Giám sát năng lượng nhà máy bằng thiết bị Advantech

Giám sát năng lượng nhà máy bằng thiết bị Advantech bắt đầu từ một thực tế đơn giản: hóa đơn điện mỗi tháng chỉ có một con số tổng, không cho biết điện đi vào đâu và đi lúc nào. Muốn giảm chi phí thì phải chia con số đó ra theo khu vực, theo phụ tải và theo giờ.

Bài viết trình bày cách đặt điểm đo trong một xưởng đang chạy, thiết bị đọc số liệu từ từng loại điểm đo, và cách quy số liệu về một chỉ số mà bộ phận sản xuất dùng được.

Ba câu hỏi mà số liệu năng lượng phải trả lời

Một hệ thống đo điện chỉ có giá trị khi trả lời được ba câu hỏi. Câu thứ nhất: khu vực nào tiêu thụ nhiều nhất, để biết đầu tư cải tạo ở đâu trước. Câu thứ hai: có bao nhiêu điện tiêu thụ khi chuyền không sản xuất, tức phần chạy không tải ngoài giờ và giữa ca.

Câu thứ ba: mỗi đơn vị sản phẩm tốn bao nhiêu điện, và con số đó thay đổi ra sao giữa các ca. Câu thứ ba khó nhất vì cần ghép số liệu điện với số liệu sản lượng theo cùng mốc thời gian, nhưng đây cũng là con số duy nhất bộ phận sản xuất dùng được trực tiếp.

Đặt điểm đo ở đâu trong một xưởng đang chạy

Không nên đo hết ngay từ đầu. Bốn đến sáu điểm ở tủ tổng và các phụ tải lớn đã cho biết phần lớn bức tranh; chia nhỏ hơn chỉ có ích khi đã biết khu vực nào đáng theo dõi sát.

Lấy số liệu từ đồng hồ điện đã có

Đồng hồ đa năng đời mới hầu hết có cổng RS-485 và nói giao thức Modbus RTU. Nhiều nhà máy đã lắp đồng hồ này nhưng chưa bao giờ nối dây tín hiệu, nên số liệu chỉ đọc được bằng mắt tại tủ.

Việc cần làm là kéo một đường RS-485 nối các đồng hồ rồi đưa lên mạng Ethernet. Model EKI-1221 làm đúng việc này: chuyển giữa Modbus TCP và Modbus RTU, có hai cổng Ethernet cho đường mạng dự phòng, hỗ trợ tới 31 thiết bị trên mỗi cổng nối tiếp và chọn kiểu RS-232, RS-422 hay RS-485 bằng phần mềm. Cách tách mạng nhà máy cho phần việc này có trong bài chuẩn bị nhà máy cho IoT công nghiệp.

Đo đại lượng tương tự cho khí nén, hơi và lò

Điện không phải dạng năng lượng duy nhất tốn tiền. Khí nén rò rỉ và hơi thất thoát thường chiếm phần đáng kể mà không xuất hiện trên bất kỳ đồng hồ điện nào. Các cảm biến áp suất và lưu lượng xuất tín hiệu 4 đến 20 mA, cần một module đọc tín hiệu tương tự.

Với các điểm nằm ngoài trời hoặc trong khu vực nhiễu mạnh, model ADAM-4117 có dải nhiệt làm việc rộng hơn và mức bảo vệ chống nhiễu cao hơn, chịu xung 1 kV trên đường nguồn cùng mức bảo vệ 3 kV EFT và 8 kV ESD.

Gom số liệu và quy về kWh trên một đơn vị sản phẩm

Số liệu từ các điểm đo cần dừng lại ở một máy trong nhà máy trước khi đi tiếp. Một máy hộp không quạt như UNO-2484G đảm nhận việc này: vi xử lý Core i7, i5 hoặc i3 với 8 GB DDR4, 4 cổng GbE và 4 cổng RS-232/422/485, đủ để vừa đọc các đồng hồ vừa chạy phần mềm giám sát dạng web.

Bước cuối là ghép hai nguồn số liệu. Điện năng của một khu vực chia cho sản lượng của chính khu vực đó trong cùng khoảng thời gian ra chỉ số kWh trên một đơn vị sản phẩm. Điều kiện bắt buộc là đồng hồ điện và hệ thống đếm sản lượng phải cùng mốc thời gian, nếu lệch giờ thì mọi so sánh giữa các ca đều sai. Cách lấy số liệu sản lượng tự động có trong bài tự động hóa sản xuất theo năm mức.

Ví dụ giảm chạy không tải ở một xưởng chế biến gỗ

Một xưởng chế biến gỗ có hệ thống hút bụi trung tâm và hai máy nén khí. Hóa đơn điện tăng đều nhưng sản lượng không tăng tương ứng, và không ai biết phần chênh nằm ở đâu.

Xưởng lắp ba điểm đo: một ở tủ tổng, một cho hệ thống hút bụi, một cho cụm máy nén khí. Song song đó, tín hiệu chạy hoặc dừng của các máy chế biến được lấy từ tiếp điểm đèn báo trên tủ điện, đưa vào module vào ra số. Toàn bộ số liệu về một máy hộp đặt trong phòng điện.

Sau hai tuần, biểu đồ cho thấy hệ thống hút bụi chạy đủ công suất suốt giờ nghỉ trưa và thêm khoảng bốn mươi phút sau khi ca cuối kết thúc, trong khi không máy chế biến nào chạy. Xưởng bổ sung quy trình tắt theo trạng thái máy và giảm được phần điện chạy không tải này, không cần đầu tư thiết bị mới.

Chọn thiết bị giám sát năng lượng cho nhà máy

Bốn thông tin cần chốt trước khi hỏi cấu hình: số điểm đo dự kiến, đồng hồ hiện có nói giao thức gì, khoảng cách từ điểm đo xa nhất tới phòng điện, và số liệu sẽ dừng lại tại nhà máy hay đẩy tiếp lên hệ thống chung. Bốn thông tin này quyết định số module và loại máy gom số liệu.

Kiến thức nền về nhóm máy đặt trong tủ điện có tại chuyên mục máy tính nhúng Advantech trên IPC247. Để chọn máy gom số liệu theo số cổng nối tiếp và vị trí đặt, dùng công cụ chọn máy theo môi trường và số cổng trước khi liên hệ báo giá.

Câu hỏi thường gặp về giám sát năng lượng nhà máy bằng thiết bị Advantech

Nên đặt bao nhiêu điểm đo điện cho một xưởng?

Bắt đầu bằng một điểm ở tủ tổng và một điểm cho mỗi nhóm phụ tải lớn, thường là máy nén khí, hệ thống hút bụi, lò và điều hòa. Bốn tới sáu điểm đã đủ để biết phần lớn điện đi đâu, sau đó mới chia nhỏ tiếp.

Đồng hồ điện đang lắp có dùng lại được không?

Phần lớn đồng hồ đa năng đời mới có cổng RS-485 và nói giao thức Modbus RTU. Chỉ cần một bộ chuyển đổi sang Modbus TCP là số liệu lên mạng được, không phải thay đồng hồ và không phải cắt điện tủ.

Đo điện theo chu kỳ bao lâu một lần là hợp lý?

Số liệu kWh lấy mỗi mười lăm phút là đủ cho việc phân bổ chi phí. Muốn phát hiện chạy không tải hoặc đỉnh tải ngắn thì cần chu kỳ một phút cho các phụ tải lớn, còn dòng và công suất tức thời thì đọc thưa hơn.

Số kWh trên một đơn vị sản phẩm tính thế nào?

Lấy điện năng tiêu thụ của một khu vực trong một khoảng thời gian chia cho sản lượng của chính khu vực đó trong cùng khoảng. Điều kiện là hai số liệu phải cùng mốc thời gian, vì vậy hệ thống đo điện và hệ thống đếm sản lượng cần đồng bộ giờ.

Điểm đo ở vị trí không kéo được dây thì làm sao?

Dùng module thu thập không dây nối vào mạng Wi-Fi của nhà máy, đọc tín hiệu tương tự hoặc tiếp điểm tại chỗ rồi gửi về qua Modbus TCP. Cách này hợp với điểm đo tạm hoặc điểm nằm bên kia nhà xưởng.

Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.