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Energieverbrauch und Kosten für Druckluft senken

Energieverbrauch und Kosten für Druckluft senken

Drucklufterzeugung gilt als als energieaufwendig. Bei näherer Betrachtung zeigt sich aber, dass Druckluftsysteme viele Möglichkeiten bieten, Energie einzusparen. Hohes Effizienzpotential steckt dabei in der Steuerung von Druckluftstationen. Ein neues Druckluft-Managementsysteme gestattet erstmals, alle bei der Steuerung mehrerer Kompressoren auftretenden Energieverluste zu berücksichtigen und zu minimieren.


Bild: Käser

Druckluftsysteme lassen sich in mancher Hinsicht mit Mannschaftssportarten vergleichen: Auf dem grünen Rasen, auf der Eisfläche im Stadion oder in der Sporthalle kommt es zwar auf hohe Leistung des einzelnen Spielers an. Letztlich entscheidet aber das gut abgestimmte Zusammenwirken aller Spieler über die Leistung des Teams. Auch Druckluftstationen sind ‚Teams‘ aus verschiedenen ‚Spielern‘, sprich: Komponenten. Und auch hier gilt es, die Einzel- und die Gesamtleistung zu optimieren. Dabei geht es vor allem um die Faktoren Betriebssicherheit, Druckluftverfügbarkeit und Energieeffizienz.

Präzise Steuerung senkt Energieverbrauch

Für die ‚Kondition‘ eines einzelnen Schraubenkompressors etwa ist neben der optimierten Gestaltung des Kompressorblock-Gehäuses und der Schraubenrotoren die interne Steuerung zuständig: Während hier früher oft nur eine Steuerungsvariante eingesetzt wurde, ermöglichen heute moderne Systeme auf Industrie-PC-Basis, mit bis zu fünf programmierten Varianten zu arbeiten und so die Förderleistung des Kompressors energiesparend an den Druckluftverbrauch anzupassen. Eine neu entwickelte, interne Steuerung bietet darüber hinaus weitere Vorteile: Variable Schnittstellen und erstmals auch steckbare Kommunikationsmodule erhöhen die Flexibilität beim Anbinden an maschinenübergreifende Druckluft-Managementsysteme, an Computernetzwerke und Ferndiagnose- und Fernüberwachungssysteme etwa für den Teleservice. Ein großes Display vereinfacht die Kommunikation mit der Anlage am Einsatzort. Zudem ermöglicht ein modernes RFID-Lesegerät eine Standardisierung des Service sowie professionelle Sicherung und deutliche Erhöhung der Servicequalität.

Druckluft-Management mit adaptiver 3-D-Regelung

Auf der ‚Teamebene‘ setzt das auf einem leistungsfähigen Industrie-PC basierende Druckluft-Managementsystem ‚Sigma Air Manager‘ des Unternehmens Käser Kompressoren an. Als maschinenübergreifende Verbundsteuerung und Webserver in einem steuert und überwacht es energieeffizient die gesamte Station. Dabei unterstützen vielfältige Kommunikationsschnittstellen den schnellen Überblick zu wesentlichen Betriebsabläufen, Energieverbrauch und Kosten.

In der neuesten Version arbeitet das System außerdem mit einer zum Patent angemeldeten, adaptiven 3-D-Regelung. Diese berücksichtigt erstmals in vollem Umfang alle bei der Steuerung von Kompressoren auftretenden, für die Optimierung der Energieeffizienz relevanten Einflussfaktoren: Sie minimiert die mit Start und Stillsetzung der Kompressoren verbundenen Schaltverluste, reduziert den Energieaufwand für Druckflexibilität und minimiert die Regelverluste in Form von Leerlauf- und Frequenzumrichtungsverlusten. Das System analysiert unter Berücksichtigung dieser drei Dimensionen ständig, mit welcher Steuerstrategie sich der erforderliche Energieeinsatz minimieren lässt, und steuert die Kompressoren entsprechend. So ergibt sich selbst bei stark schwankendem Druckluftbedarf eine hohe Energieeffizienz. Als positiver Nebeneffekt wird auch die Schalthäufigkeit, das heißt die Anzahl der Starts, Last-/Leerlauf-Umschaltungen und Stillsetzungen, deutlich verringert.

Die neue Regelung berechnet ständig den Abschaltdruck, der das energetische Optimum darstellt; so werden die Gesamtverluste minimiert.

Optimierte Druckgüte durch schnelle Reaktionen

Zusätzlich strebt das adaptive System eine weiter verbesserte Druckgüte an. Entscheidend ist dabei, dass der Bedarfsdruck, den die Druckluftanwendung vorgibt, möglichst nicht unterschritten werden sollte. Bei der Einhaltung des Bedarfsdrucks stellte sich bisherigen Steuerungsverfahren zumeist das Problem der systembedingten Reaktionsträgheit von Kompressoren, speziell in Form von Wartezeiten zwischen Startsignal und Förderbeginn. Dies berücksichtigt die 3-D-Regelung durch vorausschauende Schalthandlungen, die zudem adaptiv so optimiert werden, dass der Bedarfsdruck in sehr hoher Güte eingehalten wird. Im Vergleich zu bisherigen Steuerungsverfahren führt das zu erheblichet Energieersparnis. Moderate Druckanstiege über den Bedarfsdruck hinaus sind für die meisten Anwendungen hingegen problemlos zulässig. Innerhalb dieses ‚Druckspielraums‘ optimiert die 3-D-Regelung die Betriebsweise der Druckluftstation unter Berücksichtigung der bereits genannten drei Dimensionen der Energieeffizienz. Starke Druckanstiege über den Bedarfsdruck hinaus treten nicht auf, da diese in der Summe der drei Dimensionen nicht energieeffizient wären.

Datenvisualisierung liefert schnellen Überblick

Zur serienmäßigen Ausstattung des Druckluft-Managementsystems gehört eine Datenvisualisierung. Der integrierte Webserver bereitet damit den aktuellen Status der Druckluftstation als HTML-Seiten auf. Zu erkennen sind die Betriebszustände der Kompressoren, der Status des Bedienfelds, die Entwicklung des Netzdrucks während der letzten Betriebsphase sowie Wartungs- und Störungsmeldungen. Zum Aufruf der Anwendung genügen ein PC mit Web-Browser, ein analoges Modem und eine Telefonleitung oder ein Ethernetanschluss. Mit optionaler Ausstattung lassen sich rückwirkend bis zu einem Jahr kennwortgeschützte Daten aus dem Langzeitspeicher abrufen und grafisch darstellen.

Neben Betriebs- und Energieverbrauchsdaten liefert das System auch einen detaillierten Kostenstellenbericht. All dies schafft Betriebs- und Kostentransparenz und die Grundlage für umfassende Druckluft-Audits. Nicht zuletzt erleichtert das System die Erfüllung der umfangreichen Dokumentationspflichten, die sich Unternehmen im Zusammenhang mit Energiemanagementsystemen gemäß DIN EN 16001 stellen. Zum Koordinieren der Wartung können außerdem die Betriebsstundenzähler abgerufen werden. Einen besonderen Vorteil bietet die Darstellung der spezifischen Leistung aller angeschlossenen Kompressoren im Vergleich zu einem Referenzwert: Damit erkennt der Betreiber auf einen Blick, ob sich das Druckluftsystem energetisch im ‚grünen Bereich‘ befindet.

Umfassende Anbindungsmöglichkeiten

Das Druckluft-Managementsystem lässt sich auch in den Teleservice, eine Kombination aus Ferndiagnose und bedarfsgesteuerter Wartung, einbinden, was die Versorgungssicherheit weiter erhöht. Das für bis zu vier, acht oder 16 Anlagen lieferbare System ist hochflexibel: Es regelt, analysiert und überwacht nicht nur neue Kompressoren des Herstellers. Auch ältere Modelle, Anlagen anderer Hersteller und weitere Komponenten der Station können angebunden und wirtschaftlich angesteuert werden.