工業能源消耗: 通過監督和控制降低碳排放

Written by Carsten Frederiksen

減少碳排放量是應對氣候變化最重要的措施之一。降低能源消耗對任何行業來說都是一項重大挑戰，但也可能是一項長期的成本節約的努力。法國公司 Eiffage Energie Systèmes-Clemessy 以其 Syclone 控制軟件和 Dewesoft 數據采集領域的關鍵項目而聞名，這些領域包括太空發射器控制臺或橋梁結構健康監測。

然而，他們在控制指揮軟件領域的最新創新是一個完全工業化的網絡解決方案，統一了對能源消耗和碳排放的監督和控制。Syclone x 低碳系統是一個基于網絡的監控系統，可以跟蹤和控制能源消耗。

引言

氣候變化是我們現代社會不得不面對的最嚴重的全球性和系統性現象之一。它影響著我們所有人。例如，法國公共當局承諾到2030年將法國的二氧化碳排放量降低40% ，到2050年實現21碳中和。簡而言之，全球需要迅速將仍處于開拓階段的低碳解決方案轉化為標準方案。

那么，一個專門從事工業過程和建筑物的軟件和系統集成商能夠做些什么來幫助工業管理能源使用呢？控制指揮系統如何限制碳排放？在工業領域，特別是在工業場所和建筑物中，可以集中、控制和優化若干功能，以管理能源和減少碳足跡。

建筑物能源監督與控制

關于工業現場的能源監督管理，對建筑物監督管理軟件有什么期望？為了設置場景，下面的草圖突出了一個工業基地或特別感興趣的地區的一些部分。下文草擬了包括在 Syclone x 低碳解決方案中的補救措施，以生成能源和排放流的總體情況，并解決能源消耗問題。

圖1. 工業用地示意圖。

1. 空氣質量和空氣調節
? 基于日歷和氣象學的辦公室溫度管理
? 大氣污染數據采集

2. 數據中心
? 電力消耗分析
? 溫度管理系統

3. 數據采集與監控系統
? 公用事業管理: 電燈，加熱器/冷卻器，蒸汽發生器..
? 數據集中在邊緣或云端
? 場景和順序編輯
? 決策支持系統
? 開放式架構

4. 物聯網傳感器
? 數據采集，例如電力消耗、噪音、空氣質量、停車場空間

專注于軟件本身，數據采集與監控系統的最低要求是對設施進行控制和指揮。其目的是開關燈，加熱器，或發電機或關閉。
與大量協議接口的能力是一個關鍵特性。EES-Clemessy 選擇圍繞 OPC 統一體系結構(OPC UA)構建 Syclone 軟件，OPC 基金會開發的工業自動化機器對機器通信協議。OPC-UA 非常適合與現代設備接口，但也非常適合于開發特定驅動程序以與行業中遇到的其他協議進行通信。
再進一步看，操作員必須能夠輕松地編輯控制他們設備的序列，這正是 Clemessy 序列器能夠提供的。
今天，一些客戶欣然同意部署物聯網(IoT)直接獲取數據，甚至驅動一些設施。這是未來幾年的一個重大變化。有時甚至可以避免可編程邏輯控制器(PLC)級，而將其功能集成到物聯網或軟件服務器中。

5. 最后，即使以上列出的一些自動排序功能可以節省能源，能源管理模塊也是關鍵部分:

? 跟進消費量
? 歷史觀察
? 統計和曲線繪圖儀
? 根據供應商的條件進行合同管理:
最大功率授權，處罰日
最小/最大厚度
平均每周期
? 流動電話提示/警報
? 用電量預測

可擴展的能源管理模塊

能源管理模塊是可擴展的，因為客戶需要的新功能不斷增加。從用電跟蹤開始，繼續使用歷史查看器、統計和曲線繪制器、根據供應商的條件進行合同管理，現在啟動了人工智能用電預測。

所有功能都通過 CLEMESSY 軟件集成到 Syclone 中。 Syclone 是一個軟件工具箱，分為兩個部分:

? 在專用控制器上承載的實時確定性控制器，以及
? 監督，SCADA 世界，可以托管在邊緣或在云

Syclone 監督現在完全托管在網絡服務器技術上。客戶的筆記本電腦上沒有安裝任何東西，也不需要任何特定的硬件。它只是一個簡單的網頁鏈接。選擇這種解決方案是為了簡化安裝，方便最終用戶的維護周期。例如，這個 SCADA 軟件今年夏天在匈牙利部署——在科羅納危機期間——無需出差。
所有的監督功能是可用的，此外，用戶有能力監測能源和行動對他們的消費。最后，該系統是高度可擴展的——演示可以通過十幾個輸入和輸出來完成，但是一個項目的前景可能是一個站點10000點。

在硬件表示中，Syclone x 確保與操作符的接口，而操作符只需要一個簡單的 web 瀏覽器。該設計反應靈敏，可以在筆記本電腦、手機或平板電腦上使用?？缙脚_服務器托管在 Edge 上，可以在小型 PC 甚至筆記本電腦上管理。
由于軟件是作為服務解決方案提供的，因此應用程序通常在云中運行。這可以托管在 EES-Clemessy 數據中心，或在客戶的網站上。與流程的接口通過經典的 PLC、物聯網和數據采集前端實現。
該解決方案的創新之處在于，Dewesoft DAQ 系統不僅用于數據采集，而且還作為“第三方”EtherCAT 奴隸或通過 OPC-UA。
簡單實例-通過 OPC UA 進行遠程能量監控

OPC UA 的能力可以通過一個簡單的用例來說明。位于巴黎的 Dewesoft 辦公室為主電源配備了氪數據采集系統，而 Clemessy 則在米盧斯建立了一個網絡服務器，所有的一切都可以通過使用 Syclone Web 的 OPC UA 進行遠程能源監控。

在一臺辦公室筆記本電腦上，從微軟365切換到連接到巴黎 Dewesoft 的 Syclone 網絡服務器，只需點擊幾下鼠標，就可以訪問 Dewesoft 辦公室的電壓、電流、電源以及加速度或溫度的能耗。電力合同的基本成本計算可以增加。
傳感器和執行器很容易通過 Syclone 連接到網絡瀏覽器上。

在一個小規模的應用案例中—— Clemessy 研發團隊非常欣賞這個案例——其目的是獲取傳感器和驅動器，以便與樂高制造的微型工廠連接:

? 樂高積木搭建的微型工廠裝有傳感器,
? 輸入和輸出通過 Dewesoft 硬件接口，
? 整個過程由一個網絡界面控制和監控。

圖5。傳感器設置在幾個地點的速度，顏色，溫度，或電壓。而致動器也分布在通路上。

圖6. 監視和控制-通過網絡瀏覽器命令微型工廠，Syclone 托管在標準的平板電腦上。

所有傳感器和驅動器的數據都是可用的。網頁可以在平板電腦上顯示，而控制命令功能則在網絡服務器上執行。

大型項目-汽車制造現場

這些小規模的案例強調了接口過程、獲取數據和能量監控的簡單性，但是系統也具有高度的可擴展性。
在汽車行業實施了一個重大項目，在世界前10大汽車制造商所在地的一個大型項目中實施了能源監督和控制、基礎設施控制以及減少碳足印。

圖7. 主要汽車制造商的全網 SCADA 系統。

圖8。這是汽車制造商的工業區——監控范圍在黃線以內。

圖9。制造網站的主要 Syclone 視圖可以通過網絡瀏覽器直接訪問。點擊將手動驅動建筑物或設備。

儀表板包括:

? 概要: 查看和編輯,
? 配置器: 添加一個新點
? 序列編輯器允許觸發超調的自動動作
? 這些曲線對能量報告非常有用

圖11 Syclone 能源監測所需的典型曲線。

Syclone 能源監測所需的典型曲線顯示了根據供應商條件提供的合同管理信息:

? 最大動力授權是綠線,
? 預計全天用電量模板為紅色,
? 實時消費是黃色的,
? 消費量的預測在一天結束是藍色的,
? 室外溫度是白色的
? 懲罰日可以通過規則來管理，例如，避免啟動效率較低的設施

總結

最終客戶的收益是什么？可以節省多少能源，碳排放量可以降低多少？目前還沒有關于安裝系統對此的長期影響的官方反饋，但有一點幾乎可以肯定: 無論何時開始測量一個物理現象，你都可以選擇控制和管理它。
允許幾個功能被集中，提供一個概述和創建控制和優化的基礎，以實現更有效的能源使用和減少工業場所的碳足印。