Verkabelung einer Produktionsanlage
Alternative zur LAN- und WLAN-Struktur
Eine zuverlässige Datenkommunikation ist ein essenzieller Bestandteil auch von Industrie 4.0. Sie erfordert eine umfassende Kommunikation sämtlicher Applikationen - eine echte Herausforderung, gerade wenn es darum geht, bestehende Anlagen effizient zu integrieren. Zudem wächst die Tiefe der Vernetzung konstant weiter. Bisweilen sind Alternativen zur strukturierten Verkabelung gefragt, wie ein Praxisbeispiel belegt.Der deutsch-niederländische Mittelständler Eleq am Standort Kerpen setzt zwar auf eine umfassende Verbindung in der Produktion, die Integration eines Energie-Management-Systems nach dem Energiedienstleistungsgesetz erforderte jedoch eine völlig neue Infrastruktur. Dieses Projekt ließ sich mit einer professionellen Powerline-Installation besonders lösen. Eine vernetzte Produktion ist bereits seit Jahren Realität. Allein die Automatisierung der verschiedenen Arbeitsabläufe erfordert eine umfassende Kommunikation zur Steuerung der beteiligten Anlagen. Unter dem Begriff "Industrie 4.0" sammelt sich heute eine tiefere und "intelligentere" Vernetzung von Applikationen in den verschiedensten Bereichen (siehe dazu auch die Beiträge ab Seite 42 in dieser Ausgabe). So sah sich beispielsweise das Unternehmen Eleq, das bereits auf eine vernetzte Produktion vertraute, relativ überraschend mit der Umsetzung der europäischen Energieeffizienzrichtlinie 2012/27/EU in Form des deutschen Energiedienstleistungsgesetzes EDL-G konfrontiert. Ein verordneter sogenannter Energie-Audit sollte klären, ob das Unternehmen am Standort Kerpen die benötigten Ressourcen auch effizient einsetzt. Um auditkonform 90 Prozent des Energieverbrauches zu erfassen, lag es auf der Hand, den Verbrauch in Produktionsstätten dauerhaft zu überwachen. Doch eine dauerhafte Überwachung mithilfe eines Energie-Management-Controller-Systems erforderte eine neue Vernetzung innerhalb des rund 3.000 Quadratmeter umfassenden Produktionsgebäudes. Die Nutzung der bestehenden Infrastruktur war aufgrund der Positionierung der Controller nicht möglich. Die Anbindungen über WLAN oder via Mobilfunk erwiesen sich entweder als instabil oder als schlicht unwirtschaftlich. Darüber hinaus unterliegen die sensiblen Daten dem Datenschutz und sollten so besonders sicher übertragen werden. Vieles sprach also für eine kabelgebundene Übertragung, doch eine konventionelle Netzwerkverkabelung hätte eine massive Investition bedeutet. Für die Entscheidung konsultierten die Eleq-Verantwortlichen den Dienstleister Manage-E. Das Unternehmen mit den Schwerpunkten Prozessautomation und Automatisierungstechnik brachte die Prüfung einer professionellen Powerline-Installation ins Spiel. Durch die Verbindung einer Powerline-Lösung mit einem selbst entwickelten Energie-Management-Controller entsteht ein skalierbares Messsystem, das ein umfassendes Management der verschiedenen Energieströme erlaubt. Vernetzung über Strom-, Coax- und Zweidrahtleitungen Für die Powerline-Hardware war die Devolo AG zuständig. Das Unternehmen bietet mit seinem Geschäftsbereich Business Solutions schlüsselfertige Lösungskonzepte für den industriellen Einsatz. Dazu kann Powerline die gebäudeinterne Stromverkabelung nutzen, darüber hinaus ist auch eine Datenkommunikation über Coax-Netze und selbst über simple Zweidrahtleitungen möglich. So lässt sich an nahezu jedem Ort der Installation ein Kabel finden, das sich für die Datenübertragung eignet. Powerline beeinträchtigt mit seinem Signal nicht den originären Nutzen einer Leitung. Mit Reichweiten von bis zu 600 Metern bringen die professionellen Powerline-Adapter zudem das nötige Rüstzeug mit, um auch großflächige Produktionsanlagen zu vernetzen. Gleichzeitig werden die Daten durch einen 128-Bit-Algorithmus verschlüsselt übertragen, sodass dies gesetzeskonform geschieht. Powerline ist sowohl als Punkt-zu-Punkt-Verbindung als auch für den Aufbau eines kompletten Netzwerks geeignet - und genauso wurde die Installation seitens Manage-E für insgesamt zehn Unterverteilungen geplant. Die Powerline-Technik hält für die Vernetzungsaufgaben im M2M-Umfeld eine ganze Produktpalette bereit. Im Falle von Eleq entschied man sich für eine Verbindung über die gebäudeinterne Stromleitung. Dabei spielt Powerline den Vorteil aus, dass in der Regel die Verkabelung bis zur Maschine schon vorhanden ist. Außerdem fügt es sich durch die Bauform als Gerät zur Tragschienenmontage sowohl in vorhandener Steuerungstechnik als auch in die Elektroinstallation ein. Die Anschlusstechnik über Schraubklemmen an robuste Elektroleitungen ist in vielen Bereichen der Fertigung einer eher filigranen und empfindlichen Ethernet-Verkabelung überlegen. Darüber hinaus gibt es die bei Ethernet übliche Limitierung auf 100 Metern Segmentlänge bei Powerline nicht, was in ausgedehnten Produktionsanlagen durchaus ein deutlicher Vorteil sein kann. Die besondere Herausforderung lag im Falle der Installation der Energie-Management-Controller bei Eleq in der Stromversorgung der Produktionsmaschinen: Diese ist über ein an der Decke befindliches Stromschienensystem realisiert. Daher wurden bei der Installation die einzelnen Stränge des Stromschienensystems energetisch separat erfasst. In den Stromabgangskästen des Schienensystems sind dazu Klappstromwandler, die Controller sowie der Devolo-Powerline-Adapter verbaut. Bei dem Controller handelt es sich um eine speziell entwickelte Hardwarelösung für eine wirtschaftliche Implementierung von Energie-Management-Systemen. Damit lassen sich bereits 18 einphasige beziehungsweise sechs dreiphasige Verbraucher gleichzeitig erfassen. Die gesammelten Daten der einzelnen Controller gelangen über Powerline-Verbindung an eine zentrale Datenbank. Eleq lobte vor allem die schnelle Integration der Monitoring-Hardware an nur einem Tag. Ein Detail: Die Techniker hatten dafür einen Samstag ausgewählt, an dem die Produktion im Kerpener Werk traditionell ruht. Die rasche Installation war auch dadurch möglich, dass die so genannten Abgangskästen bereits komplett vormontiert waren und so vor Ort lediglich ein Tausch nötig war. Am folgenden Montag konnte der Produktionsbetrieb wieder regulär aufgenommen werden; die Softwareintegration für das Energie-Management erfolgte sukzessive.
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