Registratie, visualisatie en analyse van elektrische energie via energietellers met Modbus TCP-interface en moneo RTM
Use Case
De energiebehoefte in de productiegerelateerde omgeving krijgt steeds meer aandacht om economisch, duurzaam en voorspellend (predictive) te kunnen plannen. Informatie over eventuele aanwezige blindstromen kan worden gebruikt om zo nodig passende maatregelen voor compensatie van blindstromen te nemen en zo onnodige kosten te vermijden. De status quo voor deze taken zijn zogenaamde energietellers.
Energieverbruik meten
In het productieproces worden sensoren op een montage-eiland mechanisch voltooid, voordat ze worden overgedragen voor kwaliteitsborging. Stapsgewijs wordt ook de behoefte aan IT-componenten op het montage-eiland groter om enerzijds het montageproces meer digitaal te ondersteunen en anderzijds om ordergerelateerde gegevens te kunnen verstrekken en vastleggen. Deze passieve productiemiddelen worden steeds belangrijker voor het samenstellen van het totale elektriciteitsverbruik.
De uitgangssituatie
Energiebesparende maatregelen en optimalisaties van het elektriciteitsverbruik zijn alleen mogelijk als de details van de te verwachten behoefte bekend zijn. Elke energieteller, waarmee de energieleverancier de benodigde behoefte afrekent, kan hiervoor als overzicht dienen. Maar tot nu toe is de verwerkbaarheid van elektrische energiebesparende maatregelen echter onvoldoende:
- De doeltreffendheid van afzonderlijke maatregelen kan niet of nauwelijks via de tellerstand worden vastgesteld, omdat er te veel externe factoren aanwezig zijn
- Effecten van uitgevoerde optimalisatie- en besparingsmaatregelen kunnen alleen in relatie en niet in absolute zin worden bekeken om hun doeltreffendheid te controleren
- Indien bijvoorbeeld een daling van het aantal geproduceerde artikelen plaatsvindt in dezelfde periode als een uitgevoerde maatregel, kan niet duidelijk worden vastgesteld of deze enig effect heeft gehad
- Een handmatige herberekening voor bruikbare informatie is bijna onmogelijk of te tijdrovend
Doel van het project
Digitale registratie van elektrische energieverbruik
Digitale registratie van het energieverbruik van zinvol onderverdeelde productiesegmenten vormt de basis voor alle besparings- en optimaliseringsmaatregelen. Energietransparantie leidt tot een groter bewustzijn van het elektriciteitsverbruik op lange termijn en draagt zo bij aan een efficiënte omgang met deze hulpbron en een verlaging van de bijbehorende kosten.
De integratie van moneo RTM maakt het volgende mogelijk:
- Registratie van het verbruik van elektrische energie van het procesgerelateerde werkgebied
- Gecentraliseerde informatie over het verbruik van elektrische energie
- Afleiden van de verbruikswaarden:
- Totaalverbruik
- Piekverbruik
- Basislastverbruik/stand-by
- Verbruik buiten productietijd
- Opgewekte blindstroom en opgewekt blindvermogen - Berekeningen om de kosten van de verbruikte elektrische energie in het geschaalde bereik te bepalen
De uitvoering
Registratie van de energietellerwaarden via Modbus TCP met LR Agent en moneo RTM
Het montage-eiland wordt gevoed met alle drie de fasen (L1, L2 en L3) van het wisselstroomnet. In deze toevoerleidingen is een driefasige energieteller met Modbus TCP-interface geïnstalleerd. Via de LR Agent kunnen de benodigde Modbus-registers betrouwbaar worden uitgelezen. In moneo RTM vindt de monitoring en analyse van de waarden en de directe berekening van de gemaakte verbruikskosten plaats.
Het succes
Identificatie van de basiskosten van de belastingen als basis voor het afleiden van energiebesparende maatregelen
Transparantie in de energiebehoefte met moneo RTM
- Weergave van het opgenomen totale vermogen
- Weergave van het actuele opgenomen totale vermogen
- Weergave van actuele spanning, stroom en vermogen voor alle drie de fasen
- Weergave van de actueel optredende blindstromen en blindvermogens
- Weergave van de totale opgewekte blindstromen en blindvermogens
- Berekening van de totale kosten via "Berekende waarden”
- Berekening van de actuele kosten via "Berekende waarden”
Systeemopbouw
- Energieteller Siemens 7KT1260
- LR Agent
Dashboard
- Actuele kosten per uur + actuele gevraagde vermogen
- Totale kosten + totaal benodigd vermogen
- Fase 1 (L1): Actuele meetwaarden van stroom, spanning en vermogen
- Fase 2 (L2): Actuele meetwaarden van stroom, spanning en vermogen
- Fase 3 (L3): Actuele meetwaarden van stroom, spanning en vermogen
- Totale vermogensfactor
- Totaal schijnbaar vermogen (+/-)
- Totaal blindvermogen (+/-)
- Fase 1 (L1): Actuele vermogensfactor, schijnbaar vermogen en blindvermogen
- Fase 2 (L2): Actuele vermogensfactor, schijnbaar vermogen en blindvermogen
- Fase 3 (L3): Actuele vermogensfactor, schijnbaar vermogen en blindvermogen
Analyse
Met de analysefunctie heeft de gebruiker toegang tot de historische data en kan verschillende proceswaarden met elkaar vergelijken. Het diagram toont het verloop van het opgenomen vermogen en de daarmee samenhangende kosten.
- Weekend (stand-by) ①
- Nachtdienst ②
- Vroege dienst ③
Hier is gemakkelijk te zien dat tijdens stand-by, d.w.z. in het weekend, er een basisbelasting is van ongeveer 0,3 kW, wat ongeveer 0,9 cent per uur kost. Dat lijkt op het eerste gezicht niet veel, maar loopt over een heel jaar op tot ongeveer € 2.150*. Vooral in dit passieve gebied, waar geen actieve waardebepaling plaatsvindt door de productie, kunnen maatregelen om de energiebehoefte te verminderen merkbaar renderen met betrekking tot de totale kosten.
Verder is het verschil tussen de nachtdienst en de vroege dienst goed te zien aan het getoonde gedeelte. Als er bijvoorbeeld op weekdagen de klok rond wordt geproduceerd, kunnen de kosten worden verlaagd door middel van overeenkomsten met dubbeltarief (dagtarief/nachttarief) en dienstroosters voor de verschillende ploegen die hierop zijn afgestemd. Energie-intensieve bedrijfsmiddelen, zoals de bindmiddeloven, worden dan zo mogelijk meer gebruikt tijdens de goedkopere daluren, terwijl het gebruik tijdens de duurdere uren wordt verminderd.
* 1 weekend = 46 uur productieloze tijd
1 jaar = 52 weken ≈ 52 weekeinden
€ 0,9/uur * 46 uur * 52 = € 2.152,80
- Blauw = actueel verbruik (grotendeels gedekt door dezelfde waarde)
- Wit = actuele kosten per uur
Calculated Values: Berekende waarden
De door de energieteller in de Modbus-registers geleverde meetwaarden worden één op één via de LR Agent uitgelezen en in moneo geboekt. Deze hebben dan niet altijd de gewenste eenheid. Vermogenswaarden worden gewoonlijk gebruikt in kilowatt. De gestandaardiseerde SI-eenheid, die ook in de registers staat vermeld, is echter watt. De invoerwaarde (W) wordt met behulp van een gegevensstroom omgezet in de gewenste eenheid (kW).
- Actueel opgenomen vermogen in watt
- Constante: Deler voor omrekening naar kilowatt
- Deling
- Actueel opgenomen vermogen in kilowatt
Een verdere ondersteuning voor de evaluatie en analyse van de verbruikswaarden is de berekening van de kosten van het opgenomen vermogen. Deze worden gewoonlijk door de energieleverancier gefactureerd in kilowatturen, waarvoor het in kilowatturen omgezette stroomverbruik in de vorige datastroom als basisvariabele wordt gebruikt. Er worden in totaal twee datastromen gecreëerd:
Berekening van de kosten bij het huidige opgenomen vermogen
- Actueel opgenomen vermogen in kilowatt
- Constante: Kosten per kilowattuur
- Vermenigvuldiging
- Afronden op 2 decimalen
- Actuele kosten per uur
Berekening van de kosten van het absoluut opgenomen vermogen
- Actuele kosten per uur
- Constante: Kosten per kilowattuur
- Vermenigvuldiging
- Afronden op 2 decimalen
- Totale kosten
