Pomiar, wizualizacja i analiza energii elektrycznej za pomocą liczników energii z interfejsem Modbus TCP i moneo RTM
Firmy coraz bardziej koncentrują się na monitorowaniu energii na poziomie produkcji, aby umożliwić bardziej wydajne, zrównoważone i przewidujące przyszłość planowanie. Informacje o możliwych prądach biernych można wykorzystać do wdrożenia odpowiednich rozwiązań w zakresie kompensacji mocy biernej, a tym samym uniknąć niepotrzebnych kosztów. W tym celu stosowane są liczniki energii.
Pomiar zużycia energii
W procesie produkcji czujniki są wykańczane mechanicznie na wyspie montażowej, zanim przejdą proces zapewnienia jakości. Na wyspie montażowej potrzeba coraz więcej komponentów IT, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na cyfrowe wsparcie w procesie montażu oraz rejestrować i dostarczać dane związane z zamówieniem. To pasywne wyposażenie produkcji odpowiada za coraz większą część całkowitego zużycia energii.
Sytuacja wyjściowa
Środki mające na celu oszczędzanie energii i optymalizację jej zużycia mogą być skuteczne tylko wtedy, gdy szczegółowo znane jest zapotrzebowanie na energię. Każdy licznik energii używany przez dostawcę do rozliczania zużycia energii elektrycznej może pomóc w uzyskaniu przeglądu. Jednak jeśli chodzi o ocenę efektywności środków zmierzających do oszczędzania energii, istniejące rozwiązania były jak dotąd niewystarczające:
- Odczyty liczników nie mówią prawie nic na temat skuteczności poszczególnych środków, ponieważ istnieje zbyt wiele czynników wpływających na nie
- Skuteczność środków optymalizacji i oszczędzania energii można określić tylko w odniesieniu do nich i nie można jej rozpatrywać w wartościach bezwzględnych
- Na przykład, jeśli liczba wyprodukowanych przedmiotów spada w tym samym okresie, w którym wprowadzono dany środek, nie można jednoznacznie stwierdzić, czy środek ten miał jakikolwiek wpływ
- Ręczne przeliczanie w celu uzyskania użytecznych informacji jest prawie niemożliwe lub zbyt czasochłonne
Cel projektu
Cyfrowa rejestracja zużycia energii
Warunkiem wstępnym dla wszelkich środków oszczędzania energii i optymalizacji jest cyfrowe śledzenie zużywanej energii poprzez podział produkcji na znaczące obszary. Przejrzystość energetyczna zwiększa świadomość zużycia energii, zapewniając bardziej ostrożne korzystanie z energii elektrycznej, a tym samym obniżając koszty.
Zastosowanie moneo RTM sprawia, że możliwe są:
- pomiar zużycia energii według procesu/obszaru roboczego
- centralizacja informacji o zużyciu energii
- uzyskanie wartości zużycia:
– zużycie całkowite
– zużycie szczytowe
– zużycie przy obciążeniu podstawowym / w trybie gotowości
– zużycie w czasie nieprodukcyjnym
– prądy bierne i wytwarzana moc bierna - obliczenie kosztu zużycia energii w skalowanym obszarze
Wdrożenie
Pomiar energii przez Modbus TCP z LR Agent i moneo RTM
Wyspa montażowa wykorzystuje zasilanie trójfazowe (L1, L2 i L3). W liniach zasilających zainstalowano trójfazowy licznik energii z interfejsem Modbus TCP. LR Agent umożliwia niezawodny odczyt wymaganych rejestrów Modbus. W moneo RTM wartości są monitorowane i analizowane, a koszty zużycia są natychmiast obliczane.
