Sähköenergian mittaaminen, visualisointi ja analysointi Modbus TCP -liitännällä ja moneo RTM -ohjelmistolla varustetuilla energiamittareilla
Käyttöesimerkki
Yritykset keskittyvät yhä enemmän tuotantotason energianseurantaan tehokkaamman, kestävämmän ja tulevaisuussuuntautuneemman suunnittelun mahdollistamiseksi. Mahdollisia loisvirtoja koskevien tietojen avulla voidaan toteuttaa sopivia ratkaisuja loistehon kompensointiin ja siten välttää tarpeettomat kustannukset. Tähän tarkoitukseen käytetään energiamittareita.
Energiankulutuksen mittaaminen
Anturit viimeistellään tuotantoprosessissa mekaanisesti asennussaarekkeessa ennen laadunvarmistusprosessin aloittamista. Asennussaarekkeessa tarvitaan yhä enemmän IT-komponentteja, jotta voidaan vastata digitaalisen tuen kasvavaan tarpeeseen asennusprosessissa ja tallentaa ja tarjota tilaukseen liittyviä tietoja. Näiden passiivisten tuotantolaitteiden osuus kokonaisenergiankulutuksesta on yhä suurempi.
Lähtötilanne
Energiansäästöön ja energiankulutuksen optimointiin tähtäävät toimenpiteet voivat olla tehokkaita vain, jos energiantarve tunnetaan yksityiskohtaisesti. Jokainen energiamittari, jota energiantoimittajasi käyttää sähkönkulutuksen laskuttamiseen, voi auttaa tarjoamaan yleiskuvan. Olemassa olevat ratkaisut ovat kuitenkin toistaiseksi riittämättömiä, kun on kyse energiansäästötoimenpiteiden tehokkuuden arvioinnista:
- Mittarilukemat eivät paljasta juuri mitään siitä, miten tehokkaita yksittäiset toimenpiteet ovat, koska vaikuttavia tekijöitä on liikaa.
- Optimointi- ja energiansäästötoimenpiteiden tehokkuus voidaan määrittää vain, kun ne suhteutetaan toisiinsa, eikä niitä voi tarkastella absoluuttisesti.
- Jos esimerkiksi valmistettujen tuotteiden määrä vähenee samalla ajanjaksolla, jolloin jokin toimenpide on otettu käyttöön, ei ole selvästi todettavissa, onko toimenpiteellä ollut vaikutusta.
- Manuaalinen uudelleenlaskenta käyttökelpoisen tiedon saamiseksi on lähes mahdotonta tai liian aikaa vievää.
Projektin tavoite
Energiankulutuksen digitaalinen mittaus
Energiansäästö- ja optimointitoimenpiteiden edellytyksenä on, että kulutettua energiaa seurataan digitaalisesti jakamalla tuotanto järkeviin osa-alueisiin. Energialäpinäkyvyys lisää tietoisuutta energiankäytöstä varmistaen huolellisemman sähkönkäytön ja siten kustannuksien vähentämisen.
moneo RTM -ohjelmiston integrointi mahdollistaa seuraavaa:
- energiankulutuksen mittaamisen prosessi-/työaluekohtaisesti
- energiankulutusta koskevan informaation keskittämisen
- kulutusarvojen selvittämisen:
– kokonaiskulutus
– huippukulutus
– kulutus peruskuormituksessa / valmiustila
– kulutus tuotantoajan ulkopuolella
– loisvirrat ja tuotettu loisteho - energiankulutuksen kustannusten laskennan skaalatulla alueella.
Toteutus
Energiamittaus Modbus TCP:n kautta LR Agentilla ja moneo RTM -ohjelmistolla
Asennussaarekkeessa käytetään kolmivaiheista syöttöä (L1, L2 ja L3). Näihin syöttöjohtoihin asennettiin Modbus TCP -liitännällä varustettu kolmivaiheinen energiamittari. LR Agent mahdollistaa tarvittavien Modbus-rekisterien luotettavan lukemisen. Moneo RTM -ohjelmisto seuraa arvoja, analysoi ne ja laskee välittömästi kulutuskustannukset.
