Energieautark gemanaged

Um den Energieverbrauch von Produktionsanlagen optimieren zu können, müssen alle relevanten Verbrauchsdaten erfasst und analysiert werden. Im Forschungsprojekt ESIMA haben Partner aus Industrie und Wissenschaft ein Konzept für ein Energiemanagement auf Basis einfach zu installierender Sensorik erarbeitet. Neben der Entwicklung energieautarker Sensoren spielte auch die Visualisierung eine wichtige Rolle.

20. Juli 2016

Die Projektpartner von ESIMA (energieautarke Sensorik in Interaktion mit mobilen Anwendern) haben ein durchgängiges Konzept von der Installation der Sensoren, der Datenerfassung, der Übertragung per Funk und der Visualisierung entwickelt. So kann der Energieverbrauch – beispielsweise für einzelne Werkstücke – abgeleitet werden.

Die Sensoren lassen sich laut den Entwicklungspartnern einfach in vorhandenen Produktionsanlagen nachrüsten. Während des Produktionsprozesses werden relevante Verbrauchsdaten erfasst. Zusätzlich können die kabellosen Sensorsysteme relevante Umgebungsparameter wie Temperatur, Luftfeuchte und CO2-Gehalt erfassen.

Basisstation und Sensoren

Die Messwerte werden anschließend vorverarbeitet und per Funk an eine Basisstation übermittelt. Die Firma Enocean brachte ihr Know-How im Bereich Energiewandlung und Low-Power-Funksysteme in das Projekt mit ein. An der Professur für Elektrische Messtechnik (EMT) der Helmut-Schmidt-Universität wurden die benötigten Funk-Komponenten sowie die Basisstation entwickelt.

Die Hahn-Schickard-Gesellschaft verfügt über Erfahrungen in den Bereichen der Systemauslegung und im Energy-Harvesting. Im Projekt entwickelte sie Sensoren zur Erfassung des elektrischen Energieverbrauchs (E-Meter) und Umgebungssensoren. Varta Microbattery lieferte die notwendigen Komponenten zur Speicherung der elektrischen Energie in den drahtlosen Sensoren.

Druckluftsensor

Bei Festo wurde im Projekt ein Druckluft-Sensor entwickelt, der gleichzeitig Druck und Durchfluss misst und die gewonnenen Daten per Funk an eine Basisstation überträgt. Eine integrierte Turbine-Generator-Einheit, die mit einem geringen Anteil der Druckluft betrieben wird, stellt die notwendige elektrische Energie zur Versorgung der elektrischen Komponenten dezentral bereit.

Ein frequenzagiles Zugriffsverfahren stellt die Zuverlässigkeit der kabellosen Übertragung der Daten sicher, teilt Festo weiter mit: Das System wechselt die Sende- und Empfangsfrequenz immer wieder systematisch, um Kollisionen mit anderen Funksystemen, zum Beispiel mit einem bereits vorhandenen WLAN, auszuschließen.

Visualisierung auf mobilen Endgeräten

Die gewonnenen Messdaten werden mit einer im Projekt entwickelten Internetanwendung visualisiert und können mit mobilen Geräten wie Smartphones und Tablet-PCs eingesehen werden.

Die Darstellung der Daten kann je nach Benutzer angepasst werden. So kann beispielsweise ein Maschinenbediener aktuelle Sensormesswerte und Anlagenzustände begutachten, wohingegen das Interesse eines Teamleiters eher auf Energieverbräuchen und Produktionsstatistiken liegt.

Die Web-Applikation zur Visualisierung und Auswertung der Messdaten hat C4C Engineering entwickelt und programmiert.

Test bei Mercedes-Benz

Das Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) der TU Braunschweig entwickelte Methoden der automatisierten Datenanalyse und war das Testfeld für die prototypische Umsetzung. Im nächsten Schritt soll das ESIMA-System in einer realen Produktionsumgebung des Mercedes-Benz Werk Mannheim der Daimler AG getestet werden.

Das Verbundprojekt wurde im Rahmen des Forschungsprogramms IKT 2020 vom Bundesbildungsministerium (BMBF) gefördert.

Mehr zum Projekt: www.esima-projekt.de