1

Zasilanie i monitorowanie zasilania w erze Przemysłu 4.0

| Technika

Przemysł 4.0 sięga coraz dalej, wspierając światowy przemysł w celu poprawy wydajności i zwrotu z inwestycji w aktywa, co stanowi podstawę koncepcji "inteligentnej fabryki" (smart factory). Na wzrost poziomu automatyzacji w inteligentnej fabryce ma wpływ rozpowszechnienie urządzeń podłączonych do sieci, co jest możliwe dzięki coraz szerszemu wykorzystaniu sieci Ethernet jako przemysłowego protokołu komunikacyjnego. Połączenie czujników, napędów, sterowników PLC i cybersystemów wzbudziło powszechne zainteresowanie, jednak często zapomina się, że te same technologie odmieniły również najzwyklejsze zasilacze.

Zasilanie i monitorowanie zasilania w erze Przemysłu 4.0

Zautomatyzowane, inteligentne i podłączone do sieci zasilacze są teraz trwalsze i wydajniejsze, stanowiąc stałe i niezawodne źródło zasilania w każdej sytuacji. Inteligentne zasilacze odgrywają również kluczową rolę w działalności organizacji odnośnie do wymogów normy ISO:50001, zgodnie z którą efektywność energetyczna musi być stale udoskonalana.

Wszystko zaczyna się od montażu

W przeciwieństwie do sterowników PLC, systemów przekaźnikowych i innych urządzeń odpowiedzialnych za sterowanie procesami zasilacze rzadko umieszcza się na wysokości oczu, w odpowiednio oświetlonych szafach. Stawia się je raczej gdzieś u podstawy stelaży na sprzęt lub w pobliżu płyt montażowych.

Tego typu umieszczenie zasilaczy utrudnia ich uruchamianie, a odczytywanie liczników czy regulowanie potencjometrów musi odbywać się przy świetle latarki. Wdrożenie komunikacji NFC (Near Field Communication) wpływa na uproszczenie procesu instalacji i uruchamiania zasilaczy, co znacznie ułatwia pracę ekipom instalatorów.

Znaczenie NFC

Technologia łączności krótkiego zasięgu NFC nie opiera się na transmisji radiowej, lecz na wykorzystywaniu pól elektromagnetycznych. NFC to ekonomiczne rozwiązanie, które cechuje się niskim zużyciem energii oraz ograniczonym polem działania. Zapobiega to wykradaniu danych ze znacznej odległości jak w przypadku innych protokołów bezprzewodowych.

Znacznik NFC jest zintegrowany z systemem docelowym, a urządzenie obsługujące technologię NFC, takie jak telefon komórkowy, pełni funkcję aktywnego czytnika. Działanie podłączonych do sieci znaczników NFC można porównać do pamięci dwuwejściowych; ułatwiają one proces wymiany danych między systemem wbudowanym a urządzeniem przenośnym obsługującym technologię NFC.

Dodanie funkcji NFC do narzędzi, maszyn czy sterowników silników umożliwia wykorzystanie telefonu komórkowego jako zdalnego wyświetlacza, co wpływa na usprawnienie komunikacji. Wyświetlacz na tablecie czy laptopie może ułatwiać na przykład weryfikację lub zmianę parametrów, kontrolowanie kalibracji, dokładne określenie ustawień czy monitorowanie pracy.

Zasilacz Quint4

 
Rys. 1. Asortyment zasilaczy QUINT4

Wykorzystanie NFC w zasilaczach Quint4 firmy Phoenix Contact (rys. 1) umożliwia łatwą konfigurację z wykorzystaniem komputera PC lub urządzenia przenośnego. Dzięki aplikacji Quint Power na urządzenia z systemem Android lub w oprogramowaniu dla Windows użytkownicy mogą definiować wartości progowe sygnałów w ramach funkcji prewencyjnego monitorowania, ustalać napięcia wyjściowe, jak również samodzielnie definiować krzywe charakterystyki wyjściowej.

Do inteligentnych funkcji zasilaczy Quint należą, między innymi, rezerwa mocy "Power Boost" oraz technologia SFB (Selective Fuse Breaking), dzięki którym dostarczane są informacje pomocnicze oraz mechanizmy wczesnego ostrzegania, co z kolei umożliwia najbardziej efektywne wykorzystanie dostępnej energii.

Monitorowanie w czasie rzeczywistym

Coraz szersze wykorzystanie sieci Ethernet jako przemysłowego protokołu komunikacyjnego odgrywa kluczową rolę w rozwoju koncepcji inteligentnej fabryki. Wprowadzenie szeregu protokołów opartych na sieci Ethernet, takich jak EtherNet/IP, Profinet i Profibus, umożliwiło wspólną komunikację sieciową różnych urządzeń, w tym zasilaczy.

Zasilacze podłączone do sieci mogą wymieniać różne parametry w ramach systemu sterowania fabryką, co umożliwia wysyłanie automatycznych ostrzeżeń. Urządzenia te można również zdalnie odpytywać oraz pobierać z nich dane dotyczące energii na potrzeby audytu ISO:50001. Dane mogą być również wykorzystywane w ramach rozwiązań konserwacji zapobiegawczej.

Zasilacze S8VK i SITOP PSU8600

 
Rys. 2. Rodzina modułowych zasilaczy SITOP PSU8600

Zasilacze serii SITOP PSU8600 firmy Siemens oraz modele S8VK-K firmy Omron są przykładami zasilaczy podłączonych do sieci, które dostarczają informacji diagnostycznych i konserwacyjnych za pośrednictwem sieci Ethernet. Zasilacze serii SITOP PSU8600 są modelami modułowymi (rys. 2), wykorzystującymi system złączy zatrzaskowych (System Clip Link) w celu łatwego dołączenia do jednostki podstawowej szeregu modułów, w tym modułów rozszerzeń, buforów i zasilaczy UPS. W dowolnej kolejności można podłączyć do sześciu modułów, co umożliwia wdrożenie kompleksowego systemu zasilania z maksymalnie 20 wyjściami.

Jednostka podstawowa zasilacza PSU8600 jest wyposażona w dwa porty Industrial Ethernet/Profinet, dzięki czemu możliwe jest zintegrowanie zasilacza z istniejącymi sieciami automatyki. Urządzenie ma wbudowany serwer sieci Web, który pozwala na zdalne monitorowanie, jak również przesyła ostrzeżenia dotyczące danych i awarii w czasie rzeczywistym. Poziomy napięcia i prądu poszczególnych wyjść mogą być regulowane zdalnie; można je również wyłączać pojedynczo, dzięki czemu w przypadku zwarcia lub przeciążenia nie ma konieczności całkowitego wyłączenia systemu.

Do funkcji zasilaczy S8VK-X firmy Omron należy zdalna kontrola oraz unikalny system monitorowania zakończenia okresu eksploatacji (End-of-Life, EOL). W tym celu wykorzystywane są obliczenia dotyczące pogorszenia stanu wewnętrznego kondensatora elektrolitycznego na podstawie temperatury w okresie eksploatacji. W ramach konserwacji zapobiegawczej wyświetlacz wskazuje szacowaną wartość pozostałego czasu eksploatacji zasilacza. Tę samą informację można uzyskać za pośrednictwem sieci.

Siemens 3VA2

Kontrolowanie zużycia energii i równoważenia obciążenia przy jednoczesnym zabezpieczeniu systemów.

Znaczna część kosztów przemysłowych dotyczy energii, przy czym systemy zasilane elektrycznie odpowiadają za prawie 70% całego zapotrzebowania na energię. Równoważenie i planowanie obciążenia znacząco zmniejsza zużycie energii, a do zarządzania obciążeniem niezbędne są inteligentne systemy zasilania.

Urządzenia, takie jak wyłączniki kompaktowe 3VA2 firmy Siemens, mogą być wykorzystywane przy tworzeniu inteligentnych systemów zasilania zabezpieczających przed przerwami i wyłączeniami z powodu wahań napięcia.

Wyłączniki modułowe

 
Rys. 3. Rodzina zasilaczy S8VK umożliwia monitorowanie zakończenia okresu eksploatacji (EOL) wewnętrznego kondensatora

Kompaktowe wyłączniki modułowe 3VA nadają się do wielu zastosowań, w tym do monitorowania energii elektrycznej, bezpieczeństwa systemu, monitorowania zastosowania oraz określania stopnia oszczędności. Zintegrowane funkcje pomiarowe to tylko jedna z cech wyłączników 3VA. Ich dodatkową zaletą są możliwości komunikacyjne.

Serwer danych wyłącznika COM800 może łączyć się nawet z 8 wyłącznikami i przesyłać ich stan w sieci, wykorzystując różne protokoły, w tym Profinet, Profibus, Modbus TCP i Modbus RTU, w celu przekazywania informacji, takich jak określone dane wyłączenia i historia wyłączeń, minimalny i maksymalny prąd, wartości napięcia czy zapotrzebowanie mocy.

Typowy budynek biurowy obejmuje szereg obciążeń wymagających ciągłej eksploatacji, takich jak systemy wentylacyjne, sprężarki, pompy, windy czy oświetlenie. Wyłączniki serii 3VA2 odpowiedzialne za zabezpieczenie silników mogą monitorować poszczególne obciążenia oraz informować o nadmiernym zużyciu mocy. Dzięki temu możliwe jest wykrycie obciążenia szczytowego i podjęcie wówczas odpowiednich działań, takich jak zmiana sposobu zasilania lub wymiana sprzętu, który pobiera zbyt dużo energii.

 
Rys. 4. Wyłącznik 3VA2 można podłączyć do sieci za pośrednictwem serwera danych wyłącznika COM800

Do zapewnienia wysokiego poziomu dostępności usług w środowisku centrum danych konieczna jest bezproblemowa eksploatacja oraz ochrona wrażliwych systemów. Kompaktowe wyłączniki 3VA2 mogą być stosowane do pomiaru zużycia energii i zarządzania obciążeniem.

Regularnie przeprowadzane audyty energetyczne, zgodnie z prawodawstwem europejskim, wymagają dokładnego zapisu zużycia energii według systemu, podsystemu oraz poszczególnych obciążeń. Połączenie wyłączników 3VA2 z systemami wyższego poziomu, takimi jak oprogramowanie Powermanager firmy Siemens (rys. 3), umożliwia zbieranie kluczowych danych dotyczących zużycia energii, które następnie są przetwarzane w celach dokumentacyjnych i rozliczeniowych.

Podsumowanie

Powszechne stosowanie technologii sieciowych ma wpływ na konfigurację, monitorowanie i konserwację zasilaczy. Technologia NFC umożliwia szybszą i dokładniejszą konfigurację zasilaczy, szczególnie tych zainstalowanych w trudno dostępnych miejscach szaf sterowniczych. Sieć Ethernet pozwala na zdalne monitorowanie i sterowanie w czasie rzeczywistym, co wpływa na poprawę efektywności energetycznej i skrócenie czasu przestojów.

Nawet w przypadku najbardziej złożonych systemów automatyki można znaleźć szereg rozwiązań ułatwiających instalację i monitorowanie elementów zasilania z wykorzystaniem zaawansowanych funkcji, takich jak monitorowanie EOL w ramach konserwacji zapobiegawczej.

Elfa Distrelec

Zobacz również