Pozorné sledování spotřeby energie

Udržitelná opatření v průmyslové výrobě znamenají mimo jiné efektivní a obezřetné využívání energie. Aby bylo možné sledovat skutečné energetické požadavky pohonů a elektrických zařízení, je třeba je nejprve hodnověrně shromáždit, porovnat a vyhodnotit. Bez jasných informací jsou smysluplné hodnocení a energetická optimalizace jen stěží možné. Za tímto účelem společnost HARTING podporuje výzkumný projekt „Vývoj rozhraní pro správu energie pro technologie internetu věcí – IoT_EnRG“ na Vysoké škole aplikovaných věd a umění v Hannoveru a na Univerzitě Helmuta Schmidta v Hamburku tím, že poskytuje inteligentní infrastrukturu. Výzkumný projekt se zabývá vývojem univerzálního informačního modelu pro zjednodušený přenos dat pro správu energie do systémů vyšší úrovně.

V posledních letech se klade stále větší důraz na udržitelné a ekologické přístupy a opatření. V neposlední řadě je vzhledem k rostoucím cenám energií více než kdy jindy nutné pečlivě sledovat spotřebu ve vlastní výrobě. Začněme tím, že sledování spotřeby energie není samo o sobě ničím novým. V průmyslovém prostředí však v současné době stále existují různé překážky, které ztěžují jednoduché a jednotné vyhodnocování energetických údajů, aby bylo možné dosáhnout konzistentní správy energie.

V oblasti automatizace průmyslových zařízení se dnes uživatelé musí při interpretaci energetických dat uchýlit k různým sémantickým postupům, protože existují proprietární systémy a paralelní standardy. Pomocí sémantiky se z energetických dat stávají cenné energetické informace. Aby byly tyto informace o energii dostupné v jednotném formátu, byl v posledních dvou letech v rámci výzkumného projektu „Vývoj rozhraní pro správu energie pro technologie internetu věcí – IoT_EnRG“, který je financován Spolkovým ministerstvem hospodářství a ochrany klimatu (BMWK), vyvinut univerzální model informací o energii. Pomocí tohoto informačního modelu získávají energetická data jasně definovanou sémantiku, a lze je díky tomu rychleji integrovat do technických systémů správy energie s menšími nároky na inženýrskou činnost. V průmyslu je integrace energetických informací pocházejících z extrémně široké škály různých zdrojů na provozní úrovni v současné době stále spojena s vysokou úrovní inženýrské činnosti, protože jsou údaje přenášeny a zpřístupňovány prostřednictvím různých komunikačních protokolů (např. PROFINET, Sercos III, EtherNet/IP nebo Modbus TCP) a specifických energetických profilů, jako jsou PROFIenergy, Sercos Energy nebo CIP Energy. Z toho plynoucí odlišná proprietární sémantika a sémantika specifická pro energetické profily zůstává zachována při nastavování rozhraní OPC UA a komplikuje konfiguraci rozhraní i další začlenění energetických informací do aplikací pro správu energie. Univerzální energetický informační model je nyní schopen tento problém překonat a přispět tak k podpoře průmyslu při provozování nákladově efektivní výroby, která je v maximální možné míře klimaticky neutrální.

Smart Electrical Connector jako poskytovatel informací

Informace o spotřebě energie se shromažďují různými způsoby. Některá zařízení jsou schopna měřit svou spotřebu samostatně a hlásit ji vyšším úrovním, zatímco jiná vyžadují externí senzory.

Celkově lze říci, že megatrendy, jako je internet věcí, a koncepty, jako je digitální dvojče, jsou založeny na výrazném nárůstu dostupných dat. A to se netýká pouze aktivních zařízení, ale také dříve pasivních komponent, jako jsou konektory. V budoucnu budou tyto komponenty nejen přenášet energii a data jako pasivní prvky infrastruktury, ale budou také schopny aktivně sledovat údaje o stavu, jako proud a napětí, a stanou se tak zdrojem energetických dat.terstützt HARTING die Anwender mit Konzepten wie dem SmEC – dem Smart Electric Connector, die in der Lage sind,  Energiedaten selbständig zu erfassen und über eine eigene Verwaltungsschale weiterzugeben. Damit wird der Steckverbinder zum smarten Baustein, und  Energiemanagementdaten können so deutlich einfacher generiert werden.

