Energieeffizienzbewertung leicht gemacht

Drehen, stanzen, schneiden, sparen: Energiemanagement macht den Energieverbrauch in einer Stanzerei nicht nur transparent, sondern hilft auch, den Verbrauch zu optimieren.

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Herausforderung

Energieeffizienz mess- und sichtbar machen

Auf weit über 70 Maschinen und Anlagen fertigt die Siemens AG am Standort Nürnberg Vogelweiherstraße Umrichter und Motoren hoher Leistung teils in Losgröße 1. Der Energieverbrauch ist dabei ein erheblicher Kostenfaktor – und nicht immer wird die Energie auch produktiv genutzt. Daher suchten die Verantwortlichen am Standort nach einer Lösung, um den Energieverbrauch anhand des Betriebszustand der Maschinen bewerten zu können – und damit nicht nur den CO₂-Fußabdruck zu reduzieren, sondern auch den Energieverbrauch zu optimieren.
Die Lösung

Ein System für Energieverbrauch und Maschinenstatus

Durch die Kombination aus S7 Energieeffizienz-Monitor (mit S7-1200/S7-1500 und TIA-Portal) und SIMATIC Energy Manager PRO lässt sich der Energieverbrauch in „nicht-wertschöpfenden“ Zeiten wie dem Standby-Betrieb erkennen und anschließend optimieren. Der Clou: Die Lösung lässt sich nicht nur bei Neumaschinen realisieren. Mit einer intelligenten Lösung lässt sich das energetische Statusmodell auch im Maschinenbestand erfassen.

Um die Energieeffizienz von Maschinen richtig bewerten zu können, wird der Energieverbrauch am tatsächlichen Betriebszustand gespiegelt.

Die Frage, wie effizient eine Maschine Energie nutzt, lässt sich nicht allein an den Verbrauchsdaten erkennen, erklärt Tobias Grüner, Leiter Digitalisierung und Infrastruktur bei Siemens am Standort Nürnberg-Vogelweiherstraße: „Eine Maschine verbraucht während der produktiven Zeit natürlich mehr Energie als im Standby. Das ist der Energieverbrauch, der für uns wertschöpfend ist. Aber oft findet ein erheblicher Teil des Energieverbrauchs während nicht wertschöpfender Zeiten statt. Einige davon sind unvermeidbar – etwa Hochlauf- oder Rüstzeiten. Anderen wiederum sind vermeidbar. Aber wie viel Energie verbrauchen wir wertschöpfend, wieviel nicht wertschöpfend? Das herauszufinden, war das Ziel des Projektes.“

Die Lösung integriert auch die Bestandsmaschinen in das neue Energiemanagement.

Bei neuen Maschinen kann mit dem S7 Energieeffizienz-Monitor die Energieeffizienz der Maschinen anhand vorgegebener Betriebszustände dokumentiert werden. Aber wie sieht es mit Bestandsmaschinen aus? Dafür haben der Projektleiter Reinhard Federer und sein Team ebenfalls eine Lösung gefunden: Die Maschinen werden mit SIMATIC ET 200SP Modulen nachgerüstet. Über Energy Meter werden die Energiedaten erfasst, über digitale Eingänge die Betriebszustände. Die Zustände werden von den Statusampeln der Maschinen abgeleitet. Die gesamten Daten werden von einer zentralen SIMATIC S7-1500 gesammelt und an den Energy Manager übertragen – „und die Zuordnung der Betriebszustände zu den Energiedaten ermöglicht es uns, die Energieeffizienz von Bestandsmaschinen im Energy Manager zu analysieren“, erklärt Federer.

Im SIMATIC Energy Manager laufen alle Daten zusammen – und stehen dank übersichtlicher Dashboards allen Beteiligten zur Verfügung.

Die Datenerfassung ist die eine Seite – genauso wichtig ist es aber, dass die Daten auch gut aufbereitet und für Analysen zur Verfügung gestellt werden. So lassen sich für die gesamte Stanzerei Kennzahlen zur Energieeffizienz berechnen – etwa wieviel Energie über einen definierten Zeitraum im Standby verbraucht wurde. „Ich kann mir aber auch eine einzelne Maschine detailliert anschauen und sehen, wann sie in welchem Zustand war und wieviel Energie sie verbraucht hat. Durch die Transparenz zum Energieverbrauch lassen sich Maßnahmen nicht nur besser begründen als vorher – und man sieht auch die Ergebnisse“, erklärt Anton Kupec, der im Team von Reinhard Federer an der Implementierung des Energiemanagements mit SIMATIC Energy Manager mitwirkte und die Energieeffizienzanalysen der Maschinen betreut.

 

Und oft sind die Maßnahmen denkbar einfach: Maschinen in langen produktionsfreien Zeiten ausschalten, Heizzeiten bei thermischen Anlagen an die Produktion anpassen – „aber wenn man die Transparenz nicht hat, dann weiß man auch gar nicht, was es einem bringt“, ergänzt Kupec. Auch die Mitarbeiter in der Produktion sehen jetzt, welchen Beitrag sie zu mehr Energieeffizienz leisten können: „Wir haben einen Monitor mit den Energiekennzahlen in der Stanzerei aufgestellt. So sehen die Bediener unmittelbar, was sie verändern können.“

Wie effizient ist meine Produktion? Mit der Energy Manager MindSphere App stehen die Daten überall und jederzeit zur Verfügung.

