Anzeige
Anzeige
Beitrag drucken

Energiesparende Antriebstechnik

Energieeffizienz für die Pilzfarm

Neue Möglichkeiten zur Energieeinsparung im Kaltwassersystem der Produktion und für mehr Systemzuverlässigkeit ergaben sich für einen irischen Champignonproduzenten in moderner Antriebs- und Automatisierungstechnik. Mithilfe einer SPS-basierten Lösung mit Frequenzumrichtern zur Steuerung der verschiedenen Pumpen und Systeme lassen sich so wöchentlich mehrere Tausend Kilowattstunden Energie und damit auch Kosten einsparen.



Antriebs- und Steuerungstechnik von Mitsubishi Electric sorgen bei der Produktion von Pilzen für Energieeinsparung und mehr Zuverlässigkeit. Bild: © Videologia/Thinkstockphotos.co.uk

Das irische Unternehmen Codd Mushrooms betreibt eine Pilzfarm. Die Produktion steht dabei im Zeichen von Qualität und Nachhaltigkeit. Die Produktions- und Verpackungsanlage gilt als eine der modernsten ihrer Art in Europa. Ein spezielles Vakuumkühlsystem kühlt die Ware in 20 Minuten von einer Feldtemperatur von 20 auf drei Grad Celsius ab, was die Mindesthaltbarkeit des Produkts um zwei Tage erhöht. Der Einsatz erneuerbarer Energien und die kontinuierliche Suche nach Möglichkeiten zur Energieeinsparung tragen zu einer umweltfreundlichen Champignonproduktion bei. Im Laufe der Jahre spielten beim Bau der Produktionsanlagen auch die möglichen Vorteile von Automatisierung eine entscheidende Rolle, wie Geschäftsführer Raymond Codd erklärt: „Durch eine schrittweise Automatisierung waren wir in der Lage, unsere Produktion auszubauen und an unser Unternehmenswachstum anzupassen.“

Energieeinsparpotenzial in der Produktion

Im Hinblick auf Nachhaltigkeit interessierte sich das irische Unternehmen insbesondere für Energieeinsparungen im Kaltwassersystem der Produktion sowie für die Steigerung der Systemzuverlässigkeit. Das System zieht sich durch verschiedene unabhängige Produktionsbereiche, die ihren individuellen Anforderungen entsprechend beheizt beziehungsweise gekühlt werden müssen. Ausschlaggebend sind unter anderem der Produktionsstatus sowie die aktuell herrschenden Umweltbedingungen. Dabei kühlt ein industrielles Kühlaggregat das Wasser des Systems auf plus fünf Grad Celsius ab. Ein isolierter Puffertank hält diese Temperatur. Im laufenden Betrieb wird das gekühlte Wasser aus dem Tank durch das komplette Kaltwassersystem der Produktion gepumpt. Es fließt durch Wärmetauscher und wird in Rücklauferhitzer zurückgespeist, wo es sich mit wärmerem Wasser mischt. Das Kühlwasser heizt sich auf und fließt deutlich wärmer zurück in den Puffertank. In Folge steigert das Kühlaggregat seine Leistung, um die Temperatur im Tank wieder auf plus fünf Grad Ceslius zu bringen. Um das Potenzial für Energieeinsparungen zu prüfen, kontaktierte das Unternehmen den örtlichen Mitsubishi-Electric-Systemintegrator MPAC. Geschäftsführer Matt Pender blickt zurück: „Es war nicht möglich, den zu erwartenden Kühlbedarf mit dem bestehenden System zu berechnen. Die Anlage lief immer mit voller Auslastung. Tatsächlich effizient arbeitete das System daher nur dann, wenn die vollen 100 Prozent Leistung auch tatsächlich benötigt wurden.“ In der Praxis ist allerdings nur selten die volle Systemleistung gefragt. Und selbst dann ist der Bedarf nicht konstant, sondern variiert von Stunde zu Stunde, von Tag zu Tag. Dabei spielen verschiedene Faktoren eine Rolle, darunter die Anzahl der zu kühlenden Räume, der konkrete Produktionsstatus, die Umgebungstemperatur, die wiederum von lokalen Wetterbedingungen abhängt, und die Luftfeuchtigkeit. Selbst ohne Bedarf pumpte das System die maximale Wassermenge durch die Produktion. Auch wenn es nicht die Wärmetauscher durchlief, heizte sich das Wasser bedingt durch Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit auf, sobald es den isolierten Puffertank verließ. Floss es dann zurück in den Tank, erhöhte sich die Temperatur des dort gespeicherten Wassers. Der Kältekompressor musste das gespeicherte Wasser folglich wieder runterkühlen, obwohl es für die Produktion nicht von Nutzen war.



Das SPS-basierte Steuerungssystem mit Frequenzumrichtern ermöglicht
Energieeinsparungen von über 5.400 Kilowattstunden pro Woche. Bild: Mitsubishi Electric Europe B.V.

Eingehende Untersuchung der Verbesserungspotenziale

In einer umfangreichen Prüfung durchleuchtete der Integrator die Ineffizienzen und Verbesserungspotenziale des Kaltwassersystems. In einem Prüfzeitraum von sieben Tagen verbrauchte das System 6115 Kilowattstunden Energie. Die Effizienz hätte sich zwar theoretisch durch Ausschalten des Systems bei Null- Bedarf maximieren lassen. Dadurch wäre es allerdings auch nicht mehr möglich gewesen, Änderungen im Bedarf zu erfassen. Pender sagt dazu: „Das System wäre ohne gespeichertes Kühlwasser sehr langsam. Muss der Produktionsbereich dann spontan gekühlt werden, reagiert die Anlage nur schleppend.“ Die Lösung sorgt nun dafür, dass sich der jeweilige Kühlbedarf berechnen lässt. Frequenzumrichter der Serie FR-F740 von Mitsubishi Electric steuern die verschiedenen Pumpen, darunter die Primärpumpe, die Wasser zwischen dem Kältekompressor und dem isolierten Puffertank zirkulieren lässt, die Sekundärpumpe, die den unteren Teil der Produktion versorgt, sowie die Twin-Set-Pumpe, die den oberen Teil versorgt. Die Umrichter wiederum sind über CC-Link an eine SPS der Melsec-Q-Serie angebunden. Sensoren erfassen sämtliche Prozessvariablen in Bezug auf Druck und Temperatur. Alle analogen und digitalen Daten lassen sich über die Remote-I/O-Einheit STLite in die SPS einspeisen. Sie berechnet den tatsächlichen Kühlbedarf und sendet entsprechende Steuersignale an die Frequenzumrichter. Aufgrund der präzisen, adäquaten Pumpensteuerung entspricht die Wassermenge, die durch die Primär- und Sekundärkreisläufe fließt, stets dem aktuellen Bedarf. Über ein GOT-HMI lässt sich der Prozess visualisieren und die Anlage bedienen. „Mit dem neuen System laufen die Pumpen effizienter. Die Menge an Warmwasser, die zurück in den Puffertank fließt, ließ sich deutlich reduzieren“, erklärt Pender. „Aufgrund einer Kettenreaktion im Primärkreislauf ist das Kühlaggregat nun deutlich entlastet.“ Denn der Energieverbrauch von Zentrifugalpumpen entwickelt sich exponentiell zur Geschwindigkeit. Das bedeutet, dass selbst eine geringe Reduktion des Tempos zu einer erheblichen Energieeinsparung führt. „Wir haben zu unterschiedlichen Tageszeiten Zu- und Abnahmen des Bedarfs festgestellt“, sagt Matt Pender. „An manchen Tagen verzeichneten wir Lastspitzen eher zur Mittagszeit, manchmal am Morgen und ab und zu auch in der Nacht. Der Vorteil unserer Steuerungslösung liegt darin, dass sie die Last konstant misst und entsprechend reagiert, sodass das System stets am maximalen Betriebspunkt arbeitet.“

