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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zu deren Durchführung bestimmte Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Aufgrund der nicht unbegrenzt zur Verfügung stehenden Mengen an nutzbarer Energie wird seit vielen Jahren versucht, in allen wichtigen Bereichen Energie einzusparen. Das gilt verstärkt auch für den industriellen Bereich und hier insbesondere für das Betreiben von Industrieanlagen. Es sind daher bereits zahlreiche Vorschläge bekannt geworden, die darauf abzielen, den Energieverbrauch und damit auch die Energiekosten dadurch einzuschränken, daß Industrieanlagen mit Systemen zur Sammlung von Energieverbrauchsdaten ausgerüstet werden (z.B. „Energy Conservation through Management“ von Michael Boddington in Productivity, 1992).
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Auf dieser Grundlage bekannt gewordene Systeme dienen in der Regel nur dem Zweck, Energieverbrauchsdaten zu sammeln und in Form von Fließbildern, Tabellen, Protokollen od. dgl. darzustellen. Die erhaltenen Energieverbrauchsdaten können außerdem archiviert, grafisch dargestellt und/oder überwacht werden, um bestehende Trends in den Meßwerten zu erkennen (z. B. „Energiemanagement übers Internet“ von Ralf Peters in energy 2.0, 2008). Bekannt sind in diesem Zusammenhang auch Systeme mit integrierten Kostenstellen, die die Ausgaben für Energie einzelnen Bereichen eines Unternehmens zuordnen können (z.B. „Energieflüsse überwachen“ von Wolfgang Köster in energy 2.0, 2008).
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Systeme dieser Art stellen zwar den Energieverbrauch bzw. den Energiebedarf der jeweiligen Industrieanlage dar und ermöglichen zumindest teilweise auch eine Aufteilung des Energieverbrauchs auf einzelne Bereiche einer Industrieanlage. Eine Analyse der erhaltenen Daten muß jedoch manuell erfolgen und ist daher zeitaufwendig. Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs lassen sich aus den erhaltenen Daten nicht unmittelbar ableiten. Da die kausalen Zusammenhänge für den Energiebedarf insbesondere von Produktionsanlagen nicht erfaßt und dargestellt werden, ist auch eine Beurteilung und Bewertung der erhaltenen Daten mit dem Ziel einer Energieeinsparung kaum möglich. Sofern die bekannten Systeme das Einhalten von Grenzwerten (Toleranzbereichen) überwachen, lassen sie nur die Überschreitung von Maximalwerten, aber keine Möglichkeiten zur Verbesserung der Energiebilanz erkennen.
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Es sind daher auch bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattungen bekannt geworden (
WO 2004/057 907 A1 ), mittels derer Energieverbräuche mit dem Ziel erfaßt werden, Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieverbrauchs unmittelbar aufzuzeigen. Ein dazu vorgeschlagenes Energiemonitoringsystem soll insbesondere Unregelmäßigkeiten der Energieverbräuche und der Energieverluste in der Produktion erkennbar machen. Erreicht wird dies dadurch, daß außer Energieverbrauchsdaten auch Daten über Produktionsparameter (physikalische Parameter) gesammelt und miteinander in Beziehung gesetzt werden. Insbesondere werden verschiedene, für den Energieverbrauch charakteristische Kennzahlen wie z.B. auf die Produktionsmenge bezogene Energieverbräuche einer ausgewählten Baugruppe, der auf dem Ausstoß eines ausgewählten Produkts bezogene Gesamtenergieverbrauch oder sonstige Kennzahlen ermittelt, die in täglichen, monatlichen oder jährlichen Protokollen aufgezeichnet werden.
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Die Auswertung der gesammelten Daten und der berechneten Kennzahlen soll insbesondere auch Verluste und Abnormitäten im Energieverbrauch an unterschiedlichen Orten einer Industrieanlage erkennbar machen, um daraus ein verbessertes Energiemanagement ableiten zu können. Der ermittelte Energieverbrauch kann elektrische oder thermische Energie betreffen, und als Produktionsparameter werden z.B. Durchflußmengen, Temperaturen, Druckwerte, Produktionsmengen od. dgl. in Betracht gezogen. Zur Sammlung und Auswertung der Daten wird eine Recheneinheit benutzt. Insbesondere werden in diesem Zusammenhang auch spezifische Energieverbräuche ermittelt und verwertet, bei denen es sich um auf einen ausgewählten Produktionsparameter bezogene Energieverbräuche wie z.B. den spezifischen elektrischen Energieverbrauch in kWh/kg handelt (= elektrischer Energieverbrauch in kWh/min dividiert durch die hergestellte Menge eines Produkts in kg/min).
