Một máy tính công nghiệp quản lý năng lượng đóng vai trò bộ gom: đọc công tơ và đồng hồ đo trong các tủ điện, quy về một bảng số liệu, tính suất tiêu hao theo khu vực rồi đẩy lên phần mềm báo cáo. Bài viết nêu các đại lượng cần đo, cách đấu nối, dòng máy Advantech tương ứng và một ví dụ triển khai theo phân xưởng.
Hóa đơn tiền điện chỉ cho biết tổng lượng tiêu thụ của cả nhà máy. Muốn giảm chi phí thì phải biết lượng đó phân bổ về đâu, phát sinh vào lúc nào và ứng với sản lượng bao nhiêu. Ba câu hỏi đó dẫn tới việc lắp thêm điểm đo và tự động thu số liệu.
Đo gì trước khi bàn tới tiết kiệm điện
Danh sách dưới đây là mức tối thiểu cho một nhà máy sản xuất. Cột cuối giải thích số liệu đó dùng vào việc gì, để tránh lắp đồng hồ rồi không ai dùng số.
| Đại lượng | Lấy từ đâu | Dùng vào việc gì |
|---|---|---|
| Điện năng tổng theo chu kỳ | Công tơ đầu vào của trạm biến áp nội bộ | Đối chiếu với hóa đơn, dựng biểu đồ phụ tải theo ngày |
| Điện năng theo nhánh | Đồng hồ đo đa năng lắp tại từng lộ ra tủ phân phối | Phân bổ chi phí về từng phân xưởng, tìm nhánh tăng bất thường |
| Công suất tức thời | Đồng hồ đo đa năng, chu kỳ đọc ngắn | Xác định thời điểm phát sinh công suất đỉnh, dời tải sang giờ khác |
| Hệ số công suất | Đồng hồ đo đa năng hoặc bộ điều khiển tụ bù | Theo dõi tình trạng bộ tụ bù, giảm phần tiền phạt công suất phản kháng |
| Sóng hài dòng và áp | Đồng hồ đo có chức năng phân tích chất lượng điện | Giải thích hiện tượng nóng máy biến áp, nhảy aptomat không rõ nguyên nhân |
| Trạng thái chạy của thiết bị | Tín hiệu số lấy từ tủ điện qua module vào ra | Quy điện năng về giờ chạy thực tế của từng máy |
| Sản lượng theo ca | Bộ đếm sản phẩm hoặc dữ liệu từ chuyền | Tính suất tiêu hao theo đơn vị sản phẩm |
Hai dòng cuối bảng là phần tạo ra khác biệt. Nếu chỉ có kWh mà không có giờ chạy và sản lượng thì số liệu chỉ mô tả chứ không so sánh được giữa các ca và các tháng.
Thu dữ liệu công tơ và đồng hồ đo
Phần lớn đồng hồ đo trong tủ điện có cổng RS-485 và nói Modbus RTU. Ba cách đấu thường gặp trong nhà máy Việt Nam.
Cách thứ nhất, đấu chuỗi nhiều đồng hồ trên một đường RS-485 rồi đưa về cổng COM của máy gom. Cách này rẻ nhưng chiều dài đường truyền và số thiết bị trên một nhánh có giới hạn, cần đấu đúng thứ tự và có điện trở đầu cuối. Cách thứ hai, đặt bộ chuyển đổi tại mỗi tủ để đưa mạng nối tiếp lên Ethernet, mạng nhà máy làm phần truyền dẫn còn máy gom chỉ nói Modbus TCP. Cách này gọn khi các tủ nằm cách xa nhau. Cách thứ ba, dùng module vào ra nối mạng đọc trực tiếp tín hiệu analog từ biến dòng hoặc cảm biến, áp dụng cho các điểm không có đồng hồ đo sẵn.
Khi lập bảng điểm cần thống nhất trước ba thứ: địa chỉ thanh ghi của từng kiểu đồng hồ, đơn vị của từng giá trị và chu kỳ đọc. Đồng hồ khác hãng có bảng thanh ghi khác nhau, và một số hãng trả về giá trị đã nhân hệ số biến dòng, một số khác thì không.
Thiết bị Advantech cho hệ quản lý năng lượng
Bảng sau nêu các mã có trong catalog của website theo vai trò trong hệ thống.
| Vai trò | Model | Thông số theo tài liệu hãng | Vì sao chọn |
|---|---|---|---|
| Máy gom cỡ nhỏ đặt trong tủ | ARK-1122C | Intel Atom N2600 1,6 GHz, 4 cổng COM, thân máy cỡ 133,8 x 43,1 x 94,2 mm, nhiệt độ làm việc -20 đến 60 độ C, gá DIN rail hoặc treo tường | Đọc trực tiếp nhiều nhánh RS-485, đặt vừa trong tủ điện chật |
| Máy gom kèm tính toán | ARK-2121F, ARK-2150L | Máy hộp không quạt cỡ vừa, nhiều cổng COM và LAN, gá tủ điện | Vừa đọc số liệu vừa chạy phần mềm giám sát tại chỗ |
| Đọc tín hiệu analog qua mạng | ADAM-6017 | 8 kênh vào analog và 2 kênh ra số, nhận tín hiệu mV, V và mA, cổng Ethernet 10/100 Mbps, có sẵn trang web cấu hình | Điểm đo không có đồng hồ truyền thông, chỉ có đầu ra dòng hoặc áp |
| Điểm đo khó kéo dây | WISE-4012E | Kết nối không dây 2,4 GHz chuẩn IEEE 802.11b/g/n, 2 kênh vào 0 đến 10 V, 2 kênh vào số, 2 ngõ relay, hỗ trợ Modbus/TCP | Nhà xưởng cũ, không có máng cáp tới vị trí cần đo |
| Mạng truyền số liệu | EKI-5525MI | Nói Modbus/TCP với phần mềm giám sát và SNMP với hệ quản trị mạng, nguồn vào 8,4 đến 52,8 VDC, có relay báo lỗi nguồn | Tách mạng thiết bị khỏi mạng văn phòng, biết ngay khi mất một nguồn |
| Vừa điều khiển vừa gom | APAX-5580 | Vi xử lý Intel Core i7, i3 hoặc Celeron, 2 cổng Gigabit, hai đầu vào nguồn và hỗ trợ nguồn lưu điện, thiết kế không quạt | Khu vực cần cả điều khiển bộ tụ bù lẫn thu số liệu trên một thiết bị |
Ví dụ đo suất tiêu hao điện theo phân xưởng
Một nhà máy có ba phân xưởng dùng chung một trạm biến áp, cần biết phân xưởng nào tiêu tốn điện nhiều nhất trên mỗi tấn sản phẩm. Cấu hình triển khai gồm bốn phần.
Phần một, lắp đồng hồ đo đa năng tại lộ ra của từng phân xưởng trong tủ phân phối chính, đấu chung một đường RS-485 cho mỗi tủ. Phần hai, đặt một máy công nghiệp không quạt trong tủ kỹ thuật, đọc các đồng hồ theo chu kỳ mười lăm phút và ghi vào ổ thể rắn. Phần ba, bộ đếm sản phẩm cuối mỗi phân xưởng gửi số lượng về cùng máy đó qua module vào ra số. Phần bốn, phần mềm giám sát tính kWh trên tấn theo ca và dựng biểu đồ so sánh giữa ba phân xưởng.
Sau vài tuần, số liệu thường chỉ ra hai điều: một là chênh lệch suất tiêu hao giữa ca ngày và ca đêm, hai là lượng điện tiêu thụ trong giờ không sản xuất. Cả hai đều xử lý được bằng quy trình vận hành, chưa cần đầu tư thiết bị mới.
Chọn máy tính công nghiệp quản lý năng lượng
Bốn thông tin cần chuẩn bị trước khi chốt cấu hình: số đồng hồ đo và giao thức của chúng, khoảng cách từ tủ điện tới chỗ đặt máy, chu kỳ đọc mong muốn và thời gian cần giữ lịch sử. Số đồng hồ quyết định số cổng COM hoặc số nhánh mạng; khoảng cách quyết định có cần bộ chuyển đổi hay không; chu kỳ và thời gian giữ quyết định dung lượng ổ.
Máy đặt trong tủ điện chọn theo danh mục máy tính không quạt, module thu tín hiệu nằm ở Embedded IoT Solutions. Trang sản phẩm của hai mã hay dùng: ARK-1122C và ADAM-6017. Phần phần mềm chạy phía trên có trong bài phần mềm SCADA là gì.
Để đối chiếu với các dòng máy khác cùng hãng, xem danh mục máy tính công nghiệp Advantech trên IPC247. Khi cần lọc model theo số cổng và điều kiện lắp đặt, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu.
Câu hỏi thường gặp về quản lý năng lượng
Đọc dữ liệu công tơ điện bằng cách nào?
Phần lớn công tơ và đồng hồ đo đa năng trong tủ điện có cổng RS-485 nói Modbus RTU. Một máy tính công nghiệp có cổng COM đọc trực tiếp được, hoặc dùng bộ chuyển đổi để đưa mạng nối tiếp lên Ethernet khi các tủ nằm xa nhau. Với công tơ không có cổng truyền thông thì phải lắp thêm đồng hồ đo phụ.
Nên đọc số liệu điện bao lâu một lần?
Chu kỳ mười lăm phút đủ cho báo cáo tiêu thụ và đối chiếu hóa đơn. Muốn xác định thời điểm phát sinh công suất đỉnh thì cần chu kỳ một phút hoặc ngắn hơn. Chu kỳ càng ngắn thì dung lượng lưu trữ càng lớn, nên thường ghi dày cho vài nhánh chính và ghi thưa cho phần còn lại.
Suất tiêu hao điện được tính thế nào?
Lấy điện năng tiêu thụ của một khu vực trong một khoảng thời gian chia cho sản lượng làm ra trong khoảng đó, đơn vị thường là kWh trên tấn hoặc kWh trên sản phẩm. Muốn có con số này thì số liệu điện và số liệu sản lượng phải cùng mốc thời gian, đó là lý do hai nguồn dữ liệu nên gom về một máy.
Máy gom số liệu điện đặt ở đâu là hợp lý?
Đặt trong tủ điện gần nhóm công tơ để đường truyền nối tiếp ngắn, hoặc đặt trong phòng kỹ thuật khi mạng đã lên Ethernet. Máy đặt trong tủ nên là loại không quạt, vì tủ điện nhiều bụi và nhiệt độ cao hơn phòng máy. Máy cần có nguồn dự phòng để không mất dữ liệu khi lộ điện bị cắt.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
