Enregistrement, visualisation et analyse de l’énergie électrique par le compteur d’énergie avec interface Modbus TCP et moneo RTM

Efficacité

Energie Coûts Durabilité

Use Case

La consommation d’énergie dans l’environnement proche de la production gagne en importance afin d’autoriser une planification économique, durable et prédictive. Les informations sur la présence d’éventuels courants réactifs peut le cas échéant servir à prendre des mesures de compensation de ces courants réactifs et ainsi éviter des coûts inutiles. Les compteurs d’énergie font statu quo pour ces tâches.

Mesurer les consommations d’énergie

Pendant la fabrication, les capteurs sont parachevés sur un îlot de montage avant d’être remis au contrôle qualité. Progressivement, le besoin en outils informatiques de l’îlot de montage augmente d’une part pour apporter plus d’assistance au montage et d’autre part pour mettre à disposition et enregistrer les détails relatifs à la commande. Ces moyens de production passifs sont de plus en plus nombreux et ont un impact sur la consommation totale d’énergie électrique.

La situation initial

Les mesures d’économie d’énergie et optimisations de la consommation d’énergie électriques ne sont réalisables que si l’on connaît les détails sur la consommation réelle. Chaque compteur d’énergie permettant au fournisseur de décompter la quantité consommée peut servir d’aperçu à cet usage. Mais jusqu’à présent, les possibilités d’évaluer les mesures d’économie d’énergie électrique sont encore insuffisantes:

l’efficacité des différentes mesures n’est toutefois pas ou que très difficilement identifiable en raison de la présence d’un trop grand nombre de facteurs d’influence
L’effet des mesures d’optimisation et d’économie mises en place ne peut être observé que de manière relative et pas absolue pour vérifier leur efficacité
Ainsi si une baisse des quantités d’articles produits a lieu en même temps que l’application d’une mesure, il ne sera pas possible de savoir clairement si cette dernière a vraiment eu un impact
Un calcul ultérieur manuel des informations utiles est pratiquement impossible ou prendrait trop de temps

Objectif du projet

Enregistrement numérique des consommations d’énergie électrique

Un enregistrement numérique de la consommation d’énergie de zones divisées de manière judicieuse dans la production constitue le fondement même de toutes les mesures d’économie et d’optimisation. La transparence énergétique entraîne une prise de conscience durable des consommations électriques et contribue ainsi à ménager cette ressource et à réduire les coûts associés.

L’intégration de moneo RTM permet de réaliser les tâches suivantes:

Enregistrement de la consommation d’énergie électrique de la zone de travail du process
Informations centralisées sur la consommation d’énergie électrique
Déduction des valeurs de consommation:
– Consommation totale
– Consommations de pointe
– Consommation de charge de base/ veille
– Consommation pendant le temps non productif
– Puissances et courants réactifs générés
Calculs de détermination des coûts de l’énergie électrique consommée dans la zone mise à l’échelle

La réalisation

Enregistrement des valeurs de compteur d’énergie via Modbus TCP avec LR Agent et moneo RTM

L’îlot de montage est alimenté avec les trois phases (L1, L2 et L3) du réseau alternatif. Un compteur d’énergie triphasé avec interface Modbus TCP a été installé dans ces alimentations. Le LR Agent permet de lire les registres Modbus nécessaires de manière fiable. Le Monitoring et l’analyse des valeurs, ainsi que le calcul direct des coûts de consommation ont lieu dans moneo RTM.

La clé du succès

Identification des coûts de charge de base comme base pour en déduire les mesures d’économie d’énergie

Transparence concernant les besoins énergétiques avec moneo RTM

Affichage de la puissance totale absorbée
Affichage de la puissance totale actuellement absorbée
Affichage de la tension, du courant et de la puissance actuels des trois phases
Affichage des puissances et courants réactifs actuellement générés
Affichage des puissances et courants réactifs totaux
Calcul du coût total dû via «Valeurs calculées»
Calcul du coût actuellement dû via «Valeurs calculées»

Structure du système

Compteur d’énergie Siemens 7KT1260
LR Agent

Tableau de bord

Coût actuel par heure + puissance consommée actuelle
Coût total + puissance consommée totale
Phase 1 (L1): Valeurs de mesure actuelles de courant, tension et puissance
Phase 2 (L2): Valeurs de mesure actuelles de courant, tension et puissance
Phase 3 (L3): Valeurs de mesure actuelles de courant, tension et puissance

Facteur de puissance total
Puissance apparente totale (+/-)
Puissance réactive totale (+/-)
Phase 1 (L1): Facteur de puissance actuel, puissance apparente et puissance réactive
Phase 2 (L2): Facteur de puissance actuel, puissance apparente et puissance réactive
Phase 3 (L3): Facteur de puissance actuel, puissance apparente et puissance réactive

Analyse

La fonction d’analyse permet à l’utilisateur d’accéder aux données historiques et de comparer diverses valeurs de process. Le schéma montre la courbe de puissance absorbée et les coûts associés.

Week-end (veille) ①
Équipe de nuit ②
Équipe du matin ③

On peut voir que sur le temps en veille, c’est-à-dire le week-end, la charge de base est d’environ 0,3KW, ce qui correspond à un coût d’environ 0,9cent par heure. Cette somme insignifiante au premier abord fait toutefois un total de 2150€* environ en cumul sur l’année. Dans cette zone passive justement, où il n’y a aucune valeur ajoutée active pour la fabrication, des mesures qui réduisent le coût total de l’énergie peuvent être rapidement rentables.

Par ailleurs, cette partie permet aussi de bien voir la différence entre l’équipe de nuit et celle du matin. Ainsi, si pendant les jours ouvrables, l’usine produit 24heures sur 24, il serait possible d’ajuster le coût en optant pour des contrats avec des heures creuses et pleines et en adaptant le planning des équipes en conséquence. Les moyens de production consommant beaucoup d’énergie, comme l’étuve de liants, seraient alors utilisés de préférence en heures creuses alors que l’exploitation normale se ferait en heures pleines.

* 1 week-end= 46 h sans production
1 an = 52 semaines ≈ 52 week-ends
0,9€/h * 46h * 52 = 2152,80€

Bleu = consommation actuelle (en grande partie superposée par une valeur identique)
Blanc = coût actuel par heure

Calculated Values: valeurs calculées

Les grandeurs de mesure fournies par le compteur d’énergie dans les registres Modbus sont lues à l’identique par le LR Agent et chargées dans moneo. L’unité n’est pas toujours celle souhaitée. Les valeurs de puissance sont généralement exprimées en kW. L’unité SI normalisée, qui est également reprise dans les registres, est en revanche le Watt. Un flux de données permet de convertir la grandeur d’entrée (W) dans l’unité souhaitée (kW).

Puissance actuellement absorbée en Watt
Constante: Diviseur pour la transformation en kilowatt
Division
Puissance actuellement absorbée en kilowatt

Le calcul du coût de la puissance absorbée est une aide supplémentaire pour évaluer et analyser les données de consommation. Ce coût est facturé par le fournisseur en kilowatt-heure généralement, en utilisant la puissance absorbée convertie en kilowatt-heure du flux de données précédent comme grandeur utile. Deux flux de données sont générés: