Måling, visualisering og analyse af elektrisk energi ved hjælp af energimålere med Modbus TCP-interface og moneo RTM

Effektivitet

Energi Omkostninger Bæredygtighed

Anvendelses eksempler

Virksomheder fokuserer i stigende grad på energiovervågning på produktionsniveau for at give mulighed for mere effektiv, bæredygtig og fremsynet planlægning. Information om mulige reaktive strømme kan anvendes til implementering af passende løsninger til reaktiv effektkompensation og dermed forhindre unødvendige omkostninger. Til dette formål anvendes der energimålere.

Måling af energiforbruget

I produktionsprocessen bliver sensorer færdiggjort mekanisk på en produktionsø, før de går igennem kvalitetssikringsprocessen. Der kræves flere og flere IT-komponenter på produktionsøen for at opfylde det stigende behov for digital support i produktionsprocessen og for at registrere og levere ordrerelaterede data. Dette passive produktionsudstyr tegner sig for en stigende andel af det samlede energiforbrug.

Den oprindelige situation

Målinger til besparelse af energi og optimering af energiforbruget kan kun være effektive, hvis energibehovet kendes i detaljer. Hver energimåler din leverandør bruger til fakturering af elforbruget kan hjælpe med at skabe et overblik. Men når det drejer sig om at evaluere energibesparelsesforanstaltningers effektivitet, har eksisterende løsninger indtil nu været utilstrækkelige:

Aflæsning af målere afslører lidt eller intet om, hvor effektive individuelle foranstaltninger er, fordi der er for mange påvirkende faktorer
Effektiviteten af optimerings- og energibesparelsesforanstaltninger kan kun bestemmes, når de sættes i relation, og kan ikke anskues i absolutte termer
Hvis antallet af producerede produkter falder i samme periode, som en foranstaltning blev indført, kan det ikke fastlægges klart, om foranstaltningen havde nogen effekt
Manuel rekalkulation for at få brugbar information er næsten umulig eller for tidskrævende

Projektets mål

Digital registrering af energiforbruget

Forudsætningen for alle energibesparelses- og optimeringsforanstaltninger er digital sporing af den forbrugte energi ved at dele produktionen i meningsfulde områder. Gennemsigtighed på energiområdet øger bevidstheden omkring energiforbruget og sikrer mere forsigtig brug af elektricitet og reducerer dermed omkostningerne.

Integration af moneo RTM gør det muligt at:

måle energiforbruget efter proces-/arbejdsområde
centralisere information om energiforbruget
udlede forbrugsværdier:
– samlet forbrug
– spidsbelastningsforbrug
– basisbelastningsforbrug/standby
– forbrug i periode uden produktion
– produceret reaktiv strøm og reaktiv effekt
beregne omkostningerne til energiforbrug i det skalerede område

Implementering

Energimåling via Modbus TCP med LR Agent og moneo RTM

Produktionsøen anvender en trefaset forsyning (L1, L2 og L3). I disse forsyningsledninger blev der installeret en trefaset energimåler med Modbus TCP-interface. LR Agent giver mulighed for pålidelig læsning af de påkrævede Modbus-registre. I moneo RTM bliver værdierne overvåget og analyseret, og forbrugsomkostningerne beregnes omgående.

Resultatet

Identificer basisbelastningsomkostninger til energibesparelsesforanstaltninger

Transparent energiforbrug med moneo RTM

Indikerer det samlede effektforbrug
Indikerer det aktuelle effektforbrug
Indikerer den aktuelle spænding, strøm og effekt for alle tre faser
Indikerer den aktuelt producerede reaktive strøm og reaktive effekt
Indikerer den samlede producerede reaktive strøm og reaktive effekt
Giver mulighed for beregning af de samlede omkostninger via ”Beregnede værdier”
Giver mulighed for beregning af aktuelle omkostninger via ”Beregnede værdier”

System topologi

Siemens 7KT1260-energimåler
LR Agent

Dashboard

Aktuelle omkostninger i timen + aktuelt effektbehov
Samlede omkostninger + samlet effektbehov
Fase 1 (L1): aktuelt målte strøm-, spændings- og effektværdier
Fase 2 (L2): aktuelt målte strøm-, spændings- og effektværdier
Fase 3 (L3): aktuelt målte strøm-, spændings- og effektværdier

Samlet effektfaktor
Samlet tilsyneladende effekt (+/-)
Samlet reaktiv effekt (+/-)
Fase 1 (L1): aktuel effektfaktor, tilsyneladende effekt og reaktiv effekt
Fase 2 (L2): aktuel effektfaktor, tilsyneladende effekt og reaktiv effekt
Fase 3 (L3): aktuel effektfaktor, tilsyneladende effekt og reaktiv effekt

Analyse

Analysefunktionen giver brugeren mulighed for at tilgå historikdata og sammenligne forskellige procesværdier. Diagrammet viser effektforbruget og de tilhørende omkostninger over tid.

Weekend (standby) ①
Nathold ②
Tidligt skiftehold ③

Det kan ses, at der er en basisbelastning på 0,3 kW under standby i weekenden, hvilket resulterer i omkostninger på ca. 0,9 cent i timen. Selvom dette ikke lyder af meget, løber det op i ca. €2.150* i løbet af et år. Især i dette passive område uden aktiv værdiskabelse kan foranstaltninger, der reducerer behovet for energi, have en mærkbar effekt på de samlede omkostninger.

Diagrammet afslører også en tydelig forskel mellem natholdet og det tidlige skiftehold. Hvis der for eksempel produceres 24/7 på ugedage, kan omkostningerne reduceres ved at anvende multitakstaftaler (dagtakst/nattakst) og tilsvarende opgaveplaner til de forskellige skiftehold. Følgelig kan energiintensivt udstyr, som f.eks. Binder-ovnen, anvendes mere intensivt i perioder med lave takster, og anvendelsen kan reduceres i perioder med høje takster.

* 1 weekend = 46 timer uden produktion
1 år = 52 uger ≈ 52 weekender
0,9€/h * 46h * 52 = €2.152,80

Blå = aktuelt forbrug (for det meste overlappet af identisk værdi)
Hvid - aktuel omkostning i timen

Beregnede værdier

De målte variabler fra energimåleren i Modbus-registrene læses ved hjælp af LR Agent og bookes i moneo. De vises dog ikke altid i den ønskede enhed. Effektværdier udtrykkes typisk i kW. Standard-SI-enheden er watt, som også bruges i registrene. Ved hjælp af en ”dataflow”-funktion kan inputvariablen (W) konverteres til den ønskede enhed (kW).

Aktiv effekt i W
Konstant: faktor for konvertering til kW
Division
Aktiv effekt i kW

Det er lige så nyttigt at beregne omkostningerne for effektforbruget til evaluering og analyse af forbrugsværdierne. De bliver normalt faktureret af energileverandøren i kilowatt-timer. Grundparameteren, der anvendes til denne beregning, er indgangseffekten konverteret til kilowatt-timer i det forrige dataflow. Der oprettes to dataflows: