Energy Control Pack. Energie-Management in der Produktion. Mitsubishi Electric Europe B.V. - Christoph Behler, FA-EBG

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1 Energy Control Pack Energie-Management in der Produktion 1

2 Mitsubishi Weltweit Weitläufiger Produktbereich 2

3 Mitsubishi Electric global.mitsubishielectric.com Führender Hersteller im Bereich der Industrie-Elektronik und Produkte und Lösungen für die Industrie-Automation Gegründet Länder 114,000 Mitarbeiter 32 Milliarden Umsatz (2011) 3

4 Mitsubishi FA Solution Ganzheitliche Mitsubishi FA Lösung zur Optimierung der Produktionsbereiche MES Server(traceability, quality..) LAN(Ethernet) CCR Production Production instruction result terminal terminal Production result Data MELSECNET Evaluation information Printer Watch Terminal Data MES interface module Production result Evaluation information Smoothly connects from equipment to production management. Data (bidirectional) Production result Evaluation information Data Safety information LAN(Ethernet) MELSECNET CC-Link CC-Link Safety Power consumption Data HMI PLC HMI PLC Safety PLC HMI PLC D-I/O A-I/O Valve Robot Inverter Servo ID Controller Safety remote I/O Robot Light Curtain IPM MDU EMU Productivity solution Safety solution Energy solution 4

5 Immer noch gültig! Energieverbrauch kann man. Reduzieren, Kontrollieren oder Einfach dafür zahlen! 5

6 Endkunde Fabrik Warum Energie-Management? Situation Produktivitätssteigerung durch Steigerung der Gesamtanlageneffektivität-OEE (Wettbewerb) Produktionssicherheit (Ausfallsicherheit) Kapazitätserweiterung durch Konsolidierung (Kostensenkung) Kostendruck durch Wettbewerb und Energiekostensteigerung Keine präzise Stückkostenzuweisung für Energie möglich, nur Annahme, wird aber vom Accounting gefordert. TCO Total Cost of Ownership (Anschaffung- und Nutzungskostenbetrachtung) Einbezogene Personen betreiben das Energiemanagement als Zusatzjob Entscheider fehlt (Top-Down) 6

7 Warum Energie-Management? Anreize Zukünftig Preissteigerung für Energie (Öl, Wasser, Gas, Strom und regenerative Energie) Steuerliche Ermäßigungen für Gewerbebetriebe bei nachweisbaren Energieeinsparmaßnahmen Installation von Energiemanagement Systemen Gesetzliche Vorgaben umsetzen (DIN EN ISO 50001) 7

8 Warum Energie-Management? Möglichkeiten mit Mitsubishi Electric Ganzheitlicher Ansatz mit dem Energy Control Pack (ECP) ECP enthält Energie Monitoring, Energie Management und Lastspitzen (Demand) Management für die verschiedenen Energietypen Elek. Leistung, Öl, Gas, Druckluft, Wasser, Dampf, Heizung, Wärmetauscher, Klimaanlagen, BHKW Die Fähigkeit die Gesamtleistung über die Zeit zu reduzieren 5-15% eingesparte Energie (basiert auf Erfahrung) Die Fähigkeit Lastspitzen zu erkennen und zu kontrollieren 8-30 % reduzierte Lastspitzen (basiert auf Erfahrung) Halten oder Verbesserung der Produktionsqualität Produktionskostensenkung Electrical energy consumption with load control system 8

9 Warum Energie-Management? Möglichkeiten mit Mitsubishi Electric Flexibel Einfache Integration in existierende oder neue Anlagen Nutzung von drahtlosen und drahtgebundenen Sensoren MES-IT zur Anbindung an Datenbanken und IT Ebene Skalierbarkeit und Modularität Wachsen mit den Anforderungen Nutzen von Standardprodukten aus der Automatisierungswelt Nutzen unserer Erfahrung im Bereich Fertigungs- und Prozesstechnik Steigerung der Effektivität - Overall Equipment Efficiency (OEE) Unterstützung der Anschaffung- und Nutzungskostenbetrachtung (TCO) 9

10 Ganzheitlicher Ansatz Erfassen Analysieren Steuern 1. Einlesen der relevanten Lastwerte 2. Darstellen und Analyse der Energiewerte 3. Kontrolle der der Lasten im gegebenen Rahmen Skalierbar: Zum Einstieg können auch nur 1. und 2. realisiert werden und 3. wenn notwendig nachgerüsten. 10

11 ECP - Implementierte Funktionen Überwachung des Energieprofils und der Anlage (Wartung & Instandhaltung) Energie-Lastspitzenbedarf Reduzierung durch Lastabwurf Planen von energieintensiven Prozessen Energieverbrauchs-Management (Anvisieren) Blindleistungs-Überwachung Optimales Management eigener Stromerzeugung und regenerativer Energie Ein Monitor einer SCADA Workstation für optimales Management von eigenerzeugter elektrischer Energie. 11

12 ECP Effekte Verringerter Lastspitzenbedarf zwischen 8% - 30% (erzielter Durchschnitt bei 13%) Verringerte Kosten für elektrische Energie zwischen 5% - 15% wegen des optimierten Betriebs und Einbindung eigner Stromerzeugung Streichen der Ausgaben für Blindleistung Verbessertes Management des Produktions-Prozesses durch Überwachung und Analysierung der angebundenen elektrischen Lasten Erhöhte Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des internen Stromnetzes, gebenfalls durch Abschalten von Lasten Einbringung/ Erzeugung von Eigenenergie (BHKW, Generator) bei Lastspitzen Verringerung der Stückkosten Gewinnsteigerung 12

13 Die Projekterfahrung zeigt es Z.B. Lastmanagement Renditerahmen (ROI ohne BHKW): Systems SIK in various industries: Durchschnittlich 0.9 Jahre, max 2.2 Jahre Industry No. of installed systems Average peak demand (kw) Average peak savings (kw) % Metal Wood Textile Glass Paper Rubber Foundries Machinery Steel Clothing Food Other Average (47) Average pay-back period: ca 0.9 years Maximum pay-back period: ca 2.2 years 13

14 ECP Skalierbare Lösung Standard Produkte in einer standardisierten Lösungen zur Energiesenkung mit hoher Flexibilität und Anpassungfähigkeit ECP COMPACT Lösung mit bis zu 16 Lasten 80% definiert und wird parametriert, 20% frei definierbar ECP MODULAR Lösung mit mehr als 16 Lasten Kombinierbare Bausteine, parametrierbar und frei definierbar ECP OPEN Lösung mit vielen Lasten, mit Unternehmens-IT Anbindung und Kopplung an das Stromnetz. unter Einbindung weitere Energiesysteme neben elektrischem Strom wie Luft, Gas, Öl, Wasser, Raumheizung, Wärmepumpe und Klimaanlage Performance/Functionality ECP MODULAR ECP OPEN ECP COMPACT 16 Loads Expandability 14

15 Generisches Konzept ECP Standardisierte skalierbare Lösung von der einzelnen Maschine bis hin zum ganzheitlichen Energie- und Last-Management und Anbindung zum Stromanbieter. Daten nutzbar für Wartungs- & Instandhaltungfunktionen, MES, ERP, etc Visualisierung lokal oder oder zentral Bedienung, Information und Wartung Kompressor, Pumpe,, Inverter, Klimaanlage 16

16 Einfache Installation z.b.: Drahtlose Kommunikation und einfache Anbindung im Betrieb bei geringem Installationsaufwand Energy Meter Node (EMN) Wi-Pulse, Wi-Zone or Wi-temp Mesh Node (MN) Mesh Gate (MG) 17

17 Bestandsanlagen einbinden MES-IT (optional) Einfache Datenanbindung vom ECP oder anderer installierter Geräte an die Management-Ebene ECP 18

18 Offenheit Visualisierung und Analyse Die Daten können angezeigt, analysiert und weiter verarbeitet werden. Folgende Möglichkeiten sind möglich: Energie Management mit MAPS4Energy (SCADA) oder anderen SCADA Produkten Software Tools via MES-IT oder OPC ERP/MES Anbindung via MES-IT oder OPC Analyse und Reporting Einsatz unterschiedlicher Endgeräte 19

19 Transparenz mit ECP Company management Technology staff Energy manager Energy control staff ECP Energy Control Pack Quality staff Workers Maintenance staff 20

20 ECP - Darstellung KPI Data to Excel Energy accounting Energy targeting Synoptic schemes Charts Alarms Reports 21

21 Energieprofile Wed

22 Konzeptüberblick ECP Unternehmensebene Energie Management Visualisierung der Lasten Reporting Historische Datensicherung Wartung & Instandhaltung Programmierung Steuerungsebene mit Steuerung (SPS) und HMI Einlesen der Energiewerte Analyse der Energie Werte Kontrolle der der Lasten im gegebenen Rahmen mit dem ECP Algorithmus über die Steuerung Kontrolle verschiede Lasten neben elektrischer Energie auch Luft, Gas, Wasser, Raumheizung und Klimaanlagen MES/ERP (DB) Anbindung via MES-IT Service- und Wartungsinformationen Feldebene Energiemessung drahtlose Zähleranbindung (ZigBee) Feldbus oder seriell CT als Klappkern oder Rogowski Spule Ansteuerung der Lasten 23

23 Support eines ganzheitlichen ECP Projekts Machbarkeitsstudie als seriöse Basis Enthält definierte Ziele (Lastspitzenkontrolle und eine Roadmap für Energie Management) Höhe der Energieersparnis Kapitalrendite (Return on Investment (ROI)) Lösungsvorschlag mit Mitsubishi und Partner Komponenten Design /Auslegung Konzeptentwurf des Aufbaus mit Zeichnungen, Hard- und Software Implementierung und Ausführung Installation über den System Integrator (oder Endkunde) Inbetriebnahme Inbetriebnahme und Adaptierung Probebetrieb Abstimmung der Systems auf die Anlage 24

24 Vielfältige Beispiele Energieeinsparungen und Energiemanagement 25

25 Leit-Ebene ECP Energieerfassung Firma 1 -Database and Webserver MAPS Stand alone DB Programming MAPS Client Service Maintenance LAN (Ethernet) company network Energiy Terminal Trafo Mittelspannung Flüssigproduktion Produktion mit Lager und Silos NSHV 2 NSHV 1 Controller- Ebene Erweiterbare Controller mit Messmodulen und Impulszählern IP: Erweiterbarer Controller mit Messmodulen IP: Einspeisung NSHV 2 Einspeisung NSHV 1 Verwaltungs gebäude Lödige 1200 Kaltwassersatz Silo 1 + Silo 2 Rubek 3000 UV1 Abfüllanlage Wirkleistung Blindleistung Anlage 1.OG Silo 3 Lödige 2000 UV1.9 Rovema Stromschien e 1.EG Kleines Silo EMT 3000 Warenannahme Geräte-Ebene Stromschien e 2.EG Kleiner Mischraum EMZ 2000 IP.Konditionieranlage LAN (Ethernet) ECP QE-BUS FA-EBG MOD AMD - C. Behler CC-Link Wire-less COPYRIGHT 2010 MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V. ALL RIGHTS RESERVED. 26

26 Leit-Ebene ECP Energieerfassung Firma 1 Variante -Database and Webserver MAPS Stand alone DB Mobile Visualisierung Programming MAPS Client EXTEND 7000 Service Maintenance LAN (Ethernet) company network Energiy Terminal Trafo Mittelspannung Flüssigproduktion Produktion mit Lager und Silos NSHV 2 NSHV 1 Controller- Ebene Erweiterbare Controller mit Messmodulen und Impulszählern Erweiterbarer Controller mit Messmodulen IP: CC-Link Wire-less QE81 oder 83 IP: CC-Link Einspeisung NSHV 2 Einspeisung NSHV 1 Verwaltungs gebäude Lödige 1200 Kaltwassersatz Silo 1 + Silo 2 Rubek 3000 UV1 Abfüllanlage Wirkleistung Blindleistung Anlage 1.OG Silo 3 Lödige 2000 UV1.9 Rovema Stromschien e 1.EG Kleines Silo EMT 3000 Warenannahme Geräte-Ebene Stromschien e 2.EG Kleiner Mischraum EMZ 2000 IP.Konditionieranlage LAN (Ethernet) ECP QE-BUS FA-EBG MOD AMD - C. Behler CC-Link Wire-less COPYRIGHT 2010 MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V. ALL RIGHTS RESERVED. 27

27 Energie-Management Vorschlag Firma 2 - Vorschlag 1 Leitebene Visualisierung SoftGOT Mobile Visualisierung EXTEND 7000 SQL-Datenbank Kundenseitig LAN (Ethernet) Firmennetzwerk Programming Service Maintenance ECP Master Controller (Q-CPU) Vorort Visualisierung am Master Schaltschrank GOT1655 ECP Sllve Controller (FX3U-CPU) ECP Sllve Controller (FX3U-CPU) Controller Ebene Geräteebene CC-Link CC-Link CC-Link Trafo 1 Trafo 2 Klima NV2 EG Sprinkler 1 Sprinkler 2 Sprinkler 3 UV3 EG UV2 Hoch- regal HV EG1 HV DG HV1 Licht Keller EVU Zähler KWh Impils KVAh Impils PV Anlage ME96 LAN (Ethernet) ECP FA-EBG MOD AMD - C. Behler CC-Link ( / CB) COPYRIGHT 2010 MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V. ALL RIGHTS RESERVED. 28

