Komputery przemysłowe w systemach zarządzania energią

Człowiek, jako użytkownik końcowy wytworzonej energii, poza szukaniem alternatywnych jej źródeł, nie jest właściwie w stanie wpłynąć na ilość zasobów potrzebnych do jej produkcji. Jednakże poprzez różnego rodzaju rozwiązania technologiczne może on:

• zwiększyć wydajność produkcji energii, przy wykorzystaniu niezmiennej ilości surowców,
• zapewnić niemalże pewną i bezawaryjną pracę systemu jej przesyłu do użytkownika końcowego,
• monitorować poziom zużycia i zapotrzebowania na energię, celem wprowadzenia oszczędności energetycznych tam, gdzie jest to możliwe.

Jedną z możliwości spełnienia ww. zadań jest zastosowanie komputerów przemysłowych w projektach energetycznych.

PROJEKT W USA

Jednym z przykładów wdrożenia systemu monitoringu i zarządzania energią, celem kontroli zużycia energii elektrycznej oraz wprowadzenia oszczędności energetycznych, jest modernizacja znanej sieci handlowo-usługowej w Stanach Zjednoczonych. Modernizacja ta została wykonana z wykorzystaniem produktów firmy Advantech, których dystrybutorem w Polsce jest krakowska firma CSI.

Właściciel sieci handlowo-usługowej, zarządzający liczbą ponad 200 lokali i punktów na terenie całego kraju, zdecydował się na wdrożenie systemu zarządzania energią (tzw. Energy Management System - EMS), gdy kolejna podwyżka opłat za energię elektryczną w znacznym stopniu pomniejszyła jego zyski.

Głównymi założeniami wdrażanego systemu były:

• zmniejszenie bezproduktywnego zużycia energii we wszystkich punktach sieci,
• zapewnienie bezawaryjnej pracy komputerów tworzących system,
• zapewnienie komunikacji z produktami Microsoftu.

Jednostki Advantech, które posłużyły do stworzenia systemu, to:

1. bezwentylatorowy komputer kompaktowy UNO-2053E wyposażony w procesor AMD GX2 UNO, 2 porty ethernetowe (LAN), 2 porty szeregowe COM oraz złącza audio,
2. 4-modułowy sterownik Adam-5510KW/TCP z obsługą Ethernetu,
3. 8-modułowy sterownik Adam-5000E zapewniający obsługę protokołu RS-485,
4. wieloportowy switch przemysłowy EKI-2525,
5. wytrzymały i niezawodny monitor przemysłowy FPM-3171G.

BUDOWA SYSTEMU:

Schemat na rysunku 1 przedstawia ogólną koncepcję efektywnego systemu zarządzania energią (EMS). Sercem systemu jest komputer UNO-2053E, na którym zostało zainstalowane oprogramowanie typu SCADA przeznaczone do obsługi całego systemu. Wybór akurat tego komputera przemysłowego podyktowały powody takie jak: niska cena, duża wydajność oraz fakt, że jest to platforma otwarta, która obsługuje zarówno systemy operacyjne z rodziny Linux, jak i Windows (CE oraz XP).

Komputer Uno-2053E został podłączony do monitora przemysłowego FPM-3171G, na którym operator systemu może monitorować poprawność pracy wszystkich jednostek przez 24 godziny na dobę. Jako główny sterownik systemu EMS wybrany został Adam-5510KW/TCP - głównie ze względu na to, że ma on bardzo duże możliwości obliczeniowe. Dzięki temu zarządza on całą akwizycją danych i nadzoruje pracę lokalnych sterowników Adam-5000E.

Lokalne sterowniki odpowiedzialne są za odczytywanie danych z różnego rodzaju czujników - takich jak temperatury, wilgotności, nasłonecznienia, itp., a następnie przekazywanie ich do sterownika głównego. Drugim, ale również bardzo ważnym ich zadaniem jest kontrola i archiwizacja danych poboru prądu przez urządzenia zewnętrzne. Wszystkie te informacje po przetworzeniu przez sterownik Adam-5510KW/TCP oraz komputer Uno-2053E trafiają w postaci wyników na ekran monitora FPM-3171G.

Rys. 1. Ogólna koncepcja efektywnego systemu zarządzania energią

Analizując otrzymane dane, operator systemu może podjąć decyzję o włączeniu/wyłączeniu klimatyzacji, podniesieniu/opuszczeniu rolet w oknach, itp. Specjalne oprogramowanie SCADA dodatkowo podpowiada operatorowi, które urządzenia mogą zostać wyłączone celem oszczędności energii, tak aby jednocześnie uzyskać złoty środek pomiędzy zapewnieniem zadanych warunków w poszczególnych punktach i lokalach oraz poborem energii elektrycznej przez wszystkie pracujące urządzenia.

Cała komunikacja pomiędzy wszystkimi urządzeniami w systemie zrealizowana jest przez protokoły RS-485 oraz Ethernet. Dzięki użyciu przemysłowego switcha EKI-2525 możliwe było zapewnienie bezawaryjnego i bardzo szybkiego transferu danych pomiędzy sterownikiem Adam-5510KW/TCP oraz komputerem Uno-2053E. Bardzo ważną cechą powstałego systemu jest prostota jego rozbudowy. Dzięki zastosowaniu produktów Advantecha cały EMS jest systemem otwartym i w razie potrzeby może zostać szybko rozszerzony na nowo powstające punkty i lokale.

Dodatkowo wszystkie produkty Advantecha przystosowane są do ciężkich warunków pracy (wysokie temperatury, częste zmiany temperatur, itp.), więc system zachowa swoją funkcjonalność, nawet jeśli niektóre lokale powstaną w miejscach o podwyższonym działaniu niekorzystnych warunków (np. wysoka temperatura, wilgotność itp.).

OSZCZĘDNOŚĆ ENERGII W PRZYSZŁOŚCI

Jak łatwo zaobserwować na powyższym przykładzie, systemy efektywnego zarządzania energią mogą powstać niemalże wszędzie. W dobie rosnących wymogów co do ochrony środowiska naturalnego zasadne wydaje się stosowanie ich nie tylko w halach produkcyjnych, elektrowniach itp., ale także w zwykłych punktach szeroko rozumianej obsługi klienta oraz lokalach mieszkalnych. Dzisiejsza tendencja do coraz częstszego wdrażania takich systemów pozwala mieć nadzieję, że zagadnienie oszczędności energii na stałe wpisze się w dziedzinę energetyki, obok zagadnień dotyczących jej transferu i produkcji.

Bardzo szeroka gama i różnorodność komputerów przemysłowych oraz innych produktów marki Advantech umożliwia dostosowanie tworzonego systemu do potrzeb indywidualnego klienta, co sprawia, że wdrożenie systemu efektywnego zarządzania energią nie jest już zarezerwowane tylko dla kilku konkretnych gałęzi przemysłu. W Polsce doradztwem w zakresie produktów Advantecha, a także ich dystrybucją i wsparciem technicznym zajmuje się krakowska firma CSI.

Grzegorz Czarny
CSI Computer Systems for Industry
www.csi.net.pl