Doch Energieeffizienz ist nicht nur im Hinblick auf den Anteil des wertschöpfenden und nicht-wertschöpfenden Energieverbrauchs am Standort interessant, so Tobias Grüner. Mittlerweile nutzen mehrere Standorte ein entsprechendes Energiemanagementsystem – „und natürlich vergleichen wir uns mit anderen Standorten. Das ist für uns sehr wichtig.“ Deswegen hat Siemens das Energiemanagement vor Ort um eine cloudbasierte Lösung erweitert. Die Daten zur Energieeffizienz werden über eine sichere Verbindung in die Siemens MindSphere hochgeladen und können dann von berechtigten Benutzern über die SIMATIC Energy Manager MindSphere App aufgerufen werden. So stehen die Daten überall und jederzeit zur Verfügung und lassen sich auch mit Daten aus weiteren Quellen kombinieren, etwa mit Wetterdaten.

Im nächsten Schritt planen Tobias Grüner und Reinhard Federer, die Energieoptimierung weiter zu automatisieren – mit Industrial Edge und dem SIMATIC Energy Manager.

Doch damit ist das Projekt „Energieeffizienzbewertung“ in der Vogelweiherstraße noch nicht zu Ende: Derzeit arbeiten Tobias Grüner und Reinhard Federer daran, die Integration von Bestandsmaschinen weiter zu vereinfachen und zu automatisieren. Die Basis dafür wird eine Edge App des S7 Energieeffizienz-Monitors sein. Die App wird auf einem Industrial Edge Device laufen und einen intelligenten Algorithmus nutzen, um den Maschinenzustand automatisch anhand der Energiedaten zu erkennen. Dadurch wird ein Großteil des Hardware- und Verdrahtungsaufwandes für das Energiemanagement auf Maschinenebene entfallen und die Verbrauchsdaten lassen sich auch feingranularer als bisher dem Maschinenzustand zuordnen. Für Tobias Grüner ist die Integration von künstlicher Intelligenz, die mit Industrial Edge möglich ist, sehr spannend: „Vielleicht werden sich unsere Maschinen eines Tages sogar automatisch optimieren.“

Die Ergebnisse

Einfache Maßnahmen – großer Nutzen

Schritt für Schritt haben die Verantwortlichen um Tobias Grüner und Reinhard Federer schon mehr als 70 Maschinen und Anlagen in die Energieeffizienzbewertung integriert – und mit jeder weiteren Maschinen steigt auch der Nutzen: Erstmals wird nicht nur deutlich, wie groß das Potential ist, nicht-wertschöpfende Energie einzusparen, sondern es lässt sich auch nachweisen, welche großen Einsparungen selbst einfache Maßnahmen bewirken.

Die Energietransparenz zeigt das große Potenzial in den Prozessen und Maschinen auf.

Zu Beginn des Projektes hatten zwar alle Beteiligten die Vermutung, dass das Einspar- und Effizienzpotenzial im Bereich der nicht-wertschöpfenden Energie erheblich sein würde. Doch die tatsächlichen Daten aus der Produktion haben das Team um Tobias Grüner dann doch überrascht: „Wenn man sieht, dass der Energieverbrauch einer Maschine nur zu einem Drittel wertschöpfend ist, öffnet einem das schon die Augen“, so Grüner. Die Ergebnisse des Energiemanagement-Projektes haben mittlerweile schon erhebliche Prozessverbesserungen bewirkt – teilweise durch ganz einfache Maßnahmen, wie Tobias Grüner erläutert: „So konnten wir in einem Fall den Standby-Verbrauch an einer Maschine um 64% reduzieren – und zwar durch rein organisatorische Maßnahmen, sprich, Abschalten der Maschine in produktionsfreien Zeiten.“

Durch die Transparenz zum Energieverbrauch lassen sich Maßnahmen nicht nur besser begründen als vorher – und man sieht auch die Ergebnisse.
Anton Kupec, Betreuer der Energieeffizienzanalysen der Maschinen in Hr. Federers Team, Siemens
Wir können jetzt erkennen, dass an den Maschinen richtig Potential da ist.
Reinhard Federer. Projektleiter, Siemens
In einem Fall konnten wir den Standby-Verbrauch an einer Maschine um 64% reduzieren – durch rein organisatorische Maßnahmen.
Tobias Grüner, Leiter Digitalisierung und Infrastruktur am Standort Nürnberg-Vogelweiherstraße, Siemens
SIMATIC Energy Management

Durchgängiges Energiemanagement für Neu- und Bestandsanlagen

Die Produktion am Standort Nürnberg-Vogelweiherstraße nutzt SIMATIC Energy Management als durchgängiges Energiemanagement für die Produktion: von der Energiedatenerfassung an Neu- und Bestandsmaschinen bis zur standortübergreifenden Energie- und Effizienzanalyse.

SIMATIC Energy Management

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