ENERGETIKA

Hospodaření s energiemi v průmyslových podnicích

Autor: Siemens 

Měřit spotřebu energie, aktivně ji řídit a energie obecně využívat hospodárně a udržitelně má jistě smysl. V dnešní době se to dokonce stává naprostou nutností. Zákazník, který se rozhodne začít, si může vše vyzkoušet zpočátku na malém počtu měřicích bodů a s malými investicemi. Celý systém může začít postupně budovat krok za krokem a nikdy v tom nebude sám – Siemens je schopen zaštítit celý tento komplexní proces od analýzy přes návrh konceptu až po implementaci a následný servis. Každý projekt je připraven zákazníkovi přímo na míru a v jeho podmínkách. Není tedy čeho se bát. Naopak, je potřeba se co nejdříve odhodlat a začít.

Strukturovaný přístup: od analýzy po implementaci

Zákazníci jistě ocení komplexní přístup firmy Siemens k celému procesu – od analýzy až po implementaci jednotlivých produktů a následný servis. Jak to konkrétně probíhá? Obecná situace vypadá tak, že k zákazníkovi přijede tým odborníků ze Siemensu, případně jeho certifikovaný partner, který zde provede obhlídku závodu. Aktuální situaci probere se zákazníkem a společně vytipují, která zařízení by byla nejvhodnější pro umístění prvních měřicích bodů. V dalším kroku tým zjistí, čím jsou tato zvolená zařízení osazena, co se zde případně již měří (tzn. média jako pára, plyn, voda, elektřina nebo vzduch), jaká jsou zde použita čidla a jak je lze dostat do systému. Neméně důležité je prověřit také aktuální stav IT struktury, která je nutná pro vybudování celého systému – předávání dat z měření do SIMATIC Energy Manageru a následné poskytnutí do nadřazeného systému.

Jakmile je analýza dokončena, zákazník obdrží návrh konceptu, který ukazuje, jak by mohla vypadat implementace navržených řešení v jednotlivých krocích. Většinou nelze začít monitorovat všechny energie najednou a ani to není rozumné. Počáteční investice by byly velmi vysoké a výsledný efekt by jim v krátkém časovém horizontu nemusel odpovídat. Proto je lepší si v počáteční fázi vytipovat stěžejní agregáty, které jsou nejvíce problematické, a u nich začít.

Vlastní implementaci vybraných produktů realizuje Siemens sám anebo některý z jeho partnerů certifikovaných konkrétně pro oblast řízení energií. Dohodnuté řešení dostává zákazník připravené na klíč. Zajištěn má automaticky také následný servis, tzn. pravidelnou údržbu a aktualizaci.

Siemens SIMATIC Energy Manager

Siemens SIMATIC Energy Manager je softwarový produkt, který slouží pro monitorování a ukládání dat týkajících se všech druhů energií a také jejich následné zpracování. Umožňuje zobrazení měřených dat, které přehledně ukazují spotřeby energií, např. během jednotlivých směn. Součástí systému je rovněž vytváření grafů či reportů až po export přehledů spotřeby celého závodu na úroveň jednotlivých linek a zařízení.

SIMATIC Energy Manager funguje ve standardním webovém prohlížeči a není nijak vázaný na instalaci pouze v jedné lokalitě. To ocení především nadnárodní podniky, které mají výrobu v různých lokalitách, i mimo Českou republiku. Systém umožňuje všechny tyto lokality propojit, data sbírat, vyhodnocovat i komunikovat jako jeden celek. SIMATIC Energy Manager lze nainstalovat do cloudu anebo lokálně například na průmyslový počítač nebo IT oddělení vyčlení k tomuto účelu virtuální počítač na jejich serveru, kde se provede instalace SIMATIC Energy Manageru.

SIMATIC Energy Manager lze nasadit od úrovně jednotlivého stroje či zařízení až po úroveň celého podniku či dokonce nadnárodní podnikové struktury. SIMATIC Energy Manager je plně certifikován podle ISO 50001.

Systém správy energií napříč podnikem

Strukturu celého systému si lze nejlépe znázornit pyramidou, která obsahuje kompletní produktové portfolio Siemensu rozdělené do tří vrstev – od snímačů, měření apod. na úrovni provozu přes mezivrstvu v podobě PLC anebo Industrial Edge až po nejvyšší vrstvu, ve které lze provádět detailní analýzy.

Siemens SIMATIC Energy Manager přistupuje k řešení problémů systémově. To znamená, že i zákazník, který začne svůj systém budovat úplně odspodu, se může postupně, podle toho, jak porostou jeho nároky a znalosti, propracovat až do nejvyšších vrstev této pyramidy a využívat všechny funkce, které SIMATIC Energy Manager nabízí. Současně se mu však nikdy nemůže stát, že by jeho stávající řešení přestalo vyhovovat a musel by si koupit nové. Pochopitelně ne každý zákazník má k dispozici školené programátory a sám má zkušenosti s vytvářením vlastních customizovaných softwarových řešení. Pro tento případ jsou připravena školení zaměřená na jednotlivé produkty, která vedou přímo odborníci ze Siemensu anebo z partnerských firem. Cílem je, aby si zákazník čili koncový uživatel dokázal daný produkt sám nastavit a případně v něm provádět změny, výpočty a korekce anebo vytvářet struktury pro rozklíčování, např. na jednotlivá nákladová střediska apod.

Sběr dat z provozu

Spodní vrstva pyramidy řízení podnikového hospodaření s energiemi reprezentuje provozní část daného podniku, tzn. především vlastní výrobu. Zde se realizuje sběr dat, která se následně využívají k další práci na úrovni energetického managementu. Pracovat lze se stávající infrastrukturou anebo ji lze libovolně rozšířit podle přání zákazníka a potřeb projektu. Podstatné je, že pokud zákazník již data nějakým způsobem sbírá, většinou zde není potřeba nic zásadně měnit. Na základě uskutečněné analýzy se provede návrh komunikace se stávajícím měřením, aby zákazník nemusel zbytečně provádět upgrade měření. Siemens SIMATIC Energy Manager disponuje množstvím rozhraní, pomocí nichž lze jednotlivá měření komunikovat do systému.

Monitorování energií na úrovni provozu lze plně zabezpečit jak u zákazníků, kteří provozují celé výrobní linky, tzn. používají celé produktové portfolio Siemensu od řízení přes snímače, stykače, frekvenční měniče a další, tak u těch, kteří provádějí měření pouze na vývodech – například rozvodny. Pro oba tyto typy zákazníků má Siemens připravena řešení, která umožňují sesbíraná data stáhnout do SIMATIC Energy Manageru a začít provádět analýzu.

Odhad budoucí spotřeby energií

Jednou z mnoha funkcionalit SIMATIC Energy Manageru je predikovat, jaká bude vyhlídková spotřeba na plánovanou výrobu. To je důležité například kvůli plánování nákupu energie od externích dodavatelů. SIMATIC Energy Manager obsahuje modul, který umí vyhodnotit z historických dat minulou spotřebu při podobné šarži.

Základní licence SIMATIC Energy Manageru obsahuje 50 měřicích bodů, které lze napojit, sbírat z nich data a ta následně vyhodnocovat. Uživatel si pochopitelně může licenci rozšířit a přikoupit si více měřicích bodů, a to až 30 000, což je maximální počet na jednu licenci. Kromě toho SIMATIC Energy Manager obsahuje funkcionalitu, která umí na základě nasbíraných dat určit energetickou třídu daného zařízení. Podkladem k tomuto výpočtu jsou údaje o spotřebě konkrétního zařízení ve vypnutém stavu, v zapnutém stavu, v přípravě a v běhu. V neposlední řadě lze s pomocí SIMATIC Energy Manageru naplánovat investice na upgrade zařízení, které již nevyhovuje z hlediska spotřeby, a napomoci s výpočtem návratnosti plánované investice.

Mezi výrobou a řízením

Mezivrstvu v pomyslné pyramidě řešení energetického managementu od Siemensu reprezentuje Industrial Edge anebo PLC. Prostor nad ní, tzn. horní vrstva, je vyhrazen pro SIMATIC Energy Manager, v dolní vrstvě jsou pak umístěny veškeré provozní či výrobní technologie (OT). Industrial Edge je v podstatě průmyslový počítač, na němž mohou běžet různé aplikace. Jednou z těchto předpřipravených aplikací je právě SIMATIC Energy Manager, o kterém zde hovoříme a který lze využít pro případný první krok ve vyhodnocování. Kromě řady dalších aplikací je zde však připraveno například také digitální dvojče. Digitální dvojče umožňuje vše si předpřipravit virtuálně a také si vytvořit komplexní obraz výroby. Stejně tak lze všechny změny či implementace nových řešení udělat nejdřív v digitální formě a následně to pak, jako již plně funkční, implementovat do samotného fyzického zařízení.

Hlavním úkolem této mezivrstvy, která přemosťuje a propojuje OT (provozní) prostředí s IT úrovní analýz, řízení a plánování, je sběr dat a jejich vyhodnocení, případně upravení dat, aby do nejvyšší vrstvy Energy Manageru prostupovala pouze relevantní data a obecně menší datové objemy. Obojí lze provádět s využitím obou systémů mezivrstvy – Industrial Edge anebo PLC. Konkrétně pro energetický management není např. nutné sbírat data v milisekundových ani sekundových intervalech, jak je vyžadováno např. při monitoringu výrobních zařízení. Úplně stačí nastavit si delší intervaly a databázi či cloud zbytečně nezatěžovat obrovským objemem dat. V této střední vrstvě již lze začít řešit a vyhodnocovat energetickou účinnost. Pokud má zákazník nainstalován systém Siemens SIMATIC S-1500 PLC s vizualizací WinCC Profesional, může si do PLC dokoupit knihovnu SIMATIC Energy Suite a na základě dat, která přicházejí ze spodní OT vrstvy, začít vyhodnocovat energetickou třídu jednotlivých zařízení. Knihovna obsahuje předpřipravené vizualizace, reporty a řadu dalších funkcionalit.

Siemens SIMATIC Industrial Edge

SIMATIC Industrial Edge je jedním z produktů digitalizace, které Siemens uvedl na trh. Zákazník ho od Siemensu dostává v podobě průmyslového PC, na němž je tento produkt nainstalován, a lze v něm využít řadu předpřipravených aplikací. Jeho velkou předností je otevřenost, která umožňuje další doprogramování vlastní aplikace, příp. vytvoření vlastní vizualizace na otevřené platformě. Této možnosti využijí hlavně zákazníci, kteří mají chuť si vytvořit a provozovat na této platformě vlastní aplikační nástroje pro práci s daty.

V opačném případě se zákazníci mohou spolehnout na předpřipravené aplikace od Siemensu. Stejně jako SIMATIC Energy Manager je také Industrial Edge schopen komunikovat i se zařízeními třetích stran. Zde však podobnost mezi oběma produkty končí. Zatímco SIMATIC Energy Manager disponuje možnostmi z hlediska vyhodnocování dat a utváření komplexního pohledu na energie, Industrial Edge poskytuje pouze prvotní základní přehled – reporty, grafy, vizualizace, zápis do databáze. Pokud má zákazník silné IT oddělní a chce si všechno vyvíjet sám, v tom případě je pro něj Industrial Edge to pravé. Dává mu totiž volnost mnoho věcí si sám naprogramovat. To samozřejmě není pro každého. Ne každý podnik má kapacity na vývoj vlastních aplikací a jejich následnou údržbu. Proto většina zákazníků spíše volí aplikace od Siemensu jako dodavatele, který odpovídá za jejich aktualizace. Horní vrstva pomyslné pyramidy znázorňuje řídící úroveň celého procesu.

Co lze od aplikace SIMATIC Energy Manager očekávat?

Především přímé úspory, tzn. jednoznačné snížení nákladů na energie – elektřinu, stlačený vzduch, páru, chlazení a další. Nainstalovaný SIMATIC Energy Manager sice neumí poradit, kde a jak energii ušetřit, ale umí předpovědět, pomoci provést analýzu, jak to bude vypadat, když podniknete určité konkrétní kroky.

Současně určí také energetickou třídu každého sledovaného zařízení. Neméně významné jsou však i dosažené úspory, jež vznikají zvýšením povědomí u zaměstnanců, kteří se následně začínají hospodárně chovat ke svěřeným výrobním zařízením.

Sběr a vyhodnocování dat z konkrétních zařízení může navíc přispět i ke zvýšení kvality výroby. Náhlá změna spotřeby energie může naznačovat blížící se konec životnosti daného zařízení nebo jeho poruchu. Včasné varování pak může předejít velkým ztrátám.

Implementace automatického sběru dat šetří čas energetika ve společnosti, který pak tento čas může věnovat podrobnější analýze dat či nákupu a zabezpečení energií pro provoz.

Tento krátký výčet benefitů, které může podniku přinést zavedení systému SIMATIC Energy Manager, zdaleka není vyčerpávající. V každém podniku to bude trochu jiné, nicméně ve všech zcela jistě vysoce pozitivní, bezpečné a současně ne příliš náročné.

Chcete o tomto řešení vědět více?  Navštivte www.siemens.cz/simatic-energy-management

Další informace o tom, jak v průmyslu šetřit energiemi, a o technologiích, které Siemens představil na MSV 2023, se můžete dozvědět na www.siemens.cz/msv