내장 PC 및 전력 측정 단말기가 목재소의 유연한 에너지 데이터 수집을 제공한다

Application story

내장 PC 및 전력 측정 단말기가 목재소의 유연한 에너지 데이터 수집을 제공한다

데이터 투명성은 에너지 관리 및

소비의 최적화와 관련

beckoff

목재 생산은 상당한 에너지를 필요로 함에도 불구하고, 독일의 Hozwerke Weinzierl는 소비하는 것보다 더 많은 전기를 생산한다.

에너지 관리 시스템은 예를 들어, 통나무가 공장으로 들어가는 구역처럼 모든 가공 시스템의 에너지 소비 값을 수집해서 분석한다.

목재의 건조 및 가공은 많은 에너지를 필요로 하는 과정이다. 그렇기는 하지만 독일의 Holzwerke Weinzierl GmbH는 소비하는 것보다 더 많은 전력을 생산하려고 하고 있다. 이것을 달성하기 위한 기반은 지속적으로 에너지 사용을 최적화하면서 공장의 에너지 사용을 투명하게 하기 위해서 Beckhoff의 전력 측정 I/O 단말기 및 내장 PC를 사용하는 현대적 에너지 관리 시스템이다.

필스호펜의 바이에른 마을에 22 헥타르(54 에이크)의 부지에 위치한 Holzwerke Weinzierl GmbH는 매년 대략 600,000 입방미터의 둥근 통나무와 150,000 미터톤의 목재 펠릿을 생산하고 있다. 회사의 가장 중요한 에너지 전달 매체는 전기이다. 이 전기는 자체 고압 설비에 의해 공급되는 7개의 변전소를 통해 배분된다. 연간 전력 소비량은 대략 3천만 킬로와트시에 달하며, 목재 생산, 펠릿 공장 및 36개의 건조 가마에 각각 약 1/3씩 분배된다. 그러나 3개의 태양 전지판 세트를 사용하고 4개의 결합 바이오매스 전력과 열 발생 시스템에서 나무껍질을 태움으로써, Weinzierl는 3천5백만 킬로와트시의 녹색 전기를 매년 생산한다. 이는 회사가 약 5백만 킬로와트시의 전기를 공공 기관에 팔 수 있게 해준다. “우리 사업은 3가지 제품 라인에 기반합니다. 그것은 목재, 펠릿 그리고 재생 자원인 목재로부터 발생된 에너지입니다”라고 Weinzierl에서 전기공학 분야의 책임자인 Josef Brauneis는 회사의 운영방식에 대해 설명한다.

광범위한 에너지 관리 및 데이터 수집 요구사항에 응답하기

경제적인 이유뿐만 아니라 생태학적 이유로, Weinzierl는 2011년에 DIN 50001 표준에 따라 에너지 관리 시스템(EMS)을 구현하기로 결정했다. 왜냐하면 종합적인 에너지 데이터 수집 시스템만이 최적화를 위한 모든 가능성을 활용하고 연간 전력 잉여를 최대화하기 위해 필요한 투명성을 제공할 수 있었기 때문이었다. 우선, 7개의 변전소와 저전압 배전판을 포함해서, 전체 전력 공급 시스템이 연결되었다. 시간이 지남에 따라, 모든 에너지 데이터 및 생산성과 지표가 결국 시스템에 유입될 때까지, 최종 사용자가 즉 대략 40개의 큰 드라이브가 추가될 것이다.

알맞은 에너지 관리 소프트웨어의 선택은 쉽지가 않았다라고 Josef Brauneis는 말한다. “당시 사용할 수 있는 시스템은 우리가 찾고 있는 기능, 유연성이나 가격대비 성능을 제공하지 못했습니다. 비록 시장이 그사이에 개선되었지만, 대부분의 시스템은 제한된 인터페이스로 순수 데이터 수집을 용이하게 하거나 또는 당신은 강력한 빌딩 제어 시스템을 설치해야 합니다. 그것이 우리에게 이미 익숙한 아주 유연한 Zenon 시각화 시스템을 선택한 이유입니다. 이것은 매우 좋은 디스플레이, 보관 및 보고 기능을 제공합니다.”

가까운 미래에, Weinzierl는 생산 성능 지표에 이어서 더 큰 기계의 에너지 소비 데이터를 에너지 관리 시스템에 통합하기를 원한다.

Holzwerke Weinzierl 의 전기공학 책임자인 Josef Brauneis는 시설의 전력 소비 화면을 설명한다

내장 PC 및 EtherCAT 단말기가 최고의 솔루션을 제공하다

“Beckhoff의 폭넓은 제품 영역은 광범위한 프로세스 인터페이스 요구사항을 처리하는데 가장 적합했습니다”라고 Brauneis는 말한다. “구현 이후, 내장 PC 및 EtherCAT 단말기로 구성된 시스템은 확실히 실제 사용에서 그 능력을 입증했습니다. 예를 들어, 우리는 시각화 소프트웨어 에디터를 통해서 TwinCAT PLC 프로젝트를 쉽게 임포트할 수 있었습니다. 생산과 EMS 네트워크 사이의 중요한 분리에도 똑같이 적용됩니다. 이더넷 LAN 어댑터와 TwinCAT PLC 라이브러리의 적절한 기능 블록으로, 우리는 EMS와 목재 가공 기계의 S5 및 S7 제어기 간에 필요한 데이터 일관성을 쉽게 구현할 수 있었습니다.”

오늘날, EMS는 출력, 전력, 전압 및 역률에 관하여 약 400개의 측정값에 대한 대략 200개의 측정 포인트로 구성된다. 중기적으로 볼 때, 즉 더 큰 단일 드라이브를 통합하고 난 후, 대략 500개가 생길 것이다. 마지막 단계에서, 주요한 생산 성능 지표뿐만 아니라 열 출력, 압축 공기 소비량 및 디젤 연료 소비량이 포함될 때, 시스템은 대략 1,000개의 측정 포인트를 포함한다. 에너지 데이터 수집 시스템의 핵심은 각 변전소가 1 대의 CX5010 내장 PC로 구성된다는 것이다. 내장 PC는 광섬유 케이블과 이더넷을 통해 네트워크화되고, 1.1-GHz Intel Atom 프로세서를 갖추고 있어서 충분한 컴퓨팅 능력을 제공한다. 에너지 데이터를 수집하기 위해서, 45 x EtherCAT EL3403 및 30 x EL1014 디지털 4-채널 단말기가 다양한 카운터의 펄스를 모우는 데 현재 사용된다. 그 단말기들은 신호 시스템 및 많은 아날로그 I/O 단말기에서 방출하는 신호를 위해 20개의 추가 디지털 입력 단말기에 의해 보완된다.

Brauneis는 특히 Beckhoff 제어 시스템의 개방형 소형 디자인을 높이 평가한다. “우리의 시스템은 수년 동안 성장해 왔습니다. 그것이 우리의 시스템들이 서로 상당히 다른 이유입니다. 예를 들어, 1998년의 오래된 빌딩에서, 우리는 과거에는 에너지 데이터를 전혀 수집하지 않았으나, 반면 2006년에 시작해서 우리가 추가한 더 새로워진 시스템은 옆의 보일러 제어기에 펄스 신호의 형태로 된 에너지 데이터를 전송한다. 따라서 우리는 EL3404 전력 측정 단말기와 함께 새로운 전력 데이터 수집 시스템을 건설하고, 기존 정보를 사용하기 위해 역률계의 S0 인터페이스를 위한 EL1014 디지털 I/O 단말기를 설치하였습니다. 생산 제어기와 시각화 소프트웨어의 쉬운 통합처럼, 이 접근법은 Beckhoff의 개방형 시스템의 큰 장점을 보여줍니다. 또한, 개방형 시스템은 사용 공간이 아주 작은 어플리케이션에서 에너지 측정 시스템을 장착할 때 특히 유리한 소형 디자인을 특징으로 합니다.”

소형 크기가 중요하다면, EL3403 3-상 전력 측정 단말기는 다른 장점을 제공한다. 각 상은 개별적으로 분석될 수 있고, 개별 변환기 비율은 또한 PLC에서 개별적으로 계산될 수 있기 때문에, 사용자는 단일 드라이브의 3상 대신에 단상 모드로 3개의 비동기식 모터를 측정할 수 있다. 그러면 3-상 성능 값은 목재소에서 요구되는 역률 및 사이클 타임에 충분한 정확성으로 쉽게 계산 될 수 있다. 이 접근법은 단말기를 덜 필요로 하며, 좁은 제어 캐비닛에서 공간을 상당히 절약한다. 추가 단말기 및 변환기가 스스로 추가 전력을 소비하기 때문에, 이것은 또한 에너지 절약에 기여한다.

웹 기반 시각화 시스템은 빠른 개요 및 진단기능을 제공한다.

더 나은 데이터 수집을 통한 최적화된 에너지 효율

에너지 관리 시스템의 주요 이점은 전체 목재소의 에너지 소비를 투명하게 만든다는 것이다. 각각 12 x 3-킬로와트 드라이브를 가진 36개의 건조 가마의 전력 소비가 엄격하게 통제되면서, 컨베이어 건조기와 보일러를 갖춘 펠릿 시스템뿐만 아니라 모든 분류 및 목재 라운딩 시스템도 또한 현재 통합되었다.

“우리는 라인 오퍼레이터를 지원하기 위해서 컬러-코드화 시스템과 같은 것을 추가했습니다. 예를 들어, 빨강 신호는 더러운 광센서를 청소하거나 어떤 다른 보수작업을 함으로써 시스템의 전력 소비를 줄여야 함을 의미합니다. 다른 색깔은 각각의 보일러가 상당히 많은 160 킬로와트를 소비하기 때문에 약간 지연되어 보일러의 배연 팬이 켜짐을 의미합니다. 이와 같은 조치를 취함으로써, 다른 라인 및 2개 이상의 건조 가마를 추가했음에도 불구하고 우리는 약 150 킬로와트까지 지속적으로 전력 소비를 줄일 수 있었으며, 최대 사용량을 일정하게 유지할 수 있었습니다.

개선을 위한 많은 아이디어는 예상치 못한 피크 사용량과 같은 요소에 관한 모든 정보를 수신한 결과로 발생했습니다. 예를 들어, 우리의 생산 건물은 전원차단 장치가 추가된 큰 배기 시스템을 갖추고 있어서, 우리는 특정 지역에 있는 에너지 집약적인 환기 시스템을 사용하지 않을 경우 끌 수 있습니다. 또한, EMS는 우리가 개별 코스트 센터 및 제품 배치의 에너지 소비를 분석할 수 있도록 해줍니다”라고 Josef Brauneis는 말한다.

www.holzwerk-weinzierl.de

www.beckhoff.com/meaurement

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 내장 PC 및 전력 측정 단말기가 목재소의 유연한 에너지 데이터 수집을 제공한다