Měření, vizualizace a analýza elektrické energie pomocí elektroměrů s rozhraním Modbus TCP a moneo RTM

Efektivita

Energetika Cena Udržitelnost

Use Case

Společnosti se stále více zaměřují na sledování spotřeby energie na úrovni výroby, což umožňuje efektivnější, udržitelnější a perspektivnější plánování. Informace o možných jalových proudech lze využít k realizaci vhodných řešení pro kompenzaci jalového výkonu a vyhnout se tak zbytečným nákladům. K tomuto účelu se používají elektroměry.

Měření spotřeby energie

Ve výrobním procesu jsou senzory mechanicky dokončeny na montážním ostrově a poté procházejí procesem kontroly kvality. Na montážním ostrově je zapotřebí stále více IT komponentů, aby bylo možné uspokojit rostoucí poptávku po digitální podpoře montážního procesu a zaznamenávat a poskytovat údaje související se zakázkou. Tato pasivní výrobní zařízení tvoří stále významnější část celkové spotřeby energie.

Počáteční situace

Opatření na úsporu energie a optimalizaci spotřeby energie mohou být účinná pouze tehdy, pokud jsou podrobně známy energetické požadavky. Přehled vám pomůže získat každý elektroměr, který váš dodavatel používá k vyúčtování spotřeby elektřiny. Pokud však jde o hodnocení účinnosti energeticky úsporných opatření, stávající řešení jsou zatím nedostatečná:

Údaje z měřičů nevypovídají téměř nic o účinnosti jednotlivých opatření, protože existuje příliš mnoho ovlivňujících faktorů
Účinnost optimalizačních a energeticky úsporných opatření lze určit pouze ve vzájemné souvislosti a nelze je posuzovat absolutně
Pokud se například počet vyrobených kusů sníží ve stejném období, kdy bylo zavedeno opatření, nelze jednoznačně určit, zda mělo opatření nějaký účinek
Ruční přepočet za účelem získání použitelných informací je téměř nemožný nebo příliš časově náročný

Cíl projektu

Digitální záznam spotřeby energie

Předpokladem pro jakákoli opatření na úsporu energie a optimalizaci je digitální sledování spotřebované energie rozdělením výroby do smysluplných oblastí. Energetická transparentnost zvyšuje povědomí o spotřebě energie, zajišťuje šetrnější využívání elektřiny, a tím snižuje náklady.

Integrace systému moneo RTM umožňuje:

měřit spotřebu energie podle procesu/pracovní oblasti
centralizovat informace o spotřebě energie
odvozovat hodnoty spotřeby:
– celková spotřeba
– spotřeba ve výrobní špičce
– spotřeba v základním zatížení / pohotovostním režimu
– spotřeba v době mimo výrobu
– jalové proudy a vyrobený jalový výkon
vypočítat náklady na spotřebu energie v měřené oblasti

Implementace

Měření energie přes Modbus TCP s LR Agent a moneo RTM

Montážní ostrov využívá třífázové napájení (L1, L2 a L3). V těchto přívodech byl instalován třífázový elektroměr s rozhraním Modbus TCP. LR Agent umožňuje spolehlivé čtení požadovaných registrů Modbus. V systému moneo RTM se hodnoty sledují a analyzují a okamžitě se vypočítávají náklady na spotřebu.

Výsledek

Určení nákladů na základní zatížení pro odvození energeticky úsporných opatření

Transparentní spotřeba energie se systémem moneo RTM

Udává celkovou spotřebu energie
Uvádí aktuální spotřebu energie
Ukazuje aktuální napětí, proud a výkon pro všechny tři fáze
Ukazuje aktuální jalové proudy a vyrobený jalový výkon
Ukazuje celkové jalové proudy a vyrobený jalový výkon
Umožňuje výpočet celkových nákladů prostřednictvím položky „Vypočtené hodnoty“
Umožňuje výpočet aktuálních nákladů prostřednictvím položky „Vypočtené hodnoty“

Struktura systému

Měřič spotřeby energie Siemens 7KT1260
LR Agent

Kontrolní panel

Současné náklady na hodinu + současná potřeba energie
Celkové náklady + celkové požadavky na energii
Fáze 1 (L1): aktuální naměřené hodnoty proudu, napětí a výkonu
Fáze 2 (L2): aktuální naměřené hodnoty proudu, napětí a výkonu
Fáze 3 (L3): aktuální naměřené hodnoty proudu, napětí a výkonu

Celkový účiník
Celkový zdánlivý výkon (+/-)
Celkový jalový výkon (+/-)
Fáze 1 (L1): účiník, zdánlivý výkon a jalový výkon
Fáze 2 (L2): účiník, zdánlivý výkon a jalový výkon
Fáze 3 (L3): účiník, zdánlivý výkon a jalový výkon

Analýza

Funkce analýzy umožňuje uživateli přístup k historickým datům aporovnává různé procesní hodnoty. Graf ukazuje spotřebu energie a související náklady v průběhu času.

Víkend (pohotovostní režim) ①
Noční směna ②
Raná směna ③

Je vidět, že během víkendového pohotovostního režimu je základní zatížení 0,3 kW, což znamená náklady přibližně 0,9 centů za hodinu. Ačkoli to nezní jako velká částka, v průběhu roku to činí přibližně 2 150 €*. Zejména v této pasivní oblasti bez aktivní tvorby hodnot mohou mít opatření, která snižují potřebu energie, znatelný vliv na celkové náklady.

Z grafu je také patrný jasný rozdíl mezi noční a ranní směnou. Pokud například výroba probíhá ve všední dny nonstop, lze náklady snížit použitím vícetarifních dohod (denní sazba/noční sazba) a odpovídajících rozpisů úkolů pro různé směny. Energeticky náročná zařízení, jako je například pec Binder, by proto mohla být provozována intenzivněji v obdobích s nízkou sazbou a zároveň by se snížila jejich spotřeba v obdobích s vysokou sazbou.

*1 víkend = 46 h času bez výroby
1 rok = 52 týdnů ≈ 52 víkendů
0,9 €/h * 46 h * 52 = 2 152,80 €

Modrá = spotřeba proudu (většinou překrytá stejnou hodnotou)
Bílá = cena proudu za hodinu

Vypočítané hodnoty

Měřené veličiny poskytované elektroměrem v registrech Modbus jsou načteny pomocí zástupce LR Agent a zapsány do systému moneo. Ne vždy se však objeví v požadované jednotce. Hodnoty výkonu se obvykle udávají v kW. Standardní jednotkou SI je watt, který se používá i v registrech. Pomocí funkce „tok procesních dat“ lze vstupní veličinu (W) převést na požadovanou jednotku (kW).

Aktivní výkon ve W
Konstantní dělitel pro převod na kW
Dělení
Aktivní výkon v kW

Stejně užitečné pro vyhodnocení a analýzu hodnot spotřeby je výpočet nákladů na spotřebovanou energii. Ty jsou obvykle dodavatelem energie účtovány v kilowatthodinách. Základním parametrem použitým pro tento výpočet je příkon převedený na kilowatthodiny v předchozím datovém toku. Jsou vytvořeny dva datové toky: