Skip to main content

Energiaparaméterek adatgyűjtése a „Big Data” számára

Megjelent: 2015. március 02.

Beckhoff kezdo abraA középületek energiagazdálkodásának optimalizálásához rövid időközönként kell információt gyűjteni az energiafelügyeleti rendszer segítségével a víz- és villamosenergia-fogyasztásról, valamint a hőforrásokról. A németországi Aachen városi régióban (StädteRegion Aachen) Aachen váro­sának példáját követve megvalósították az „e2watch” fejlett energiafelügyeleti rendszert, amelyhez a Beckhoff Automation integrált adatgyűjtő és adatrögzítő megoldását használták fel.

 

Integrált adatnaplózás TwinCAT 3-mal ellátott beágyazott PC-vel 

Az „e2watch” energiafelügyeleti rendszer használatakor az energiafogyasztási adatokat az interneten keresztül az épület használói, valamint a nagyközönséghez tartozó érdeklődő személyek rendelkezésére bocsátják egy szabadon hozzáférhető felületen. Ez az átláthatóság érzékenyebbé teszi az épületet használó szervezeteket az energiaforrások gazdaságosabb hasznosítására. Egy belső felületen keresztül pedig az épületüzemeltetés vezetői kapnak bővebb, részletes értékeléseket, amelyekből a meghibásodások vagy a megnö­vekedett fogyasztás okai pontosan azonosíthatók és részletesen elemezhetők. Ez lehetővé teszi az adott probléma azonnali megoldását.

 

Beckhoff 1 abra

Németország-szerte potenciálisan 5000 és 10 000 közötti – egyetlen célra használt – épület található, amely alkalmas arra, hogy bevonják pl. az  e2watch rendszerhez hasonló, felhőalapú összeköttetéssel kombinált Smart Energy-koncepcióba

Az e2watch kihasználja a széles körű alkalmazási tapasztalatokat

Aachen városa a 2007-ben elkezdett korábbi projektje, az „E-View”- óta fordít kiemelt figyelmet az energiafelügyelet kérdésére. Az új „e2watch”-rendszert úgy pozicionálják, mint az E-View-t felváltó rendszert; és az utóbbival korábban gyűjtött adatok migrációja, „átköltöztetése” jelenleg is zajlik. Markus Lehmenkühler, aki Aachen energiagazdálkodási osztályán dolgozik, megjegyzi: „Energia­fel­ügyeleti koncepciónk sikerét egyértelműen mutatja a 2007 óta jelentkező, közel 600 ezer EUR értékű költségmegtakarítás.” Jelenleg kb. 200 ingatlant csatlakoztattak az energiafelügyeleti rendszerhez. Ezek között vannak iskolák, gyermekgondozási intézmények, adminisztrációs épületek, uszodák és egyéb sportlétesítmények is. Az e2watch által megvalósított energiafelügyelet az első fázisban 2015 végéig működik majd – ekkor a városi régióban levő bizonyos, kiválasztott önkormányzati ingatlanokra koncentrál annak érdekében, hogy az üzemeltetők tapasztalatokat gyűjthessenek az új technológiáról. A következő években a tervek szerint további ingatlanokat vonnak majd be a rendszerbe.
Az energiafelügyeleti rendszerbe bekapcsolt ingatlanok területén összesen 1000 mérési pontot helyeztek el, amelyek 15 perces időközönként továbbítják az adatokat. A rendszer naponta kb. 100 000 adatrekordot gyűjt össze. Minden fogyasztásmérőről kb. 200 bájtnyi adatot kap; mindez összeadva hatalmas tömegű információt jelent. Ez az adatmennyiség képezi az elemzések, hibakeresések, fogyasztási előrejelzések elkészítésének és – hosszú távon – a potenciális optimalizálási lehetőségek megtalálásának az általános alapját.
Markus Lehmenkühler, a rendszer informatikai szakértője így írja le az ilyen ener­gia­felügyeleti rendszerek sikeres megvalósításához szükséges követelményeket: „Az energiafelügyelethez szükséges nagyon rövid mérési intervallumok csak automatizált adattovábbító és adatelőkészítő folyamatok alkalmazásával érhetők el. Ez magában foglalja a fogyasztásmérők egyszerű csatlakoztatását is a kiépített M-busz protokollon keresztül, az energiaadatok helyszíni, decentralizált pufferelését és az adatok megbízható továbbítását a regio iT[1]-hez.

 

Beckhoff 2 abra

A felhőben tárolt energiaadatok kényelmesen elemezhetők az e2watch felügyeleti rendszerrel

Beágyazott PC-vel működő, decentralizált adatnaplózó rendszer a BDM-csatlakozáshoz

Az adatok gyűjtése, tárolása és továbbítása az érintett ingatlanokban elhelyezett de­centralizált adatgyűjtő és adatrögzítő rendszerek segítségével történik. Ezeket a Beckhoff szállította egy integrált megoldás részeként, jelentősen csökkentve ezzel a helyszíni telepítések költségeit. Az egyes adatgyűjtő és adatrögzítő berendezések központi elemét egy TwinCAT 3 automatizálási szoftvert futtató, beágyazott PC képezi. Egy KL6781 M-bus mastert használnak a fogyasztásmérők könnyű integrálására a vezérléstechnikai rendszerbe. Ezenkívül az adatgyűjtő/adatrögzítő berendezés egyszerűen csatlakoztatható és üzembe helyezhető az e2watch-portálon keresztül anélkül, hogy speciális TwinCAT-ismeretekre lenne szükség. Ez azt jelenti, hogy ennek a feladatnak az elvégzéséhez programozási munkára nincs szükség.
Az adatnaplózó egység a helyszínen összegyűjti a szükséges adatokat, betölti azokat egy helyi pufferbe, és szabadon megadható időpontokban szinkronizálja az információkat a regio iT-nél levő e2watch-rendszerrel. Konkrét meghibásodások diagnosztizálásakor lehetőség van az adatátvitel közvetlen elindítására is. Markus Lehmenkühler megjegyzi: „Az adatokat az adatgyűjtő a regio iT-hez továbbítja, ahol azokat előkészítik/feldolgozzák, és egy Big Data-adatkezelő rendszerben (Big Data Management – BDM) tárolják; ezek az adatok képezik az e2watch energiafelügyeleti rendszer alapját.”
Az adatok BDM-hez továbbítására az integrált adatvédelemmel rendelkező, standard OPC UA (egységes architektúra) protokollt használják. A vezérlő – OPC UA-kliensként – az információkat egy Microsoft SQL-adatbázison keresztül küldi el a regio iT Big Data-adatkezelő rendszerébe további elemzés céljából. A kliensoldalon, azaz az adatgyűjtő eszköz beágyazott PC-jén egy TwinCAT 3 PLC-t használnak logikai vezérlőként egy nyílt szabványú PLC OPC UA-klienssel (az adatátvitelhez) és egy adatbázis szerverrel (amely helyi pufferként működik) együtt. A TwinCAT 3 egy OPC UA-szerveren fut a regio iT szerver oldalán.

 

Beckhoff 3 abra

A németországi Aachenben használt adatnaplózó eszköz magassága és szélessége kb. 40 cm, kis helyigényű, és integrált megoldásként minimális erőfeszítéssel telepíthető

Hatékonyság, adatbiztonság, rugalmasság

Markus Lehmenkühler szerint a PC-alapú adatgyűjtés és adatrögzítés számos gyakorlati előnnyel jár: „Először is profitálunk abból, hogy a teljes rendszert egyetlen szállítótól szerezzük be. Ez megkönnyíti a telepítést, kiküszöböli a vezetékszerelési többletmunkát, és minimalizálja a hibák előfordulásának gyakoriságát. Másodszor, a Beckhoff által szállított PC-alapú vezérléstechnikai rendszer az iparban már bizonyított, nagy teljesítményű, adaptálható és szabadon programozható. A TwinCAT 3-nak köszönhetően az alkalmazás fejlesztése során az objektumorientált programozásból is előnyünk származott. Ez igaz az M-bus-protokoll telepítésére, és a különböző, de egymáshoz nagyon hasonló fogyasztásmérő-változatokra is, mivel a hasonlóságok nagyon hatékonyan leképezhetők az objektumorientált programozás gyakorlati módszereivel.”
Ezenkívül ugyanilyen fontos az adatbiztonság is. Az OPC UA az IEC 62541 szerint szabványosított lehetőséget kínál a biztonságos adatátvitelre. A csatlakozáshoz csak egy NAT[2]- és/vagy SPI[3]-tűzfallal ellátott routerre van szükség; az alkalmazott hálózati adatátviteli technológia (DSL, ISDN, analóg) irreleváns. Nincs szükség további VPN-csatlakozásokra, ezért nincs további hardverköltség, és nincsenek egyéb adminisztrációs feladatok sem. Markus Lehmenkühler további előnynek tekinti a PC-alapú adatgyűjtés és adatrögzítés nagy rugalmasságát is: „Az M-buszt használó eredeti adatgyűjtő és adatrögzítő eszközök sokkal szerényebb lehetőségeket kínáltak a távoli karbantartásra, és eléggé rugalmatlanok voltak. Ha azonban a rendszermigrációval összefüggésben szükséges, a TwinCAT használatával még csökkentett funkcionalitásuk is leképezhető és gazdagítható olyan hozzáadott értékekkel, amelyekre igény van.” Csaknem bármilyen kívánt mérési intervallum tárolható helyileg a beágyazott PC segítségével. A tesztek során több, mint 100 ezer, egyenként 40 mérési pontból álló mérési ciklust tároltak probléma nélkül. Markus Lehmenkühler véleménye szerint az ilyen nagy teljesítményű puffer különösen fontos, mert garantálja, hogy egyetlen mérési érték se vesszen el, még ha megszakad is a kapcsolat a mérési pont és a BDM között.

 

 


[1] A regio iT GmbH egy informatikai szolgáltató cég.

[2] Network Address Translation (hálózati címfordítás): olyan adathálózati funkció, amely által egy helyi hálózat gépei anélkül kommunikálhatnak tetszőleges protokollokon keresztül külső gépekkel, hogy saját nyilvános IP-címmel rendelkeznének. ‑ A szerk. megj.

[3] Stateful Packet Inspection a csomagok tartalmi vizsgálatán alapuló tűzfal- (firewall-) -funkció, amely a rajta átfutó IP-csomagok címrészét megvizsgálva és egy szűrőalgoritmussal minősítve dönti el, hogy pl. mely csomagokat milyen portokra enged tovább. – A szerk. megj.

 


BECKHOFF Automation Kft.
1097 Budapest, Gubacsi út 6.
Tel.: + 36 1 501 9940
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.beckhoff.hu

Még több BECKHOFF

 

Címkék: TwinCAT