Rilevamento, visualizzazione e analisi di energia elettrica tramite contatori di energia con interfaccia Modbus TCP e moneo RTM
Use Case
Il fabbisogno di energia nel contesto della produzione è sempre più in primo piano per poter pianificare in modo economico, sostenibile e lungimirante. Le informazioni sulle correnti reattive eventualmente presenti possono essere utilizzate per implementare, se necessario, adeguate misure di compensazione delle correnti reattive ed evitare, quindi, così costi inutili. Lo status quo per queste funzioni è costituito dai cosiddetti contatori di energia.
Misurare i consumi di energia
Nel processo di produzione, i sensori vengono finalizzati meccanicamente in un'isola di assemblaggio prima di essere sottoposti al controllo della qualità. Gradualmente, sta aumentando anche la necessità di componenti IT nell'isola di assemblaggio, al fine di fornire da un lato un maggiore supporto digitale al processo di assemblaggio e dall’altro di poter fornire e registrare i dettagli relativi agli ordini. Questi mezzi di produzione passivi stanno assumendo un ruolo sempre più decisivo nella formazione del consumo di energia elettrica totale.
Situazione iniziale
Le misure di risparmio energetico e l'ottimizzazione del consumo di energia elettrica possono essere realizzate solo se si conoscono i dettagli del fabbisogno in corso. Ogni contatore di energia, attraverso il quale il fornitore fattura il fabbisogno richiesto, può fungere da panoramica in tal senso. Tuttavia, finora la valutabilità delle misure di risparmio energetico elettrico è insufficiente:
- Essendo presenti troppi fattori che influiscono, è difficile se non impossibile identificare l’efficacia delle singole misure attraverso la lettura del contatore
- Gli effetti delle misure di ottimizzazione e di risparmio implementate, possono essere considerati solo in termini relativi e non in quelli assoluti per verificarne l’efficacia
- Se, ad esempio, la produzione di un articolo cala nello stesso periodo in cui viene attuata una misura, non è possibile determinare con chiarezza se questa abbia avuto qualche effetto
- Un ricalcolo manuale delle informazioni utilizzabili è quasi impossibile e richiederebbe troppo tempo
Obiettivo del progetto
Registrazione digitale del consumo di energia elettrica
La registrazione digitale del consumo di energia elettrica delle aree di produzione opportunamente suddivise è la base per tutte le misure di risparmio e ottimizzazione. A lungo termine, la trasparenza energetica porta a una maggiore consapevolezza dei consumi, contribuendo così a gestire con rispetto questa risorsa e a ridurre i costi associati.
L’integrazione di moneo RTM consente quanto segue:
- Registrazione del consumo di energia elettrica dell'area di lavoro relativa al processo
- Informazioni centralizzate sul consumo di energia elettrica
- Deduzione dai valori di consumo:
– Consumo totale
– Consumi di picco
– Consumo del carico di base / standby
- Consumo durante il periodo di non produzione
– Correnti reattive e potenze reattive generate - Calcoli per determinare il costo dell'energia elettrica consumata nel range graduato
Realizzazione
Acquisizione dei valori dei contatori di energia tramite Modbus TCP con LR Agent e moneo RTM
L'isola di montaggio è alimentata con tutte e tre le fasi (L1, L2 e L3) della rete trifase. In queste linee di alimentazione è stato installato un contatore di energia trifase con interfaccia Modbus TCP. I registri Modbus richiesti possono essere letti in modo affidabile tramite LR Agent. In moneo RTM hanno luogo il monitoraggio e l'analisi dei valori e il calcolo diretto dei costi di consumo da sostenere.
Risultato
Identificazione dei costi del carico di base come base per dedurre misure di risparmio energetico
Trasparenza nel fabbisogno di energia con moneo RTM
- Visualizzazione della potenza totale assorbita nel complesso
- Visualizzazione della potenza totale assorbita attualmente
- Visualizzazione della tensione, della corrente e della potenza attuali per tutte e tre le fasi
- Visualizzazione delle correnti reattive e delle potenze reattive attualmente presenti
- Visualizzazione delle correnti reattive totali e delle potenze reattive sostenute
- Calcolo dei costi totali sostenuti tramite "Valori calcolati"
- Calcolo dei costi da sostenere attualmente tramite "Valori calcolati"
Struttura del sistema
- Contatore di energia Siemens 7KT1260
- LR Agent
Dashboard
- Costi attuali all'ora + fabbisogno attuale di potenza
- Costi totali + fabbisogno complessivo di potenza
- Fase 1 (L1): Valori attuali letti di corrente, tensione e potenza
- Fase 2 (L2): Valori attuali letti di corrente, tensione e potenza
- Fase 3 (L3): Valori attuali letti di corrente, tensione e potenza
- Fattore di potenza totale
- Potenza apparente totale (+/-)
- Potenza reattiva totale (+/-)
- Fase 1 (L1): Fattore di potenza attuale, potenza apparente e potenza reattiva
- Fase 2 (L2): Fattore di potenza attuale, potenza apparente e potenza reattiva
- Fase 3 (L3): Fattore di potenza attuale, potenza apparente e potenza reattiva
Analisi
Mediante la funzione analisi, l'utente può accedere ai dati storici e confrontare i diversi valori di processo. Il diagramma mostra l’andamento della potenza assorbita e dei costi correlati.
- Fine settimana (standby) ①
- Turno di notte ②
- Turno di mattina ③
Si nota con chiarezza che durante la modalità standby, cioè nel fine settimana, c'è un carico di base di circa 0,3 kW, che causa costi di circa 0,9 centesimi all'ora. Ciò che a prima vista non sembra molto, nell'arco di un intero anno ammonta a circa 2.150 euro*. Soprattutto in quest'area passiva, dove non c'è una creazione attiva di valore attraverso la produzione, le misure per ridurre il fabbisogno di energia possono ripagare notevolmente in termini di costi complessivi.
Inoltre, la sezione illustrata mette ben in evidenza la differenza tra il turno di notte e quello di mattina. Se, ad esempio, nei giorni feriali si produce 24 ore su 24, i costi potrebbero essere ridotti attraverso accordi a tariffa differenziata (tariffa diurna/tariffa notturna) e programmi di lavoro corrispondenti per i diversi turni. I mezzi di esercizio ad intenso consumo di energia, come ad es. il forno binder, vengono quindi fatti funzionare, se possibile, maggiormente nelle fasce orarie più economiche, mentre viene ridotto il funzionamento nelle fasce orarie più costose.
* 1 fine settimana = 46h di tempo di non produzione
1 anno = 52 settimane ≈ 52 fine settimana
0,9€/h * 46h * 52 = 2.152,80€
- Blu = consumo attuale (per lo più sovrapposto a un valore identico)
- Bianco = costo orario attuale
Calculated Values: valori calcolati
Le grandezze di misura fornite dal contatore di energia nei registri Modbus vengono lette in rapporto uno a uno tramite l'LR Agent e registrate in moneo. Non sempre hanno l'unità desiderata. Solitamente i valori di potenza vengono espressi in kilowatt. Tuttavia, l'unità SI standardizzata, indicata anche nei registri, è il watt. La grandezza di ingresso (W) viene convertita nell'unità desiderata (kW) mediante un flusso di dati.
- Potenza assorbita attuale in watt
- Costante: divisore per la conversione in kilowatt
- Divisione
- Potenza assorbita attuale in chilowatt
Un ulteriore supporto per la valutazione e l'analisi dei valori di consumo è il calcolo dei costi della potenza assorbita. Normalmente vengono fatturati dal fornitore in kilowattora, per cui la potenza assorbita convertita in kilowattora nel flusso di dati precedente viene utilizzata come grandezza di base. Vengono creati in totale due flussi di dati:
calcolo dei costi con la potenza assorbita attuale
- potenza assorbita attuale in chilowatt
- Costante: costi per ogni kilowattora
- Moltiplicazione
- Arrotondamento a 2 cifre decimali
- Costi all’ora che si sostengono attualmente
Calcolo dei costi della potenza assoluta assorbita
- Costi all’ora che si sostengono attualmente
- Costante: costi per ogni kilowattora
- Moltiplicazione
- Arrotondamento a 2 cifre decimali
- Costi totali sostenuti