28 Energie-Management Vorschlag Firma 2 Vorschlag 2 Leitebene Visualisierung SoftGOT Mobile Visualisierung EXTEND 7000 SQL-Datenbank Kundenseitig optional LAN (Ethernet) Firmennetzwerk Programming Service Maintenance ECP Master Controller (Q-CPU) Vorort Visualisierung am Master Schaltschrank GOT1655 Controller Ebene Wireless Geräteebene Trafo 1 Trafo 2 Klima NV2 EG Sprinkler 1 Sprinkler 2 Sprinkler 3 UV3 EG UV2 Hoch- regal HV EG1 HV DG HV1 Licht Keller EVU Zähler KWh Impils KVAh Impils WI-PULS PV Anlage Solarlog 800e LAN (Ethernet) ECP FA-EBG MOD AMD - C. Behler Wireless (ZigBee) ( / CB) COPYRIGHT 2010 MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V. ALL RIGHTS RESERVED. 29

29 Energie-Management z.b. Gebäude Control level Visualisation SoftGOT MX OPC EcoWebServerIII and MAPS EcoWebserverIII MES IT Data collector MySQL-Database and Webserver MySQL Programming Service Maintenance LAN (Ethernet) company network CH1: CH2: Gothaer Str. 6 LES Showroom / EDC Gothaer Str. 8 Mainbuilding Gothaer Str. 10 EDM Showroom / Airconditioning Gothaer Str. 18 PV / Compressor PLC level EDM Machine EMN CC-Link Building connection EMN Building connection EMN Building connection EMN EDM Showroom EMN Aircon EMN Compress or EMN Building connection EMN Building connection EMN Building connection EMN PV Inverter 1 PV Inverter 2 Device level LAN (Ethernet) ECP FA-EBG MOD AMD - C. Behler Wireless (ZigBee) COPYRIGHT 2010 MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V. ALL RIGHTS RESERVED. 30

30 Transparenz mit ECP Company management Technology staff Energy manager Energy control staff ECP Energy Control Pack Quality staff Workers Maintenance staff ECP FA-EBG MOD AMD - C. Behler COPYRIGHT 2010 MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V. ALL RIGHTS RESERVED. 31

31 Vielfältige Beispiele Energie-Management ECP FA-EBG MOD AMD - C. Behler COPYRIGHT 2010 MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V. ALL RIGHTS RESERVED. 32

32 Beispiele Energieeinsparungen &Energiemanagement Company aha Zweckverband Abfallwirtschaft Country Hannover, De Application Water treatment Products Inverters Savings/payback 35k per annum 2 years payback 33

33 Beispiele Energieeinsparungen &Energiemanagement Company European Vinyls Corporation Country UK Application CHP (Combined Heat Power) Products Modular PLCs, Scada Savings/payback 750k GBP savings replacing DCS solution approx 250kGBP per annum 34

34 Beispiele Energieeinsparungen &Energiemanagement Company Martex Country Slo Application CHP (Combined Heat Power) Electrical Power 1030 kw Thermal Power 1434 kw Products Modular PLCs, HMI, Scada, Inverter, LVS Savings/payback No data 35

35 Beispiele Energieeinsparungen &Energiemanagement Company Tampere City Office Country Finland Application Building management Products Inverters Savings/payback 60% savings in energy usage 37

36 Beispiele Energieeinsparungen &Energiemanagement Company French car company Country SLO Application Total site wide energy management Products Modular PLCs, SCADA Savings/payback 30% reduction in peak power, 15% reduction in overall power 39

37 Fukuyama Works Overall Equipment Efficiency Energy saving at our own plant for LVS Fukuyama Works Energy Saving Activity Result Transition of Contract Demand and Electricity Charge Ratio Start of Visualized Management Ratio of Electricity Charge Specific Energy Consumption: 17.3% down Total Electricity Charge Reduction: 0.9M Euro Electricity Charge Reduction: 0.2 Million Euro Electricity Charge Reduction 0.9 Million Euro Energy Saving Activity We are continuing our energy saving activities 40

38 Zusammenfassung ECP Energie- und Lastmanagement mit Umsetzung der gesetzlichen Vorgaben (DIN EN ISO 50001) Einfache Konfiguration vorgefertigte generischen Lösung und Installation über drahtgebundene und drahtlose Energiezähler für Strom, Luft, Wasser, Gas, Öl, Wärme, Klimaanlage Aktuelles Erfassen aller Energiewerte zur Analyse und Kontrolle und wenn notwendig auch Kontrolle Gewonnene Daten nutzbar für Wartungs- und Instandhaltungsfunktionen Visualisierung lokal oder zentral - Bedienung, Information und Wartung Offenheit zu anderen Geräten und Netzwerkebenen mit MES-IT Anlagenrendite (ROI) erfahrungsgemäß kleiner 2 Jahre, Performance Contracting - WIN-WIN als Zahlungsmodalität möglich Unterstützung von TCO und OEE Konzepten 41

39 Transparenz mit ECP Company management Technology staff Energy manager Energy control staff ECP Energy Control Pack Quality staff Workers Maintenance staff 42 42

40 Vielen Dank für Ihre Zeit! Halle 20, Stand C9 43

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