DE102010063284A1

DE102010063284A1 - Energie- und Systemmonitoring an hüttentechnischen Einrichtungen

Info

Publication number: DE102010063284A1
Application number: DE201010063284
Authority: DE
Inventors: Axel Weyer
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-05-16
Also published as: EP2641135A1; WO2012065762A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Überwachen des Energieverbrauchs einzelner Komponenten hüttenmännischer Anlagen, umfassend wenigstens ein Mittel zum Erfassen des Energieverbrauchs ausgewählter Anlagenkomponenten, wenigstens ein Mittel zum Aufzeichnen und Speichern der so erfassten Energieverbräuche, sowie eine zentrale Analyse-/Auswerteinheit, die die maximale Systemauslastung, die erfassten Energieverbräuche und Daten zum Anlagen-Betriebsstatus, insbesondere von Prozessparametern aufnimmt und zumindest die erfassten Energieverbräuche und die Prozessparameter miteinander als zeitabhängige Größen darstellt und bearbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Überwachen des Energieverbrauchs einzelner Komponenten hüttenmännischer Anlagen, umfassend wenigstens ein Mittel zum Erfassen des Energieverbrauchs ausgewählter Anlagenkomponenten, wenigstens ein Mittel zum Aufzeichnen und Speichern der so erfassten Energieverbräuche sowie eine zentrale Analyse-/Auswerteinheit.
Aus dem Stand der Technik sind hüttentechnische Anlagen mit Automationssystemen sowie Konzepte zur Automatisierung von prozesstechnischen Abläufen, so genannte Level 1-, Level 2-HMI-Systeme bekannt. Des Weiteren ist bereits das Konzept elektrischer Gesamtenergieerfassungen im Einspeisebereich von Leistungsnetzen bekannt.
Spezifische elektrische Energieanalyse- und Systemüberwachungseinrichtungen von Automatisierungssystemen sind im Bereich hüttentechnischer Anlagen jedoch noch nicht bekannt. Hieraus erwächst ein hohes Energieeinsparpotential.
Es ist das Ziel der Erfindung, ein neuartiges Systemkonzept zur Verbrauchs- und Leistungsanalyse von elektrischern Verbrauchern und Automatisierungskonzepten in hüttentechnischen Anlagen zur Verfügung zu stellen, durch das deutliche Energieeinsparungen realisierbar sind. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein System, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das System zum Überwachen des Energieverbrauchs einzelner Komponenten hüttenmännischer Anlagen verwendet eine zentrale Analyse-/Auswerteinheit, welche die maximale Systemauslastung, die erfassten Energieverbräuche und Daten zum Anlagen-Betriebsstatus, insbesondere von Prozessparametern, aufnimmt und zumindest die erfassten Energieverbräuche und die Prozessparameter miteinander als zeitabhängige Größen darstellt und bearbeitet.
Hiermit wird eine transparente Analyse von Energieverbräuchen und Systemauslastungen von Automatisierungssystemen, insbesondere in Verbindung mit produktionsrelevanten Daten, für eine darauf folgende Analyse zur gezielten Energieeinsparung bzw. eine Überwachung von Grenzwerten durchführbar.
Grundlage hierfür ist ein gezieltes Energie- und Systemmonitoring von ausgewählten elektrischen Verbrauchern, vorzugsweise Antrieben, Pumpenmotoren, Beleuchtungen, Heizeinrichtungen, PCs, speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), Motion Controller, Zentrale Steuerungseinheiten (CPU), Speichermedien, Monitoren, Krananlagen und/oder Aufzügen. Die Auswahl der Verbraucher richtet sich insbesondere nach dem möglichen Energieeinsparpotential.
Beispiele hierfür sind Antriebsgruppen, die eine stufenweise Zuschaltung in Abhängigkeit vom Verbrauch bzw. Energiebedarf zulassen. Hierzu zählen beispielhaft:

– Pumpenstationen für Wasser oder Hydraulik; beispielsweise können in einer Pumpenstation mit fünf Pumpen einzelne oder mehrere Pumpen in Abhängigkeit vom tatsächlichen Verbrauch abgeschaltet oder zugeschaltet werden;
– Lüfter und Ventilatoren, welche zu so genannten Batterien parallel zusammengeschaltet sind. Auch bei diesen ist eine Abschaltung von einzelnen Antrieben je nach Bedarf möglich;
– Antriebseinheiten, welche für Materialförderungen in Gruppen parallel zusammengeschaltet sind. Hierbei lassen sich einzelne Antriebe abschalten oder ein Freilauf einzelner oder mehrerer Antriebe kann zugelassen werden.

