Efektywność energetyczna stanowi bardzo ważny element wpływający na konkurencyjność zakładów produkcyjnych. Na mocy ustawy wprowadzonej w Polsce w 2016 roku, kontrola efektywności energetycznej to również obowiązek prawny. Wychodząc naprzeciw tym czynnikom firma Siemens wprowadziła do swojej oferty kompletny system zarządzania energią Sentron Powermanager. Rozwiązanie to jest narzędziem skutecznego zarządzania energią zgodnie z międzynarodową normą ISO50001. 

W ciągu ostatnich 15 lat w Polsce zarówno ceny energii elektrycznej, jak i jej zużycie wzrosły niemal dwukrotnie. Fakt ten spowodował znaczne zwiększenie wpływu efektywności energetycznej na konkurencyjność zakładów produkcyjnych. Redukcja zużycia energii jest również zagadnieniem globalnym. Przyczyniło się to do wprowadzenia w roku 2012 europejskiej dyrektywy w sprawie efektywności energetycznej. Obowiązek redukcji zużycia energii jest również zapisany w przepisach krajowych. Na mocy ustawy z dnia 20 maja 2016 roku, wszystkie duże przedsiębiorstwa są zobligowane do przeprowadzenia audytu energetycznego do 1 października 2017 roku lub wprowadzenia systemu zarządzania energią zgodnego z normą ISO50001. Podstawowym wymogiem w obu przypadkach jest system monitoringu jej zużycia.

Rys. 1. Zarządzenie energią zgodnie z ISO50001

Monitoring zużycia i jakości energii

Podstawą zarządzania jakimkolwiek procesem jest posiadanie odpowiedniej wiedzy na jego temat. Zarządzanie energią należy więc rozpocząć od implementacji sprawnego systemu monitoringu jej zużycia. Zgodnie z normą ISO50001 zarządzanie energią polega na lokalizacji przyczyn wysokiego zużycia na podstawie zgromadzonych danych pomiarowych. Ich znajomość pozwala wyciągać konstruktywne wnioski i wprowadzać odpowiednie modyfikacje w zakładzie produkcyjnym. Ciągły monitoring potwierdza ponadto skuteczność wprowadzonych zmian.
Firma Siemens oferuje w tym zakresie gotowe rozwiązanie – Sentron Powermanager. Zgodność systemu z normą ISO50001 została potwierdzona uzyskaniem w 2011 roku certyfikatu organizacji TÜV Rheinland.

Rys. 2. Przykładowy ekran synoptyczny systemu Sentron Powermanager

Sentron Powermanager

Sentron Powermanager to kompletne narzędzie złożone z urządzeń pomiarowych, sieci komunikacyjnych oraz instalowanego na dowolnym komputerze systemu typu EMS. Zastosowane oprogramowanie wspiera zarówno najprostsze wersje systemu operacyjnego Windows, takie jak 7, 8.1 oraz 10, jak i wersje serwerowe – Windows Server 2008 lub 2012.
Podstawowymi funkcjami systemu są: zbieranie danych z urządzeń poprzez sieci komunikacyjne, wizualizacja, archiwizacja oraz generowanie raportów. Zbierane dane pomiarowe mogą być przedstawiane w formie tabelarycznej, trendów lub tworzonych przez użytkownika własnych ekranów synoptycznych (rys. 2).
System Sentron Powermanager jest oparty całkowicie na standardach otwartych. Oznacza to, że można do niego podłączać urządzenia innych producentów, oraz że urządzenie pomiarowe Siemensa można stosować w innych systemach. Jest to możliwe dzięki oparciu komunikacji na otwartym protokole Modbus, który jest najczęstszym standardem wykorzystywanym do akwizycji danych energetycznych.
Wbudowane centrum raportowe bazuje całkowicie na środowisku MS Excel. Umożliwia ono generowanie gotowych raportów (rys. 3) dotyczących zużycia kosztów oraz jakości energii. Raporty generowane są na podstawie szablonów konfigurowanych w aplikacji MS Excel, dzięki czemu ich wygląd można w pełni dostosować do potrzeb użytkownika, a konfiguracja wymaga jedynie znajomości oprogramowania Excel. Generowane raporty mogą być automatycznie wysyłane drogą mailową.
Równie ważnym czynnikiem wpływającym na koszty jest niska jakość dostarczanej energii, która często przekłada się na przestoje produkcji. System Sentron Powermanager jest wyposażony w moduł do detekcji, alarmowania i archiwizacji wszelkich zdarzeń nieprawidłowych wraz ze stemplem czasowym, co często okazuje się niezbędne w procesie ubiegania się o odszkodowanie.

Rys. 3. Przykładowy raport zużycia energii systemu Sentron Powermanager

Urządzenia pomiarowe

Otwartość systemu Powermanager pozwala na łatwe podłączenie każdego urządzenia wspierającego protokół Modbus. Dla urządzeń z rodziny Sentron system posiada gotowe biblioteki, dzięki czemu ich integracja jest jeszcze prostsza i ogranicza się do ustawienia adresu konkretnego urządzenia. Bogate portfolio urządzeń pomiarowych Sentron PAC pozwala dopasować odpowiedni miernik do wymagań stawianych poszczególnym punktom pomiarowym. Rodzinę urządzeń PAC tworzą: PAC2200, PAC3100, PAC3200, PAC4200, PAC5100 oraz PAC5200.

