AEI 516 - El camino hacia la gestión energética en plantas

La eficiencia energética juega un papel fundamental en la industria. El cumplimiento de las leyes como el Real Decreto 56/2016, la creciente presión por los objetivos y la cada vez mayor concienciación en la protección del medio ambiente, con las restricciones en las emisiones de CO2 asociadas, son factores básicos para reducir los costes energéticos y utilizar un sistema de gestión de energía conforme a las directrices que marca la ISO 50001.

La gestión energética (GE) permite a una empresa determinar, mejorar y analizar de forma sistemática y continua su consumo de energía. Dentro de este proceso de optimización se han de considerar aspectos económicos, técnicos y legales. Dicho cometido se ha de integrar en el nivel de gestión y consta de medidas organizacionales y de inversión.

A la hora de abordar la eficiencia energética de nuestra planta deberemos actuar en algunos o varios de los siguientes apartados:

Eficiencia energética productos / sistemas:
Reducción de pérdidas de energía usando sistemas y tecnologías altamente eficientes (p. ej. motores de ahorro energético). Eficiencia energética significa reducir el consumo sin tener que disminuir el uso de plantas y equipos que consumen energía.

Sistema de gestión energética (SGE):
Desarrollo e integración de un sistema para recogida, análisis, documentación y visualización de datos energéticos, así como regulación y control del consumo energético en plantas y edificios.

Servicios energéticos:
Servicios para optimización a lo largo de toda la cadena de valor de producción energética, p. ej. optimización del proceso de ingeniería o gestión de carga, así como consultoría y contratación.

En el caso de los sistemas de gestión energética se configuran típicamente de tres niveles para la integración de los datos:

• Nivel de adquisición.
• Nivel de pre-procesado y monitorización.
• Nivel de gestión.

En el primer nivel, el de adquisición, existen en el mercado multitud de equipos que facilitan datos energéticos (p. ej. intensidades, tensiones, potencia…), y los comunican al nivel superior de preprocesamiento y monitorización. En este nivel cada día están tomando mayor importancia equipos de doble propósito como el Simocode Pro-V, que nos permiten el control del motor y a la vez nos brinda transparencia energética al tener disponible toda la información relevante como si de un medidor energético se tratase y que estudiaremos más en profundidad a continuación.

Simocode es un sistema de gestión de motores flexible y modular para motores con velocidades constantes en el rango de rendimiento de baja tensión. Optimiza la conexión entre la ingeniería de control y los motores, aumenta la disponibilidad de planta y mejora la puesta en marcha, operación y mantenimiento de los sistemas. Existen distintas versiones de producto, pero en este caso tendremos en cuenta la versión Simocode Pro-V con comunicación abierta a través de Profinet y OPC UA.

Cabe destacar que los dispositivos Simocode pro admiten la función de redundancia del sistema Profinet, y por tanto, pueden conectarse directamente a sistemas de alta disponibilidad con dos controladores sin necesidad de hardware adicional. Esto es especialmente importante en tareas complejas de automatización en la industria de procesos, donde el foco está en la disponibilidad y redundancia del sistema de control. Entre sus ventajas destaca:

• Disponibilidad del sistema claramente mejorada.
• Reducción de los cortes de producción, y por lo tanto, alta productividad.
• Datos operacionales, de servicio y de diagnóstico detallados.
• Diagnóstico web.

En línea con el futuro, la industria 4.0 y gracias a la comunicación abierta que ofrece Simocode Pro-V, una de las últimas funcionalidades que incorpora es la conexión con soluciones cloud de alto nivel como Siemens MindSphere, donde ya existe una aplicación desarrollada para estos equipos: Sirius Asset Monitor, que se explicará ampliamente al final de este artículo.

El siguiente nivel, el de preprocesado y monitorización, es el encargado de recopilar toda la información de los equipos de campo vía diferentes buses de comunicación y en su caso tratarla (totalizadores, contadores...) para su archivado y monitorización en sistemas HMI/SCADA. En este apartado los PLCs de la gama S7-1500 con la opción Simatic Energy Suite permiten vincular la gestión energética con la automatización e implementar la gestión de cargas activa y, en consecuencia, control de los consumos energéticos además de obtener transparencia energética en la producción y las infraestructuras.

El esfuerzo de configuración se reduce de forma notable mediante una configuración sencilla de componentes mediante librerías de dispositivos para la medición energética, así como del control de los actuadores de conmutación para la gestión de cargas.

Las siguientes propiedades caracterizan al Simatic Energy Suite:

• Integrado en la automatización.
• Transparencia energética a través de la recogida de los datos de energía.
• Configuración de consumos eléctricos y no eléctricos (p. ej. kWh, m3, kg, unidad).
• Archivo e informes básicos en los registros de datos de WinCC Professional.
• Consumo flexible a través de la gestión de carga.
• Gestión de carga basada en prioridades para los consumidores y productores energéticos.
• La integración en el PLC asegura una alta flexibilidad y una elevada fiabilidad.
• Configuración sencilla e intuitiva en vez de la compleja programación manual.
• Generación automática del programa de energía del PLC para controladores S7-1500.
• Generación de las pantallas para el HMI/SCADA de forma automática.

Por último, en el nivel de gestión nos encontramos herramientas como Simatic Energy Manager Pro, solución escalable, desde una estación única hasta una arquitectura distribuida. El objetivo es hacer que todos los datos relacionados con la energía y la producción estén disponibles en un único sistema. Esto requiere un sistema de gestión de energía que acepte datos de fuentes heterogéneas. Estos datos se almacenan en una base de datos central (MS SQL Server). Los datos que ya están disponibles de forma electrónica son adquiridos e importados automáticamente de los sistemas existentes. Los que no están disponibles en forma electrónica, tales como datos de instrumentos de medición no automatizados o datos de producción, se transfieren manualmente al sistema de gestión de energía Energy Manager Pro. Los clientes Web permiten el acceso a los informes y la introducción manual de valores. Los clientes instalados también permiten la entrada a la configuración del sistema y de los informes.

Además, los usuarios pueden definir nuevos indicadores de rendimiento KPIs sin conocimientos de programación y son capaces de producirlos en forma de informes o cuadros de mando, así como realizar el seguimiento de las medias de mejora y el cálculo de líneas de base y "forecast" de consumos. Todo esto se realiza adaptando la visualización de los datos a un grupo de usuarios específico.

El estado del arte de la utilización de esta herramienta de gestión energética es el que se ha implementado en la planta de Pikolin en Zaragoza, gracias al cual se ha conseguido una reducción de un 40% de consumo de gas e incrementado un 30% la capacidad de producción. (Para más información sobre esta referencia: https://new.siemens.com/es/es/productos/automatizacion/referencias/pikolin.html).

Por último, es interesante comentar que cada día las aplicaciones en la nube están tomando mayor relevancia, y la eficiencia energética es un buen ejemplo del aprovechamiento de estas herramientas en casos de usos reales.

En función de nuestras necesidades podremos subir datos a la nube desde cualquiera de los niveles antes comentados y explotarlos en aplicaciones como App Simatic Energy Manager o la App Sirius Asset Monitor, ambas aplicaciones para MindSphere, la solución en la nube de Siemens.

Sirius Asset Monitor para MindSphere
La aplicación para la obtención de datos de forma transparente de motores de baja tensión.

Gracias a Simocode Pro-V, y el desarrollo de la App para MindSphere Sirius Asset Monitor, Siemens ofrece una aplicación con la que se pueden obtener datos de motores de baja tensión de manera transparente en plantas, máquinas o aplicaciones. Simocode Pro-V proporciona información detallada que contribuye a la operación óptima en planta, la planificación eficiente del mantenimiento y la monitorización de la energía. La aplicación permite el acceso al sistema de gestión del motor en cualquier momento y en cualquier lugar. Proporciona al usuario información detallada sobre el estado del equipo, así como mensajes de error y alertas.

La App Sirius Asset Monitor ofrece a los usuarios una visualización de valores como el consumo de energía, la potencia activa o la potencia aparente, pudiendo hacer una gestión de los datos enfocada al ahorro energético, lo que va a permitir gestionar y hacer un uso eficiente de la energía.
La aplicación también presenta una imagen clara de los eventos que conducen a fallos y errores, lo que permite la optimización a largo plazo de la operación y el mantenimiento, facilitando al usuario adelantarse a posibles problemas.

Según el tipo de aplicación, el activo se creará en la jerarquía MindSphere

Un activo es una representación digital de una máquina o sistema de automatización con una o más unidades de automatización (p. ej, Simocode con motor) que están conectadas a MindSphere.

La recopilación y provisión de datos de MindSphere se basa en lo que se refiere a un Activo (virtual). Puede ser una bomba, un motor, un PLC, una máquina herramienta completa, una línea de producción, un automóvil o un molino de viento. Los datos de un activo se recopilan y se envían a MindSphere para que estén disponibles para su posterior procesamiento y análisis.

Los datos proporcionados por los activos a la App contienen información útil en tiempo real sobre el estado actual de operación y esto ayudará a detectar anomalías en los datos del proceso, lo que permitirá actuar en consecuencia adelantándonos a futuros problemas.

¿Qué funciones ofrece Sirius Asset Monitor?

Sirius Asset Monitor puede usarse para monitorizar bombas y otras aplicaciones donde el sistema de administración de motores Simocode Pro-V protege, monitoriza o controla un motor de velocidad fija. Los datos de Simocode Pro-V se almacenan a largo plazo y se procesan sin trabajo de parametrización adicional para proporcionar diagnósticos claramente estructurados del estado actual y los análisis del histórico. La aplicación proporciona funciones y visualización para la parte de diagnóstico, mantenimiento, monitorización de energía y protección de funcionamiento en seco de las bombas. A continuación, se verán más en detalle algunas de las funcionalidades de la aplicación:

Dashboard

Es el lugar donde se pueden recopilar y visualizar los diferentes estados de los activos utilizando los widgets disponibles. Los paneles de control proporcionan funciones diversificadas de varios activos y algunos de ellos se enumeran a continuación:

• Vista completa del estado de los diferentes activos.
• Datos centralizados de diferentes activos instalados en las diferentes aplicaciones.
• Visión general del rendimiento de los activos a la jerarquía de usuarios.

Monitorización de energía (Energy Monitoring)

La pestaña de monitorización de energía proporciona las medidas sobre la energía consumida y valores de las potencias. Se puede controlar el consumo de energía durante el período de tiempo establecido, así como visualizar en tiempo real y también hacer el seguimiento de los datos históricos.

Según la potencia activa y los datos de potencia aparente disponibles, puede realizar algunas de las siguientes operaciones:

• Planificar / modificar los períodos de mantenimiento.
• Analizar los datos de carga variable.
• Planificar las estrategias de gestión de carga.
• Encontrar motores sobrecargados y poder gestionarlos de manera eficiente.
• Aumentar la eficiencia energética mediante el uso óptimo de la potencia.

Estefanía Benavente López, Product Manager Control y Protección Industrial de Siemens España

Diego Muñoz López, Product Manager SIMATIC Software de Siemens España
www.siemens.es