Dem Anlagenbetreiber wird erfindungsgemäß ein System zum Energie- und Systemmonitoring zur Verfügung gestellt, welches eine Visualisierung und Darstellung von aktuellen und geleisteten Verbrauchswerten durchführt.
Für ausgewählte elektrische Verbraucher werden vorzugsweise Energiezähler zur Erfassung von beispielsweise Momentantleistungen, Strömen, Spannungen, Wirk- und Blind-, Scheinleistungen sowie Leistungsfaktoren und Frequenzen in den Leistungszuleitungen installiert. Die erfassten Daten können dann über eine Busanbindung einem Netzwerk zur Datenübertragung einer zentralen Analyse-/Auswerteeinheit zugeführt werden.
Leistungsrelevante Informationen für ein Systemmonitoring von PCs, Servern, externen Festplatten, Rechnern, so beispielsweise die Systemauslastung, wie etwa die Temperatur der Festplatte usw., können vorzugsweise über entsprechende Netzwerksanbindungen ebenfalls an das System angeschlossen werden.
Die Datensammlung und Darstellung der erfassten Daten wird vorzugsweise dann auf einer hierfür vorgesehenen und verwendeten Analyse-/Auswerteinheit durchgeführt.
Im erfindungsgemäßen Sinne erfolgt eine Darstellung der Energieverbräuche der Leistungsverbrauch und der Systemauslastung von Automatisierungsgeräten über die Zeitachse in grafischer bzw. tabellarischer Form.
Im erfindungsgemäßen Sinne wird schließlich für eine analytische Auswertung als Zusatzinformationen die jeweilige Prozesssituation der Anlage, vorzugsweise der Anlagenbetriebsstatus wie beispielhaft Anlage „AUS”, Anlage in „Vorbereitung zur Produktion”, Anlage in „Produktion” sowie definierte Produktionsparameter wie beispielsweise die Geschwindigkeit, der Durchsatz und die Produktdaten der Analyse-/Auswerteeinheit zugeführt. Die gleichzeitige Darstellung der Produktionsparameter und/oder der Prozesssituation mit den jeweiligen Energiewerten von spezifischen Verbrauchern wird hierdurch besonders vorteilhaft erreichbar. Über diese neuartige Darstellung der einzelnen Verbrauchswerte in Verbindung mit der Prozesssituation der Anlage kann der Bediener jetzt eine gezielte Analyse zur Energieoptimierung durchführen. Eine Identifikation von möglichen Energieeinsparmaßnahmen und/oder Systemüberlastungen, insbesondere von PCs oder Festplatten, sind nach Aufbereitung der Daten nunmehr unter Anwendung der Erfindung durch einen Bediener möglich.
Das Energiemanagement erlaubt ein gezieltes Abschalten oder Zuschalten von Einzelantrieben, Pumpen und/oder Verbrauchern insbesondere zur gezielten Reduzierung von Leerlaufleistungen und zur Energieeinsparung und in Abhängigkeit vom aktuellen Produktionserfordernis. Das erfindungsgemäße Systemmanagment wiederum erlaubt die Lokalisierung von Überlastungen bei Automatisierungsgeräten.
Das Energiemonitoring und Systemmonitoring gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht insbesondere eine Schaffung einer Energieverbrauchstransparenz, nämlich eine Identifikation von Sparmaßnahmen und von spezifischen Energieverbräuchen ausgewählter Verbraucher im zeitlichen Zusammenhang zu Produktionsparametern. Darüber hinaus wird eine zentrale Überwachung von Systemauslastungen der Automatisierungssysteme in Abhängigkeit von Produktionsparametern ermöglicht. Vorrichtungsseitig wird die Erfindung besonders gekennzeichnet durch:

– Energiezähler mit Netzwerksanbindung zur Erfassung elektrischer Energieverbräuche, inklusive der erforderlichen Strom-Spannungswandler in hüttentechnischen Produktionsanlagen,
– ein separat oder eigens angelegtes Datennetzwerk zur Übertragung von Energie, Zählerdaten und der Systemauslastungen,
– die Verwendung eines bestehenden bzw. andersartig verwendeten Datennetzwerks, beispielsweise des Automatisierungsnetzwerks von Produktionsanlagen, für die Übertragung von Energiezählerdaten sowie Systemauslastungen, und
– die Analyse und Auswerteeinheit zur Erfassung, Archivierung und Aufbereitung der gelieferten Daten.

Verfahrensseitig wird die Erfindung gekennzeichnet durch:

– eine zentrale Erfassung von definierten/ausgewählten elektrischen Einzelenergieverbräuchen, insbesondere der Momentanleistungen, von Strömen, der Spannungen, Wirk-, Blind-, Scheinleistung, Leistungsfaktoren und Frequenzen, an spezifischen Verbräuchen in Zwei-Leiter, Drei-Leiter und Vier-Leiter-Leistungsversorgungsnetzen hüttentechnischer Anlagen,
– eine zentrale Erfassung von Systemauslastungen, insbesondere der CPU-Auslastungen sowie von Festplattentemperaturen, von Automatisierungsgeräten in hüttentechnischen Anlagen,
– eine Verarbeitung, Archivierung, Darstellung und zeitliche Verknüpfung der erfassten Daten, insbesondere der Energie und der Systemauslastungen, mit Produktionsdaten, sowie
– eine Überwachung von Grenzwerten und/oder die Alarmgenerierung bei definierter Überlast- oder Unterlast eines elektrischen Verbrauchers oder der Auslastung von Automatisierungseinrichtungen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf zwei Figuren näher erläutert. Die hier dargestellten Ausführungsformen sind jedoch nicht dazu geeignet, den Schutzbereich der Erfindung, der in den anhängigen Ansprüchen definiert ist, in irgendeiner Weise einzuschränken.
In den Figuren sind
1 eine schematische Darstellung einer Level 1-Basisautomatisierung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, und
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Energie-/Systemmonitoring.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Datennetzwerks zur Anlagenautomatisierung gemäß dem Level I HMI, wie es dem Fachmann aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist. Einzelne Anlagenkomponenten, insbesondere SPS, ein Motion Controller sowie ein PC/Rechner sind über einen gemeinsamen Datenbus mit einer zentralen Anlagensteuerung verbunden.
2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum Überwachen des Energieverbrauchs einzelner Komponenten hüttenmännischer Anlagen, bei dem eine zentrale Analyse- und Auswerteeinheit das Energie- und Systemmonitoring übernimmt. Diese zentrale Analyse- und Auswerteeinheit ist über ein Datennetzwerk zum Energie- und Systemmonitoring mit den einzelnen Anlagenkomponenten SPS, Motion Controller und PC/Rechner sowie mit einzelnen Energiezählern innerhalb des Leistungsnetzes verbunden. Das Datennetzwerk zum Energie- und Systemmonitoring ist wiederum über eine Netzwerkkopplung mit dem aus dem Stand der Technik bekannten und in 1 bereits dargestellten Datennetzwerk zur Anlagenautomatisierung verbunden.

Claims

System zum Überwachen des Energieverbrauchs einzelner Komponenten hüttenmännischer Anlagen, umfassend wenigstens ein Mittel zum Erfassen des Energieverbrauchs ausgewählter Anlagenkomponenten, wenigstens ein Mittel zum Aufzeichnen und Speichern der so erfassten Energieverbräuche, sowie eine zentrale Analyse-/Auswerteinheit, die die maximale Systemauslastung, die erfassten Energieverbräuche und Daten zum Anlagen-Betriebsstatus, insbesondere von Prozessparametern aufnimmt und zumindest die erfassten Energieverbräuche und die Prozessparameter miteinander als zeitabhängige Größen darstellt und bearbeitet.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zentrale Analyse-/Auswerteinheit eine Netzwerkanbindung aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Analyse-/Auswerteinheit mit einem Mittel zur Darstellung der erfassten und bearbeiteten Daten verbunden ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zentrale Überwachung der Auslastung der Anlagen-Komponenten bereitstellt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein gezieltes Abschalten und/oder Einschalten von Anlagen-Komponenten automatisiert.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es Überlasten bei Automatisierungsgeräten lokalisiert.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagen-Komponenten Antriebe, Pumpenmotoren, Beleuchtungen, Heizeinrichtungen, Personal Computer, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Motion Controller, Zentrale Steuerungseinrichtung (CPU), Speichermedien, Monitore, Krananlagen oder Aufzüge, vorzugsweise Pumpenstationen für Wasser oder Hydraulik, zu Batterien parallel zusammengefasste Lüfter und Ventilatoren und/oder in Gruppen parallel geschaltete Antriebseinheiten für die Materialförderung umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Energieverbräuche Momentanleistungen, Ströme, Spannung, Wirk-, Blind- und Scheinleistungen, Leistungsfaktoren und/oder Frequenzen umfassen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Identifikation von Energiesparmaßnahmen und/oder Überlastungen, beispielsweise von Personal Computern oder Festplatten, insbesondere zur Überwachung von Grenzwerten und/oder zur Alarmgenerierung bei definierter Über- oder Unterlast eines elektrischen Verbrauchers oder der Auslastung von Automatisierungseinrichtungen, dient.
System nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich zur zentralen Erfassung von Anlagenauslastungen (so genannten Systemauslastungen), beispielsweise von CPU-Auslastungen, SPS-Auslastungen, Motion Controller-Auslastung von Automatisierungssystemen oder Festplattentemperaturen dient.