Автоматизация мониторинга энергопотребления на Wiren Board
Система энергоменеджмента и причем тут автоматизация мониторинга?
Чтобы снизить затраты на электроэнергию, многие промышленные предприятия внедряют энергоменеджмент.
Система энергоменеджмента, или СЭнМ, — это система требований и мер, которые помогают предприятиям повышать свою энергетическую результативность. СЭнМ описывается стандартом ISO 50001:2018, который применяется на добровольной основе.
В основе СЭнМ лежит цикл PDCA (Планируй — Делай — Проверяй — Действуй). Поэтому в общем виде система энергоменеджмента включает в себя четыре этапа:
- проведение измерений потребления электроэнергии и формирование статистики использования электроэнергии;
- поиск способов снижения потребления электроэнергии, путем оптимизации производственных процессов, использования энергосберегающего оборудования, автоматизации и т.д.;
- выполнение мероприятий по оптимизации;
- анализ эффективности принятых мер.
После выполнения всех четырех этапов, цикл повторяют снова. В результате формируется система непрерывного повышения эффективности производства, направленная на снижение затрат на электроэнергию.
Как видно, основу СЭнМ составляют непрерывный мониторинг потребления электроэнергии и накопление статистики. И тут возникает вопрос: как выполнить эти измерения и что делать с результатами?
Один из способов, которым все еще пользуются многие предприятий, это проведение периодического аудита. Т.е. несколько сотрудников ходят по предприятию с журналом и записывают показания счетчиков. Минусы этого способа: нужны дополнительные сотрудники в штате, считывания показаний производятся в разное время и промежутки времени между снятием показаний достаточно большие, поэтому данные требуют дополнительной обработки и т.д.
Более удобный и технологичный способ получать данные об энергопотреблении — внедрение автоматизированной системы мониторинга энергопотребления.
В этой статье мы рассмотрим основные вопросы и поможем выбрать оборудование для энергомониторинга. Однако, если вам нужно готовое решение, то рекомендуем обратиться к нашим партнёрам:
- «Северное Сияние» — проектирование, монтаж и обслуживание УУТЭ, ИТП, диспетчеризация энергоресурсов.
- Фонд «Форсайт» — диспетчеризация энергоресурсов.
- ПК «Энергия» — разработчик и производитель электрощитового оборудования и систем автоматизации и мониторинга.
- Integer — разработчик платформы, предназначенной для энергомониторинга и цифровизации зданий. Предоставляет полный спектр услуг от проектирования до интеграции готового решения.
Автоматизированный мониторинг энергопотребления
Автоматизированная система мониторинга энергопотребления (далее Система) — это комплекс программных и аппаратных средств, который:
- измеряет параметры электрической сети на входе каждого потребителя или группы потребителей;
- отображает показания на экране АРМ оператора в виде графиков и трендов;
- формирует профили потребления электроэнергии;
- ведет архивы измеренных параметров.
Система может быть частью АСКУЭ, совмещая функцию коммерческого учета, или использоваться отдельно только для технического учета.
Полученные от Системы данные могут быть использованы для решения следующих задач:
- контроль работоспособности оборудования и качества потребляемой электроэнергии;
- выявление аварийных ситуаций и неэффективного использования электроэнергии;
- прогнозирование потребления электроэнергии.
Как устроена автоматизированная система мониторинга энергопотребления?
Как было сказано выше, Система состоит из физических устройств и программного обеспечения, которые объединены в трехуровневую иерархическую структуру:
- Верхний уровень включает в себя базу данных для хранения показаний и клиентское ПО для отображения данных, например, SCADA.
- Средний уровень представлен программируемым контроллером, который получает данные от счетчиков, обрабатывает их и передает в ПО верхнего уровня.
- На нижнем уровне используются специальные измерители параметров электрической сети или универсальные цифровые счетчики с интерфейсом передачи данных.
Связь между уровнями системы обеспечивают промышленные интерфейсы передачи данных. Для обмена данными между контроллером и верхним уровнем, как правило, используется сеть Ethernet или RS-485, но возможно и применение беспроводных каналов передачи данных: GSM 2G/3G/4G или Wi-Fi.
На нижнем уровне измерительные устройства подключаются к контроллеру через RS-485 и обмениваются данными по протоколу Modbus RTU.
Счетчики WB-MAP в системе мониторинга энергопотребления
Счетчики образуют нижний уровень системы мониторинга и служат для измерения потребленной электроэнергии и других параметров электрической сети.
Wiren Board производит линейку универсальных многоканальных счетчиков WB-MAP.
Счетчики WB-MAP измеряют параметры электрической сети с помощью трансформаторов тока. Это позволяет проводить измерения без нарушения целостности электрической цепи, а трансформаторы тока с разъемным сердечником могут быть установлены на существующую сеть без нарушения ее целостности.
