Consumo de Energía Industrial: menores emisiones de carbono mediante supervisión y control

Introducción

El cambio climático es uno de los fenómenos globales y sistémicos más graves que nuestras sociedades modernas hayan tenido que afrontar jamás. Nos afecta a todos. Por ejemplo, las autoridades públicas francesas están comprometidas con los objetivos oficiales de reducir un 40% las emisiones de carbono en Francia para el año 2030 y lograr la neutralidad de carbono para 2050. En resumen, existe una necesidad global de convertir rápidamente las soluciones bajas en carbono, que todavía se encuentran en la fase pionera, en opciones estándar.

Entonces, ¿qué puede hacer un integrador de software y sistemas, especializado en procesos y edificios industriales, para ayudar a la industria a gestionar el uso de energía? ¿Cómo pueden los sistemas de control-comando limitar las emisiones de carbono? En el ámbito industrial, y más concretamente en centros y edificios industriales, se pueden centralizar, controlar y optimizar varias funciones para gestionar la energía y reducir la huella de carbono.

Supervisión y Control Energético de Edificios

Respecto a la supervisión y control energético de polígonos industriales, ¿qué se puede esperar del software encargado de la supervisión y control de los edificios? Para preparar el escenario, el siguiente boceto resalta algunas partes de un sitio industrial o área de especial interés. A continuación se detallan las soluciones, incluidas en la solución SYclone X Low Carbon, para generar una imagen general del flujo de energía y emisiones y abordar el consumo de energía.

1. Calidad del aire y aire acondicionado

• Gestión de temperatura en oficinas basada en calendario y meteorología

• Adquisición de datos de contaminación atmosférica.

2. Centro de datos

• Análisis del consumo de energía.

• Sistema de gestión de temperatura.

3. Supervisión, control y adquisición de datos (SCADA)

• Gestión de servicios públicos: luces, calentadores/refrigeradores, generadores de vapor.

• Centralización de datos en la nube

• Edición de escenarios y secuencias.

• Sistema de soporte de decisiones

• Arquitectura abierta

4. Sensores de Internet de las cosas (IoT)

Adquisición de datos, p.e. para el consumo de energía, el ruido, la calidad del aire, el espacio libre en el aparcamiento centrándonos en el software en sí, el requisito mínimo del Control de Supervisión y Adquisición de Datos (SCADA) es que las instalaciones estén controladas y comandadas. El objetivo es encender o apagar las luces, la calefacción o los generadores.

La capacidad de interactuar con una gran cantidad de protocolos es una característica crucial. EES-Clemessy tomó la decisión de construir el software Syclone en torno a la arquitectura unificada OPC (OPC UA), un protocolo de comunicación de máquina a máquina para la automatización industrial desarrollado por la Fundación OPC. OPC-UA es ideal para interconectar equipos modernos, pero también es ideal para desarrollar controladores específicos para comunicarse con otros protocolos que se encuentran en la industria.

Mirando un poco más allá, el operador debe poder editar fácilmente las secuencias que controlan sus instalaciones, que es exactamente lo que los secuenciadores Clemessy son capaces de ofrecer.

Hoy en día, varios clientes aceptan voluntariamente implementar el Internet de las cosas (IoT) para adquirir los datos directamente e incluso accionar algunas instalaciones. Este es un cambio importante para los años venideros. A veces, el controlador lógico programable (PLC) incluso se puede evitar e integrar las funciones en el IOT o en el servidor de software.

Por último, aunque algunas de estas funciones de secuencias automáticas enumeradas anteriormente pueden suponer un ahorro de energía, el módulo de gestión de energía es la pieza clave:

5. Gestión energética

• Seguimiento del consumo

• Visor histórico

• Trazador de estadísticas y curvas.

• Gestión de contratos según condiciones del proveedor:

  • potencia máxima autorizada, días de penalización

  • calibre mínimo/máximo

  • promedio por periodo

• Alerta/alarma en teléfono móvil

• Predicción del consumo de energía.

Módulo de gestión de energía escalable

El módulo de gestión de energía es escalable en el sentido de que continuamente se añaden nuevas funciones requeridas por los clientes. Empezando por el seguimiento del consumo, siguiendo con el visor histórico, estadísticas y trazado de curvas, gestión de contratos según condiciones del proveedor, y ahora iniciando la predicción del consumo eléctrico gracias a la inteligencia artificial.

Todas las funciones están integradas en Syclone mediante el software CLEMESSY. Syclone es una caja de herramientas de software dividida en dos mundos:

• el determinista en tiempo real alojado en un controlador dedicado, y

• la supervisión, el mundo SCADA que puede alojarse en el borde o en la nube.

La supervisión de Syclone ahora está alojada exclusivamente en tecnología de servidor web. No se instala nada en la computadora portátil del cliente y no se necesita ningún hardware específico. Es sólo un simple enlace web. Se eligió esta solución para simplificar la instalación y facilitar el ciclo de mantenimiento para el usuario final. Por ejemplo, este software SCADA se implementó este verano en Hungría (durante la crisis del coronavirus) sin necesidad de viajes de negocios.

Todas las funciones de supervisión están disponibles y, además, los usuarios tienen la capacidad de controlar la energía y actuar sobre su consumo. Por último, el sistema es muy escalable: se pueden realizar demostraciones con una docena de entradas y salidas, pero la perspectiva de un proyecto puede ser de 10.000 puntos para un sitio.

En una representación de hardware, Syclone X garantiza la interfaz con el operador que sólo requiere un simple navegador web. El diseño es responsivo y se puede utilizar en una computadora portátil, un teléfono móvil o una tableta. El servidor multiplataforma está alojado en Edge y se puede administrar en una PC pequeña o incluso en una computadora portátil.

Como el software se proporciona como una solución de servicio, la aplicación suele ejecutarse en la nube. Esto puede alojarse en el centro de datos de EES-Clemessy o en el sitio del cliente. La interfaz con los procesos se realiza a través de PLC clásico, IoT y interfaces de adquisición de datos.

La originalidad de la solución es que los sistemas DAQ DewesoftDewesoft no sólo se utilizan como adquisición de datos, sino también como esclavos EtherCAT de “terceros” o vía OPC-UA.

Caso sencillo: monitorización remota de energía mediante OPC UA

Las capacidades de OPC UA se pueden ilustrar mediante un caso de uso sencillo. La oficina de Dewesoft en París equipa la red eléctrica con un sistema DAQ KryptonKRYPTON®, mientras Clemessy instala un servidor web en Mulhouse y todo está listo para la monitorización energética remota a través de OPC UA mediante Syclone Web.

En un portátil de oficina que cambia de Microsoft 365 al servidor web Syclone conectado a Dewesoft en París, basta con unos pocos clics para acceder al consumo de energía de la oficina de Dewesoft: tensión, corriente y potencia, así como aceleración o temperatura. Se puede agregar un cálculo de costo básico en un contrato de electricidad.

Los sensores y actuadores se interconectan fácilmente a través de Syclone en un navegador web.

En un caso de uso a pequeña escala, muy apreciado por el equipo de I+D de Clemessy, el objetivo era adquirir sensores y accionar actuadores para interactuar con una microfábrica hecha de Lego:

1. una microfábrica construida con Lego está equipada con sensores,

2. las entradas y salidas se interconectan a través del hardware Dewesoft, y

3. el proceso es controlado y monitoreado por una interfaz web.

Los datos de todos los sensores y actuadores están disponibles. La página web se puede visualizar en una tableta, mientras que las funciones de control-comandos se ejecutan en el servidor web.

Proyecto a gran escala – sitio de fabricación de automóviles

Estos casos a pequeña escala resaltan la simplicidad de interconectar un proceso, adquirir los datos y actuar sobre el monitoreo de energía, pero el sistema también es altamente escalable.

Se ha llevado a cabo un importante proyecto en el sector de la automoción, donde la supervisión y el control de la energía, el control de las infraestructuras y la reducción de la huella de carbono se han aplicado a un proyecto de gran envergadura en las instalaciones de uno de los 10 principales fabricantes de automóviles del mundo.

El proyecto afecta a más de 20 sitios en todo el mundo. En la fábrica principal, el sitio para supervisar y monitorear abarca más de 30 edificios que representan más de 10 000 entradas/salidas a la interfaz.

Se implementan las funciones básicas del SCADA. No existen requisitos para una configuración de hardware o software específica para el sistema SCADA. Además del software web completo, el punto clave es la implementación del módulo de consumo de energía.

El tablero incluye:

• El sinóptico: visualización y edición,

• El configurador: añadiendo un nuevo punto

• El editor de secuencias permite activar acciones automáticas en caso de sobrecarga.

• Las curvas son muy útiles para los informes energéticos.

La curva típica requerida para el monitoreo de energía en Syclone muestra la información de gestión del contrato según las condiciones del proveedor:

• la potencia máxima autorizada es la línea verde,

• plantilla de consumo de energía esperado para todo el día en rojo,

• el consumo en tiempo real está en amarillo,

• la previsión del consumo al final del día está en azul,

• la temperatura exterior es blanca, y

• los días de penalización se pueden gestionar mediante reglas, evitando, por ejemplo, poner en marcha instalaciones menos eficientes.

Conclusión

¿Cuál es la ganancia para el cliente final? ¿Cuánta energía se puede ahorrar y hasta qué punto pueden reducirse las emisiones de carbono? Aún no hay información oficial sobre los efectos a largo plazo de los sistemas instalados en este tema, pero una cosa es casi segura: cada vez que comienzas a medir un fenómeno físico, obtienes la opción de controlarlo y gestionarlo.

Syclone X Low Carbon permite centralizar varias funciones, brindando una visión general y creando la base para el control y la optimización para lograr un uso más eficiente de la energía y reducir la huella de carbono de los sitios industriales.