Schritt für Schritt die Energieeffizienz erhöhen

Der bewusste Umgang mit Energie wird aus wirtschaftlichen und ökologischen Erwägungen heraus notwendiger denn je. Doch wenn es darum geht, konkrete Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz bei Maschinen und Anlagen zu ergreifen, stehen Anwender - insbesondere bei bestehenden Anlagen - vor dem Problem, die energieintensiven Prozesse zunächst zu identifizieren und schließlich energieeffizienter zu gestalten. Um mehr Transparenz in den elektrischen Energieverbrauch von Maschinen, Gebäuden und Produktionsanlagen oder ihren Teilbereichen zur erhalten, bietet Eatons Geschäftsfeld Moeller ein Sortiment an Energiemess- und Kommunikationsmodulen XMC an. Die Messmodule können Anwender universell in Energie-Einspeisungen oder –Abgängen integrieren.   Die XMC Module stellen unter anderem alle relevanten Messdaten für die Berechnung des Energieverbrauches bereit: Phasen- und N-Leiterströme, Effektivspannungen, Wirk-, Blind- und Scheinleistung, sowie cos phi. Die Module sind für einen Spannungsbereich von 35-690V, einem Strombereich von 1,5-500A und einem Frequenzbereich von 50-60Hz ausgelegt. Die Genauigkeitsklasse beträgt 0,5  und ist somit, für eine betriebsinterne Kostenverrechnung, sehr genau. Beispielsweise lässt sich nun der Energieverbrauch einer produzierenden Maschine nicht nur messen, die Kosten können auch dem gefertigten Produkt zugeordnet werden. Nicht systemgebunden, daher vielfältig einsetzbar   XMC Module sind in zwei Baugrößen MC2 (1,5-300A) und MC3 (300-500A) sowie als 3- oder 4-polige Version verfügbar und mechanisch einfach zu montieren. Der Einbau des Mess- und Kommunikationsmoduls erfolgt an beliebiger Stelle im Schaltschrank. Das Modul ist an die Hauptstromleitungen aller handelsüblichen Leistungsschalter, Lasttrennschalter oder auch Sicherungslasttrennschalter anschließbar. Die Hauptstromleitungen respektive Kupfer-Bänder werden einfach durch Öffnungen des XMC hindurch auf den Leistungs-/ Lasttrennschalter verdrahtet.   Die Montage erfolgt ein- oder abgangsseitig, wobei das Gerät auf den Leitungen frei verschiebbar ist und auf Montageplatte verschraubt wird. Integrierte Stromwandler messen den Strom; für das Messen der Spannung wird pro Phase eine Kontaktierungsschraube soweit angezogen, dass mit der Schraubenspitze der Innenleiter kontaktiert wird. LEDs signalisieren nach Spannungszuschaltung den korrekten Schraubenkontakt.   Zum XMC-Sortiment gehört ein Anzeigegerät (96 mm x 96 mm) in IP54 mit Tastatur für den Fronteinbau in die Schaltschranktür. Über die Tasten lassen sich einzelne Datensätze anwählen und Messergebnisse vor Ort anzeigen. Die Datenverbindung und Energieversorgung erfolgt seriell über eine Vierdrahtleitung zwischen XMC und Anzeigegerät.   Vielfältige Kommunikation   Neben der lokalen Anzeige der Messdaten können diese auch über eine serielle Feldbuskommunikation oder Energiewerte über digitale S0-Impulse übertragen werden. Die minimale Periodendauer beträgt 60 ms und jedem Impuls ist gemäß EN62053-31 eine definierte Energiemenge zugeordnet. Werden die S0-Impulse beispielsweise über ein easy Steuerrelais von Eaton Moeller erfasst, können so bis zu 12 Energiewerte von unterschiedlichen XMC Geräten verarbeitet und über easy Multifunktionsdisplay MFD-Titan angezeigt werden.   Neben der S0-Schnittstelle verfügen XMC-MB Geräte auch über eine Modbus RTU-Slave Schnittstelle (RS 485, mit wählbarer Baudrate und Slaveadresse). Hierüber erreichen Anwender alle Status- und Steuerdaten. Typische Kommunikationspartner sind SPSen, Bediengeräte und Leitsysteme.   Das Mess- und Kommunikationsmodul stellt auch relevante Daten der Steuerungsebene bereit. Hierzu gehören aktuelle Zustände ON/OFF/TRIP des Leistungsschalters sowie die Ansteuerung eines Fernantriebs für automatische Schaltfunktionen. Der Leitebene werden die Istwerte (Strom-, Spannungs-, Leistungsdaten) übermittelt und dort weiterverarbeitet - so etwa zu Verbrauchsoptimierungszwecken.   Energiedaten übers Web abrufen   Für Bereiche, wo sich eine Leittechnik als zu aufwändig und kostenintensiv darstellt oder wo vorzugsweise Beobachtungsfunktionen benötigt werden, bietet Eaton Moeller eine webbasierte Visualisierung an, die preislich und leistungsmäßig deutlich unterhalb jener einer Leittechnik liegen: Mit der „BreakerVisu“ lassen sich sowohl die Energiedaten der Messmodule als auch die Betriebszustandsdaten von Leistungsschaltern visualisieren. Die Daten werden über PROFIBUS-DP oder Modbus, an eine Modular-SPS (XC200-XV) mit integriertem Webserver gesendet. Über Ethernet/TCP IP greifen Anwender nun weltweit passwortgeschützt auf die Steuerung zu - die Energiedaten sind über jeden Standard-Webbrowser visualisierbar.   „BreakerVisu“ zeigt alle gewünschten Betriebsdaten einer Energieverteilung oder einer Maschine an. Auf mehreren Webseiten werden die am Feldbus angeschlossenen Schaltgeräte als graphische Templates visualisiert. Nicht angeschlossene Energiemessmodule oder Leistungsschalter werden dabei durch ein Fragezeichen ("?") gekennzeichnet.   Pro Energiemessmodul werden der Strom, die Spannung, die aktuelle Leistung und die gesamt geflossenen Energie angezeigt. Werden die Kosten pro kWh hinterlegt, so sind ebenso die direkten Kosten zu ersehen.   Mit „BreakerVisu“ und der Betriebszustandsabfrage von Leistungsschaltern realisieren Anwender auf einfacher Weise auch ein Condition Monitoring: Alle Daten wie Lastwarnungen, Auslösungen werden täglich automatisch protokolliert und damit Abweichungen vom Normalbetrieb präzise dokumentiert, so etwa ein über mehrere Tage „schleichender“ Stromanstieg aufgrund eines Defekts. Überschreiten die Abweichungen vorab definierte Toleranzbereiche, können Anwender – noch vor dem Auslösen des Leistungsschalters - rechtzeitig Maßnahmen zur Fehlerbeseitigung und Aufrechterhaltung des Produktionsprozesses einleiten.   Das Tagesprotokoll eines Leistungsschalters umfasst folgende, mit einem Zeitstempel versehende Daten:   - Einschalten - Ausschalten - Lastwarnung 70% kommend / gehend - Lastwarnung 100% kommend / gehend - Auslösungen - Teilnehmer-Ausfall am PROFIBUS - Ausfall Leistungsschalter   Bei Auslösungen eines Leistungsschalters wird der jeweilige Auslösegrund ebenfalls protokolliert. Die Reaktionszeit von „BreakerVisu“ beträgt 350ms. Sofern Strom fließt, wird der Stromwert jeder einzelnen Phase im Moment des Ereignisses dokumentiert. Der Datenserver legt für jeden einzelnen Tag eine Protokolldatei an. Excel bietet nun alle Möglichkeiten einer tabellarischen oder graphischen Visualisierung.   „BreakerVisu“ wird von allen Eaton Moeller Leistungsschaltern vom Typ NZM2,3,4 und den Energiemessmodulen unterstützt. Verbrauchsoptimierung   Eine einfache Optimierungsform stellt der Lastabwurf dar. Nach Erreichen eines definierten Schwellenwerts, lässt sich ein digitaler Ausgang ansteuern. Hierfür stehen vier Ein-/ Ausgabe-Erweiterungsbaugruppen bereit. Die E/A-Baugruppen sind bereits ab Werk im Grundgerät eingebaut oder lassen sich später nachrüsten.   Als intelligente Vorverarbeitungseinheit bieten XMC Module weitere Informationen für die Steuerungs- und Leitebene: Berechnen und Ausgabe von Messwert Minimal- und Maximalwerten je Zeitraum oder Bilden von Zeitfensterwerten. Hinsichtlich der Diagnose geben XMC Module Lastwarnungen aus.   Dank der Energiemessmodule in Verbindung mit der „BreakerVisu“ verschafft sich jeder Anwender auf einfachste und komfortable Weise via Internet einen Überblick über den Energieverbrauch oder den Betriebsstatus seiner Produktionsanlagen – der Zugriff ist von jedem Ort weltweit möglich. Mit der nun erzielten Transparenz können energieintensive Prozesse entlarvt und gezielte Maßnahmen zur Effizienzsteigerung eingeleitet werden, auch bei bereits bestehenden Anlagen.