Ниже перечислены некоторые параметры, измеряемые счетчиками WB-MAP:
- среднеквадратичные значения тока и напряжения (Urms);
- мощность (активная, реактивная, полная, кажущаяся) и коэффициент мощности;
- энергия (активная, реактивная, кажущаяся, неактивная);
- суммарные значения мощностей и энергий при подключении трехфазных нагрузок;
- амплитуда всплесков напряжения и тока;
- углы фазовых сдвигов, частота и т. д.
Счетчики WB-MAP внесены в Госреестр средств измерений и устанавливаются в электрощитах или внутри корпусов контролируемого оборудования. Подключаются к контроллеру по интерфейсу RS-485.
Сбор и визуализация данных
Для получения информации со счетчиков WB-MAP и передачи ее на верхний уровень используется программируемый контроллер, например, Wiren Board 7.
На контроллере может быть развернута исполнительная среда ПО верхнего уровня, например, SCADA система. Это позволит обойтись без дополнительного сервера для небольших систем.
Контроллер Wiren Board поддерживает популярные в электроэнергетике протоколы передачи данных: МЭК 61850, МЭК 104, МЭК 101, OPC, Modbus RTU/TCP и другие.
Для визуализации данных контроллер может быть интегрирован в систему верхнего уровня. Поддерживается интеграция со следующим ПО:
- Grafana
- IntraSCADA
- iRidium Server
- MasterSCADA
- Nagios
- SimpLight SCADA
- Rapid SCADA
- SAYMON
- и другим ПО партнёров, которые они разрабатывают под задачи заказчика.
Поддержка других систем реализована с помощью встроенных шлюзов OPC UA, Modbus TCP/RTU, SNMP.
Монтаж системы мониторинга энергопотребления в существующую сеть электроснабжения
Чаще всего система энергомониторинга внедряется в уже существующую сеть электроснабжения. При этом измерители параметров устанавливаются на действующие кабели в уже смонтированные щиты и нарушение целостности силовых цепей не допускается, так как это повлечет отключение щита и простой оборудования на время проведения работ. В этом случае незаменимыми оказываются трансформаторы тока с разъемными сердечниками.
Трансформаторы тока различаются по диапазону измеряемых токов, максимальному диаметру провода и классу точности. В системах технического учета построенных на счетчиках WB-MAP используются трансформаторы с классами точности 1, 0,5, 0,5S, такие трансформаторы широко распространены и обеспечивают приемлемую точность измерений. Ток и диапазон измерений выбираются на основе данных о минимальном и максимальном токах потребления и параметрах электрического провода, на который устанавливается трансформатор.
Трансформатор одевается на провод без нарушения его изоляции и подключается ко входам преобразователя WB-MAP, который в свою очередь подключается к контроллеру Wiren Board по интерфейсу RS-485. При этом счётчик и контроллер устанавливаются в распределительном щите или внутри корпусов контролируемого оборудования.
Контроллер подключается в локальную вычислительную сеть предприятия через Ethernet, Wi-Fi или 4G(LTE) по VPN-каналу.
Экономический эффект от внедрения энергоменеджмента
Например, на объекте розничной продуктовой сети в г. Санкт-Петербург площадью 530 кв. м, экономия электроэнергии составила 25 %.
Целевой показатель экономии — 25%, достигнут за счет автоматизации управления инженерными системами — система отопления, система тепловых завес, система внешнего освещения, система освещения холодильных горок, управление брендовыми холодильниками и частично за счет системы внутреннего освещения (в связи с переходом объекта на круглосуточный режим работы — ночная выкладка).
Управление системой освещения осуществляется только при наличии сигнала постановки объекта на охрану на контроллере — из 14 дней экономии, объект закрывался только на 5 ночей — тогда частично был достигнут эффект. До перехода на круглосуточный режим, эффект экономии был на 3,2% выше, от достигнутого в настоящее время.
Управление климатической средой на объекте позволило снизить нагрузку на агрегаты центральной холодильной машины и холодильные горки, что в конечном счёте увеличит срок эксплуатации и срок хранения продукции за счет поддержания и контроля температурных норм.
Заключение
- Внедрение системы менеджмента энергопотребления и автоматизации мониторинга электропотребления позволяет значительно сократить расходы на электроэнергию.
- Одним из эффективных решений в этой области является использование счетчиков WB-MAP и трансформаторов тока с разъемными сердечниками для измерения параметров электрической сети.
- Передачу данных в системы верхнего уровня обеспечивает контроллер Wiren Board, который поддерживает все необходимые протоколы передачи данных: Modbus RTU/TCP, ГОСТ Р МЭК 60870-5-104, МЭК 61850, OPC UA, SNMP.
- Внедрение системы энергоменеджмента на предприятии позволяет экономить до 30% расходов на энергопотребление.
Полезные ссылки
- Презентация «Автоматизация и мониторинг в продуктовом ритейле и фастфуд-ресторанах»
- Как мы сэкономили 50 000 рублей в месяц для магазина 500 м²
- ISO 50001:2018 СИСТЕМЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МЕНЕДЖМЕНТА
- Многоканальные счетчики электроэнергии WB-MAP
Роман Матвеев