Az elektromos energia érzékelése, megjelenítése és elemzése Modbus TCP interfésszel és moneo RTM-mel ellátott energia-fogyasztásmérőkön keresztül
Use Case
A termeléssel kapcsolatos környezet energiaigénye egyre inkább a figyelem középpontjába kerül, hogy gazdaságosan, fenntarthatóan és előrelátóan lehessen tervezni. Az esetlegesen jelenlévő meddő teljesítményekre vonatkozó információk szükség esetén felhasználhatók a megfelelő meddőteljesítmény-kompenzációs intézkedések végrehajtásához, és így elkerülhetők a felesleges költségek. A status quo-t e feladatokhoz az úgynevezett energia-fogyasztásmérők jelentik.
Energiafogyasztás mérése
A gyártási folyamat során az érzékelőket mechanikusan véglegesítik egy szerelőszigeten, mielőtt átadnák azokat a minőségbiztosításnak. Fokozatosan növekszik az igény az IT-elemek iránt a szerelőszigeten is, hogy egyrészt jobb digitális támogatást adjanak az összeszerelési folyamathoz, másrészt pedig hogy a megrendeléssel kapcsolatos adatokat biztosítani és rögzíteni tudják. Ezek a passzív termelőeszközök egyre meghatározóbb szerepet játszanak a teljes elektromos fogyasztás alakulásában.
A kiindulási helyzet
Energiatakarékossági intézkedések és az elektromos energiafogyasztás optimalizálása csak akkor érhető el, ha ismertek a felmerülő igények részletei. Ehhez áttekintésként szolgálhat minden olyan energia-fogyasztásmérő, amelyen keresztül a szolgáltató elszámolja a szükséges igényt. Az elektromos energiatakarékossági intézkedések értékelhetősége azonban egyelőre nem kielégítő:
- Az egyes intézkedések hatékonysága a mérőórák leolvasása alapján nehezen vagy egyáltalán nem ismerhető fel, mivel túl sok befolyásoló tényező van jelen
- A végrehajtott optimalizálási és megtakarítási intézkedések hatásait csak relatív és nem abszolút értelemben lehet figyelembe venni, hogy hatékonyságukat vizsgálni lehessen
- Ha például az előállított termékek számának visszaesése ugyanabban az időszakban következik be, mint egy megvalósított intézkedés, nem lehet egyértelműen megállapítani, hogy az intézkedésnek volt-e egyáltalán hatása
- Az értékelhető információk manuális újraszámítása szinte lehetetlen vagy túlságosan időigényes
A projekt célja
Az elektromos energiafogyasztás digitális rögzítése
A termelésben az értelmesen felosztott területek energiafogyasztásának digitális rögzítése az alapja minden megtakarítási és optimalizálási intézkedésnek. Az energia átláthatósága hosszú távon az elektromos fogyasztás tudatosságának növekedéséhez vezet, és így segít ezen erőforrás kímélő felhasználásában és a kapcsolódó költségek csökkentésében.
A moneo RTM integrációja a következőket teszi lehetővé:
- A folyamathoz kapcsolódó munkaterület elektromos energiafogyasztásának rögzítése
- Központosított információk az elektromos energiafogyasztásról
- Levezetés a fogyasztási értékekből:
– Teljes fogyasztás
– Csúcsfogyasztás
– Fogyasztás alapterhelésen / készenléti állapotban
– Fogyasztás a termelésen kívüli időszakban
– Generált meddő teljesítmények - Számítások a méretezett tartományban elfogyasztott elektromos energia költségének meghatározásához
A megvalósítás
Energia-fogyasztásmérő értékeinek rögzítése a Modbus TCP-n keresztül az LR Agent és a moneo RTM segítségével
A szerelőszigetet a háromfázisú hálózat mindhárom fázisa (L1, L2 és L3) táplálja. Ezekre a tápvezetékekre egy háromfázisú, Modbus TCP interfésszel ellátott energia-fogyasztásmérőt szereltek be. A szükséges Modbus-regiszterek megbízhatóan kiolvashatók az LR Agent segítségével. A moneo RTM-ben az értékek nyomon követése és elemzése, valamint a felmerülő fogyasztási költségek közvetlen kiszámítása történik.
