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EMS协助掌握厂房大数据
IT与OT结合

【作者: 葉奕緯】2018年07月19日 星期四

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生产制造,需在符合标准规范的厂房设施下进行,其中的学问包括对厂房结构、设施、设备方面的掌握,除了要达到环境、空气、水质等基本要求外,还得掌握工厂能耗最大的用电情况,因此需要仰赖能源管理系统(energy management system;EMS)的配置。


能源管理系统,是将电力配送系统结合资通讯科技(ICT),协助企业即时监控各种环境之电器设备,搜集能源使用数据,让企业掌握整体情况,才能着手改善。


EMS不仅针对用电进行资料收集与分析,其他包括燃气、水等能源也能一并掌握,并区分成建筑能源管理(building energy management system;BEMS)与居家能源管理(home energy management system;HEMS)两大应用。


目前建筑用电有高达4成耗能使用在空调系统,因此EMS应用主要提供空调设备排程、远端电源控制与室温控制等面向,透过系统控制建筑温度与空调用电。


如透过挂载式感测器,能够即时监控马达以及压缩机的运转情况, 当出现温度、电流、震动等异常时,就能及时通知中央控制系统,立即改善,减少设备异常造成的损害。


研华远端监控软体WebAccess采集能源资料


图1 : 研华推出远端监控软体WebAccess,为基於浏览器监控暨资料采集(SCADA)的软体。(source:研华科技)
图1 : 研华推出远端监控软体WebAccess,为基於浏览器监控暨资料采集(SCADA)的软体。(source:研华科技)

以研华的EMS能源管理系统解决方案为例,它是一套针对能源管理已事先配置好软体与硬体的方案就绪平台(Solution Ready Platform),其包含了基於浏览器的远端监控软体WebAccess 8.2版本、伺服器等级的硬体平台HPC-7242与工业通讯闸道器ECU-1152。


WebAccess是一套基於浏览器的监控暨资料采集(SCADA)软体,安装相当简便,其提供的图形化仪表板,能将所有能源资讯整合在单一画面,而且因为使用的是HTML5技术,所以也能透过各种浏览器来访问系统。


管理人员除了能透过中控室的电脑掌握两楝厂办的用电情况之外,也能使用手机或平板电脑随时随地监看。WebAccess还会将用电资料自动汇入Excel档并生成报表,而在用电异常时亦会主动发送警讯通知相关人员。


而负责将RS-485讯号转成Ethernet讯号的工业通讯闸道器ECU-1152则是串连底层设备与上层系统的最隹桥梁。这款高效能的无线通讯产品提供了断线续传功能,因此能在网路断讯时先将撷取资料暂存在记忆体内,待网路复原後再将资料传送给上层的HPC-7242,藉此保障了资料的正确性与完整性。


另外,可量测数十种电力叁数的WISE-M502是一款多??路智能电表,由於采用的是导轨式安装,因此可以直接挂在配电盘内,方便使用者安装与维护。而且WISE-M502是以夹式比流器(CT)来进行电力监测,其可在无需断电的情况下进行安装或更换,因此不会发生因为换电表而工厂必须停工或办公大楼得停止供电的问题。


厂务环境监控

透过物联网技术,可以针对工厂粉尘、天然气、二氧化碳、水及其他有害物质进行安全监控,优化工厂运作状况并确保工厂环境品质。


研华透过智慧设备与资讯整合,助力智慧制造进一步发展,以整合的自动化系统与云端创新技术迈向工业4.0。研华将实践分为三个阶段,第一阶段是针对设备领域,做到全面的设备感测与联网,第二阶段是做设备数据与生产讯息的整合及资讯分析,以提供第三阶段智能设备与大数据分析所形成的智能服务。



图2 : 厂房示意图。(source:visitors.main.jp)
图2 : 厂房示意图。(source:visitors.main.jp)

既然能源管理系统必须有计划地分阶段导入,企业决策者在选择能源管理解决方案时就必须审慎评估,因为方案是否具有易用性、开放性、整合性等特色都将影响系统要花多久时间才能完成建置、导入後又能否达到预期效果、以及日後能否顺利扩充等,都是决策者必须慎重考虑的问题。


泓格IoTstar远端管理I/O模组与感测器

谈论工业4.0,必然会提到物联网以及大数据的应用,而设备与感测器(Sensor)的远端管理、双向互动及感测器资料的即时撷取、储存、分析等功能,已成为大数据能否成功的关键性因素。


泓格科技研发的IoTstar物联网云端管理软体,除可提供对泓格科技WISE/PMC物联网控制器、I/O模组与感测器的远端监控管理、设定调整及韧体更新外,也能对I/O模组与感测器记录资料的远端资讯汇整服务,透过云端化实现大数据应用。



图3 : 泓格IoTstar可透过云平台,对各个物联网控制器进行远端监控、维护、韧体更新及资料汇整工作。(source:泓格科技)
图3 : 泓格IoTstar可透过云平台,对各个物联网控制器进行远端监控、维护、韧体更新及资料汇整工作。(source:泓格科技)

IoTstar除可安装於一般PC平台的私有云系统,亦能安装於公有云平台(如:Microsoft Azure、Amazon AWS等),以进行对物联网控制器的远端监控维护,并可将前端控制器所收集的感测器及I/O模组资料,汇入远端云平台的资料库系统,以提供监控系统云端化的资讯查询及检视功能。


透过IoTstar,使用者仅需完成系统与资料库叁数设定,即可透过云平台对各个物联网控制器进行远端监控、维护、韧体更新及资料汇整工作,且透过标准资料库介面,可快速与众多云端平台的服务或资料分析工具进行整合,协助使用者快速建置大数据应用,降低使用者在建置云端系统的时间。


人机介面日趋重要

智慧机械的人机介面(HMI),过去只单纯作为人与机械的沟通媒介,不过随着制造系统渐趋智慧化,机械不但仍须与操作者沟通,还需与周边机械设备、上层系统等软硬体联接,尤其是在工业物联网的体系下,单纯的资讯显示与功能操作已不敷使用,未来的HMI必须负责监控系统设备的所有状态。


在节能概念中,HMI将记录电压、电流、功率、频率等数据;在设备自我诊断功能中,HMI则可储存设备的各种数值,例如透过马达的震动纪录,判断其老化程度,在故障发生前即可维修或替换,让制造设备更具智慧化。



图4 : 在智能化厂房中,作业员透过仪表板得知产线情况。(摄影/叶奕纬)
图4 : 在智能化厂房中,作业员透过仪表板得知产线情况。(摄影/叶奕纬)

由於IT与OT系统的整合,所有设备的用电资讯都必须可由工业网路系统获得,从而优化能源使用量与工业制程。


对於厂房的用电策略,工厂在建构厂房的电力系统时,必须注意三个部分,包括电力稳定性、电力成本、资产管理,稳定供应高品质的电力,将可确保制程良率与操作者的人身安全。


EcoStruxure物联网架构与平台

在施耐德的EcoStruxure架构中,已有提供用智能配电/控制架构,透过相关设计,管理者可有效管理厂内设备的用电资讯,用以调整行为,让制程效能与成本运用同时达到最隹化。


EcoStruxure为住宅、建物、资料中心、基础架构与产业提供的物联网架构与平台,具备随??即用和开放互通等特性。此外,EcoStruxure在电力、IT、建物、机器、工厂和电网等6大专业领域的各个层面提供创新科技,无论是连网产品、边缘控制,还是应用程式、分析与服务,都能为客户带来更高的安全性、可靠性、营运效率、永续性和连线能力。



图5 : EcoStruxure是一套连网工具组,协助客户即时回应无数物联网来源装置的资料。(source: leblogdomotique)
图5 : EcoStruxure是一套连网工具组,协助客户即时回应无数物联网来源装置的资料。(source: leblogdomotique)

有监於能源领域正走向分散式、无碳化、数位化和用电量攀升,EcoStruxure是为了因应电力产业模式转型而开发的产品,利用物联网、行动装置、感测、云端、分析和网际安全方面的先进技术,推出一套适用於电力管理业者的连网工具组,协助客户即时回应无数物联网来源装置的资料,进而提升作业和能源效率,顺利实现营运转型,与未来无缝接轨。


目前制造业的IT与OT系统都已臻完善,不过两套系统都有其专业,而未来IT与OT系统的整并势在必行,两边的负责人员能否无障碍的密切沟通,将决定未来厂务电力策略的落实程度。


**刊头图:透过物联网,掌握云端可视化数据。(摄影/叶奕纬)


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