Mätning, visualisering och analys av elektrisk energi med hjälp av energimätare med Modbus TCP-gränssnitt och moneo RTM
Användningsområde
Företagen fokuserar alltmer på energiövervakning på produktionsnivå för att möjliggöra effektivare, hållbarare och mer framåtblickande planering. Information om möjliga reaktiva strömmar kan användas för att införa lämpliga lösningar för kompensation av reaktiv effekt och på så sätt undvika onödiga kostnader. För detta ändamål används energimätare.
Mätning av energiförbrukningen
I produktionsprocessen färdigställs givarna mekaniskt i en separat konfiguration innan de genomgår kvalitetssäkringsprocessen. I den separata konfigurationen krävs allt fler IT-komponenter för att tillgodose den växande efterfrågan på digitalt stöd i konfigurationsprocessen och för att registrera och tillhandahålla orderrelaterade data. Denna passiva produktionsutrustning står för en allt större del av den totala energiförbrukningen.
Den inledande situationen
Åtgärder för att spara energi och optimera energiförbrukningen kan bara vara effektiva om man känner till energibehovet i detalj. Varje energimätare som din leverantör använder för att fakturera elförbrukningen kan hjälpa dig att få överblick. Men när det gäller att utvärdera energibesparingsåtgärdernas effektivitet har de befintliga lösningarna hittills varit otillräckliga:
- Mätvärdena avslöjar lite eller ingenting om hur effektiva enskilda åtgärder är, eftersom det finns alltför många faktorer som påverkar dem
- Effektiviteten av optimerings- och energibesparingsåtgärder kan endast fastställas relativt och kan inte bedömas på ett absolut sätt
- Om till exempel antalet tillverkade artiklar minskar under samma period som en åtgärd infördes kan det inte klart fastställas om åtgärden hade någon effekt
- Manuell omräkning för att få användbar information är nästan omöjlig eller för tidskrävande
Projektets syfte
Digital registrering av energiförbrukningen
Förutsättningen för alla energibesparings- och optimeringsåtgärder är att digitalt spåra den energi som förbrukas genom att dela upp produktionen i meningsfulla områden. Energiinsynen ökar medvetenheten om energianvändningen, vilket leder till en försiktigare användning av el och därmed lägre kostnader.
Genom integrering av moneo RTM blir det möjligt att:
- mäta energiförbrukningen per process/arbetsområde
- centralisera information om energiförbrukning
- härleda förbrukningsvärden:
– total förbrukning
– toppförbrukning
– förbrukning vid grundbelastning/viloläge
– förbrukning under produktionsfri tid
– reaktiva strömmar och producerad reaktiv effekt - beräkna kostnaden för energiförbrukningen i det definierade området
Implementering
Energimätning via Modbus TCP med LR Agent och moneo RTM
I den separata konfigurationen används en trefasförsörjning (L1, L2 och L3). I dessa matarledningar installerades en trefasig energimätare med Modbus TCP-gränssnitt. LR Agent möjliggör tillförlitlig läsning av de nödvändiga Modbus-registren. I moneo RTM övervakas och analyseras värdena och förbrukningskostnaderna beräknas omedelbart.
Resultatet
Identifiera kostnader för grundbelastning för att härleda energibesparande åtgärder
Transparent energiförbrukning med moneo RTM
- Visar den totala strömförbrukningen
- Visar den aktuella strömförbrukningen
- Visar aktuell spänning, ström och effekt för alla tre faserna
- Visar de aktuella reaktiva strömflödena och den reaktiva effekten som produceras
- Visar de totala reaktiva strömflödena och den reaktiva effekten som produceras
- Möjliggör beräkning av totala kostnader via "Calculated values"
- Möjliggör beräkning av aktuella kostnader via "Calculated values"
Systemstruktur
- Siemens 7KT1260 energimätare
- LR Agent
Manöverpanel
- Aktuella kostnader per timme + aktuella effektbehov
- Totala kostnader + totalt effektbehov
- Fas 1 (L1): aktuella uppmätta värden för ström, spänning och effekt
- Fas 2 (L2): aktuella uppmätta värden för ström, spänning och effekt
- Fas 3 (L3): aktuella uppmätta värden för ström, spänning och effekt
- Övergripande effektfaktor
- Total skenbar effekt (+/-)
- Total reaktiv effekt (+/-)
- Fas 1 (L1): aktuell effektfaktor, skenbar effekt och reaktiv effekt
- Fas 2 (L2): aktuell effektfaktor, skenbar effekt och reaktiv effekt
- Fas 3 (L3): aktuell effektfaktor, skenbar effekt och reaktiv effekt
Analys
Med analysfunktionen kan användaren få tillgång till historikdata och jämföra olika processvärden. Diagrammet visar energiförbrukningen och de tillhörande kostnaderna över tiden.
- Helg (viloläge) ①
- Nattskift ②
- Tidigt skift ③
Man kan se att det finns en grundbelastning på 0,3 kW under viloläge på helgen, vilket ger en kostnad på ca 0,9 cent per timme. Det låter inte mycket, men det blir ungefär 2150 €* på ett år. Särskilt inom detta passiva område utan aktivt värdeskapande kan åtgärder som minskar energibehovet ha en märkbar effekt på totalkostnaderna.
Diagrammet visar också en tydlig skillnad mellan nattskiftet och det tidiga skiftet. Om produktionen till exempel sker dygnet runt på vardagar kan kostnaderna minskas genom att man använder avtal med flera taxor (dag-/nattpris) och motsvarande arbetsscheman för de olika skiften. Följaktligen kan energiintensiv utrustning, såsom Binder-ugnen, användas mer intensivt under perioder med låga priser och mindre under perioder med höga priser.
* 1 helg = 46 timmars produktionsfri tid
1 år = 52 veckor ≈ 52 helger
0,9 €/h x 46 h x 52 = 2152,80 €
- Blå = aktuell förbrukning (mestadels överlagrad av identiskt värde)
- Vit = aktuell kostnad per timme
Beräknade värden
De uppmätta variabler som energimätaren tillhandahåller i Modbus-registren läses av med LR Agent och registreras i moneo. De förekommer dock inte alltid i den önskade enheten. Effektvärden uttrycks vanligtvis i kW. SI-standardenheten är watt, som också används i registren. Med hjälp av en dataflödesfunktion kan den ingående variabeln (W) omvandlas till önskad enhet (kW).
- Aktiv effekt i W
- Konstant: divisor för omvandling till kW
- Division
- Aktiv effekt i kW
För att utvärdera och analysera förbrukningsvärdena går det också bra att beräkna kostnaderna för den förbrukade energin. Dessa faktureras vanligtvis av energileverantören i kilowattimmar. Den grundläggande parametern som används för denna beräkning är den tillförda effekten som konverterats till kilowattimmar i det föregående dataflödet. Två dataflöden skapas:
Kostnadsberäkning av den aktuella energiförbrukningen
- Aktiv effekt i kW
- Konstant: kostnad per kilowattimme
- Multiplikation
- Avrundning till två decimaler
- Aktuella kostnader per timme
Kostnadsberäkning av den totala energiförbrukningen
- Aktuella kostnader per timme
- Konstant: kostnad per kilowattimme
- Multiplikation
- Avrundning till två decimaler
- Totala kostnader