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Aus der Veröffentlichung „Energy monitoring: a must for textile companies“ (Firmenschrift BarcoVision, 02.02.2009, online verfügbar unter http://www.visionbms.com\textiles\en\testimonials\EnergyMonitoringTextiles_BRCH_EN_A0062 2.pdf) ist ein System zum Ermitteln und Aufzeichnen des Energieverbrauchs einer Produktionsanlage bekannt. Dabei wird der momentane Energieverbrauch über ein dafür vorgesehenes Messgerät gemessen und der gemessene Wert an eine übergeordnete Einheit des Systems weitergeleitet. In der übergeordneten Einheit liegen zusätzlich Informationen zu dem momentanen Betriebszustand bzw. der momentanen Produktionsmenge vor. Die Informationen und der gemessene Energieverbrauch können in der übergeordneten Einheit derart aufbereitet werden, dass der Energieverbrauch über der Zeit dargestellt wird. Weiterhin kann ein spezifischer Energieverbrauch in Form des Energieverbrauchs pro Produktionsgewicht ermittelt werden und dessen zeitlicher Verlauf dargestellt werden. Wenn mit dem System ein besonders hoher Energieverbrauch detektiert wird, besteht die Möglichkeit, dass das System automatisch einen Alarm auslöst.
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Die unter der Veröffentlichungsnummer
JP 2005-261050 A veröffentlichte japanische Patentanmeldung betrifft eine Regelung für den Energieverbrauch eines Haushalts. Dazu wird der tatsächlich vorliegende Energieverbrauch mit einem vorgegebenen Energieverbrauch („Sollwert“) verglichen. Bei Überschreitung eines Toleranzbereichs wird der tatsächliche Energieverbrauch automatisch zurückgefahren. Um Temperaturschwankungen über den Tagesverlauf zu berücksichtigen, können der Sollwert und sein zugeordneter Toleranzbereich von der Tageszeit abhängen. Es können auch verschiedene Sollwerte für verschiedene Jahreszeiten vorgegeben werden.
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Aus der Veröffentlichung „Challenge of Reducing Specific Energy Consumption by Half at the Brewery“ (Projektbericht, 2004, online verfügbar unter http://www.asiaeeccol.eccj.or.jp/ecdata/2004/a/2004_2pdg_02a.pdf) ist es bekannt, zur Bewertung des Energieverbrauchs von Produktionsanlagen im Bereich des Brauereiwesens nicht einen absoluten Energieverbrauch, sondern einen spezifischen Energieverbrauch heranzuziehen, bei dem der absolute Energieverbrauch für eine vorgegebene Zeiteinheit in Bezug gesetzt wird zu dem für diese Zeiteinheit erzielten Produktionsvolumen.
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In der unter der Veröffentlichungsnummer
JP 2002-175172 A veröffentlichten japanischen Patentanmeldung geht es um ein System zur Überwachung des Energieverbrauchs einer Produktionsanlage. Dabei werden Energieverbrauchswerte pro Zeiteinheit ermittelt. Der zeitliche Verlauf der Energieverbrauchswerte kann zusammen mit einer Tabelle, in der Betriebsparameter zu bestimmten Zeitpunkten aufgelistet sind, auf einem Display des System angezeigt werden.
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In der unter der Veröffentlichungsnummer
US 2004/0119608 A1 veröffentlichten US-Patentanmeldung ist ein System zur Überwachung des Energieverbrauchs einer Produktionsanlage offenbart, bei dem verschiedene Arten des Energieverbrauchs berücksichtigt werden. Zur Auswertung und Bewertung des Energieverbrauchs wird ein spezifischer Energieverbrauch ermittelt, bei dem die insgesamt verbrauchte Energie in Bezug auf ein spezielles Produkt angegeben wird. Es kann auch ein Äquivalenzfaktor ermittelt werden, bei dem der spezifische Energieverbrauch für ein spezielles Produkt in Bezug gesetzt wird zu dem mittleren spezifischen Energieverbrauch für ein Produkt gemittelt über alle Produkte.
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Die bekannten Energiemonitoringsysteme dienen jedoch hauptsächlich reinen Überwachungszwecken. Eine unmittelbare Aussage z.B. über die wichtige Größe „Energieeffizienz“, mit welcher eine Industrieanlage aktuell arbeitet, ist mit den bekannten Systemen nicht möglich. Unter „Energieeffizienz“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung im wesentlichen das Verhältnis von Energieaufnahme zu Energienutzen in einer Industrieanlage verstanden, d.h. je weniger Energieeinsatz für eine gewünschten Nutzen erforderlich ist, um so höher ist die Energieeffizienz. Allerdings haben langwierige Versuche gezeigt, daß die Energieeffizienz, mit der eine Industrieanlage, insbesondere eine Produktionsanlage arbeitet, von vielen Faktoren abhängen und auch bei der Produktion identischer Gegenstände schwanken kann. Das muß z.B. auf unterschiedliche Maschineneinstellungen zurückgeführt werden und hängt daher häufig vom jeweiligen Maschineneinsteller ab. Auch Fehler an der Industrieanlage wie Druckluftleckagen, die Abnutzung von Bauteilen od. dgl. können zu einem erhöhten Energiebedarf und damit zu einer Reduktion von Energieeffizienz führen. Abgesehen davon ist z.B. eine Kennzahl wie „Energiebedarf pro Gewicht“ in einer Produktionsanlage nicht immer charakteristisch für die Energieeffizienz, da z.B. einerseits die Herstellung von kleineren Produkten in einer bestimmten Anlage regelmäßig zu einem höheren spezifischen Energieverbrauch als die Herstellung größerer Produkte in derselben Anlagen führt, andererseits aber auf die Herstellung dieser kleineren Gegenstände in der Regel nicht verzichtet werden kann, nur um dadurch eine verbesserte Energieeffizienz zu erreichen.
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Hier setzt die Erfindung ein. Ihr liegt das technische Problem zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattungen so auszubilden, daß sie sowohl eine Überwachung als auch eine Beurteilung der Energieeffizienz ermöglichen.
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Gelöst wird dieses Problem erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß sie eine Darstellung des Energieverbrauchs in Abhängigkeit von einem ausgewählten Produktionsparameter in Form eines Diagramms ermöglicht, welches unmittelbar erkennbar macht, ob der Energieverbrauch während irgendeines möglichen Betriebszustandes in einem für die betreffende Industrieanlage tolerierten Bereich liegt oder aus diesem herausfällt. Dadurch können frühzeitig Fehler erkannt und Maßnahmen ergriffen werden, um eine für eine bestimmte Industrieanlage charakteristische Energieeffizienz wieder herzustellen.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beurteilung der Energieeffizienz einer Industrieanlage;
- 2 ein Diagramm betreffend die elektrische Leistung einer Industrieanlage in Abhängigikeit von der Zeit;
- 3 ein Diagramm betreffend den spezifischen elektrischen Energieverbrauch einer Industrieanlage in Abhängigkeit von der Zeit;
- 4 die Abhängigkeit des spezifischen Energieverbrauchs einer Industrieanlage von der hergestellten Menge;
- 5 ein mit der Vorrichtung nach 1 durchgeführtes Verfahren zur Beurteilung der Energieeffizienz einer Industrieanlage anhand eines Flußdiagramms; und
- 6 die Abweichungen des spezifischen Energieverbrauchs von einem Mittelwert in Abhängigkeit von der Zeit.
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Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Industrieanlage in Form einer Produktionsmaschine 1 näher erläutert. Die Produktionsmaschine 1 ist im Ausführungsbeispiel eine übliche und daher nicht näher dargestellte Spritzgußmaschine, mittels derer in bekannter Weise Kunststoff-Spritzgußteile hergestellt werden.
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In oder an der Produktionsmaschine 1 ist eine Mehrzahl von Meßgeräten 2 bis 6 angeordnet, die Meßwerte (Istwerte) verschiedener Betriebsgrößen der Produktionsmaschine 1 on-line liefern. Meßwerte, die im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch (bzw. dem Energiebedarf) der Produktionsmaschine 1 stehen, werden nachfolgend als „Energiedaten“ bezeichnet. Energiedaten können z.B. die elektrische Leistung der ganzen Produktionsmaschine 1 oder einer speziellen Baugruppe derselben angeben, aber auch Daten sein, aus denen ein konkreter Energieverbrauch berechnet werden kann. Beispielsweise kann der durch einen Kühlwasserstrom gelieferte Kältebedarf aus dem Produkt des Volumenstroms und der Differenz der Vorlauf- und Rücklauftemperatur des Kühlwassers ermittelt werden, in welchem Fall die Meßgrößen „Volumenstrom“ und „Vorlauf- und Rücklauftemperatur“ als Energiedaten bezeichnet werden. Dagegen werden Meßwerte, die im Zusammenhang mit einer speziellen Produktionsweise der Produktionsmaschine 1 stehen, nachfolgend als „Produktionsdaten“ bezeichnet. Hierzu zählen z.B. Stückzahlen, verarbeitete Massen, Taktzeiten, Produktionsgeschwindigkeiten od. dgl., was von der im Einzelfall verwendete Produktionsmaschine 1 abhängt.
