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EMS協助掌握廠房大數據
IT與OT結合

【作者: 葉奕緯】   2018年07月19日 星期四

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生產製造,需在符合標準規範的廠房設施下進行,其中的學問包括對廠房結構、設施、設備方面的掌握,除了要達到環境、空氣、水質等基本要求外,還得掌握工廠能耗最大的用電情況,因此需要仰賴能源管理系統(energy management system;EMS)的配置。


能源管理系統,是將電力配送系統結合資通訊科技(ICT),協助企業即時監控各種環境之電器設備,蒐集能源使用數據,讓企業掌握整體情況,才能著手改善。


EMS不僅針對用電進行資料收集與分析,其他包括燃氣、水等能源也能一併掌握,並區分成建築能源管理(building energy management system;BEMS)與居家能源管理(home energy management system;HEMS)兩大應用。


目前建築用電有高達4成耗能使用在空調系統,因此EMS應用主要提供空調設備排程、遠端電源控制與室溫控制等面向,透過系統控制建築溫度與空調用電。


如透過掛載式感測器,能夠即時監控馬達以及壓縮機的運轉情況, 當出現溫度、電流、震動等異常時,就能及時通知中央控制系統,立即改善,減少設備異常造成的損害。


研華遠端監控軟體WebAccess採集能源資料


圖1 : 研華推出遠端監控軟體WebAccess,為基於瀏覽器監控暨資料採集(SCADA)的軟體。(source:研華科技)
圖1 : 研華推出遠端監控軟體WebAccess,為基於瀏覽器監控暨資料採集(SCADA)的軟體。(source:研華科技)

以研華的EMS能源管理系統解決方案為例,它是一套針對能源管理已事先配置好軟體與硬體的方案就緒平台(Solution Ready Platform),其包含了基於瀏覽器的遠端監控軟體WebAccess 8.2版本、伺服器等級的硬體平台HPC-7242與工業通訊閘道器ECU-1152。


WebAccess是一套基於瀏覽器的監控暨資料採集(SCADA)軟體,安裝相當簡便,其提供的圖形化儀錶板,能將所有能源資訊整合在單一畫面,而且因為使用的是HTML5技術,所以也能透過各種瀏覽器來訪問系統。


管理人員除了能透過中控室的電腦掌握兩棟廠辦的用電情況之外,也能使用手機或平板電腦隨時隨地監看。WebAccess還會將用電資料自動匯入Excel檔並生成報表,而在用電異常時亦會主動發送警訊通知相關人員。


而負責將RS-485訊號轉成Ethernet訊號的工業通訊閘道器ECU-1152則是串連底層設備與上層系統的最佳橋樑。這款高效能的無線通訊產品提供了斷線續傳功能,因此能在網路斷訊時先將擷取資料暫存在記憶體內,待網路復原後再將資料傳送給上層的HPC-7242,藉此保障了資料的正確性與完整性。


另外,可量測數十種電力參數的WISE-M502是一款多迴路智能電錶,由於採用的是導軌式安裝,因此可以直接掛在配電盤內,方便使用者安裝與維護。而且WISE-M502是以夾式比流器(CT)來進行電力監測,其可在無需斷電的情況下進行安裝或更換,因此不會發生因為換電錶而工廠必須停工或辦公大樓得停止供電的問題。


廠務環境監控

透過物聯網技術,可以針對工廠粉塵、天然氣、二氧化碳、水及其他有害物質進行安全監控,優化工廠運作狀況並確保工廠環境品質。


研華透過智慧設備與資訊整合,助力智慧製造進一步發展,以整合的自動化系統與雲端創新技術邁向工業4.0。研華將實踐分為三個階段,第一階段是針對設備領域,做到全面的設備感測與聯網,第二階段是做設備數據與生產訊息的整合及資訊分析,以提供第三階段智能設備與大數據分析所形成的智能服務。



圖2 : 廠房示意圖。(source:visitors.main.jp)
圖2 : 廠房示意圖。(source:visitors.main.jp)

既然能源管理系統必須有計劃地分階段導入,企業決策者在選擇能源管理解決方案時就必須審慎評估,因為方案是否具有易用性、開放性、整合性等特色都將影響系統要花多久時間才能完成建置、導入後又能否達到預期效果、以及日後能否順利擴充等,都是決策者必須慎重考慮的問題。


泓格IoTstar遠端管理I/O模組與感測器

談論工業4.0,必然會提到物聯網以及大數據的應用,而設備與感測器(Sensor)的遠端管理、雙向互動及感測器資料的即時擷取、儲存、分析等功能,已成為大數據能否成功的關鍵性因素。


泓格科技研發的IoTstar物聯網雲端管理軟體,除可提供對泓格科技WISE/PMC物聯網控制器、I/O模組與感測器的遠端監控管理、設定調整及韌體更新外,也能對I/O模組與感測器記錄資料的遠端資訊匯整服務,透過雲端化實現大數據應用。



圖3 : 泓格IoTstar可透過雲平台,對各個物聯網控制器進行遠端監控、維護、韌體更新及資料匯整工作。(source:泓格科技)
圖3 : 泓格IoTstar可透過雲平台,對各個物聯網控制器進行遠端監控、維護、韌體更新及資料匯整工作。(source:泓格科技)

IoTstar除可安裝於一般PC平台的私有雲系統,亦能安裝於公有雲平台(如:Microsoft Azure、Amazon AWS等),以進行對物聯網控制器的遠端監控維護,並可將前端控制器所收集的感測器及I/O模組資料,匯入遠端雲平台的資料庫系統,以提供監控系統雲端化的資訊查詢及檢視功能。


透過IoTstar,使用者僅需完成系統與資料庫參數設定,即可透過雲平台對各個物聯網控制器進行遠端監控、維護、韌體更新及資料匯整工作,且透過標準資料庫介面,可快速與眾多雲端平台的服務或資料分析工具進行整合,協助使用者快速建置大數據應用,降低使用者在建置雲端系統的時間。


人機介面日趨重要

智慧機械的人機介面(HMI),過去只單純作為人與機械的溝通媒介,不過隨著製造系統漸趨智慧化,機械不但仍須與操作者溝通,還需與周邊機械設備、上層系統等軟硬體聯接,尤其是在工業物聯網的體系下,單純的資訊顯示與功能操作已不敷使用,未來的HMI必須負責監控系統設備的所有狀態。


在節能概念中,HMI將記錄電壓、電流、功率、頻率等數據;在設備自我診斷功能中,HMI則可儲存設備的各種數值,例如透過馬達的震動紀錄,判斷其老化程度,在故障發生前即可維修或替換,讓製造設備更具智慧化。



圖4 : 在智能化廠房中,作業員透過儀表板得知產線情況。(攝影/葉奕緯)
圖4 : 在智能化廠房中,作業員透過儀表板得知產線情況。(攝影/葉奕緯)

由於IT與OT系統的整合,所有設備的用電資訊都必須可由工業網路系統獲得,從而優化能源使用量與工業製程。


對於廠房的用電策略,工廠在建構廠房的電力系統時,必須注意三個部分,包括電力穩定性、電力成本、資產管理,穩定供應高品質的電力,將可確保製程良率與操作者的人身安全。


EcoStruxure物聯網架構與平台

在施耐德的EcoStruxure架構中,已有提供用智能配電/控制架構,透過相關設計,管理者可有效管理廠內設備的用電資訊,用以調整行為,讓製程效能與成本運用同時達到最佳化。


EcoStruxure為住宅、建物、資料中心、基礎架構與產業提供的物聯網架構與平台,具備隨插即用和開放互通等特性。此外,EcoStruxure在電力、IT、建物、機器、工廠和電網等6大專業領域的各個層面提供創新科技,無論是連網產品、邊緣控制,還是應用程式、分析與服務,都能為客戶帶來更高的安全性、可靠性、營運效率、永續性和連線能力。



圖5 : EcoStruxure是一套連網工具組,協助客戶即時回應無數物聯網來源裝置的資料。(source: leblogdomotique)
圖5 : EcoStruxure是一套連網工具組,協助客戶即時回應無數物聯網來源裝置的資料。(source: leblogdomotique)

有鑑於能源領域正走向分散式、無碳化、數位化和用電量攀升,EcoStruxure是為了因應電力產業模式轉型而開發的產品,利用物聯網、行動裝置、感測、雲端、分析和網際安全方面的先進技術,推出一套適用於電力管理業者的連網工具組,協助客戶即時回應無數物聯網來源裝置的資料,進而提升作業和能源效率,順利實現營運轉型,與未來無縫接軌。


目前製造業的IT與OT系統都已臻完善,不過兩套系統都有其專業,而未來IT與OT系統的整併勢在必行,兩邊的負責人員能否無障礙的密切溝通,將決定未來廠務電力策略的落實程度。


**刊頭圖:透過物聯網,掌握雲端可視化數據。(攝影/葉奕緯)


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