Elektroantriebe
Reduzierter Energieverbrauch durch Digitalisierung
Siemens erzielt im Elektromotorenwerk in Bad Neustadt an der Saale eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs mit Analyze MyDrives auf Industrial Edge.
Der Kunde
Das Siemens-Elektromotorenwerk in Bad Neustadt an der Saale ist die führende Fabrik für Synchronund Asynchronmotoren. Kontinuierliche Innovationen der in Bad Neustadt hergestellten Motoren haben die Wettbewerbsposition des Unternehmens im Segment der Antriebstechnik bis heute gesichert.
Das Elektromotorenwerk gilt im Unternehmen als Paradebeispiel für die Digitalisierung. Die Transformation in Digital Enterprise wurde bewerkstelligt, um Kundenanforderungen besser zu erfüllen: Kurze und zuverlässige Lieferzeiten, größere Flexibilität und nachhaltigere Produktion. Dies war nur durch die digitale Transformation möglich – einerseits durch den gezielten Einsatz von Technologie und andererseits durch Schulung der Mitarbeiter und ihre enge Einbindung in die neuen Prozesse.
Mit der „Arena der Digitalisierung“ bietet das Siemens-Elektromotorenwerk in Bad Neustadt interessierten Kunden und Partnern auf mehr als 800 Quadratmetern umfassende Informationen und konkrete Unterstützung für Digitalisierungsprojekte.
Die Aufgabe
Da die nachhaltige Produktion ein wichtiger Teil des Konzepts „Digital Enterprise“ ist, wurde im Produktionswerk Bad Neustadt der Fokus auf Energieeffizienz gelegt. Zudem wurde Verbesserungspotential in der Produktionsinfrastruktur identifiziert. Die Herausforderung bestand insbesondere darin, die Energieeffizienz der Kühlschmierstoffpumpen zu optimieren (siehe Bild 1). Die Pumpen der zentralen Kühlschmierstoffversorgung für die mechanischen Bearbeitungseinheiten laufen kontinuierlich und müssen das Kühlschmiermittel umwälzen.
„Selbstverständlich müssen wir beachten, dass Datenerfassung und Transparenz eine Grundvoraussetzung für jede Optimierungsmaßnahme sind“, sagt Lukas Schlembach, Datenwissenschaftler bei Siemens, der die Optimierungsinitiative leitete. Für das Projekt war es daher ausschlaggebend, mit der Implementierung von Überwachungslösungen für den Energieverbrauch der Pumpenantriebsstränge zu beginnen. „Wir wollten Daten und Transparenz des Energieverbrauch der Pumpen gewinnen, um beurteilen zu können, wo es Energieeinsparungspotential gibt“, ergänzt Lukas Schlembach.
Die Lösung
Die Aufgabe war, durch Digitalisierung des Antriebsstrangs Einblicke in die Leistung der Anwendung zu gewinnen.
Die ideale Lösung bestand darin, die G120CFrequenzumrichter für den Antrieb der Pumpenmotoren über Profinet an einen SIMATIC IPC227 NANOBOX PC anzuschließen (siehe Bild 2). Auf diesem Industrial Edge PC läuft Analyze MyDrives Edge mit der Erweiterung Energy Efficiency. Für die Datenerfassung von Antriebsparametern wurde zusätzlich Drive System Framework installiert.
Die Drive System Framework Industrial Edge App liest kontinuierlich Daten der SINAMICS G-Antriebe aus und überträgt sie an den Industrial Edge Datenbus. Die Analyze MyDrives App empfängt die Daten vom Datenbus und sorgt für Transparenz über den Energieverbrauch des Antriebsstrangs. Analyze MyDrives in Kombination mit Drive System Framework berechnet alle effizienzbezogenen Kennzahlen ohne zusätzliche Sensorik oder besondere Messeinrichtungen.
Das Resultat
Dank der kontinuierlichen Überwachung von Echtzeitdaten über den Energieverbrauch der Antriebe stellte sich heraus, dass die Leistungsaufnahme während der Wochenenden etwa 90 Prozent höher war als der durchschnittliche Verbrauch an Werktagen (siehe Bild 3). Dieser Befund war alarmierend, da die Produktion während der Wochenenden nicht läuft. Diese Tatsache deutete auf ein mögliches Problem im SPS-Code oder in den Steuerungen hin, das den unnötigen Verbrauch verursacht.
Es wurde sofort eine erste Abhilfemaßnahme an der SPS ergriffen und ein zyklischer Betrieb der Pumpen am Wochenende eingeführt (siehe Bild 4). Das führte zu einer Senkung des Energieverbrauchs und der Energiekosten. „Mit Hilfe von Analyze MyDrives Edge konnten wir den Betrieb unserer Anlagen optimieren. Diese Optimierung führte zu weniger Energieverbrauch, weniger Verschleiß und weniger Kosten“, sagt Peter Zech, Leiter Innovation und Digitalisierung im Werk Bad Neustadt.
Durch die Digitalisierung des Antriebsstrangs gewann das Werk Bad Neustadt volle Transparenz über den Energieverbrauch, die damit verbundenen Kosten und erweiterte Kennzahlen zur Energieeffizienz. Insgesamt waren die jährlichen Einsparungen sehr eindrucksvoll. Durch erste Optimierungsmaßnahmen konnten mehr als 43 MWh an elektrischer Energie pro Jahr eingespart werden, was einer jährlichen Energiekosteneinsparung von rund 9.500 Euro entspricht. Das Werk in Bad Neustadt nutzt bereits CO2-neutralen Strom, daher gab es keine direkte Auswirkung auf die CO2-Bilanz. Doch das Äquivalent der vermiedenen CO2-Emission hätte normalerweise etwa 18,5 Tonnen betragen.
Darüber hinaus war es durch Steigerung der Effizienz und Verkürzung der Betriebszeit möglich, die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern und damit Kostenfaktoren wie OPEX und CAPEX (Betriebsausgaben und Investitionsausgaben) zu reduzieren. Generell hilft die jederzeit verfügbare Transparenz über den Zustand des gesamten Antriebsstrangs dabei, Funktionsstörungen oder Ausfälle zu erkennen, bevor es zu Stillständen kommt. Dadurch steigt die Produktivität/Verfügbarkeit (OEE*) der gesamten Produktionsanlage.
Return on Investment
Die erfolgreiche Umsetzung der Optimierungsmaßnahmen in Bad Neustadt hat sich in weniger als einem halben Jahr amortisiert (in 5,3 Monaten). Die jährliche Energieeinsparung fällt höher aus als die Investition in Hardware und Software für die Digitalisierung. Weitere Informationen sind in der Info-Box zu finden.
Info-Box: Return on Investment
- Kosten der Hardware und Software: 2.900 Euro
- Jährliche Energieeinsparung: 9.500 Euro
- Kapitalrendite = 228 % (Amortisation 5,3 Monate)