Cílem výzkumného projektu „Vývoj rozhraní pro správu energie pro technologie internetu věcí – IoT_EnRG“ je vyvinout univerzální informační model pro spotřebu energie, který by umožnil jednotný přenos dat o spotřebě energie a jejich snadnější vyhodnocování. Magazín tec.news hovořil s vedoucími projektu Leifem Thore Reichem a Maximem Rungem.

Pane Reiche, pane Runge, projekt byl převeden na JWG Power Consumption Management a tím byl učiněn krok ke standardizaci modelu. Pro koho je univerzální energetický informační model zajímavý, kdo by se měl blíže seznámit s výsledky vaší práce?

L. T. Reiche, M. Runge: Energetický informační model je určen především těm, kdo se zabývají přenosem energetických dat v průmyslovém prostředí. Kromě odborníků z oblasti správy energie by mohl být model relevantní například i pro vývojáře, pracovníky uvádějící zařízení do provozu a inženýry, kteří pracují v energetickém prostředí.

Pro oživení modelu byl pod vaším vedením vytvořen také demonstrátor, který bude společnost HARTING vystavovat na veletrhu SPS 2023. V jaké podobě tento demonstrátor uvádí váš model do reality?

L. T. Reiche, M. Runge: Na demonstrátoru byly nastaveny vzorové aplikace, jako je třífázový motor, válec na stlačený vzduch, 3 různé procesní ventily a lineární servopohon jako spotřebič. Kromě toho lze úniky simulovat ručně ovládaným ventilem. Údaje o měření se získávají z provozního zařízení (např. frekvenčního měniče), ale také pomocí samostatných měřicích zařízení. Přepínače mají zásadní význam pro distribuci a poskytování energetických dat.

Jak důležitá jsou energetická data z terénu pro uhlíkovou stopu výrobku?

L. T. Reiche, M. Runge: Bez energetických údajů z terénu nelze PCF ve skutečnosti přesně kvantifikovat. Tyto údaje jsou proto pro její hodnocení mimořádně důležité. Bez přesné znalosti spotřeby, k níž dochází na úrovni terénu v průběhu procesu tvorby výrobku, nelze říci, kolik kWh energie se ve výrobku nachází a jak jsou rozděleny na potenciálně obnovitelné a neobnovitelné složky.

Jaký přístup se používá k vytváření dat v projektu (heterogenní systémy, standardy, univerzálnost)? Jaký je vztah k systému Asset Administration Shell (AAS)?

L. T. Reiche, M. Runge: Demonstrátor nám poskytl příležitost generovat energetická data z heterogenních systémů v různých případech použití, která jsme pak mohli měřit, sémanticky popisovat standardizovaným způsobem a komunikovat v síti. S AAS je spojitost v tom, že energetická data mohla být sémanticky standardizována pomocí našeho informačního modelu.

Jak společnost HARTING projekt podporuje?

L. T. Reiche, M. Runge: S rozhraním ix Industrial Ethernet poskytuje společnost HARTING moderní alternativu k řešením RJ45. ix Industrial je výrazně menší, ale zároveň mnohem robustnější a mnohem lépe stíněný. Tím je zajištěna vynikající integrita signálu. Kromě toho společnost HARTING podporuje demonstrátor neřízenými přepínači, které jsou plně vhodné pro spolehlivou distribuci a poskytování energetických dat. Společnost HARTING je navíc ráda, že může na veletrhu SPS 2023 poskytnout prostor takto důležitým projektům a ukázat, jak důležitá jsou témata udržitelnosti a energetického managementu.