Μέτρηση, οπτικοποίηση και ανάλυση ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση μετρητών ενέργειας με διασύνδεση Modbus TCP και το moneo RTM

αποδοτικότητα

Ενέργεια Κόστη Βιωσιμότητα

Περίπτωση εφαρμογής

Οι εταιρείες εστιάζουν ολοένα και περισσότερο στην επιτήρηση της ενέργειας σε επίπεδο παραγωγής για να εξασφαλίζουν πιο αποτελεσματικό, βιώσιμο και μακροπρόθεσμο σχεδιασμό. Οι πληροφορίες σχετικά με πιθανά άεργα ρεύματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εφαρμογή κατάλληλων λύσεων για την αντιστάθμιση της άεργου ισχύος και, συνεπώς, την αποφυγή περιττών δαπανών. Για τον σκοπό αυτόν χρησιμοποιούνται μετρητές ενέργειας.

Μέτρηση κατανάλωσης ενέργειας

Στη διαδικασία παραγωγής, οι αισθητήρες οριστικοποιούνται μηχανικά σε μία νησίδα συναρμολόγησης πριν περάσουν στη διαδικασία διασφάλισης ποιότητας. Στη νησίδα συναρμολόγησης απαιτούνται ολοένα και περισσότερα στοιχεία IT για την κάλυψη της αυξανόμενης ζήτησης για ψηφιακή υποστήριξη στη διαδικασία συναρμολόγησης και την καταγραφή και παροχή δεδομένων που σχετίζονται με παραγγελίες. Αυτός ο παθητικός εξοπλισμός παραγωγής αντιπροσωπεύει ένα ολοένα και πιο σημαντικό μέρος της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας.

Η αρχική κατάσταση

Τα μέτρα για την εξοικονόμηση ενέργειας και τη βελτιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας είναι αποτελεσματικά μόνο εάν υπάρχει λεπτομερής γνώση για τις ενεργειακές απαιτήσεις. Κάθε μετρητής ενέργειας που χρησιμοποιεί ο προμηθευτής σας για να τιμολογήσει την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να σας βοηθήσει να αποκτήσετε μία γενική επισκόπηση. Ωστόσο, όσον αφορά την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας, οι υπάρχουσες λύσεις μέχρι πρότινος ήταν ανεπαρκείς:

Οι μετρήσεις των μετρητών αποκαλύπτουν ελάχιστα έως καθόλου τον βαθμό αποτελεσματικότητας των επιμέρους μέτρων, επειδή υπάρχουν πάρα πολλοί παράγοντες επιρροής
Η αποτελεσματικότητα των μέτρων βελτιστοποίησης και εξοικονόμησης ενέργειας μπορεί να προσδιοριστεί μόνο όταν συσχετιστεί και δεν μπορεί να εξεταστεί σε απόλυτες τιμές
Για παράδειγμα, εάν ο αριθμός των παραγόμενων ειδών μειώθηκε την περίοδο κατά την οποία εφαρμόστηκε ένα μέτρο, δεν μπορεί να προσδιοριστεί σαφώς εάν το μέτρο είχε κάποιο αποτέλεσμα
Ο χειροκίνητος επανυπολογισμός για τη λήψη χρήσιμων πληροφοριών είναι σχεδόν αδύνατος ή πολύ χρονοβόρος

Στόχος του έργου

Ψηφιακή καταγραφή κατανάλωσης ενέργειας

Η προϋπόθεση για οποιαδήποτε μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας και βελτιστοποίησης είναι η ψηφιακή παρακολούθηση της ενέργειας που καταναλώνεται με διαίρεση της παραγωγής σε σημαντικές περιοχές. Η ενεργειακή διαφάνεια αυξάνει την ευαισθητοποίηση σε σχέση με τη χρησιμοποίηση της ενέργειας, διασφαλίζοντας μια πιο προσεκτική χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας και συνεπώς μειώνοντας το κόστος.

Η ενσωμάτωση του moneo RTM καθιστά εφικτά τα εξής:

Μέτρηση της κατανάλωσης ενέργειας ανά διεργασία / περιοχή εργασίας
Συγκέντρωση πληροφοριών για την κατανάλωση ενέργειας
Εξαγωγή των τιμών κατανάλωσης:
– Συνολική κατανάλωση
– Κατανάλωση αιχμής
– Κατανάλωση σε βασικό φορτίο / αναμονή
– Κατανάλωση σε χρόνο μη παραγωγής
– Παραγόμενα άεργα ρεύματα και παραγόμενη άεργος ισχύς
Υπολογισμός κόστους της κατανάλωσης ενέργειας στην περιοχή κλίμακας

Υλοποίηση

Μέτρηση ενέργειας μέσω Modbus TCP με το LR Agent και το moneo RTM

Η νησίδα συναρμολόγησης χρησιμοποιεί τροφοδοσία τριών φάσεων (L1, L2 και L3). Σε αυτές τις γραμμές τροφοδοσίας εγκαταστάθηκε τριφασικός μετρητής ενέργειας με διασύνδεση Modbus TCP. Το LR Agent επιτρέπει την αξιόπιστη ανάγνωση των απαιτούμενων καταχωρητών Modbus. Στο moneo RTM, οι τιμές παρακολουθούνται και αναλύονται και υπολογίζεται άμεσα το κόστος κατανάλωσης.

Το αποτέλεσμα

Προσδιορισμός κόστους βασικού φορτίου για τη λήψη μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας

Διαφανής κατανάλωση ενέργειας με το moneo RTM

Δηλώνει τη συνολική κατανάλωση ενέργειας
Δηλώνει τη τρέχουσα κατανάλωση ενέργειας
Δηλώνει την τρέχουσα τάση, ρεύμα και ισχύ και για τις τρεις φάσεις
Δηλώνει τα τρέχοντα παραγόμενα άεργα ρεύματα και την τρέχουσα παραγόμενη άεργο ισχύ
Δηλώνει τα συνολικά παραγόμενα άεργα ρεύματα και τη συνολική παραγόμενη άεργο ισχύ
Επιτρέπει τον υπολογισμό του συνολικού κόστους με τις ’Υπολογιζόμενες τιμές’
Επιτρέπει τον υπολογισμό του τρέχοντος κόστους με τις ’Υπολογιζόμενες τιμές’

Δομή συστήματος

Μετρητής ενέργειας Siemens 7KT1260
LR Agent

Πίνακας οργάνων

Τρέχον κόστος ανά ώρα + τρέχουσες απαιτήσεις ισχύος
Συνολικό κόστος + συνολικές απαιτήσεις ισχύος
Φάση 1 (L1): Τρέχουσες μετρούμενες τιμές ρεύματος, τάσης και ισχύος
Φάση 2 (L2): Τρέχουσες μετρούμενες τιμές ρεύματος, τάσης και ισχύος
Φάση 3 (L3): Τρέχουσες μετρούμενες τιμές ρεύματος, τάσης και ισχύος

Συνολικός συντελεστής ισχύος
Συνολική φαινόμενη ισχύς (+/-)
Συνολική άεργος ισχύς (+/-)
Φάση 1 (L1): Τρέχων συντελεστής ισχύος, φαινόμενη ισχύς και άεργος ισχύς
Φάση 2 (L2): Τρέχων συντελεστής ισχύος, φαινόμενη ισχύς και άεργος ισχύς
Φάση 3 (L3): Τρέχων συντελεστής ισχύος, φαινόμενη ισχύς και άεργος ισχύς

Ανάλυση

Η λειτουργία ανάλυσης επιτρέπει στον χρήστη να προσπελάσει δεδομένα του ιστορικού λειτουργίας και να συγκρίνει διάφορες τιμές διεργασίας. Το διάγραμμα δείχνει την κατανάλωση ενέργειας και το σχετικό κόστος προοδευτικά.

Σαββατοκύριακο (αναμονή) ①
Νυχτερινή βάρδια ②
Πρωινή βάρδια ③

Φαίνεται ότι υπάρχει ένα βασικό φορτίο 0,3 kW κατά την αναμονή το σαββατοκύριακο, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα ένα κόστος περίπου 0,9 λεπτών ανά ώρα. Αν και αυτό δεν δείχνει να είναι πολύ, αθροιζόμενο κατά τη διάρκεια ενός έτους φτάνει περίπου τα 2.150 €*. Ειδικά σε αυτήν την παθητική περιοχή χωρίς ενεργή δημιουργία προστιθέμενης αξίας, τα μέτρα που μειώνουν την ανάγκη για ενέργεια μπορούν να έχουν αισθητή επίδραση στο συνολικό κόστος.

Το διάγραμμα αποκαλύπτει επίσης μία σαφή διαφορά μεταξύ της νυχτερινής βάρδιας και της πρωινής βάρδιας. Για παράδειγμα, εάν η παραγωγή πραγματοποιείται τις καθημερινές 24/7, το κόστος θα μπορούσε να μειωθεί χρησιμοποιώντας συμφωνίες πολλαπλών τιμολογήσεων (τιμή ημέρας/νυχτερινή τιμή) και αντίστοιχα χρονοδιαγράμματα εργασιών για τις διάφορες βάρδιες. Συνεπώς, ο ενεργοβόρος εξοπλισμός, όπως ο κλίβανος Binder, θα μπορούσε να λειτουργεί πιο εντατικά σε περιόδους χαμηλού ρυθμού και πιο περιορισμένα σε περιόδους υψηλού ρυθμού.

* 1 σαββατοκύριακο = 46 ώρες χρόνου μη παραγωγής
1 έτος = 52 εβδομάδες ≈ 52 σαββατοκύριακα
0,9 €/ώρα * 46 ώρες * 52 = 2.152,80 €

Μπλε = τρέχουσα κατανάλωση (κυρίως επικαλύπτεται από την ίδια τιμή)
Λευκό = τρέχον κόστος ανά ώρα

Υπολογισμένες τιμές

Οι μετρούμενες μεταβλητές που παρέχονται από τον μετρητή ενέργειας στους καταχωρητές Modbus διαβάζονται χρησιμοποιώντας το LR Agent και καταχωρίζονται στο moneo. Ωστόσο, δεν εμφανίζονται πάντα στην επιθυμητή μονάδα. Οι τιμές ισχύος εκφράζονται συνήθως σε kW. Η τυπική μονάδα του διεθνούς συστήματος μονάδων είναι Watt, η οποία χρησιμοποιείται επίσης στους καταχωρητές. Χρησιμοποιώντας μία λειτουργία ‘ροής δεδομένων‘, η μεταβλητή εισόδου (W) μπορεί να μετατραπεί στην επιθυμητή μονάδα (kW).

Ενεργός ισχύς σε W
Σταθερά: Διαιρέτης για μετατροπή σε kW
Διαίρεση
Ενεργός ισχύς σε kW

Εξίσου χρήσιμος για την αξιολόγηση και την ανάλυση των τιμών κατανάλωσης είναι ο υπολογισμός του κόστους της ενέργειας που καταναλώνεται. Αυτή η ενέργεια συνήθως τιμολογείται σε κιλοβατώρες από τον προμηθευτή ενέργειας. Η βασική παράμετρος που χρησιμοποιείται για αυτόν τον υπολογισμό είναι η ισχύς εισόδου, η οποία έχει μετατραπεί σε κιλοβατώρες στην προηγούμενη ροή δεδομένων. Δημιουργούνται δύο ροές δεδομένων: