Energiemonitoring im Ziegelwerk : Wienerberger zeigt den Weg zur Transparenz

Das Thema Energie ist für den Ziegelproduzenten Wienerberger von besonderer Bedeutung. „Ein klares Commitment ist es, die CO2-Bilanz zu verbessern und somit Energie effizienter zu nutzen“, so ein Unternehmenssprecher. In der Ziegelfabrik im englischen Broomfleet stehen zahlreiche Anlagen, PV-Anlagen, Motoren, Ventilatoren, Gasbrennern und Antriebssystemen. Um die Energieeffizienz systematisch zu verbessern, müssen möglichst alle diese Verbraucher erfasst und überwacht werden. Nur so kann man eine Energiebilanz erstellen und jene Geräte identifizieren, die den größten Energiebedarf bzw. das deutlichste Einsparpotential haben. Und eine Energiebilanz ist wiederum Voraussetzung für gezielte Maßnahmen, um den Energieverbrauch zu senken und die Betriebskosten zu reduzieren. Gemeinsam mit dem IT-Dienstleister Tietoevry nahm die Wienerberger IT die Herausforderung an und implementierte an seinen Niederlassungen in UK und Irland schließlich einen POC, der Energie-Vergleichsdaten mehrerer Werke parallel und synchron in „Echtzeit“ zur Verfügung stellt.

>> Immer up to date mit der Branche sein? Hier geht’s zum Factory-Newsletter!

Für ein solches Vorhaben braucht es zunächst eine präzise Energiemesstechnik und effektives Energiemonitoring. Um die Energieverbräuche der einzelnen Verbraucher in der Ziegelfabrik genau zu erfassen, setzte man bei Wienerberger die EtherCAT-Energiemessklemmen EL3443 (für Spannungen, Ströme, Leistungen) und EL3446 (für die verteilte Leistungsmessung) von Beckhoff in Verbindung mit Stromwandlern der SCT-Reihe ein. Diese werden direkt an die elektrischen Leitungen der Stromkreise bzw. Verbraucher angeschlossen. Mithilfe von Beckhoff TwinCAT wird dann eine Echtzeit Strom-, Spannungs- und Leistungs- sowie elektrische Energiemessung durchgeführt. Die erfassten elektrischen Daten der Verbraucher werden mittels MQTT zu Microsoft Azure Cloud gesendet, wo sie weiterverarbeitet werden.

Durch die hohe Skalierbarkeit einer Cloud-Plattform hinsichtlich Speicherbedarf, Rechenkapazitäten und Visualisierungsmöglichkeiten für Benutzer:innen empfiehlt sich fürs Energiemonitoring eine Cloud-Lösung anstatt einer lokalen Datenbank. Hier können dann beispielsweise Dashboards erstellt werden, um den Energieverbrauch in Echtzeit zu überwachen und gezielte Optimierungsmaßnahmen zu ergreifen.

Durch die verteilte Leistungsmessung muss die Spannung der drei Phasen nur einmal gemessen werden. Wenn der Anwender weitere Energiemessklemmen hinzufügen möchte, reicht es, nur noch den Strom über Stromwandler zu messen, um auch die Leistungen bestimmen zu können; es sind also keine zusätzlichen Spannungsmessungen nötig. Die Installation wird dadurch einfacher und kostengünstiger – und die Anzahl der möglichen Messpunkte auf vorhandenem Raum im Schaltschrank erhöht sich deutlich. Die Leistung wird dann mit den bereits gemessenen Spannungen berechnet. Diese Berechnung erfolgt mikrosekundengenau und ist somit äußerst präzise.

Sind die elektrischen Verbrauchswerte der Ziegelfabrik einmal erfasst, werden sie für alle Mitarbeiter:innen über eine Visualisierung der Zeitverläufe und wichtigen Kenngrößen einsichtlich. Das Dashboard kann beispielsweise Informationen über die Energieverbräuche der einzelnen Verbraucher, den Energieverbrauch pro Produktionslinie oder auch den aktuellen Energieverbrauch der gesamten Fabrik anzeigen. Weiters wichtig ist die Möglichkeit, erzeugten Produkten ihren jeweiligen Energieverbrauch zuzuordnen. Durch diese Informationen können die Mitarbeiter:innen schnell auf mögliche Probleme reagieren.

Das Energiemonitoring-Dashboard unterstützt somit die kontinuierliche Verbesserung der Energieeffizienz und trägt zur Senkung der Betriebskosten bei. Gleichzeitig bildet es die Basis zur Ermittlung des energetischen Fußabdrucks und zur Optimierung der Verbräuche.

Durch die Echtzeitüberwachung können auch Alarme generiert werden, wenn elektrische Leistungen oder Energien die erwarteten Werte übersteigen oder unterschreiten – z.B. bei einem Ausfall eines Verbrauchers. Auf diese Weise können die Mitarbeiter:innen von Wienerberger Probleme schnell identifizieren, was wiederum kurze Reaktionzeiten und damit Energie- und Kosteneinsparungen ermöglicht.

Für die Überwachung der elektrischen Anlagen definierte das Wienerberger-Team gewisse Alarm-Regeln. Wenn ein Grenzwert für fünf Minuten durchgehend den konfigurierten Schwellwert über- oder unterschreitet, geht der Alarm los. Dafür wird jede Minute eine Evaluierung für die letzten 5 Minuten ausgeführt. Vorteil dieser Methode ist, dass die Alarmierung mit einer maximalen Verzögerung von einer Minute erfolgt, und dabei nicht zu häufig ausgelöst wird. Die Alarme gehen direkt in einen Microsoft-Teams-Channel als Nachrichten und sind somit für Energie- und Produktionsmanager sehr einfach und unmittelbar sichtbar.

Durch die Einsicht in die Energie-Vergleichsdaten mehrerer Werke in „Echtzeit“ in Verbindung mit historischen Daten ist es Wienerberger nun möglich, Modelle zu erstellen, die neue Ansätze und Richtlinien für Energieoptimierungsprozesse vorgeben. „Wir können nun genau untersuchen, welche Prozessparameter, Produkteigenschaften oder Rohstoffe sich auf unseren elektrischen Energieverbrauch auswirken, und daraus ableiten, wie wir Energie einsparen können. Das ist ein großer Schritt in Richtung Nachhaltigkeit und macht uns als Unternehmen zukunftsfähiger", so das zufriedene Fazit von Wienerberger.

Apropos Zukunft: Die Energiemessklemmen und Stromwandler von Beckhoff in Kombination mit der Software TwinCAT und der Microsoft Azure Cloud ermöglichen nicht nur eine einfache Erfassung und Überwachung der elektrischen Energieverbräuche. Auch andere Energieformen wie beispielsweise Wärme,- Wasser- oder Gasverbräuche können damit erfasst werden. Diese Lösung beschränkt sich also nicht nur auf die Ziegelfabrik, sondern kann künftig auch auf andere Produktionsbereiche, wie etwa die Rohstoff-Aufbereitung, die Verpackung oder das Bürogebäude, ausgerollt werden.

>> Immer up to date mit der Branche sein? Hier geht’s zum Factory-Newsletter!