Inteligentny licznik PAC2200
PAC2200 to nowy inteligentny licznik energii firmy Siemens znajdujący zastosowanie zarówno w infrastrukturze, jak i w przemyśle. Urządzenie to realizuje pomiar wszystkich podstawowych wielkości elektrycznych: napięć, prądów, mocy i energii. Jego modułowa budowa i możliwość montażu na szynie TS pozwalają na zastosowanie w miejscach o ograniczonej przestrzeni – np. w skrzynkach odpływowych. Wbudowany port komunikacyjny Ethernet lub RS485 umożliwia elastyczne dopasowanie struktury sieciowej do potrzeb użytkownika. Licznik PAC2200 jest również dostępny w wersji z certyfikacją MID.
Pozostałe urządzenia z rodziny PAC to analizatory parametrów sieci, przeznaczone do montażu panelowego. Dzięki dużemu wyświetlaczowi idealnie zastępują wszelkie konwencjonalne analogowe przyrządy wskazówkowe, jednocześnie udostępniając funkcje inteligentne.

Analizatory PAC3100 i PAC3200
PAC3100 i PAC3200 to mierniki służące do ilościowego pomiaru zużycia energii. Podobnie jak PAC2200 realizują pomiar wszystkich podstawowych wielkości pomiarowych. PAC3100 jest wyposażony w dwa wejścia i dwa wyjścia cyfrowe, dzięki czemu nadaje się do akwizycji stanu i sterowania aparaturą zabezpieczeniową. PAC3200 wspiera dodatkowo protokoły komunikacyjne takie jak Profinet lub Profibus, umożliwiając jednoczesne połączenie z systemem zarządzania produkcją SCADA oraz z systemem zarządzania energią EMS.

Analizator PAC4200
PAC4200 to analizator o dużej dokładności pomiarowej klasy 0.2S, posiadający pamięć wewnętrzną. Znajduje zastosowanie zarówno do pomiaru zasilania, jak i odbiorów rozdzielnicy. Urządzenie nadaje się do pomiaru wielkości elektrycznych pod kątem ilościowym, jak również jakościowym, umożliwiając pomiar m.in. współczynnika THD oraz poszczególnych harmonicznych. Ponadto wszystkie zdarzenia takie jak zaniki zasilania, przepięcia itp. zapisywane są w pamięci urządzenia wraz ze stemplem czasowym. PAC4200 przechowuje również profil mocy 15-minutowych do 40 dni wstecz. Taka funkcjonalność może okazać się bardzo przydatna w przypadku braku komunikacji z systemem nadrzędnym. Profil obciążenia z okresu zerwanej komunikacji może zostać pobrany i zapisany w bazie danych po kolejnym nawiązaniu połączenia.

Rys. 4. Urządzenia pomiarowe Sentron

Analizatory PAC5100 oraz PAC5200
Analizatory PAC5100 oraz PAC5200 są przeznaczone do pomiaru energii pod kątem jakościowym. PAC5200 jest zgodny z międzynarodową normą EN 50160 dotyczącą jakości energii. Posiada wbudowany generator raportów zgodnych z tą normą, kontrolujących jakość zasilania całego zakładu.

Pomiar wbudowany w aparaturę zabezpieczeniową
Wykorzystując fakt, iż każdy odbiór wymaga zabezpieczenia, firma Siemens wprowadziła nowe podejście w procesie opomiarowania – pomiar wbudowany w aparaturę zabezpieczeniową. Dzięki temu, stosując odpowiednie wersje wyłączników powietrznych Sentron 3WL lub kompaktowych Sentron 3VA, można całkowicie pominąć zastosowanie analizatorów i przekładników. Takie podejście znacznie zmniejsza wymagane miejsce, czas i ilość pracy podczas montażu, jednocześnie udostępniając w sieci komunikacyjnej pełną diagnostykę wyłącznika.

Rys. 5. Topologia systemu Sentron Powermanager oparta na standardzie RS485

Topologia systemu

System Sentron Powermanager umożliwia realizację dwóch topologii opartych na sieci RS485 lub Ethernet. Użytkownik ma możliwość dopasowania odpowiedniej struktury do swoich potrzeb.
W strukturze opartej na sieci RS485 na odbiorach stosowane są mierniki PAC3100 lub liczniki PAC2200, które posiadają wbudowany port przeznaczony do tego standardu. Na zasilaniu rozdzielnicy stosowany jest analizator PAC4200, który pracuje jako bramka komunikacyjna – udostępnia ona w sieci Ethernet informacje o urządzeniach podłączonych w standardzie RS485. Prostota sieci RS485 pozwala pominąć wszystkie dodatkowe urządzenia komunikacyjne, a jej niewątpliwą zaletą jest znacznie niższy koszt.
W strukturze opartej na sieci Ethernet na odbiorach stosowane są mierniki PAC3200 lub liczniki PAC2200. Wszystkie urządzenia połączone są z systemem nadrzędnym za pośrednictwem przełączników sieci Ethernet. Zaletą takiej struktury jest szybkość i niezawodność, przez co znajduje ona zastosowanie głównie w warunkach przemysłowych.
Dostęp do systemu Powermanager może być realizowalny zarówno lokalnie, poprzez zalogowanie się na komputerze, na którym system został zainstalowany, jak i zdalnie poprzez przeglądarkę internetową. Dzięki temu każda osoba podłączona do sieci zakładowej ma możliwość dostępu do systemu.

Podsumowanie

Sentron Powermanager w połączeniu z urządzeniami pomiarowymi z rodziny Sentron jest gotowym, a zarazem otwartym systemem przeznaczonym do inteligentnego zarządzania energią. Dzięki wymianie danych po standardzie OPC DA, może pracować jako oddzielna aplikacja lub jako moduł zintegrowany z innymi systemami SCADA lub BMS. Przygotowane biblioteki urządzeń pomiarowych Sentron ułatwiają integrację całego systemu i pozwalają zaoszczędzić aż 90% czasu wdrożenia.

Witold Kolaj
Autor jest kierownikiem produktu
w firmie Siemens