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Im Ausführungsbeispiel liefert z.B. das Meßgerät 2 Meßwerte betreffend die elektrische Leistung, das Meßgerät 3 Meßwerte betreffend dem Volumenstrom im Kühlkreislauf, das Meßgerät 4 die Vorlauftemperatur, das Meßgerät 5 die Nachlauftemperatur (beides im Kühlkreislauf) und das Meßgerät 6 die jeweils eingespritzte Menge an Kunststoff. Alternativ könnte das Meßgerät 6 auch die Zahl der von der Produktionsmaschine 1 hergestellten Gegenstände als Meßgröße abgeben.
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Die Meßgeräte 2 bis 6 liefern vorzugsweise Meßwerte in Form von Analog- oder Pulssignalen. Ein Analogwert entspricht z.B. einen Signal zwischen 4 mA und 20 mA bzw. O V und 10 V zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert des Meßwerts. Dagegen ist ein Pulssignal z.B. ein digitaler Impuls von 5 V, der im Falle der Messung der elektrischen Leistung z.B. für einen aufsummierten Energieverbrauch von je 100 Wh abgegeben wird. Beide Arten der Verarbeitung der Meßwerte in den Meßgeräten 2 und 3 stellen nur Beispiele dar und können durch andere Arten der Verarbeitung ersetzt werden.
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In entsprechender Weise können die von den Meßgeräten 4 bis 6 gelieferten Meßwerte ausgegeben werden. Außerdem ist klar, daß die Meßgeräte 2 bis 6 auch aus in die Produktionsmaschine 1 integrierten Einrichtungen bestehen können, die es ermöglichen, die benötigten Meßwerte direkt z.B. an einem Meßwertausgang abzunehmen, der mit der Maschinensteuerung verbunden ist.
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Weiter können die Meßwerte, wie in 1 schematisch angedeutet ist, entweder über Kabel oder über Funk übertragen werden.
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Zur Übertragung über Kabel werden z.B. die Meßgeräte 2 und 3 an je einen Eingang (Port) 7 einer Auswerteeinheit 8 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 8 wandelt die zugeführten, analogen Meßwerte vorzugsweise in Digitalwerte um, wobei z.B. ein Meßwert von 0 V einem Signal mit dem Wert 0 und ein Meßwert von 10 V einem Signal mit dem Wert 65.535 entspricht. Diese Werte werden dann von einer an die Auswerteeinheit 8 über Schnittstellen 9 und 10 angeschlossenen Recheneinheit 11 abgefragt. Für eine solche Abfrage können an sich bekannte Protokolle (z. B. Modbus) verwendet werden.
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Zur Übertragung über Funk ist je eine Funksendeeinheit 12 an die Meßgeräte 4, 5 und 6 angeschlossen. Alternativ können die Meßgeräte 4, 5 und 6 aber auch an je einen Eingang (Port) einer Funksendeeinheit angeschlossen werden, die über ausreichend viele Eingänge verfügt. Die entsprechend umgewandelten Meßwerte werden hier in festen Zeitabständen von z. B. je einer Sekunde über ein Funkprotokoll an einen zentralen Funkempfänger 14 (Gateway) gesendet und von diesem über eine Schnittstelle 15 und die Schnittstelle 10 an die Recheneinheit 11 weitergeleitet. Auch hierfür stehen an sich bekannte Protokolle zur Verfügung.
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Im übrigen ist klar, daß alle Meßgeräte 2 bis 6 wahlweise nur an die Auswerteeinheit 8 oder nur an den Funkempfänger 14 oder wie in 1 teils an eine Auswerteeinheit und teils an einen Funkempfänger angeschlossen sein können.
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Die Recheneinheit 11 ist vorzugsweise ein Industrie-PC, der über eine Schnittstellenkarte mit der Auswerteeinheit 8 und/oder dem Funkempfänger 14 verbunden ist. Die Recheneinheit 11 enthält außerdem einen Programmbaustein 16, in dem ein Programm abgelegt ist, durch das der weiter unten erläuterte Programmablauf in der Recheneinheit 11 gesteuert wird. Insbesondere wird durch das Programm jedem Ausgangswert der Auswerteeinheit 8 oder des Funkempfängers 14 eine bestimmte Bedeutung zugeordnet. Im Falle der Messung der elektrischen Leistung wird z. B. einem Ausgangswert 0 der Wert 0 kW und dem Ausgangswert 65.535 der Wert 20 kW zugeordnet. Diese Werte werden in einer z. B. aus einem Festspeicher bestehenden Datenbank 17 zusammen mit einem Zeitstempel abgelegt.
