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Vorgehensweise
Einen relevanten Anteil des Energieverbrauchs bildet in vielen Produktionsanlagen der Druckluftbedarf. Druckluft wird zum Antrieb von pneumatischen Komponenten wie beispielsweise Pneumatikzylindern verwendet, aber auch als Blasluft zum Reinigen oder als Prozessluft, beispielsweise zum Transport kleiner Bauteile. Um den Zustand und den Verbrauch der pneumatischen Komponenten zu erfassen, wird gleichzeitig das Druckniveau (p) und der aktuelle Durchfluss (Q) gemessen. Mit diesen beiden Werten lässt sich der aktuelle Luftverbrauch bestimmen. Damit sowohl ein großer Messbereich als auch ein flexibler Einsatz der Druckluftsensoren gewährleistet ist, wurden zwei Bauarten umgesetzt, eine herkömmliche, fest installierbare Variante und ein „Ad hoc“-Sensor, der schnell und komfortabel ausgewechselt werden kann. Der Verbrauch an elektrischer Energie wird in einem E-Meter erfasst, welches an drei Phasen parallel den aktuellen Strom (I), die Spannung (U), den Phasenwinkel (phi) und die Netzfrequenz messen kann. Aus diesen Werten wird der aktuelle elektrische Energieumsatz in Form von Wirkleistung, Scheinleistung und Blindleistung bestimmt. Einen weiteren Sensortyp bildet der Umgebungssensor, der zwar unabhängig von einzelnen Produktionsmaschinen, aber dennoch in deren Nähe eingesetzt werden kann, um beispielsweise die Umgebungstemperatur (T), die Luftfeuchte oder den aktuellen CO2-Gehalt in der Umgebungsluft zu messen. Damit der Einsatz der Sensoren möglichst flexibel und ohne große Aufwände bei der Verkabelung erfolgen kann, sollen alle Sensoren drahtlos funktionsfähig sein. Das bedeutet für die Energieversorgung der Sensoren, dass die notwendige elektrische Energie entweder vor Ort vorgehalten oder aus anderen Energieformen erzeugt werden muss. Ebenso muss die Datenkommunikation drahtlos erfolgen. Die Messdaten werden folglich per Funk an eine Basisstation übertragen und in anschließend weiter verarbeitet. Für die Analyse und Darstellung der Sensordaten ist eine datenbankorientierte Software notwendig. In einer Webapplikation soll der Anwender aktuelle Daten flexibel und übersichtlich auf einem mobilen Endgerät (z.B. Tablet-PC, Smartphone) betrachten und analysieren können. Die im Esima-Projekt entwickelten Module lassen sich demnach in der Automatisierungspyramide auf den unteren drei Ebenen einsortieren. Sowohl im Bereich von Sensor- / Aktorebene als auch im Bereich der Feldebene und der Steuerungsebene werden neu entwickelte Komponenten und Bausteine eingesetzt. Um in einem industriellen Umfeld eingesetzt werden zu können, müssen alle entwickelten Komponenten und Softwaremodule gewisse Anforderungen hinsichtlich Flexibilität, Zuverlässigkeit und Performance erfüllen. Der Fokus der Sensorik im Esima-Projekt liegt auf der Verbrauchsanalyse und der Bewertung der Effizienz. Die Abtastrate der Sensoren soll daher zur zeitlichen Auflösung aller gängigen Verbrauchsprozesse ausreichend sein. Um möglichst energiesparend messen zu können, wurde festgelegt, dass am Ausgabepunkt des Sensors eine zeitliche Auflösung von einem Sensorwert pro Sekunde ausreichend ist. 
Die wichtigste Anforderung an die Datenübertragung per Funk ist eine zuverlässige und sichere Verbindung. Die Fehlerrate bei der Übertragung
sollte vergleichbar sein mit kabelgebundenen Systemen, was technisch eine großer Herausforderung darstellt. Die Reichweite der Funksensoren
muss ausreichend sein, sodass auch Sensoren, die an unzugänglichen Stellen (z.B. Decke) angebracht sind, aus größeren Entfernungen ausgelesen werden
können. Allerdings wurde festegestellt, dass die Reichweite auch nicht zu groß sein darf, damit der verwendete Frequenzkanal in einem gewissen Abstand
wieder von anderen Komponenten genutzt werden kann. Dies macht ein Powermanagement erforderlich, welches die jeweiligen Anforderungen
an die Funkreichweiten erfüllt.
Die Analyse der Sensordaten erfolgt mit einer datenbankorientierten Software. Die Struktur der Datenbank muss den definierten Anforderungen entsprechen. Die Darstellung soll möglichst intuitiv erfolgen, alle wichtigen Informationen enthalten und an den Bedarf des jeweiligen Anwenders angepasst sein. |
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