Integriertes Anlagenengineering zur Erhöhung der Energieeffizienz

Die Erhöhung der Energieeffizienz ist ein gesellschaftliches und politisches Ziel in der Bundesrepublik Deutschland und in der europäischen Union (EU). Der größte Teil des Energieverbrauchs der Bundesrepublik entfällt auf den industriellen Sektor. Die Einführung eines Energiemanagementsystems gibt Unternehmen die Möglichkeit ihren Energieverbrauch zu analysieren, Energieverschwendungen aufzudecken und die Energieeffizienz zu erhöhen. Die technischen Komponenten (Hard- und Software) eines Energiemanagementsystems werden zusammengefasst als technisches Energiemanagementsystem (tEnMS) bezeichnet. Ein tEnMS dient heute zur Messung, Speicherung, Auswertung und Darstellung von Energieverbräuchen. Allerdings existieren auch Funktionen zur Prognose und zur aktiven Beeinflussung (Lastmanagement) von Verbrauchern aus dem tEnMS heraus. Typische heute im Einsatz befindliche tEnMS bestehen aus einem überlagerten Darstellungs- und Auswertesystem und unterlagerten Messgeräten, SPS-Programmen und Kommunikationssystemen. Für das überlagerte Darstellungs- und Auswertesystem existieren am Markt zahlreiche vorgefertigte Lösungen. Als unterlagerte Systemteile eines tEnMS kommen heute häufig individuelle Eigenentwicklungen zum Einsatz, da hierfür am Markt kaum vorgefertigte Lösungen existieren, bzw. weil vorgefertigte Lösungen Defizite, wie z. B. fehlende Herstellerneutralität, aufweisen. Bei der Implementierung der unterlagerten tEnMS-Teile fällt ein hoher Engineering-Aufwand in Form von SPS-Programmierung und Konfigurationsaufwand für das Kommunikationssystem an. Dieser Engineering-Aufwand stellt für industrielle Anwender ein wesentliches Hemmnis gegen den Einsatz von tEnMS dar. Diese Arbeit hat zum Ziel den Engineering-Aufwand, der bei der Implementierung eines tEnMS anfällt, so weit wie möglich zu reduzieren. Hierzu wird ein tEnMS-Engineering-Konzept entwickelt. Teil dieses Engineering-Konzeptes ist ein Software-Werkzeug (tEnMS-Engineering-Werkzeug), welches die für das tEnMS benötigten SPS-Programme automatisch generiert. Die hierfür benötigten Informationen werden automatisch aus den Gerätebeschreibungsdateien der eingesetzten Feldgeräte und aus einem Modell des Echtzeit-Ethernet-Systems, über welches die Feldgeräte angeschlossen sind, extrahiert. Eine Bedingung für den Einsatz des tEnMS-Engineering-Konzeptes ist, dass es sich bei allen für das tEnMS relevanten Feldgeräten um PROFINET-Devices handelt, welche das PROFINET-Energieprofil unterstützen. Die für die automatische Codegenerierung, aus den Gerätebeschreibungsdateien der eingesetzten Devices und aus einem Modell des Echtzeit-Ethernet-Systems, extrahierten Informationen werden außerdem genutzt um einen OPC-UA-Aggregationsserver, zur produktionsstandortweiten Energiedatenaggregation, automatisch zu konfigurieren. Hierzu ist es notwendig über den gesamten Produktionsstandort alle für das tEnMS relevanten Informationen in einem AutomationML-Modell (energetisches Produktionsstandortmodell) abzubilden. Eine weitere Bedingung für den Einsatz des tEnMS-Engineering-Konzeptes ist, dass die SPSen für die automatisch Steuerungscode generiert wird über einen integrierten OPC-UA-Server verfügen. Mit dem in dieser Arbeit entwickelten tEnMS-Engineering-Werkzeug lässt sich der Engineering-Aufwand für die Entwicklung der benötigten SPS-Programme fast vollständig eliminieren. Der verbliebene Aufwand besteht darin die automatisch generierten SPS-Programme in die SPS-Entwicklungsumgebung zu importieren, in der SPS aufzurufen und mit dem in die SPS integrierten OPC-UA-Server zu verknüpfen. Dies wird evaluiert indem automatisch durch das tEnMS-Engineering-Werkzeug generierter Steuerungscode in einem experimentellen Hardwareaufbau betrieben wird. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte energetische Produktionsstandortmodell wird analytisch evaluiert.