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人們在能源消耗的數(shù)據(jù)自動記錄方面也取得了不錯的進展。NA140解決了如下問題：（1）過程信息管理系統(tǒng)（PIMS）；（2）基于數(shù)據(jù)的單個機組評估；（3）更多評估系統(tǒng)的銜接問題。例如，通過監(jiān)測傳熱系數(shù)來確定換熱器的結垢情況。能耗技術管理層（簡稱tEnMS）為人們提供了更多的可擴展空間，尤其是能源管理配置文件（Pro?energyforPro?net）。該能源管理配置文件規(guī)定了IO設備節(jié)能的方法。因此，IO設備要具有標準化的能源接口，通過這些接口，可向人們提供來自集成能源測量點的測量值，如圖1所示。此外，也要考慮到用電設施的能源消耗。例如，穩(wěn)定能耗以避免出現(xiàn)峰值負荷，在有計劃的停車期間（例如在夜間或周末）有針對性地關停和開啟用電設施以節(jié)約能源。然而，許多工藝系統(tǒng)連續(xù)運行數(shù)月甚至數(shù)年而不間斷，通常原因是自身無法關閉，對于那些屬于基礎設施技術的電器，例如風扇、發(fā)熱裝置或冷凍裝置來說，情況就不同了，這些設備目前已經(jīng)可以在有限的時間內(nèi)關停以穩(wěn)定負載。一個典型的tEnMS可以位于EMS（制造執(zhí)行系統(tǒng)層）的自動化層級中，這里是能源數(shù)據(jù)存儲、評估和顯示的地方。但是，tEnMS還需要EMS（制造執(zhí)行系統(tǒng)層）以下的系統(tǒng)層。在這里，測量設備記錄了能源數(shù)據(jù)。能源數(shù)據(jù)的預處理、縮放和提供是通過PLC進行的，能源數(shù)據(jù)通過工業(yè)通信系統(tǒng)進行傳輸，如圖2所示。

能源管理方案

原則上，可以建立一個單獨的或集成的能源管理層。單獨的能源管理層可以單據(jù)記錄能源數(shù)據(jù)，而不會干擾自動化解決方案的現(xiàn)有層結構。然而，這需要建立和運行一個單獨的基礎設施層。相比之下，集成的能源管理層具有更多的選擇空間，尤其是可以使用現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)的基礎設施層。Profinet的Profienergy能源管理配置文件就是一個集成能源管理層的案例，盡管只有電量——這一個變量被定義為能源管理配置方案的能源測量值，但支持Profienergy的設備制造商可以通過Profienergy，將任何自定義的能源數(shù)據(jù)作為所需要的變量，這使得測量非電量成為可能，例如壓力或溫度。通過Profienergy能源管理配置方案進行的通信，是在非循環(huán)通信的框架內(nèi)基于命令的實現(xiàn)。命令由Profinet控制器（通常是PLC）向設備發(fā)出的請求和從設備返回到控制器的響應組成。到目前為止，已經(jīng)為能源管理配置方案制定了以下4點命令：1.在不到1h的有計劃的短期停車期間（如生產(chǎn)中斷）。在這種情況下，節(jié)能措施應該只影響重啟時間短的用電設施，以免影響工廠的連續(xù)生產(chǎn)。2.計劃的停機時間長達數(shù)小時或數(shù)天（如夜間或周末）。這種情況下，節(jié)能措施也會影響起動時間較長的用電設施。3.在不可預見的停車情況下節(jié)能（如由于上游或下游系統(tǒng)的故障引起的停車）。由于該種停車的持續(xù)時間未知，因此首先進入上述第1點。如果停車會持續(xù)更長時間，則可切換上述至第2點。4.測量能耗。在這里，測量的能源值由具有Profienergy功能的設備記錄，并以統(tǒng)一的形式提供給用戶。此功能對流程工業(yè)意義重大。如何獲取能源數(shù)據(jù)在現(xiàn)有技術的基礎上，我們已經(jīng)可以從智能現(xiàn)場設備中獲取能源數(shù)據(jù)，而未來使用以太網(wǎng)APL也將成為可能。變送器提供的測量值也與能源管理有關。然而，現(xiàn)場大量變送器的測量數(shù)據(jù)，需要大量的人工干預。如果現(xiàn)場設備配備了符合PE實體類型2的能源管理配置方案Profienergy，情況就完全不同了。配置方案中包含GSD文件，GSD是現(xiàn)場設備的描述文件。GSD包含有關設備提供哪些能源測量信息。這意味著自動化系統(tǒng)知道哪些測量傳感器正在提供哪些能源數(shù)據(jù)，并清晰記錄這些數(shù)據(jù)以何種格式，通過Profienergy送達到PLC中。可對PLC執(zhí)行OPCUA服務器的自動代碼生成和自動配置，在充分了解工程整體結構的前提下，可以自動在平衡組中分配測量點。因此，通過Profienergy采集能源數(shù)據(jù)需要以下工作步驟：1.通過設備的GSD文件，自動識別可以提供能源數(shù)據(jù)的設備，并將能源數(shù)據(jù)導入到工程工具中。2.為了PLC自動生成程序代碼，從傳感器收集能源數(shù)據(jù)，并使其在PLC中的OPCUA服務器中可用。3.在PLC中自動配置OPCUA服務器。因為工程工具具有有關自動化系統(tǒng)的結構信息，因此可以在tEnMS中自動生成平衡組態(tài)。由于能源數(shù)據(jù)是通過能源管理配置文件以標準化格式提供的，因此可以對軟件進行自動配置，以便在更高層級系統(tǒng)中進一步處理數(shù)據(jù)。如果現(xiàn)場設備具有一個集成的OPCUA服務器，能源數(shù)據(jù)也可以通過這種方式記錄。數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關提供給制造執(zhí)行系統(tǒng)層，如果有必要，還可以使用NOA數(shù)據(jù)二極管。通過瀏覽OPCUA地址空間，可以識別所有提供能源數(shù)據(jù)的變送器。但是，目前還沒有針對通過OPC-UA進行通信的變送器的標準化能源配置文件。因此，為了能夠通過tEnMS瀏覽現(xiàn)場設備，首先需要手動配置NOA數(shù)據(jù)二極管以獲取能源數(shù)據(jù)。

結語

這3種解決方案都有各自的優(yōu)缺點。手動解決方案需要做的工作最多，但目前已經(jīng)可以基于現(xiàn)有技術應用（例如通過ProfibusPA或Hart）。OPCUA可以直接訪問能源數(shù)據(jù)，而無需與控制器或PLC通信。然而，在這種情況下，能源數(shù)據(jù)在PLC中是不可以導出而實現(xiàn)直接的開關操作的。此外，額外的OPCUA堆棧的現(xiàn)場設備資源需求將高于Pro?energy配置文件。使用Profienergy的好處是，能源數(shù)據(jù)是以標準化格式提供的，這使得能源數(shù)據(jù)的自動代碼生成和自動結構化成為可能。因此，具有集成Profienergy配置文件的現(xiàn)場設備為輕松實施技術能源管理系統(tǒng)提供了良好的基礎。集成解決方案開辟了更多的可能性，特別是在那些現(xiàn)有的使用自動化系統(tǒng)的基礎設施中。

作者：Karl-Heinz Niemann Andreas Würger