Tulos
Peruskuormituskustannusten tunnistaminen energiansäästötoimenpiteiden suunnittelemiseksi
Läpinäkyvä energiankulutus moneo RTM -ohjelmiston ansiosta
- Näyttää tehon kokonaiskulutuksen
- Näyttää tämänhetkisen tehonkulutuksen
- Näyttää tämänhetkisen jännitteen, virran ja tehon kaikille kolmelle vaiheelle
- Näyttää tämänhetkiset syntyneet loisvirrat ja syntyneen loistehon
- Näyttää syntyneet loisvirrat ja syntyneen loistehon yhteensä
- Mahdollistaa kokonaiskustannusten laskennan kohdan ”Lasketut arvot” kautta
- Mahdollistaa virtakustannusten laskennan kohdan ”Lasketut arvot” kautta
Järjestelmän rakenne
- Siemens 7KT1260 -energiamittari
- LR Agent
Mittaristo
- Tämänhetkiset kustannukset tuntia kohti + tämänhetkiset tehovaatimukset
- Kokonaiskustannukset + kokonaistehovaatimukset
- Vaihe 1 (L1): virran, jännitteen ja tehon tämänhetkiset mittausarvot
- Vaihe 2 (L2): virran, jännitteen ja tehon tämänhetkiset mittausarvot
- Vaihe 3 (L3): virran, jännitteen ja tehon tämänhetkiset mittausarvot
- Yleinen tehokerroin
- Näennäisteho yhteensä (+/-)
- Loisteho yhteensä (+/-)
- Vaihe 1 (L1): tämänhetkinen tehokerroin, näennäisteho ja loisteho
- Vaihe 2 (L2): tämänhetkinen tehokerroin, näennäisteho ja loisteho
- Vaihe 3 (L3): tämänhetkinen tehokerroin, näennäisteho ja loisteho
Analyysi
Analyysitoiminnon avulla käyttäjä pääsee historiatietoihin ja voi vertailla eri prosessiarvoja. Kaavio näyttää tehonkulutuksen ja siihen liittyvien kustannusten historian.
- Viikonloppu (valmiustila) ①
- Yövuoro ②
- Aamuvuoro ③
Voidaan nähdä, että valmiustilan peruskuormitus on viikonloppuna 0,3 kW, mikä aiheuttaa noin 0,9 sentin tuntikohtaiset kustannukset. Vaikka tämä ei kuulosta paljolta, se tekee vuoden aikana noin 2150 euroa*. Energiantarvetta vähentävillä toimenpiteillä voi olla huomattava vaikutus kokonaiskustannuksiin etenkin tällä passiivisella alueella, jolla ei tapahdu aktiivista arvonluontia.
Kaavio paljastaa myös selvän eron yö- ja aamuvuoron välillä. Jos tuotanto on käynnissä esimerkiksi arkipäivisin 24/7, kustannuksia voitaisiin vähentää käyttämällä monitariffisopimuksia (päivähinta/yöhinta) ja vastaavia tehtäväaikatauluja eri työvuoroille. Näin ollen energiaintensiivisiä laitteita, kuten Binder-uunia, voitaisiin käyttää intensiivisemmin edullisen tariffin aikoina ja vähemmän kalliin tariffin aikoina.
* 1 viikonloppu = 46 h tuotannosta vapaata aikaa
1 vuosi = 52 viikkoa ≈ 52 viikonloppua
0,9 €/h * 46 h * 52 = €2152,80
- Sininen = tämänhetkinen kulutus (yleensä identtisellä arvolla katettuna)
- Valkoinen = tämänhetkinen kustannus tuntia kohti
Lasketut arvot
Energiamittarista Modbus-rekistereihin siirretyt mitatut muuttujat luetaan LR Agentilla ja kirjataan moneoon. Niitä ei kuitenkaan aina näytetä halutussa yksikössä. Tehoarvot ilmaistaan yleensä kilowatteina. Vakio SI-yksikkö on watti, jota käytetään myös rekistereissä. Tulomuuttuja (W) voidaan muuntaa haluttuun yksikköön (kW) tietovuotoiminnon avulla.
- Pätöteho, W
- Vakio: jakaja muuntamiseen kW-arvoiksi
- Jakolasku
- Pätöteho, kW
Kulutusarvojen evaluointia ja analysointia varten on yhtä hyödyllistä laskea kulutetun tehon kustannukset. Energiantoimittaja laskuttaa ne yleensä kilowattitunteina. Tässä laskennassa käytettävä perusparametri on edellisessä tietovuossa kilowattitunneiksi muunnettu syöttöteho. Kaksi tietovuota luodaan:
Tämänhetkisen tehonkulutuksen kustannusten laskenta
- Pätöteho, kW
- Vakio: kustannus kilowattituntia kohti
- Kertolasku
- Pyöristys 2 desimaalipaikkaan
- Tämänhetkiset kustannukset tuntia kohti
Tehon kokonaiskulutuksen kustannusten laskenta
- Tämänhetkiset kustannukset tuntia kohti
- Vakio: kustannus kilowattituntia kohti
- Kertolasku
- Pyöristys 2 desimaalipaikkaan
- Kokonaiskustannukset
