Systemy, które gromadzą, porządkują i analizują dane z różnych urządzeń dają obraz zużycia energii oraz wskazówki, jak je ograniczyć.
Aby osiągnąć cel, należy go określić. Jeśli celem ma być ograniczenie zużycia energii, pierwszy krok to identyfikacja, gdzie jest ona wykorzystywana. W zarządzaniu energią doskonale sprawdza się stwierdzenie: ?nie poprawisz tego, czego nie zmierzysz?.
Precedens braku integracji systemów
Wraz z rozpowszechnieniem automatyki w nowoczesnych przedsiębiorstwach większość inżynierów zakłada, że oprzyrządowanie niezbędne do pomiaru energii jest już na miejscu, a jedyne, co trzeba zrobić, to zebrać, posortować i przedstawić dane komuś, kto będzie mógł zrozumieć, gdzie jest wykorzystywana energia i jak osiągnąć oszczędności. W przypadku większości zakładów tak się jednak nie dzieje. Integracja danych jest często bardzo trudna ze względu na naturę projektów budynków i samych procesów.
Zadaniem systemu sterowania procesem jest, dosłownie, pewne sterowanie procesem. Właściwe sterowanie wymaga różnych czujników polowych, czujników przepływu, liczników produktów, systemów wizyjnych itd.
Pomiar przepływu energii, w tym skompresowanego powietrza i prądu elektrycznego, jest rzadko wymagany do uzyskania optymalnego procesu produkcyjnego. Pomiar dostarczonej energii jest zwykle ignorowany, a sama energia postrzegana jako jedno z wielu narzędzi potrzebnych do realizacji procesu.
W wielu zakładach przemysłowych urządzenia pomocnicze pracują niezależnie od procesu. Wynika to z faktu, że zakłady pierwotnie bazowały na energii z drewna, węgla i ropy, która nie była wytwarzana w wyniku procesu, ale była dostarczana przez wielkie przyzakładowe elektrownie. Chociaż w większości dzisiejszych procesów wykorzystywany jest gaz lub prąd, przedsiębiorstwa są wciąż projektowane w tradycyjny sposób. Pomiar przepływu energii i jej konsumpcja dokonywane są gdzieś poza procesem ? w budynku urządzeń pomocniczych albo przez system automatyki budynkowej.
Różnice między systemami sterowania procesem a automatyką budynkową
Trudno połączyć systemy sterowania procesem i automatyki budynkowej, ponieważ ich koncepcja znacząco się różni. System sterowania procesem jest zaprojektowany do pewnego działania, szybkiego przetwarzania i zbierania danych z wielu urządzeń. System automatyki budynkowej jest natomiast projektowany pod kątem uzyskania jak największej liczby punktów I/O przy możliwie najniższej cenie.
Z punktu widzenia integracji dużą różnicę stanowią protokoły komunikacyjne. Automatyka procesowa wymaga specjalizowanych komponentów od różnych dostawców. Rola komunikacji między urządzeniami jest niepodważalna ? w tym miejscu robi się pieniądze. Z tego powodu do komunikacji wykorzystuje się protokoły różnych producentów, które de facto stały się standardami (np. Modbus) oraz inne protokoły (takie jak OPC), zapewniające integrację urządzeń różnych producentów.
Wyposażenie w przyzakładowych budynkach technicznych jest takie samo niezależnie od przemysłu, natomiast systemy automatyki budynkowej są często ekstremalnie różne. Specjalizacja umożliwia jednemu dostawcy zaoferowanie wszystkich funkcji wymaganych w danej aplikacji. Ponieważ nie ma konieczności integracji urządzeń wielu producentów, dostawca wybiera protokół jednego z nich, mając na uwadze przede wszystkim koszty. Jest to podstawowa przeszkoda w integracji obu systemów.
Integracja systemów z otwartymi protokołami
Sytuacja zaczęła się zmieniać w ostatniej dekadzie, wraz z pojawieniem się otwartych i niezależnych protokołów komunikacyjnych, takich jak BACNet. Producenci systemów automatyki budynkowej zaczęli natomiast wdrażać otwarte protokoły znane z nowoczesnych systemów przemysłowych, ale stare systemy przemysłowe tych protokołów wspierać nigdy nie będą.
Aby połączyć te systemy, w zakładach stosuje się często konwertery protokołów ? specjalizowane komputery, które konwertują zastrzeżone protokoły na standardy przemysłowe. Konwertery mogą być bardzo efektywne, ale jak każde specjalizowane lub niestandardowe rozwiązanie bywają trudne w konfiguracji i obsłudze. Kwestia starzenia się sprzętu zaczyna być niezwykle istotna.
Wykorzystanie danych historycznych
Innym sposobem integracji danych procesowych i danych z systemów wspomagających proces jest kombinacja informacji z baz danych. W tym przypadku energia nie jest mierzona w czasie rzeczywistym ? informacja o jej zużyciu pochodzi z cyklicznych raportów generowanych na podstawie bazy danych każdego systemu. Odpowiedzialność za ten typ integracji spada na dział IT, dzięki czemu maleje ryzyko starzenia się danych, ponieważ większość zakładów ma swój dział IT.
Odpowiednie dane procesowe
Gdy uda się zebrać dane z wszystkich systemów, często okazuje się, że automatyka procesowa nie zbiera właściwych danych. Tak jak zaznaczono to wcześniej, pomiar przepływu energii jest rzadko potrzebny do optymalizacji procesu produkcyjnego. To nie oznacza jednak, że dane procesowe są nieistotne dla określania zużycia energii.
Istnieje wiele zaakceptowanych metod estymacji wykorzystania energii na podstawie informacji, takich jak czas pracy silnika czy procentowe wykorzystanie sprzętu. Metody te zostały ustandaryzowane w Międzynarodowym Protokole Pomiarów Eksploatacyjnych i Weryfikacji (IPMVP). Inspiracją do stworzenia protokołu były wysiłki, mające na celu pomiar zużycia energii w budynkach technicznych, ale opracowane techniki mogą być efektywnie wykorzystane do estymacji zużycia energii przez wyposażenie zakładów na podstawie danych procesowych. Co więcej, protokół ten jest dobrze znany i akceptowany przez sektor finansowy jako wskaźnik rzeczywistej oszczędności energii.
Wykorzystując dane z systemów przemysłowych i budynkowych do oceny oszczędności energii, trzeba pamiętać o celu: redukcji zużycia energii. Dane z tych systemów oraz techniki stosowane w IPMVP nie zapewniają dokładnych pomiarów energii. Na szczęście dokładność pomiaru nie jest aż tak istotna. Ważniejsze jest, aby po implementacji systemu monitorowania przepływu energii zredukować jej relatywne zużycie. W wielu projektach redukcji zużycia energii zbyt wiele uwagi poświęca się dokładności pomiaru, a do osiągnięcia celu wystarczą nawet relatywne wskaźniki.
Stwierdzenie ?nie poprawisz tego, czego nie zmierzysz? oznacza, że nadszedł czas, aby wykorzystać dane gromadzone w systemach. Warto przyjrzeć się obecnym pomiarom i protokołom sprawdzającym, a także punktom I/O w zakładzie. Jest bardzo prawdopodobne, że znajduje się tam wszystko, co potrzeba, aby estymować zużycie energii, co pozwoli osiągnąć założone cele w zakresie jej wykorzystania.
Bruce Billedeaux, starszy konsultant w Maverick
Opracował Łukasz Urbański, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
CE