A siker
Az alapterhelési költségek azonosítása az energiatakarékossági intézkedések levezetésének alapjaként
Az energiaszükségletek átláthatósága a moneo RTM segítségével
- A teljes felvett teljesítmény kijelzése
- Az aktuálisan felvett összteljesítmény kijelzése
- Az aktuális feszültség, áram és teljesítmény kijelzése mindhárom fázisra vonatkozóan
- Az aktuálisan keletkező meddő teljesítmények kijelzése
- Az összes generált meddő teljesítmény kijelzése
- A felmerült összköltségek kiszámítása a „Számított értékek”-en keresztül
- Az aktuálisan felmerülő költségek kiszámítása a „Számított értékek”-en keresztül
A rendszer felépítése
- Siemens 7KT1260 energia-fogyasztásmérő
- LR Agent
Vezérlőpult
- Aktuális költségek óránként + aktuális teljesítményigény
- Teljes költség + teljes teljesítményigény
- 1. fázis (L1): Az áram, a feszültség és a teljesítmény aktuális mérési értékei
- 2. fázis (L2): Az áram, a feszültség és a teljesítmény aktuális mérési értékei
- 3. fázis (L3): Az áram, a feszültség és a teljesítmény aktuális mérési értékei
- Teljes teljesítménytényező
- Teljes látszólagos teljesítmény (+/-)
- Teljes meddő teljesítmény (+/-)
- 1. fázis (L1): Aktuális teljesítménytényező, látszólagos teljesítmény és meddő teljesítmény
- 2. fázis (L2): Aktuális teljesítménytényező, látszólagos teljesítmény és meddő teljesítmény
- 3. fázis (L3): Aktuális teljesítménytényező, látszólagos teljesítmény és meddő teljesítmény
Elemzés
Az elemzési funkció lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy hozzáférjen az előzményadatokhoz és összehasonlítsa a különböző folyamatértékeket. Az ábra a teljesítményfelvétel alakulását és az ezzel összefüggő költségeket mutatja.
- Hétvége (készenlét) ①
- Éjszakai műszak ②
- Korai műszak ③
Jól látható, hogy készenlétben, azaz hétvégén kb. 0,3 kW alapterhelés áll fenn, ami óránként kb. 0,9 cent költséget okoz. Ez első pillantásra nem tűnik soknak, ám egy év alatt körülbelül 2 150 euróra* rúg. Különösen ezen a passzív területen, ahol nincs aktív értékteremtés a termelés révén, az energiaigény csökkentésére irányuló intézkedések az összköltségek tekintetében érezhetően megtérülhetnek.
Továbbá az éjszakai és a korai műszak közötti különbség is jól látható a bemutatott szakasz alapján. Ha például a termelés hétköznapokon éjjel-nappal folyik, a költségeket többtarifás megállapodásokkal (nappali tarifa/éjszakai tarifa) és a különböző műszakok ehhez igazított munkarendjével lehetne csökkenteni. Az energiaigényes berendezések, mint például a kötőanyag-kemence, ilyenkor lehetőség szerint az olcsóbb tarifaidőszakokban kerülne inkább üzemeltetésre, míg a drágább tarifaidőszakokban az üzemeltetés csökkentésére kerülne sor.
* 1 hétvége = 46 óra gyártásmentes idő
1 év = 52 hét ≈ 52 hétvége
0,9 €/h * 46h * 52 = 2 152,80€
- Kék = aktuális fogyasztás (nagyrészt egybeeső értékkel fedve)
- Fehér = aktuális költség óránként
Calculated Values: számított értékek
Az energia-fogyasztásmérő által a Modbus-regiszterekbe továbbított mért értékek az LR Agent-en keresztül egy az egyben kiolvasásra és a moneo-ban elkönyvelésre kerülnek. Ezek nem mindig rendelkeznek a kívánt egységgel. A teljesítményértékeket általában kilowattban használják. A szabványosított SI-egység azonban, amelyet a regiszterek is feltüntetnek, a watt. A bemeneti változó (W) egy adatfolyam segítségével a kívánt egységre (kW) kerül átalakításra.
- Aktuálisan felvett teljesítmény wattban
- Állandó: Osztó a kilowattra történő átváltáshoz
- Osztás
- Aktuálisan felvett teljesítmény kilowattban
A fogyasztási értékek értékelését és elemzését segíti a felhasznált teljesítmény költségeinek kiszámítása is. Ezeket általában kilowattórában számlázza ki a szolgáltató, amelyhez az előző adatfolyamban kilowattórára átszámított energiafogyasztás használatos alapváltozóként. Összesen két adatfolyam generálódik:
A költségek kiszámítása az aktuális teljesítményfelvétel mellett
- Aktuálisan felvett teljesítmény kilowattban
- Állandó: Költségek kilowattóránként
- Szorzás
- Kerekítés 2 tizedesjegyre
- Aktuálisan felmerülő költségek óránként
Az abszolút felvett teljesítmény költségének kiszámítása
- Aktuálisan felmerülő költségek óránként
- Állandó: Költségek kilowattóránként
- Szorzás
- Kerekítés 2 tizedesjegyre
- Összes felmerült költség
