W dobie cyfrowej rewolucji, rozwijających się technologii IoT (Internet of Things) oraz wzrastającego znaczenia idei poprawy efektywności energetycznej w budynkach, której udziałem staje się także branża elektrotechniczna, lokalny pomiar w rozdzielnicy elektrycznej coraz częściej zostaje zastąpiony zdalnym, scentralizowanym oraz inteligentnym monitoringiem całej instalacji. Jednym z uniwersalnych – monitorujących, analizujących i sterujących – narzędzi w tym obszarze jest system zarządzania energią EMS CX3 firmy Legrand.

Rosnące zainteresowanie Certyfikacją Zielonych Budynków oraz wymagania nakładane na przedsiębiorstwa przez unijne dyrektywy odnośnie audytów energetycznych i certyfikacja ISO 50001 (Systemy zarządzania energią) przyczyniają się do rozwoju rynku aparatury pomiarowej. Efektywny system zarządzania energią wymaga opomiarowania jak największej liczby odbiorników w celu łatwiejszej identyfikacji tzw. „słabych punktów” w instalacjach, dzięki czemu łatwiej jest zaplanować działania dążące do poprawy efektywności energetycznej. W odpowiedzi na powyższe trendy rynkowe firma Legrand wprowadza do sprzedaży nową, innowacyjną ofertę urządzeń do pomiaru, ale także idzie krok dalej, zapewniając możliwość stałej kontroli i sterowania instalacją w budynku, zarówno lokalnie w rozdzielnicy elektrycznej, jak i zdalnie, poza nią.

EMS CX3 to narzędzie pomiarowe oraz służące do zarządzania instalacją – lokalnie i zdalnie

Moduły pomiarowe – moduł jednofazowy do 63 A z cewką Rogowskiego oraz moduł jedno- lub trójfazowy dla przekładników prądowych

Oferta EMS CX³

Oferta EMS CX³ składa się z urządzeń o kompaktowej budowie modułowej, które można w łatwy sposób zainstalować zarówno w nowo powstających instalacjach, jak i już istniejących, w jednym rzędzie rozdzielnicy elektrycznej z innymi aparatami modułowymi lub aparatami mocy. Wśród urządzeń systemu EMS CX³ dostępne są:

• moduły odpowiadające za pomiar energii elektrycznej i wielu innych parametrów sieci,
• moduły sygnalizacji stanu pracy aparatów/obwodów,
• moduły sterowania instalacją,
• elementy komunikacji lokalnej lub zdalnej.

Pomiar

Moduły pomiarowe EMS CX³ to urządzenia zgodne z normami IEC/EN 61557-12 (Urządzenia do pomiarów i monitorowania parametrów sieci), o wysokiej klasie dokładności pomiaru energii czynnej – 0,5. Oprócz tej podstawowej funkcji, moduły umożliwiają pomiar takich wielkości elektrycznych, jak: prądy, napięcia, częstotliwość, moce, współczynnik mocy, a także współczynniki THD oraz poszczególne harmoniczne dla prądów i napięć do 15-ej. Moduły pomiarowe występują w dwóch wersjach:

• z pomiarem bezpośrednim do 63 A za pomocą kompaktowych cewek Rogowskiego, dostarczanych w komplecie z urządzeniem, w wersji jednofazowej lub trójfazowej,
• z pomiarem za pomocą dowolnych przekładników prądowych (z rdzeniem zamkniętym lub otwieranym) o przekładni x/5A – to samo urządzenie służy zarówno do pomiarów jednofazowych, jak i trójfazowych, o obciążalności prądowej po stronie pierwotnej nawet do 32 kA.

Wszystkie urządzenia pomiarowe EMS CX3 mają szerokość montażową równą jednemu modułowi DIN, dzięki czemu zajmują znacznie mniej miejsca w rozdzielnicy w porównaniu ze standardowymi licznikami energii lub analizatorami sieci. Przy dużej liczbie punktów pomiarowych taka oszczędność miejsca przekłada się na realną oszczędność kosztów. Wykonania z cewkami Rogowskiego ułatwiają integrację systemu EMS CX³ w już istniejących instalacjach.

Oprócz modułów do pomiaru energii elektrycznej, w ofercie znajduje się także moduł koncentratora impulsów, który umożliwia zbieranie i transmisję danych pomiarowych z dowolnych liczników z wyjściem impulsowym (liczniki wody, gazu, elektryczności itp.). Urządzenie może obsługiwać do trzech niezależnych obwodów pomiarowych.

Sygnalizacja stanu instalacji

W systemie EMS CX³, oprócz urządzeń pomiarowych znajdują się także dwa różne moduły odpowiedzialne za sygnalizację stanu pracy aparatów modułowych lub aparatów mocy. Pierwszy z nich dedykowany jest dla aparatów zabezpieczających serii TX3 i DX3 (wyłączników nadprądowych, różnicowoprądowych itp.) oraz rozłączników izolacyjnych FR 300, FRX 300 oraz FRX 400 firmy Legrand. Jest to styk pomocniczy/sygnalizacyjny przyłączany bezpośrednio z lewej strony aparatu, umożliwiający lokalną i zdalną identyfikację jego stanu – załączony / wyłączony / wyzwolenie. Szerokość montażowa tego urządzenia to tylko 0,5 modułu DIN.
Moduły sygnalizacji stanu – styk pomocniczy / syg­nalizacyjny dla aparatów modułowych oraz uniwersalny moduł sygnalizacji stanu

Drugi z modułów sygnalizacyjnych to urządzenie uniwersalne, w pełni konfigurowane, wyposażone w trzy diody sygnalizacyjne LED. Pozwala on wizualizować informację o różnych stanach pracy zarówno aparatów mocy Legrand (wyłączników kompaktowych DPX3 i powietrznych DMX3) jak i innych marek, jak np. pozycja aparatu w kasecie, stan komponentu (sprężyna zazbrojona / niezazbrojona) i inne.

Moduły sterowania – uniwersalny moduł sterowania oraz moduł sterowania i sygnalizacji dla styczników modułowych SM 400 i przekaźników bistabilnych PB 400

Sterowanie

Efektywny system zarządzania energią powinien również zapewniać funkcję bezpiecznego i elastycznego sterowania instalacją, na przykład w przypadku wykrycia przez obsługę sytuacji awaryjnych. W ofercie EMS CX³ znajduje się uniwersalny moduł sterowania o szerokości jednego modułu DIN, wyposażony w dwa konfigurowane wyjścia przekaźnikowe (NO+NC, 2NO lub 2NC) oraz przyciski (monostabilne lub bistabilne), dzięki któremu w sposób lokalny lub zdalny można sterować dowolnym obwodem / obciążeniem elektrycznym lub napędami zdalnymi aparatów modułowych / mocy Legrand lub innych marek.

Ostatnim, podstawowym elementem funkcyjnym systemu EMS CX³ jest moduł sterowania i sygnalizacji dedykowany dla styczników modułowych SM 400 do 25 A i przekaźników bistabilnych PB 400. Urządzenie to, jak sama nazwa wskazuje, informuje o stanie styków przyłączonego do niego aparatu oraz zapewnia jego zdalną kontrolę.

Instalacja modułu EMS CX3 na wsporniku TH35 wyposażonym w szynę komunikacyjną

Komunikacja

Wszystkie elementy systemu EMS CX³ komunikują się ze sobą w rozdzielnicy za pomocą autorskiego protokołu EMS, przy użyciu specjalnych szyn lub przewodów komunikacyjnych. Szyny komunikacyjne – w trzech wersjach, o długościach 18, 24 lub 36 modułów – montowane są bezpośrednio wewnątrz wsporników TH35 rozdzielnic o tych samych szerokościach rzędów.Widok modułu sterowania EMS CX3 z mikroprzełącznikami DIP na boku oraz przełącznikiem obrotowym do lokalnego adresowania w górnej części urządzenia

Moduły EMS CX³ wyposażone są w przyłącza (zasilania i komunikacji) zlokalizowane w ich tylnej części, dzięki którym po zainstalowaniu urządzenia na wsporniku TH35 wyposażonego w szynę komunikacyjną następuje automatyczne połączenie z systemem. Szyna komunikacyjna zamontowana wewnątrz wspornika TH35 w żaden sposób nie utrudnia instalacji innych aparatów (wyłączników nadprądowych, rozłączników itp.), dzięki czemu zawsze istnieje możliwość ich montażu w jednym rzędzie z urządzeniami EMS CX³. Oprócz tego moduły EMS CX³ posiadają dodatkowe dwa porty (zasilania i komunikacji) umieszczone na ich spodzie, wykorzystywane do alternatywnej metody łączenia – przy użyciu prefabrykowanych przewodów komunikacyjnych. Metoda ta jest zalecana w przypadku integracji systemu w istniejących instalacjach elektrycznych oraz konieczna, gdy potrzeba połączenia ze sobą elementów EMS CX³zamontowanych w różnych rzędach rozdzielnicy.

Moduł wizualizacji i konfiguracji lokalnej EMS CX3

Obydwie metody komunikacji nie wykluczają się i mogą być dowolnie stosowane. Przewody komunikacyjne występują w trzech długościach – 250, 500 lub 1000 mm. Dodatkowo dzięki akcesorium – konektorowi do ich łączenia – można tworzyć dłuższe linie do maksymalnie trzech metrów między poszczególnymi urządzeniami EMS CX³. Zasilanie systemu jest realizowane za pomocą modułów zasilających o bezpiecznym napięciu wyjściowym 12 V DC i maksymalnej obciążalności prądowej 500 mA. Gdy łączna obciążalność prądowa wszystkich elementów systemu przekracza tę wartość wystarczy dołożyć kolejny moduł zasilający.

Konfiguracja

Konfiguracja całego systemu jest bardzo prosta i może być przeprowadzona bez pomocy integratora systemów. Uniwersalne moduły sterowania i sygnalizacji są wyposażone (na ich boku) w cztery dwupozycyjne mikroprzełączniki typu DIP, za pomocą których następuje manualny wybór ich sposobu działania. Dodatkowo każdy z modułów jest wyposażony w obrotowy przełącznik, za pomocą którego można manualnie (lokalnie) przypisać urządzeniu adres komunikacyjny. W tym wypadku dostępna liczba adresów wynosi 81, ale nie oznacza ona maksymalnej liczby urządzeń EMS CX³ w instalacji, gdyż aparaty można grupować przypisując im ten sam adres, jeśli tylko w obrębie danej grupy znajdują się moduły odpowiadające za różne funkcje (np. moduł pomiarowy, uniwersalny moduł sygnalizacji i uniwersalny moduł sterowania). Alternatywą dla lokalnego trybu adresowania jest adresowanie zdalne (programowe) za pomocą bezpłatnego oprogramowania na komputer PC – „EMS Configurator”. Sposób ten zwiększa pulę dostępnych adresów do maksymalnie 247 (ograniczenie komunikacji Modbus w przypadku zdalnego nadzoru systemu EMS CX³).

Nadzór systemu

Moduły pomiarowe systemu EMS CX³ nie posiadają lokalnych wyświetlaczy, co pozwoliło na znaczącą redukcję zajmowanego przez nie miejsca w rozdzielnicy. Jest to jedna z głównych idei, które przyświecały konstruktorom urządzeń z nowej oferty – instalacje z dużą liczbą urządzeń pomiarowych, nadzorowane zdalnie bez potrzeby lokalnego odczytu pomiarów. Jeśli jednak taki odczyt pomiarów z poziomu rozdzielnicy jest potrzebny, to z oferty EMS CX³ można dobrać urządzenie, które na to pozwala – lokalny moduł wizualizacji i konfiguracji do montażu na wspornik TH35 o szerokości czterech modułów DIN. Za pomocą tego jednego wyświetlacza można zarządzać całym systemem (wizualizacja pomiarów, wizualizacja stanów aparatów, sterowanie instalacją, kontrola alarmów oraz konfiguracja). Urządzenie posiada wewnętrzna pamięć, dzięki której archiwizowanych jest do 20 ostatnich alarmów. Komunikacja z modułem odbywa się na tej samej zasadzie co ze wszystkimi modułami systemu – za pomocą szyn lub przewodów, po protokole EMS.

Elementy zdalnego nadzoru systemu EMS CX3 – moduł interfejsu EMS/RS485 Modbus oraz serwer sieciowy do montażu na wspornik TH35

Zdalny nadzór systemu EMS CX³ wymaga przejścia z komunikacji EMS na RS485 Modbus (za pomocą dedykowanego interfejsu EMS/RS485), a następnie na komunikację Ethernet, z poziomu której można połączyć system z komputerem PC wyposażonym w oprogramowanie do nadzoru „Energy Manager” lub z serwerami sieciowymi, umożliwiającymi nadzór z poziomu przeglądarki internetowej na dowolnej liczbie urządzeń połączonych w sieci LAN lub do Internetu. Na poziomie komunikacji RS485 Modbus istnieje możliwość przyłączania do systemu EMS CX³ standardowych urządzeń pomiarowych (liczniki energii, analizatory sieci z oferty EMDX3), wyposażonych w wyjścia komunikacyjne RS485, zapewniając spójność całej instalacji.

Kompletna oferta

Poza nowymi urządzeniami systemu EMS CX³ firma Legrand posiada w ofercie także standardowe urządzenia pomiarowe EMDX³:

• liczniki energii elektrycznej z pomiarem bezpośrednim do 63 A lub przez przekładniki prądowe, z wyjściami impulsowymi lub RS485 (protokół Modbus), z certyfikatem MID,
• analizatory sieci z wyjściami impulsowymi oraz RS485 (protokół Modbus),
• koncentrator impulsów do zbierania danych pomiarowych generowanych przez 12 liczników energii lub innych urządzeń z wyjściem impulsowym (np. licznik wody, gazu),
• konwerter RS485/Ethernet, który umożliwia przyłączenie 32 urządzeń połączonych szeregowo w standardzie RS485 do sieci Ethernet,
• wyświetlacz nadrzwiowy, dotykowy do wizualizacji pomiarów i sterowania urządzeń z ofert EMS CX³ i EMDX³ przy wykorzystaniu komunikacji Ethernet,
• serwery sieciowe i oprogramowanie „Energy Manager” do 10, 32 lub 255 punktów pomiarowych, umożliwiające archiwizację danych, zdalną wizualizację oraz sterowanie instalacją elektryczną.

Gama urządzeń EMS CX³ oraz EMDX³ pozwala przeanalizować zużycie energii i zredukować wysokość opłat za energię, znaleźć słabe punkty i niesymetryczne obciążenia w sieci, sprawdzić i udokumentować jakość dostarczanej energii, a także stworzyć sieć pomiarową dla kompletnej instalacji elektrycznej (i innych mediów, np. woda, gaz) z podziałem na poszczególne grupy odbiorników oraz zaawansowany system nadzoru i sterowania. Podejmując odpowiednie kroki można zoptymalizować zużycie energii elektrycznej w budynku.

Marcin Sikora
Autor jest kierownikiem produktu w firmie Legrand