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Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden von dem Meßgeräten 2 bis 6, wie oben erwähnt wurde, z. B. Istwerte der elektrischen Leistung in kW, des Volumenstroms des Kühlkreislaufs in m3/h, der Vor- und Rücklauftemperatur in °C und der Einspritzmenge in kg ausgegeben. Aus diesen Werten werden mittels des Programmbausteins 16 zunächst z.B. folgende, für den Energieverbrauch charakteristische Kennzahlen gebildet:
- - der elektrische Energieverbrauch in kWh/min als Integral der elektrischen Leistung über einen definierten Zeitraum von z. B. einer Minute, und
- - der Kältebedarf in kWh/min als Produkt aus dem Volumenstrom, der Differenz zwischen der Vorlauf- und Rücklauftemperatur, der Dichte des Wassers und der spezifischen Wärmekapazität des Wassers für einen definierten Zeitraum von z. B. einer Minute (die Wasserdichte und die spezifische Wärmekapazität sind in diesem Fall in der Recheneinheit 11 hinterlegt und ggf. veränderbar).
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Aus diesen Kennzahlen können weitere Kennzahlen berechnet werden, die z. B. auf einen vorgewählten Produktionsparameter bezogen sind und daher als spezifische Kennzahlen bezeichnet werden. Hierzu zählen z. B.
- - der spezifische elektrische Energieverbrauch [kWh/kg] als Quotient aus dem elektrischen Energieverbrauch in kWh/min und der hergestellten Menge pro Zeiteinheit in kg/min, und
- - der spezifische Kältebedarf [kWh/kg] als Quotient aus dem Kältebedarf in kWh/min und der hergestellten Menge pro Zeiteinheit in kg/min.
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Die erhaltenen Kennzahlen können graphisch oder sonstwie dargestellt und von einem Nutzer auf einem Anzeigegerät (Bildschirm) 18 betrachtet werden. Der Nutzer kann z. B. eine unmittelbar an der Produktionsmaschine 1 arbeitende Bedienungsperson sein. In diesem Fall sind die Recheneinheit 11, die Datenbank 17, das Anzeigegerät 18 und ein Eingabegerät 19 (z. B. Tastatur mit Maus) vorzugsweise unmittelbar an der Produktionsmaschine 1 angeordnet. Alternativ ist es aber auch möglich, daß ein Nutzer von einem entfernten Ort aus auf die Recheneinheit 11 und die in der Datenbank 17 gespeicherten Energie- und Produktionsdaten zugreift. In diesem Fall weist der Nutzer z.B. einen eigenen, über ein Netzwerk 20 an die Recheneinheit 11 angeschlossenen PC 21 mit Bildschirm und Eingabegerät auf (1).
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Ist der Nutzer daran interessiert, Einzelheiten über die Energieeffizienz zu erfahren, mit der die Produktionsmaschine 1 aktuell betrieben wird, kann er sich mit Hilfe des Programmbausteins 16 z.B. den in 2 gezeigten Verlauf der elektrischen Leistung in Abhängigkeit von der Zeit (= Kurve 22) oder die in 3 gezeigte Abhängigkeit des spezifischen Energieverbrauchs von der Zeit (= Kurve 23) darstellen lassen. Beide Diagramme sind allerdings wenig aussagekräftig. Da die Produktionsmaschine 1, hier also eine Spritzgußmaschine, in der Regel ganz unterschiedlich betrieben wird, indem z.B. zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedlich große Gegenstände hergestellt werden, die unterschiedliche Einstellungen und damit Energieverbräuche usw. zu Folge haben, unterliegen sowohl die Kurven 22 nach 2 als auch die Kurven 23 nach 3 starken Schwankungen. Auch ein Standby-Betrieb, der Betrieb von Motoren im Teillastbereich, nicht optimale Schnecken- oder Getriebekonstruktionen usw. können zu erheblichen Schwankungen führen. Der Nutzer kann daher zwar sofort erkennen, daß sich der Energieverbrauch oder der spezifische Energieverbrauch je nach den Betriebs- und/oder Produktionsbedingungen stark verändern kann. Er ist aber nicht in der Lage, aus den Kurven 22, 23 abzuleiten, ob die Produktionsmaschine 1 zu irgendeinem Zeitpunkt mit einem für die jeweiligen Betriebs- und/oder Produktionsbedingungen optimalen Energieverbrauch, d.h. mit einer optimalen Energieeffizienz arbeitet.
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Erfindungsgemäß ist der Programmbaustein 16 daher so eingerichtet, daß mit Hilfe der Recheneinheit 11 auch Diagramme entsprechend 4 generiert und sichtbar gemacht werden können. Diese Diagramme zeigen die Abhängigkeit einer oben anhand von Beispielen erläuterten, für einen Energieverbrauch charakteristischen Kennzahl von einem ebenfalls oben erläuterten Produktionsparameter. Im speziellen Fall zeigt das Diagramm nach 4 die Abhängigkeit der Kennzahl „spezifischer Energieverbrauch“ in kWh/kg von der hergestellten Menge an Gegenständen in kg/min. Aus 4 ist ersichtlich, daß der spezifische Energieverbrauch um so kleiner ist, je größer die hergestellte Menge ist. Mit anderen Worten wird z. B. auf einer und derselben Spritzgußmaschine für die Herstellung großer Spritzgußteile weniger spezifische Energie als für die Herstellung kleiner Gegenstände benötigt. Punkte 24 in 4 geben dabei Werte an, die sich bei optimaler Energieeffizienz aus den oben erläuterten Energie- und Produktionsdaten ergeben würden.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß an einer bestimmten Stelle des Diagramms nach 4, z. B. an der Stelle 3 kg/min, der spezifische Energieverbrauch um einen Punkt 24a herum längs einer parallel zur Ordinate verlaufenden Linie 25a schwanken kann. Diese Schwankungen können z. B. durch eine unterschiedliche Maschineneinstellung, eine Abnutzung irgendeines Bauteils oder irgendeine andere Ursache begründet sein. Solange sich die Schwankungen in dem durch die Linie 25a begrenzten Bereich bewegen, ist das erfahrungsgemäß gleich bedeutend damit, daß die Produktionsmaschine 1 mit einer guten und für die Menge 3 kg/min im wesentlichen optimalen Energieeffizienz arbeitet. Wird stattdessen in 4 der Bereich 1,5 kg/min betrachtet, dann ist zwar der spezifische Energieverbrauch aufgrund der geringen Produktionsmenge größer. Dennoch gibt es auch hier um einen Punkt 24b herum eine Linie 25b, längs welcher für diese spezifische Produktionsmenge von einer optimalen Energieeffizienz ausgegangen werden kann. Hinsichtlich der Energieeffizienz arbeitet die Produktionsmaschine 1 daher sowohl bei 1,5 kg/min als auch bei 3 kg/min im wesentlichen optimal.
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Erfindungsgemäß werden den Punkten 24 und Linien 25 in 4 jeweils Toleranzbereich zugeordnet. Diese sind durch die Lagen der Punkte 24 zwischen zwei Grenzkurven 26, 27 oder je zwei zugeordnete, auf den Grenzkurven 26, 27 liegende Grenzpunkte bestimmt. Diese Grenzkurven 26, 27 bzw. Grenzpunkte basieren überwiegend auf Erfahrungswerten, können aber auch auf der Basis empirischer Untersuchungen oder physikalischer Modelle erstellt werden. Die Grenzkurven 26, 27 bzw. Grenzpunkte stellen in der Regel den maximal bzw. minimal tolerierbaren Wert der spezifischen elektrischen Energie bei einer bestimmten hergestellten Menge pro Zeiteinheit dar und werden in der Recheneinheit 11 oder der Datenbank 17 in Form einer Tabelle od. dgl. abgelegt. Liegt ein Punkt 24 z.B. oberhalb der oberen Grenzkurve 26 und damit außerhalb seines ihm zugeordneten Toleranzbereichs, dann deutet das auf einen Fehler der Produktionsmaschine 1, auf eine falsche Einstellung der Produktionsmaschine 1 oder einen sonstigen Mangel hin. Das ist in 4 z.B. an der Stelle 1 kg/min für einen Punkt 24c angedeutet, der längs der Linie 25c dauerhaft oder auch nur vorübergehend über die obere Grenzkurve 26 hinaus gewandert ist. Der Nutzer kann in einen solchem Fall unmittelbar eingreifen und durch Reparatur- und/oder Wartungsarbeit, Austausch von Bauteilen od. dgl. dafür sorgen, daß der Punkt 24c beim weiteren Betrieb der Produktionsmaschine 1 wieder unterhalb der Grenzkurve 26 bleibt.
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Wandert ein Punkt 24 in Richtung der unteren Grenzkurve 27 oder unter diese herunter, wie in 4 für einen Punkt 24d bei 2,5 kg/min angedeutet ist, dann ist das im Hinblick auf die Energieeffizienz an sich günstig, weil der Energieverbrauch dann geringer ist. Eine Ursache hierfür kann z.B. sein, daß eine besonders günstige Einstellung der Produktionsmaschine 1 aufgefunden wurde. Allerdings wäre es auch denkbar, daß die Produktionsmaschine 1 irgendeinen Defekt hat und deshalb nicht mehr richtig arbeitet, weshalb auch in einem solchen Fall eine genaue Ursachenermittlung durchgeführt werden sollte.
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Zur Erleichterung der Kontroll- und Überwachungsarbeiten anhand von Diagrammen nach
4 ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Diagramme hinsichtlich der Produktionsparameter in einzelne diskrete Klassen einzuteilen. Beispielsweise kann folgende Einteilung vorgenommen werden:
| Klasse 1: | 0,0 - 0,5 kg/min |
| Klasse 2: | 0,5 - l, 0 kg/min |
| Klasse 3: | 1, 0 - 1,5 kg/min |
| Klasse 4: | 1, 5 - 2, 0 kg/min |
| usw. | |
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Anhand diese Klassen werden mit Hilfe des Programmbausteins 16 und anhand der in der Datenbank 17 gespeicherten Daten automatisch die entsprechenden Zeitpunkte herausgesucht, in denen mit den entsprechenden Klassen gearbeitet wurde, d.h. wo die zugehörigen Werte für die hergestellte Menge pro Zeiteinheit vorhanden waren. Für diese Zeitpunkte werden dann die zugehörigen Werte der betreffenden Kennzahl, hier des spezifischen Energieverbrauchs herausgesucht. Abschließend wird gesprüft, ob im betreffenden Zeitabschnitt innerhalb oder außerhalb des zugehörigen Toleranzbereichs gearbeitet wurde. Das Ergebnis davon kann analog zu 4 auf dem Anzeigegerät 18 dargestellt werden.
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Die einzelnen Verfahrensschritte sind in 5 schematisch anhand eines Flußdiagramms beispielhaft dargestellt. In einem Schritt A erfolgt die Ausgabe der elektrischen Leistung, die in einem Schritt C über die Zeit integriert und dadurch in einen elektrischen Energieverbrauch in kWh/min umgewandelt wird. Entsprechend wird die eingespritzte Menge in einem Schritt B ausgegeben und in einem Schritt D über die Zeit integriert, um einen Wert in kg/min zu erhalten.
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In einem Schritt E wird der spezifische Energieverbrauch ermittelt. Gleichzeitig wird in einem Schritt F geprüft, ob der im Schritt D erhaltene Wert der aktuell betrachteten Klasse angehört oder die Klasse geändert werden muß (Schritt G). Ist die richtige Klasse festgestellt, wird in einem Schritt H der obere oder untere Grenzwert für diese Klasse aus einer Tabelle entnommen. Schließlich wird in einem Schritt I geprüft, ob der im Schritt E berechnete spezifische Energieverbrauch größer oder kleiner als der im Schritt H ermittelte Grenzwert ist.
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Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in dem Fall, daß der spezifische Energieverbrauch nach der einen oder anderen Seite aus dem zugeordneten Toleranzbereich herausfällt, eine Warnmeldung erzeugt (Schritt J in 5). Diese Warnmeldung besteht beispielsweise aus einem akustischen oder optischen Warnsignal am Ort der betreffenden Produktionsmaschine und/oder in einem Informationssignal, das z. B. per E-mail, per Funk oder sonstwie an einen Nutzer, einen Betriebsstand od. dgl. übermittelt werden kann. Das Warnsignal kann beispielsweise von der Recheneinheit 11 aus über eine Leitung 28 an einem Alarmgerät 29 (1) ausgelöst werden.
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In entsprechender Weise kann vorgegangen werden, wenn andere für den Energieverbrauch charakteristische Kennzahlen und deren Abhängigkeiten von einem Produktionsparameter überwacht werden sollen. Beispielsweise kann ein thermischer Energieverbrauch anhand der Kennzahl „Kältebedarf“ oder „spezifischer Kältebedarf“ in Abhängigkeit von einem anderen Produktionsparameter wie z. B. der Taktzeit, Verarbeitungsgeschwindigkeit od. dgl. untersucht werden.
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Weiterhin ist es möglich, die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen mit Hilfe des Programmbausteins 16 so einzurichten, daß ein an einen Nutzer versandtes Informationssignal auch Informationen darüber enthält, wann und an welcher von mehreren überwachten Produktionsmaschinen 1 ein Fehler aufgetreten ist und an welchem Meßgerät der Fehler seinen Ursprung hatte.
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Eine besonders günstige und bisher als am besten empfundene Art der Darstellung von Abweichungen des Energieverbrauchs gegenüber als optimal angesehenen Energieverbrauchswerten, die analog zu 4 auf Langzeitmessungen, empirischen Werten oder auch Berechnungen beruhen, wird erhalten, wenn diese optimalen Werte in einem Energieverbrauch/Zeit-Diagramm (6) normiert werden. Das ist in 6 durch eine Gerade 30 angedeutet, die hier der Abszisse (Zeitachse [t]) entspricht. Diese Gerade 30 entsteht z. B. dadurch, dass die in 4 dargestellten Punkte 24 unabhängig von einer evtl. vorgenommenen Klasseneinteilung sämtlich auf Null (oder einen gleichen konstanten Wert) gesetzt werden. Dementsprechend werden abweichend von 4 Grenzkurven 31 und 32 erhalten, die zwar ebenfalls Toleranzbereiche festlegen, aber die aus 6 ersichtlichen Schwankungen aufweisen. Bezieht sich z. B. zu einem ersten Zeitpunkt tl die Darstellung auf die Klasse 3 kg/min in 4, dann haben die Grenzkurven/Grenzpunkte 31/32 in 6 niedrigere Werte als zu einem zweiten Zeitpunkt t2, der sich z. B. auf die Klasse 1 kg/min in 4 bezieht.
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Außerdem werden die beim Betrieb der Produktionsmaschine 1 aktuell gemessenen Werte mittels des Programmbausteins 16 (1) automatisch in Prozent-Werte entsprechend einer Messkurve 33 in 6 umgerechnet. Diese Messkurve 33 zeigt unmittelbar die Abweichung des aktuellen Energieverbrauchs von einem als optimal angesehenen Energieverbrauch in Prozent an. Insbesondere beträgt z. B. eine aktuell gemessene Abweichung zum Zeitpunkt t1 ca. 2,5 %, was für die dabei verwendete Klasse in kg/min gerade nicht mehr tolerierbar wäre, wohingegen zum Zeitpunkt t2 zwar eine Abweichung von z. B. 3,3 % erhalten wird, diese aber aufgrund der dann verwendeten Klasse mit einem geringeren kg/min-Wert ohne weiteres tolerierbar ist. Außerdem zeigt 6, dass die aktuelle Messkurve 33 ab einem Zeitpunkt t3 unabhängig von der Größe des aktuell verwendeten Produktionsparameters völlig aus dem Toleranzbereich zwischen den beiden Grenzkurven 31 und 32 herausläuft, was dem Nutzer anzeigt, dass wegen einer deutlich verschlechterten Energieeffizienz dringender Handlungsbedarf besteht.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Das gilt zunächst für die Art der zu überwachenden Industrieanlage, bei der es sich auch um eine andere Produktionsmaschine wie z. B. eine Werkzeugmaschine oder eine Lackieranlage handeln kann. Außerdem soll der Ausdruck „Industrieanlage“ auch Maschinen einschließen, die nicht unmittelbar der Produktion von Gegenständen oder Stoffen, sondern überwiegend nur zu deren Be- oder Verarbeitung dienen. In diesem Fall kann der Begriff „Produktionsparameter“ mit dem Begriff „Betriebsparameter“ gleichgesetzt werden. Weiterhin können die beschriebenen Überwachungen auch an einzelnen Baugruppen einer Industrieanlage durchgeführt werden. Weiter ist klar, daß die beispielhaft beschriebenen Kennzahlen durch andere für die Energieeffizienz aussagekräftige Kennzahlen und die beschriebenen Produktionsparameter durch andere Produktionsparameter wie z. B. Einspritzdruck und Einspritzgeschwindigkeit, Zuhaltekraft, Kühlzeit od. dgl. ersetzt werden können, soweit es sich um eine Spritzgußmaschine handelt. Auch die Erzeugung und Verarbeitung der verschiedenen Meßwerte kann auf andere zweckmäßige Weise erfolgen. Schließlich versteht sich, daß die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.
