WO2012065762A1 - Energie- und systemmonitoring an hüttentechnischen einrichtungen - Google Patents

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WO2012065762A1
WO2012065762A1 PCT/EP2011/065268 EP2011065268W WO2012065762A1 WO 2012065762 A1 WO2012065762 A1 WO 2012065762A1 EP 2011065268 W EP2011065268 W EP 2011065268W WO 2012065762 A1 WO2012065762 A1 WO 2012065762A1
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energy
utilization
central
energy consumption
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Axel Weyer
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Sms Siemag Ag
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric

Definitions

  • the invention relates to a system for monitoring the energy consumption of individual components of metallurgical plants, comprising at least one means for detecting the energy consumption of selected plant components, at least one means for recording and storing the so consumed energy consumptions and a central analysis / evaluation unit.
  • a system for monitoring the energy consumption of individual components of metallurgical plants comprising at least one means for detecting the energy consumption of selected plant components, at least one means for recording and storing the so consumed energy consumptions and a central analysis / evaluation unit.
  • the system for monitoring the energy consumption of individual components of metallurgical plants uses a central analysis / evaluation unit, which records the maximum system utilization, the recorded energy consumption and plant operating status data, in particular of process parameters, and at least the recorded energy consumption and process parameters displays and processes time-dependent quantities.
  • the basis for this is a targeted energy and system monitoring of selected electrical consumers, preferably drives, pump motors, lighting, heaters, PCs, programmable logic controllers (PLC), motion controllers, central control units (CPU), storage media, monitors, cranes and / or lifts.
  • PLC programmable logic controllers
  • CPU central control units
  • storage media preferably, monitors, cranes and / or lifts.
  • Examples of this are drive groups that allow gradual connection depending on consumption or energy requirement. These include, for example:
  • Pump stations for water or hydraulics For example, in a pump station with five pumps, one or more pumps can be switched off or switched on depending on the actual consumption; Fans and fans, which are connected in parallel to so-called batteries. Even with these a shutdown of individual drives as needed is possible;
  • Drive units which are interconnected in parallel for material handling in groups.
  • individual drives can be switched off or freewheeling of individual or multiple drives can be permitted.
  • the system operator according to the invention a system for energy and system monitoring is provided, which performs a visualization and display of current and paid consumption values.
  • energy meters are preferably installed for detecting, for example, instantaneous powers, currents, voltages, active and reactive, apparent powers and power factors and frequencies in the power supply lines.
  • the recorded data can then be fed via a bus connection to a network for data transmission to a central analysis / evaluation unit.
  • Performance-relevant information for a system monitoring of PCs, servers, external hard disks, computers, such as the system utilization, such as the temperature of the hard disk, etc., can also preferably be connected to the system via corresponding network connections.
  • the data collection and presentation of the acquired data is then preferably carried out on an analysis / evaluation unit provided and used for this purpose.
  • the respective process situation of the plant preferably the plant operating status such as exemplary plant "OFF", plant in "preparation for production”, plant in "production” as well as defined production parameters such as the speed
  • the simultaneous presentation of the production parameters and / or the process situation with the respective energy values of specific consumers is thereby achieved in a particularly advantageous manner via this novel representation of the individual consumption values in conjunction with the process situation of the consumer
  • the operator can now perform a targeted analysis for energy optimization
  • An identification of possible energy-saving measures and / or system overloads, in particular of PCs or hard disks, are after processing the data n unrang using the invention by an operator possible.
  • the energy management allows a targeted shutdown or connection of individual drives, pumps and / or consumers in particular for the targeted reduction of idle power and energy savings and depending on the current production requirement.
  • the inventive system In turn, managment allows the localization of overloads in automation devices.
  • the energy monitoring and system monitoring according to the present invention achieves, in particular, the creation of an energy consumption transparency, namely an identification of economy measures and of specific energy consumptions of selected consumers in temporal relation to production parameters.
  • central monitoring of system utilization of the automation systems is possible depending on production parameters.
  • the invention is particularly characterized by:
  • Energy meters with network connectivity for recording electrical energy consumption including the required current-voltage transformers in metallurgical production plants, a separate or dedicated data network for the transmission of energy, meter data and system utilization, the use of an existing or otherwise used data network, such as the automation network of
  • the invention is characterized by: central recording of defined / selected individual electrical energy consumption, in particular the instantaneous power, of currents, of the voltages, active, reactive, apparent power, power factors and frequencies, of specific consumptions in two
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a data network for plant automation according to the Level I HMI, as it is already known in the art from the prior art.
  • Individual system components, in particular PLC, a motion controller and a PC / computer are connected via a common data bus with a central system control.
  • FIG 2 shows a schematic diagram of a system according to the invention for monitoring the energy consumption of individual components metallurgical plants, in which a central analysis and evaluation takes over the energy and system monitoring.
  • This central analysis and evaluation unit is connected via a data network for energy and system monitoring with the individual plant components PLC, motion controller and PC / computer as well as with individual energy meters within the power network.
  • the data network for energy and system monitoring is in turn connected via a network coupling with the known from the prior art and already shown in Figure 1 data network for plant automation.

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

Energie- und Systemmonitoring an hüttentechnischen Einrichtungen
Die Erfindung betrifft ein System zum Überwachen des Energieverbrauchs ein- zelner Komponenten hüttenmännischer Anlagen, umfassend wenigstens ein Mittel zum Erfassen des Energieverbrauchs ausgewählter Anlagenkomponenten, wenigstens ein Mittel zum Aufzeichnen und Speichern der so erfassten E- nergieverbräuche 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 Verbrauchsund 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 Prozessparame- ter 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 Steuerun- gen (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 Ab- hängigkeit 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 wer- den. 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, vorzugswei- se 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 E- nergiewerten 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 System- managment wiederum erlaubt die Lokalisierung von Überlastungen bei Automatisierungsgeräten.
Das Energiemonitoring und Systemmonitoring gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht insbesondere eine Schaffung einer Energieverbrauchstranspa- renz, 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 be- sonders 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, Leis- tungsfaktoren und Frequenzen, an spezifischen Verbrauchen 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 eine schematische Darstellung einer Level 1 - Basisautomatisie rung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, und eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Energie /Systemmonitoring.
Figur 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.
Figur 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 ein- zelnen 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 Figur 1 bereits dargestellten Datennetzwerk zur Anlagenautomatisierung verbunden.

Claims

Patentansprüche
1 . System zum Überwachen des Energieverbrauchs einzelner Komponenten hüttenmännischer Anlagen, umfassend wenigstens ein Mittel zum Er- fassen des Energieverbrauchs ausgewählter Anlagenkomponenten, wenigstens ein Mittel zum Aufzeichnen und Speichern der so erfassten E- nergieverbräuche, 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.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein gezieltes Abschalten und/oder Einschalten von Anlagen-Komponenten automatisiert.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es Überlasten bei Automatisierungsgeräten lokalisiert.
7. 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.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Energieverbräuche Momentanleistungen, Ströme, Spannung, Wirk-, Blind- und Scheinleistungen, Leistungsfaktoren und/oder Frequenzen umfassen.
9. 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.
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