Registro, visualización y análisis de la energía eléctrica mediante contadores con interfaz Modbus TCP y moneo RTM

Eficiencia

Energía Costes Sostenibilidad

Caso práctico

En el ámbito de la fabricación, cada vez se tienen más en cuenta las necesidades reales de energía para lograr una planificación que sea económica, previsora y sostenible. La información sobre posibles corrientes reactivas nos puede servir para aplicar las medidas de compensación adecuadas cuando sea necesario, evitando así costes innecesarios. Actualmente, los llamados contadores de energía se encargan de esta tarea.

Medición del consumo de energía

Durante la fabricación, los sensores se someten a un proceso de acabado mecánico en una célula de montaje antes de pasar al control de calidad. La necesidad de incorporar componentes informáticos en la célula de montaje también está incrementando gradualmente con el objetivo, por un lado, de ofrecer un mayor apoyo digital en el proceso de montaje y, por otro, de poder facilitar y registrar los detalles relacionados con los pedidos. Estos medios de producción pasivos representan un papel cada vez más importante en el uso de la energía eléctrica total.

Situación inicial

La optimización del consumo de energía eléctrica y los objetivos de ahorro energético solo se pueden alcanzar si se dispone de información detallada sobre la correspondiente demanda. Una visión global de estos datos se podría obtener mediante un contador de energía, que son los equipos utilizados por los proveedores para la facturación del consumo energético. Sin embargo, su actual capacidad de evaluación de las medidas de ahorro de energía eléctrica es insuficiente:

La lectura del contador apenas permite determinar, si es que lo hace, la eficacia de las distintas medidas, pues influyen demasiados factores
A fin de comprobar su eficacia, los efectos de las medidas de optimización y ahorro aplicadas únicamente se pueden considerar en términos relativos y no absolutos
Si, por ejemplo, se produce un descenso en el número de artículos producidos en el mismo periodo en que se aplica una medida, no será posible determinar claramente si esta medida ha tenido algún efecto
La realización manual de un nuevo cálculo para obtener información utilizable es prácticamente imposible o demasiado complejo

Objetivo del proyecto

Registro digital del consumo de energía eléctrica

El registro digital del consumo energético de áreas de producción convenientemente divididas es la base de todas las medidas de ahorro y optimización. La transparencia energética conduce a largo plazo a una mayor conciencia del consumo eléctrico, lo que contribuye a la conservación de este recurso y a la reducción de los costes asociados.

Con la integración de moneo RTM son posibles las siguientes acciones:

Registro del consumo de energía eléctrica del área de trabajo relacionada con el proceso
Información centralizada sobre el consumo de energía eléctrica
Obtención de los valores de consumo:
- Consumo total
- Consumo máximo
- Consumo de carga base/Standby
- Consumo durante el tiempo de inactividad
- Corrientes y potencias reactivas generadas
Cálculos para determinar el coste de la energía eléctrica consumida en rangos de escala

Ejecución

Registro de los valores de los contadores de energía a través de la interfaz Modbus TCP con LR Agent y moneo RTM

La célula de montaje recibe alimentación de cada una de las tres fases (L1, L2 y L3) de la red trifásica. En estas líneas de alimentación se instaló un contador de energía trifásico con interfaz Modbus TCP. La lectura fiable de los registros Modbus necesarios se puede hacer a través del LR Agent. En moneo RTM se realiza el seguimiento y el análisis de los valores, así como el cálculo directo de los costes de consumo resultantes.

Proyecto completado con éxito

Determinación de los costes de carga base como fundamento para la adopción de medidas de ahorro energético

Transparencia en lo relativo a las necesidades energéticas con moneo RTM

Visualización de la potencia total consumida
Visualización de la potencia total consumida en el momento actual
Visualización de la tensión, la corriente y la potencia actuales en las tres fases
Visualización de las corrientes y potencias reactivas generadas en el momento actual
Visualización de las corrientes y potencias reactivas generadas en total
Cálculo de los costes totales incurridos mediante "Valores calculados"
Cálculo de los costes actuales incurridos mediante "Valores calculados"

Estructura del sistema

Contador de energía Siemens 7KT1260
LR Agent

Panel de control

Costes actuales por hora + demanda actual de energía
Costes totales + demanda total de energía
Fase 1 (L1): valores de medición actuales de corriente, tensión y potencia
Fase 2 (L2): valores de medición actuales de corriente, tensión y potencia
Fase 3 (L3): valores de medición actuales de corriente, tensión y potencia

Factor de potencia total
Potencia aparente total (+/-)
Potencia reactiva total (+/-)
Fase 1 (L1): factor de potencia actual, potencia aparente y potencia reactiva
Fase 2 (L2): factor de potencia actual, potencia aparente y potencia reactiva
Fase 3 (L3): factor de potencia actual, potencia aparente y potencia reactiva

Análisis

El usuario puede acceder a los datos históricos mediante la función de análisis y comparar varios valores del proceso entre sí. El gráfico muestra la evolución del consumo de energía y los costes correlacionados.

Fin de semana (Standby) ①
Turno de noche ②
Turno de mañana ③

En este gráfico se puede ver claramente que, durante el tiempo en modo de suspensión (Standby), es decir, el fin de semana, la carga base es de aproximadamente 0,3kW, lo que ocasiona unos costes de alrededor de 0,9 céntimos por hora. Lo que a primera vista no parece mucho, llega a sumar unos 2150 euros* a lo largo de todo un año. Especialmente en este entorno pasivo, donde no se produce ninguna creación activa de valor por medio de la fabricación, las medidas orientadas a reducir la demanda de energía pueden compensar notablemente los costes generales.

Además, en la parte del gráfico mostrada se puede apreciar bien la diferencia entre el turno de noche y el de mañana. Si, por ejemplo, la producción tiene lugar las veinticuatro horas del día de lunes a viernes, los costes se podrían reducir mediante contratos multitarifa (diurna/nocturna), así como mediante la planificación de tareas que se adapten a estos contratos y a los distintos turnos. De este modo, los equipos que consumen más energía, como el horno de aglomerado, funcionarían con más intensidad durante las horas de tarifa más baja siempre que fuera posible; mientras que en las horas de tarifa más elevada disminuiría el funcionamiento.

*1 fin de semana = 46h de inactividad
1 año = 52 semanas ≈ 52 fines de semana
0,9€/h * 46h * 52 = 2152,80€

Azul = consumo actual (mayoritariamente superpuesto por un valor congruente)
Blanco = costes actuales por hora

Calculated Values: valores calculados

Las variables de medición proporcionadas por el contador de energía en los registros Modbus se leen individualmente a través del LR Agent y se registran en moneo. No siempre están disponibles en la unidad de medida deseada. Los valores de potencia se suelen mostrar en kilovatios. Sin embargo, el vatio es la unidad armonizada del Sistema Internacional de Unidades (SI) y es la unidad que figura en los registros. La conversión de la variable de entrada (W) en la unidad deseada (kW) se realiza con la ayuda de un modelador de flujo de datos.

Potencia consumida actualmente en vatios
Constante: divisor para la conversión en kilovatios
División
Potencia consumida actualmente en kilovatios

Otra ayuda para la evaluación y el análisis de los valores de consumo es el cálculo de los costes de la potencia consumida. El proveedor suele facturar estos gastos en kilovatios hora, para lo cual se utiliza como variable básica el consumo de energía convertido en kilovatios hora en el diagrama de flujo de datos anterior. En total se crean dos diagramas de flujo de datos: