www.automatyka-budynkowa.com - artykuły branżowe - Otwarta komunikacja w technice sterowania - Zrównoważona redukcja zużycia energii
Automatyka Budynkowa

22 Listopad 2017 - Witamy

Artykuły branżowe
Artykuły
Katalog branżowy
Katalog
branżowy
Baza firm
Baza firm
Kalendarz
Kalendarz
Forum
Forum
Kontakt
Kontakt
Menu

TOP5 Produkty

TOP5 Firmy

Kalendarz wydarzeń
Listopad 2017

PnWtŚr CzPtSoNd
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930   


Artykuły » Otwarta komunikacja w technice sterowania - Zrównoważona redukcja zużycia energii

Otwarta komunikacja w technice sterowania

Zrównoważona redukcja zużycia energii

 

Mgr inż. Frank Knafla, Phoenix Contact Electronics GmbH, Niemcy
Mgr inż. Andrzej Górczak, Phoenix Contact Sp. z o.o.


 
 Rysunek 1:Podstawowe zapotrzebowanie na energię w 2005 r. w Niemczech, z podziałem na działalności gospodarcze.
Temat oszczędzania energii w automatyce przemysłowej jest coraz częściej poruszany w dyskusjach publicznych. Nie powinno to być zaskoczeniem, jeśli weźmie się pod uwagę fakt, że roczne zużycie energii w 25 krajach UE wynosi obecnie około 1,8 mld. baryłek ropy, co oznacza koszt 500 mld. euro. W Niemczech przemysł zużywa 40% podstawowych źródeł energii, a ponad 50% z tego zużywają zakłady produkcyjne (rys. 1).

W wyniku ciągłego wzrostu cen w 2008 roku, wiele przedsiębiorstw poszukuje energooszczędnych środków produkcji i urządzeń, aby w zrównoważony sposób zredukować ten czynnik w przyszłości. W konsekwencji producenci maszyn i urządzeń muszą odpowiedzieć na to zapotrzebowanie, opracowując nowe koncepcje, które umożliwią znaczne zmniejszenie zużycia energii. Technologie takie będą funkcjonować jako ważne uzupełnienie rozwiązań zwiększających wydajność.


Optymalizacja energii poprzez gromadzenie i analizę danych

 
Rysunek 2:Udoskonalanie zarządzania energią jest stałym procesem.
Obecnie wykorzystanie energii elektrycznej, wody przemysłowej i sprężonego powietrza jest rzadko określane na poziomie maszyny. Dokładne zbieranie tych wartości w poszczególnych sekcjach maszyn i instalacji występuje równie rzadko. Energooszczędna eksploatacja środków produkcji i urządzeń wymaga jednak ciągłego monitorowania zakupionej energii. Można dokonać jedynie zestawienia zużycia energii przez poszczególne komponenty i zespoły automatyki w różnych stanach roboczych, jeśli te liczby są dokładnie zbierane w maszynach i instalacjach, a następnie rejestrowane (rys. 2).

Przez monitorowanie, rejestrowanie i analizowanie przepływów energii, które występują w maszynie można określić różne stany robocze i na ich podstawie uzyskać odpowiednie środki optymalizacji. Następnie użytkownicy mogą przewidzieć wielkość energii, którą zakupią w poszczególnych stanach roboczych i określić konkretne zasady jej ograniczenia. Poza tym ciągłe monitowanie umożliwia interaktywne, wobec czego nieustanne redukowanie zużycia energii. Aby przeprowadzić analizę pod kątem energii, musi być określona wartość początkowa, tzn. musi być dokładnie mierzony pobór energii. W konsekwencji producenci maszyn i użytkownicy muszą wspólnie określić miejsca, w których może być mierzone, a zatem i monitorowane zużycie energii w procesie produkcji.


Precyzyjne zbieranie danych zużycia energii

Większość liczników prądu, wody i gazu jest wyposażona w interfejsy S0 zgodnie z DIN 43846. Liczniki te generują impuls, w którym prąd mniejszy niż 3 mA odpowiada niskiej wartości sygnału. Wyższy prąd jest interpretowany jako wysoka wartość sygnału. Gdy mają być wykrywane wysokie impulsy, zaleca się wykorzystanie wejścia S0 jako wejście cyfrowe. Aby oszacować odczyty, zbierane impulsy muszą być w programie obliczeniowym pomnożone przez współczynnik wagowy – na przykład 10 kWh na impuls. Współczynnik ten zależy od typu zainstalowanego licznika.

Nowoczesne liczniki dla różnych mediów, które zawierają bardziej złożony układ logiczny pomiaru i jego oceny, są włączane do sieci za pośrednictwem protokołu Modbus/RTU przy użyciu bloków sterowników. Poza danymi zużycia energii dostarczają one również informacji o jakości dostarczanego medium. Na przykład liczniki prądu poza pobieraniem zużytej mocy czynnej i biernej dostarczają również danych o wahaniach składowych harmonicznych napięcia. Urządzenia automatyki, których zadaniem jest przechwytywanie i ocena wielkości elektrycznych, np. przetwornice częstotliwości, mogą również być uwzględniane w analizie wraz z wartościami mierzonymi przez czujniki potrzebne dla automatyki. W tym przypadku nie ma potrzeby instalowania, pracującego równolegle, urządzenia pomiarowego.


Bezpośrednia komunikacja z systemami zarządzania bazami danych

 
Rysunek 3:Mierniki są podłączone do sterownika programowalnego za pośrednictwem standardowych interfejsów.
Jednostka sterująca odczytuje wszystkie, dotyczące energii, parametry podłączonych urządzeń. Oprogramowanie dla automatyzacji PC Worx firmy Phoenix Contact zapewnia, za pomocą bloków funkcyjnych dla sterownika Inline (ILC), bezpośrednią komunikację z systemem zarządzania bazami danych (DBMS – database management system) serwera Microsoft SQL. W systemie automatyzacji Automationworx nie używa się interfejsów z zastrzeżonymi prawami własności, ponieważ standardowe interfejsy, które sprawdziły się już w środowisku IT, znacznie upraszczają transmisję danych. Wszystkie przechwytywane informacje są bezpośrednio przesyłane do systemu zarządzania odpowiednią bazą danych. Komunikacja pomiędzy systemem DBMS a sterownikiem przy użyciu języka zapytań dla baz danych SQL (Structured Query Language — strukturalny język zapytań) umożliwia łatwy dostęp do pomierzonych wartości (rys. 3).

Podczas eksploatacji sterownik zapisuje dane w tabelach jednej lub kilku baz danych jak również odczytuje wprowadzane dane. Dzięki bezpośredniemu połączeniu poprzez protokół TCP/IP nie są potrzebne żadne dodatkowe sterowniki. Zarządzanie sterownikami odbywa się poprzez funkcję zarządzania klientami w systemie zarządzania bazą danych.  Klient SNTP (Simple Network Time Protocol — prosty sieciowy protokół czasu), zintegrowany ze sterownikiem programowalnym, generuje niepowtarzalny znacznik czasu, który jest przypisywany do każdej wartości pomierzonej lub liczbowej. Para danych jest następnie zapisywana w systemie DBMS. Zawsze, gdy połączenie ze sterownikiem zostanie przerwane, wartości pomierzone są tymczasowo buforowane automatycznie ze znacznikiem czasu w pamięci wymienialnej typu Flash sterownika w celu zabezpieczenia przed utratą danych. Zaraz po odzyskaniu połączenia buforowane wartości są automatycznie przesyłane do systemu zarządzania bazą danych. To oznacza, że bezbłędne i spójne dane są zawsze dostępne dla celów analizy.


Nie zastrzeżony prawami własności profil oszczędzania energii w systemie Profinet

 
 Rysunek 4:Tryby energooszczędne urządzeń.
Nowatorski system zarządzania energią powinien wyróżniać się nie tylko tym, że obejmuje wszystkie czujniki i urządzenia wykonawcze, ale musi oferować również więcej funkcji niż tylko proste włączanie i wyłączanie obciążeń. Aby spełnić to wymaganie, jest obecnie precyzowany, nieobjęty prawami własności, profil dla pracującego w czasie rzeczywistym protokołu Ethernet w sieci Profinet. Dzięki niemu urządzenia, które są dostosowane do pracy w sieci Profinet, będą mogły być przełączane do różnych trybów za pośrednictwem standardowych obiektów. Tryby te to na przykład „Standby” (tryb oczekiwania), „Fast Startup” (tryb szybkiego uruchamiania) lub „Sleep” (tryb czuwania). Specyfikacja trybów odpowiada potrzebom użytkownika, które dzielą się na cztery przypadki użytkowania:

  • Przypadek 1: Wyłączanie i włączanie obciążeń w okresach nieoperacyjnych
  • Przypadek 2: Zarządzanie energią w czasie weekendu
  • Przypadek 3: Sterowanie maszyną w zależności od wykorzystania
  • Przypadek 4: Wyłączanie i uruchamianie pomocniczych procesów dla celów obciążeń szczytowych

Celem jest zrównoważone zredukowanie zużycia energii bez strat w wydajności. Wdrożenie profilu zagwarantuje w przyszłości, że urządzenia automatyki będą zgodne z istniejącymi standardami systemu Profinet, jeśli chodzi o planowanie, rozruch i diagnozowanie (rys. 4).


Podsumowanie

Obecnie dyskusja o kosztach energii stała się powodem do analizowania energooszczędności w sektorze budowy maszyn i instalacji. Aby zwiększyć oszczędności, trzeba najpierw precyzyjnie określić i przeanalizować energię zużywaną przez poszczególne części maszyn i instalacji. Poprzez wykorzystanie już zainstalowanych czujników i urządzeń wykonawczych będzie można zredukować do minimum potrzebę instalowania dodatkowych mierników, jeśli system sterowania będzie w stanie zbierać wartości liczbowe. Zastosowanie standardów IT umożliwia przechowywanie pomierzonych wartości wraz ze znacznikiem czasu w bazie danych SQL. Nie są wymagane rozwiązania z zastrzeżonymi prawami własności. System automatyzacji Automationworx firmy Phoenix Contact jest podstawą najnowszego, opartego na Ethernecie rozwiązania do zbierania danych dotyczących energii w celu optymalizacji jej zużycia.

Ekonomiczne rozwiązanie dla automatyki budynków

System Automationworx for Building Automation firmy Phoenix Contact jest opartym na Ethernecie rozwiązaniem dla automatyki budynków. Głównymi komponentami tego rozwiązania są modułowe sterowniki Inline (ILC), które można wykorzystywać jako sterowniki DDC (Direct Digital Control — bezpośrednie sterowanie cyfrowe) lub PLC (Programmable Logic Controller — sterownik programowalny). Montowane na szynie DIN sterowniki ILC, wyposażone w interfejs Ethernet, programuje się przy użyciu oprogramowania dla automatyzacji PC Worx zgodnie z IEC 61131-3. Rozbudowana biblioteka modułów funkcyjnych (Building Automation Control Library, BACL) pomaga zdefiniować kluczowe funkcje wymagane dla zintegrowania mierników do różnych mediów za pośrednictwem protokołu Modbus RTU. Sterowniki programuje się i parametryzuje centralnie za pośrednictwem sieci. Narzędzia diagnostyczne i konfiguracyjne, stanowiące integralną część oprogramowania PC Worx, ułatwiają rozruch systemu.  


Więcej informacji na temat oszczędzania energii:

Materiały powiązane:
Ministerstwo Niemiec ds. Środowiska, Ochrony Przyrody i Bezpieczeństwa Reaktorów Atomowych (niem. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit) (Wydawca), GreenTech made in Germany 2.0, Umwelttechnologie Atlas für Deutschland, Verlag Franz Vahlen, München, 2009

Ministerstwo Niemiec ds. Statystyki, Wiesbaden (Wydawca), Umweltnutzung und Wirtschaft, Umweltökonomische Gesamtrechnung 2006

VDI Gesellschaft Energietechnik (Wydawca), VDI 3922, Energieberatung für Industrie und Gewerbe,
Beuth Verlag GmbH

-------------------------------------------------------------------------
KONTAKT
Phoenix Contact sp z o.o.
Długołęka ul Wrocławska 33d
55-095 Mirków

e-mail: artykul@phoenixcontact.pl
www.phoenixcontact.pl/technika-automatyzacji
Product Manager - Andrzej Górczak
--------------------------------------------------------------------------

Skomentuj, zaopiniuj, skontaktuj się z nami!
Podziel sie z nami Twoją opinią! Dla 5 pierwszych aktywnych osób atrakcyjne nagrody!!!!
artykul@phoenixcontact.pl

 

 


Dodano: 2.06.2011

SKLEP INTERNETOWY


Nowości w katalogu



PARTNERZY SERWISU