Vorausschauende Regelung für Hydraulikanlage spart Energie

Das junge Kölner Beratungsunternehmen ManageE ist seit einigen Jahren in Kreisen von produzierenden, kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) als Automatisierungs- und IT-Dienstleister aktiv und bietet seit 2016 eine selbst entwickelte Energiemanagementsoftware an. Im Rahmen des Pilotprogramms Einsparzähler der Bundesanstalt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gelang es dem Unternehmen, den Energieverbrauch einer hydraulischen Presse bei einem Unternehmen am Niederrhein zu verringern. Das Beratungsunternehmen kombinierte dabei die Informationen des Energiemanagementsystems mit den Daten eines vorhandenen Produktionsplanungssystems.

Das Resultat sind verblüffende Erkenntnisse über die Anlagenauslastung, aber auch über bislang unbekannte Schwachstellen im Produktionsablauf, wie Alexander Kudrass, Projektleiter Energiemanagement berichtet: „Durch die Kombination von Planungsdaten, Ist-Werten und deren Vergleich mit den Buchungssätzen des Unternehmens wurden deutliche Abweichungen sichtbar, die vorher bei einseitiger Betrachtung der Energiedaten, aber auch der Buchungssätze nicht auffielen!“

Der Absolvent der Uni Duisburg ging mit seiner Analyse noch weiter: „Der Hauptenergieverbraucher des Unternehmens, eine hydraulische Presse, wies einen signifikanten Stromverbrauch außerhalb der Arbeitszeiten auf, was auf die kontinuierliche Temperierung großer Mengen Hydrauliköl zurückzuführen war. Eine einfache Isolierung des Tanks wäre nicht zielführend gewesen, da damit die Laufzeit des Freikühlers erheblich angestiegen wäre. Dessen Stromverbrauch hätte die Einsparung zu Nichte gemacht. Die verbaute zwei-Punkt-Regelung bot dagegen einiges Potenzial, weshalb wir für die Temperierung eine neue, vorausschauende Regelung entwarfen. Diese Regelung stützt sich auf die Produktionsplanungsdaten und bereitet die Anlage minutengenau auf ihren Bedarf hin vor.“

Kern der Regelung ist die Simulation des Anlagenverhaltens, indem Wärmeverluste, Kühlung, Heizung und Betrieb der Hydraulikanlage mathematisch abgebildet werden. Dadurch lässt sich der Heiz- und Kühlbedarf prognostizieren und mit den geplanten Einsatzzeiten abgleichen. In Zeiten der Nicht-Nutzung wie am Wochenende oder an Feiertagen entfällt somit der Heizzyklus und wird erst kurz vor dem geplanten Einsatz nachgeholt. Die Öltemperatur sinkt in dieser Zeit kontrolliert ab, wodurch auch die Wärmeverluste reduziert werden.

Bereits nach wenigen Tagen Nichtnutzung kühlt eine große Menge Öl ohne Zutun auf die Tagesmitteltemperatur ab. Das bedeutet, dass das Öl nachts wärmer und tagsüber kälter als die Umgebung ist. „Am letzten arbeitsfreien Tag kann es dann Sinn machen, den häufig verbauten Freikühler kurzzeitig als Wärmetauscher zu nutzen und Wärme aus der Umgebung dem Öl zuzuführen. Das ist energetisch teilweise effizienter, als die Heizung selbst“, so Kudrass. Mit der neuen Heizungsregelung kann der Energiebedarf außerhalb der Arbeitszeit um rund 85 Prozent reduziert werden, abhängig von Stillstandzeiten, Anlage und Umgebung.

Eine weitere Anwendung des Konzeptes der vorausschauenden Regelung sieht das Unternehmen bei der Regelung von Kälteanlagen, aber auch bei Heiz- und Druckluftprozessen, wie sie in nahezu jedem Unternehmen als Peripherie anzutreffen sind.

„Im Bereich der KMU findet man nicht den einzelnen Prozess, mit dem sich alles lösen lässt. Vielmehr erfordern die vielfältigen Prozesse und Anlagen der Kunden ein ganzes Portfolio an Lösungen. Da kommt ein zusätzliches Tool gerade recht, auch um sich von der Konkurrenz abzuheben! Für die Umsetzung des Konzeptes im Bereich der KMU gibt es bislang kein fertiges Produkt, es bleibt eine individuelle Lösung, da auch die Anbindung an vorhandene Planungssysteme projektiert werden muss. Daher sind wir stolz, ein fertiges Konzept anbieten zu können, auf das wir die Anlagen unserer Kunden hin überprüfen können“, so der Geschäftsführer des Beratungsunternehmens, Michael Pauli.

Die Datenverarbeitung findet auch beim hauseigenen Energiemanagementsystem vollständig serverbasiert statt, sodass der Kunde sich nicht um die Datenhaltung kümmern muss. Dieser Ansatz wurde für das Regelkonzept übernommen. „Sicherheitsbedenken können wir ausräumen. Wir arbeiten mittels VPN-Verbindung zu einem deutschen Rechenzentrum und nach deutschem Datenschutz. Das ist für uns notwendig und für die meisten Kunden kein Problem“, so Pauli.

Auch die Beeinflussung der Anlage erfolgt dank vollständig getrennter Speicher-Programmierbarer-Steuerung (SPS) unabhängig und ausfallsicher. Eine vorhandene Steuerung bleibt unberührt. Das Unternehmen am Niederrhein profitiert nun mehrfach von der Zusammenarbeit: Die vollständige Transparenz der Energieverbräuche enttarnte stille Verbraucher. Der Energiebedarf von Großverbrauchern kann nun präzise einem Auftrag zugeordnet werden. Das hilft bei der Kalkulation und Angebotserstellung. Die parallele Analyse von Energie- und Unternehmensdaten zeigte bislang unbekannte Potenziale in der Auslastung von Anlagen und auch im Arbeitsablauf. Energetisch kommt für etwa die Hälfte des Potenzials eine vorausschauende Regelung in Frage.

Die Aussichten für weitere Anwendungen sind so gut, dass sich die Ziele des in dem Unternehmen gelebten Energiemanagementsystems nach ISO 50001 auch in den nächsten Jahren verwirklichen lassen. do