Monitoring des Energieverbrauchs

Nach der Installation des neuen Steuerungssystems überwachte MPAC den Bedarf über einen Zeitraum von weiteren sieben Tagen. Dabei stellten die Mitarbeiter einen Rückgang des wöchentlichen Energieverbrauchs von 6.115 auf 664 Kilowattstunden fest. 5.451Kilowattstunden ließen sich also einsparen. Durch den Wechsel vom Direktstart zur Steuerung mittels Frequenzumrichter ließen sich zudem die auf die Pumpenmotoren wirkenden elektrischen und mechanischen Belastungen reduzieren. Außerdem konnten Stöße, die sonst beim Starten und Stoppen der Pumpen entstehen, vermieden werden, sodass es nicht mehr zu Wasserschlägen kommt. Die Betriebsbeanspruchung der Pumpen ließ sich ebenfalls senken. „Vor dem Upgrade hatten wir bereits ein paar Mängel an mehreren Dichtungen und Lagern festgestellt. Das Upgrade wirkte sich jedoch positiv auf die Wartungsanforderungen und Reparaturkosten aus und erhöhte zugleich die Lebensdauer des Motors und der angetriebenen Komponenten“, fasst Pender zusammen.


Das könnte Sie auch interessieren:

PerfectPattern hat die kostenlose Basisversion von Insights App vorgestellt. Mit der Software können Prozessingenieure, Produktionsexperten und Datenwissenschaftler die von PerfectPattern entwickelte KI-Technologie Aivis nutzen, um Einblicke in Produktionsprozesse zu erhalten.‣ weiterlesen

Die Buss-Unternehmensgruppe ist in vielen unterschiedlichen Geschäftsfeldern tätig. Eine Herausforderung, stand doch ein Wechsel des ERP-Systems ins Haus - mit mehr als 80 Unternehmen innerhalb der Gruppe. Gemeinsam mit dem IT-Dienstleister Sven Mahn IT gelang es, das Projekt innerhalb von 14 Wochen umzusetzen.‣ weiterlesen

Werden neue Technologien wie beispielsweise künstliche Intelligenz Teil des Arbeistalltages wünscht sich ein Großteil der unter 31-Jährigen, darüber informiert zu werden. Dies geht aus einer Studie des IT-Security-Anbieters Kaspersky hervor. Auch ein menschliches Antlitz könnte laut Studie für mehr Akzeptanz sorgen.‣ weiterlesen

Schlechtere Stimmung als noch im Juni. Geschäftsklima-Index des Ifo Instituts hat in der aktuellen Erhebung im Vergleich zum Vormonat nachgegeben.‣ weiterlesen

Die Sprints zu Covid19-Impfstoffen zeigen den Leistungsdruck, unter dem die Technologieentwicklung steht. In kürzester Zeit sollen Forscher und Ingenieure Lösungen für die kritischen Probleme unserer Zeit finden. Der Accelerated-Discovery-Ansatz soll helfen, Forschungs- und Entwicklungsprozesse mit KI, Hybrid Cloud und schließlich Quantencomputern um das zehn- bis hundertfache des heute Möglichen zu beschleunigen.‣ weiterlesen

Trebing + Himstedt hat die Partnerschaft mit Celonis bekanntgegeben. Die Unternehmen wollen zukünftig beim Thema Process Mining zusammenarbeiten.‣ weiterlesen

Im Rahmen einer Partnerschaft wollen Crate.io und Zühlke zukünftig gemeinsam an Smart Factory- und Industrie 4.0-Lösungen arbeiten.‣ weiterlesen

Die Dualis GmbH IT Solution hat für Lean-Manufacturing-Aufgabenstellungen ein Add-on zur 3D-Simulationsplattform Visual Components entwickelt. Basierend auf Process Modelling können damit automatisch branchengängige Standardized Work Sheets generiert werden.‣ weiterlesen

Um verschiedene Daten aufzubereiten und den Mitarbeitern nutzenbringend bereitzustellen, ist nicht immer ein großes IT-Projekt nötig. Wer schnell Daten für die Beschäftigten visualisieren möchte, sollte sich einmal näher mit Dashboards befassen.‣ weiterlesen

Die Simulation am digitalen Zwilling macht die Inbetriebnahme von Anlagen und Maschinen mit automatisierten Bewegungen sicherer. Fehler fallen früher auf und können behoben werden, bevor die Anlage aufgebaut ist. So lassen sich Schäden und Verzögerungen vermeiden. Auch als Schulungstool für Bediener und Programmierer ist die digitale Maschine hilfreich.‣ weiterlesen

ISPE, APV, Concept Heidelberg und die VDI/VDE Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik richten am 30. November bis zum 1. Dezember 2021 im Dorint Kongresshotel in Mannheim die 14. Offizielle GAMP 5 Konferenz aus.‣ weiterlesen

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige