen die Messdaten noch bis zu drei Tage dezentral zur Verfügung und können über den integrierten FTP-Server abgefragt werden.