Rezultat
Określenie kosztów obciążenia podstawowego w celu uzyskania środków umożliwiających oszczędności energii
Przejrzyste zużycie energii dzięki moneo RTM
- Wskazanie całkowitego poboru mocy
- Wskazanie bieżącego poboru mocy
- Wskazanie aktualnego napięcia, prądu i mocy dla wszystkich trzech faz
- Wskazanie bieżących wartości prądów biernych i wytwarzanej mocy biernej
- Wskazanie całkowitych prądów biernych i wytwarzanej mocy biernej
- Umożliwienie obliczania całkowitych kosztów za pomocą opcji „Obliczone wartości”
- Umożliwienie obliczania bieżących kosztów za pomocą opcji „Obliczone wartości”
Struktura systemu
- Licznik zużycia energii Siemens 7KT1260
- LR Agent
Kokpit
- Bieżące koszty na godzinę + bieżące zapotrzebowanie na moc
- Całkowite koszty + całkowite zapotrzebowanie na moc
- Faza 1 (L1): chwilowe wartości prądu, napięcia i mocy
- Faza 2 (L2): chwilowe wartości prądu, napięcia i mocy
- Faza 3 (L3): chwilowe wartości prądu, napięcia i mocy
- Całkowity współczynnik mocy
- Całkowita moc pozorna (+/-)
- Całkowita moc bierna (+/-)
- Faza 1 (L1): chwilowy współczynnik mocy, moc pozorna i moc bierna
- Faza 2 (L2): chwilowy współczynnik mocy, moc pozorna i moc bierna
- Faza 3 (L3): chwilowy współczynnik mocy, moc pozorna i moc bierna
Analiza
Funkcja analizy umożliwia użytkownikowi dostęp do danych historycznych i porównywanie różnych wartości procesu. Wykres pokazuje zużycie energii i związane z nim koszty w zależności od czasu.
- Weekend (tryb gotowości) ①
- Nocna zmiana ②
- Dzienna zmiana ③
Można zauważyć, że podstawowe obciążenie wynosi 0,3 kW w trybie gotowości w weekend, co oznacza koszty około 0,9 centa za godzinę. Choć nie wydaje się to dużo, w ciągu roku daje to sumę około 2 150 €*. Zwłaszcza w obszarze pasywnym bez aktywnego wytwarzania wartości środki umożliwiające zmniejszenie zapotrzebowania na energię mogą mieć zauważalny wpływ na koszty całkowite.
Wykres pokazuje również wyraźną różnicę między nocną a dzienną zmianą. Na przykład, jeśli produkcja odbywa się 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, koszty można obniżyć, stosując umowy wielotaryfowe (stawka dzienna / stawka nocna) i odpowiednie harmonogramy zadań dla różnych zmian. W związku z tym urządzenia energochłonne, takie jak piec Binder można eksploatować bardziej intensywnie w okresach niskich stawek, jednocześnie zmniejszając ich użycie w okresach, w których obowiązują wysokie stawki.
* 1 weekend = 46 h czasu wolnego od produkcji
1 rok = 52 tygodnie ≈ 52 weekendy
0,9€/h * 46h * 52 = €2 152,80
- Niebieski = pobór prądu (w większości przykryty identyczną wartością)
- Biały = bieżący koszt za godzinę
Obliczone wartości
Zmienne pomiarowe dostarczane przez licznik energii w rejestrach Modbus są odczytywane za pomocą LR Agent i zapisywane w moneo. Jednak nie zawsze pojawiają się one w żądanej jednostce. Wartości mocy są zwykle wyrażane w kW. Standardową jednostką układu SI jest Wat, który jest również używany w rejestrach. Korzystając z funkcji „przepływu danych” zmienną wejściową (W) można przekonwertować na żądaną jednostkę (kW).
- Moc czynna W
- Stały zasięg: dzielnik do przeliczenia na kW
- Dzielenie
- Moc czynna w kW
Bardzo pomocne w ocenie i analizie wartości zużycia jest obliczenie kosztów zużytej energii. Są one zazwyczaj rozliczane przez dostawcę energii w kilowatogodzinach. Podstawowym parametrem używanym do tych obliczeń jest moc pobierana przeliczona na kilowatogodziny w poprzednim przepływie danych. Utworzone zostaną dwa schematy przepływu danych:
Obliczanie kosztów bieżącego zużycia energii
- Moc czynna w kW
- Stały zasięg: koszt na kilowatogodzinę
- Mnożenie
- Zaokrąglanie do 2 miejsc po przecinku
- Bieżące koszty na godzinę
Obliczanie kosztów całkowitego zużycia energii
- Bieżące koszty na godzinę
- Stały zasięg: koszt na kilowatogodzinę
- Mnożenie
- Zaokrąglanie do 2 miejsc po przecinku
- Koszty całkowite