Enerji Otomasyonu

Posted

Her dönemde farklı sektörler de farklı otomasyon işleri ön plana çıkar. Günümüzde en popüler otomasyon işlerinin başında enerji izleme sistemleri gelmektedir. WinTr scada programının üreticisi olmamız sebebi ile bir çok müşterimiz ile enerji izleme sistemleri hakkında görüşmeler yapıyoruz. Bu görüşmelerden edindiğimiz tecrübeleri bu makale ile sizlerle paylaşmaya çalışacağım.

    Her otomasyon işi benzer yol haritasını takip eder. Müşteriler olabildiğinice geniş kapsamlı bir otomasyon işini, mümkün olduğunca uygun bedel ile yapmak isterler. Daha sonra maaliyeti düşürmek için tasarrufa giderek otomasyon işinin kapsamını düşürürler. Bu tutum son derece yerinde bir tutumdur. Zira hiç kimse ihtiyaçları karşılamayan bir otomasyon sistemini yapmayı hedeflemez.  Ayıra bilecekleri bütçe ise sınırlıdır.
    Makalemizin girişi maaliyetler ve otomasyon işinin kapsamı olması belki biraz garip gelebilir, ancak devamını okuduğunuz taktirde bu çelişkinin enerji izleme sistemlerin de karşılaşılan en büyük sorun olduğunu anlayacaksınız. Bir taraftan en detaylı enerji verilerinin izlenmesi ve kaydı istenirken, diğer taraftan verilerin izlenmesi ve kaydı için gerekli software,proje ve donanım maaliyetleri kurumların bütçesini aşabilir. Makalemizde siz otomasyon çalışanları ve müşterilerinizin doğru seçimler yapabilmesi ve ihtiyaçları kadar detaylı enerji izleme sistemleri üretilmesinde bir kaynak oluşturmayı hedefledik.
    Enerji izleme sistemleri elektrik,su,doğal gaz,buhar v.s. bileşenlerinin takip edilmesi,kayıt altına alınması ve tüketim raporları oluşturulması başlıkları ile tanımlanabilir. Bu bileşenler içersinde elektrik enerjisinin izlenmesi diğerlerinin toplamından bir kaç kat daha komplike uygulamalar gerektirir. Bu nedenle makalemiz elektik enerji izleme sistemi olarak devam edecektir.
    Elektrik enerjisi izleme denince ilk akla gelen enerji analizörüdür. Bir çok yerli ve yabancı üreticinin bu konuda ürünleri bulunmaktadır. Üreticiler farklı kapasite ve kaabiliyetlerde analizörler üretmekle birlikte üç kategoride birleştirmek mümkündür.
–    Rs485 hardware üzerinden Modbus rtu ile verileri ileten modeller.
–    Ethernet hardware üzerinden Web server ve Modbus TCP/IP protokolü ile anlık verileri ileten modeller.
–    Kendi kendine kayıt özelliği barındıran modeller.
Doğal olarak her model kaabiliyetlerine ve markasına göre farklı fiyatlarda satılmaktadır. Bu ürünlerden çok sayıda kullanılacağı düşünüldüğün de doğru seçim yapılması maaliyetler üzerinde en büyük tasarrufu oluşturacaktır.
Doğru seçimin yapılabilmesi için sistemin diğer bileşenlerini ve genel özelliklerini biraz daha tanıyalım. Öncelikle sistemin vaz geçilmez izleme yazılımı scada olmalıdır. Analizör üreticileri enerji değerlerinin izlenmesi ve kaydedilmesi için yazılımlar geliştirmiştir. Bu yazılımlar genelde ücretsiz olarak dağıtılır. Fakat bu yazılımlar scada programı değildir. İhitiyaç duyduğunuz diğer bileşenleri üreticilerin bu yazılımına entegre etmeniz mümkün olmayabilir. Mutlaka analizör verileri scada yazılımına entegre edilmedilir. Biraz sonra anlatacağımız problemler üretici yazılımları ve scada programları için ortak problemlerdir. Scada veya analizör üreticisinden tedarik edeceğiniz yazılımlar aynı şekilde çalışır ve sorunları ortak olmakla birlikte scada programının kapsamı ve diğer kaabiliyetleri scada yazılımını tercih etmemizde en önemli parametredir.
    Makalemizin bundan sonraki bölümünü bir örnek üzerinden devam ettirelim. Örneğimiz Trabzon şehri elektrik enerji dağıtım ve izleme sistemi olsun. Genel merkezimizde ki scada programı ile alt dağıtım merkezlerimiz ve onlarında altında bulunan diğer dağıtım merkezlerimizi izlemek istiyoruz. Bazı durumlarda enrerjiyi kesmek için kesicilerin de uzaktan açılıp kapatılmasını ve durumlarının izlenmesinide sisteme ilave etmek istiyoruz.

 

Enerji izleme

 

Yukarıdaki resimde görüldüğü gibi ana merkez alt merkezler ve onlarında altında bulunan analizör verilerini takip edecektir. Analizörlerin yanısıra kesici’lerde bulunmaktadır. Sistemin genel özelliklerini belirlemeden önce otomasyon sisteminden beklentilerimizi biraz daha şekillendirelim.

–    Elektrik şebekesinde bir takım arızalardan ötürü kesici açar. Aynı arızadan dolayı bir çok kesici bir den açabilir. Operatörler arızanın hangi bölgede olduğunu daha iyi anlayabilmesi için öncelikle hangi kesicinin açtığını bilmeye ihtiyacı vardır.
–    Genel izleme de akım,gerilim ve cos değerleri izlenmesi yeterli olmakla birlikte. Bazı durumlarda harmonikler ve analizörün sağladığı tüm detaylı bilgiler izlenmek istenebilir. Ve bu izleme eş zamanlı olarak bir çok merkezde yapılmak istenebilir. Örneğin saat 18:30’da Trabzon genelinde bir çok analizör harmoniklerde artış kaydediyor. Fakat bu harmoniğin gerçekte sebebi sadece bir bölgeden kaynaklanıyor.
–    Kesicilere uzaktan komut gönderip açma ve kapama yaptırmalıyız.
–    Merkezi scada’nın özelliklerinden bahsetmeye pek gerek yok. Zira scadamız her türlü olayı kontrol edebilmelidir. Kesici actığında veya ölçülen değerlerde dalgalanmalar olduğunda sms ile arıza ekibini, sesli ve görsel alarm ile operatörleri ikaz etmeli. Olay olduktan sonra sebebinin bulmada gerekli ip uçlarını barındırmalıdır.
    Sistemin genel özelliklerini anlattıktan sonra, makalemizin girişinde bahsettiğimiz analizör seçimini yapabiliriz. Enerji analizörlerin elektrik akımının analiz edilmesi ve özel durumların geçmişinin takip edilebilmesi  en öncelikli hedeftir. Bunun yanısıra elde edilen bilgilerin dijital ortamda muhtelif protokoller ile dışarıya aktarılması ikinci hedeftir. İkinci hedef hakikaten ikinci hedef olmuş ve bizim sistemimizde en çok ihtiyaç duyduğumuz iletişim hızını baltalamıştır. Bu yavaşlık dizayn etmeye çalıştığımız sistemde çözmek zorunda olduğumuz en önemli problem haline gelmiştir.
Not:  Aşağıdaki değerler ortalama bir analizör için verilmiştir. Bazı analizörler daha hızlı veya yavaş olabilir. Öylede olsa sorunlar aynı olacaktır.
Şemamızda görüldüğü gibi her alt merkezde 32 cihaz bulunmaktadır. Şehrimizde 20 alt ana merkez bulunsa 20×32=640 analizör demektir. Ve maalesef bir analizör modbus rtu ile saniyede 10 sorguya cevap verebilir. Ethernet üzerinden ise saniyede bir sorguya cevap verebilir.
1)    Ethernet modülü mevcut analizör: Merkezi scada sistemi tüm analizörlere internet üzerinden sorgu gönderip cevap alabilir. Ve bu sorguyu bir sıra beklemeden aynı anda hepsine birden gönderebilir.  En iyimser süre saniyede bir gurup veri okuma olacaktır.
a)    Analizörlerin tüm değerlerinin okunması:  Analizör tüm değerleri bir seferde okunması mümkün değildir. En azından 10 sorguya ihtiyaç olacaktır. Haberleşme hızı her 10 saniyede bir yeni değer demek olacaktır. Bir analizör için erişilmesi gereken veri sayısı binlerle ifade edilebilir. Modbus tablosundan görebilirsiniz. Bu sayıyı 640 ile çarptığımızda, bu scadanın çalışabilmesi için devasa bir server’a ve internet kapasitesine ihtiyacımız olacaktır. Bu sistemi kullanmamız mümkün değil.
b)    Belli başlı değerlerin sürekli okunması:  Akım,gerilim,kesici durumu gibi belli değerleri scada ethernet üzerinden okuyup hat şeması üzerinde gösterir. İhtiyaç durumunda daha detaylı bilgiler için analizör web server özelliği sayesinde internet browser programları aracılığı ile ilgili analizöre bağlantı yapılıp, detaylı inceleme gerçekleştirilir. Bu a şıkkına göre daha akılcı bir çözümdür. Web server haricinde analizör üreticisinden tedarik edebileceğimiz yazılımlar ile de scadanın yanısıra analizör datalarına daha detaylı erişebileceğimiz ikinci bir kanal kullanabiliriz. Bu tür detaylı izleme scada sayfasından da yapılabilir. Ancak üreticiler bu amaçla ücretsiz yazılım tedarik ediyorken, scadamızı extra maaliyet ile büyütmemiz akılcı olmayacaktır.
Sonuç: b şıkkı çok hızlı bir şekilde devreye alınabilecek, çok fazla mühendislik işi olmayan ve sağlıklı çalışacak bir iletişim yapısı oluşturur. Bu seçeneğin dezavantajı maaliyetidir. Zira her analizör ethernet modülüne sahip olmalıdır. Ethernet modüllü analizörler diğerlerinden yaklaşık 500 TL. Daha pahalıdır. Bir alt merkez için 32×500 = 16000 TL ilave maaliyet oluşturmaktadır.
2)    Ethernet modülü mevcut olmayan analizör:  Bu sistemde alt merkezimizde adsl modem ile internete açılan ve altındaki analizörler ile rs485 bağlantı sağlayan bir cihaz kullanacağız. Böylece analizörler ile Rs485 hattı üzerinden seri iletişim kuracağız. Ve bu bilgiyi merkezi scadamız internet üzerinden erişip okuyacak.
a)    Ethernet & Seri dönüştürücü ile: Bu yapıda standart bir çevirici kullanabileceğimiz gibi bazı analizör üreticilerinin ürettiği router modüllerininde kullanabiliriz. Her iki modülde benzer şekilde çalışır. Scada üzerinden gelen ethernet sorgusu çevirice tarafından seri port’a gönderilir. Alınan cevap ethernet üzerinden scada’ya iletilir. Bir analizörde bir gurup bilgi okuma zamanı 1,1 saniye olarak gerçekleşir. Tüm analizörler sıra ile tarandığında bir tur zamanı dakikalar ile ifade edilen mertebelere ulaşır. Analizörün tüm değerlerini okumak istersek bu süre saat bazında gerçekleşir. Kesinlikle kabul edilemez sürelerdir. Not: Analizörlerde okumak istediğimiz değerler modbus tablosunda alt alt’a yazılı olmayacağından bir analizörün öncelikle okuyacağımız değerleri bile bir kerede okunamayabilir.
b)    Ethernet ve seri portu bulunan plc ünitesi ile: Alt merkeze monte edeceğimiz bir plc Rs485 portu ile analizör değerlerini toplayıp, ethernet portundan scada’ya iletmesi daha akılcı bir çözüm olacaktır. Plc saniyede 10 sorgu hızı ile analizör’leri sıra ile okur ve topladığı bilgileri hafızasında belli bir alana alt alta kaydeder. Scada ethernet üzerinden plc’ye erişir ve daha büyük paketler halinde veriyi okur. Plc’lerin iletişim kaabiliyetleri daha yüksek olduğu için scada saniyede 30-40 sorgu yapabilir. Talep ettiğimiz verileri plc hafızasında alt alta depoladığımızda scada hızlı bir şekilde verileri alabilir. Ancak plc ile analizör arasında veri iletişimi hala zayıftır. Çünkü bir analizör saniyede 10 sorguya cevap verebilir. Her analizöre bir sorgu gönderseniz saniyede 10 analizör okuyabilirsiniz. Eğer bu sorgu ile 100 byte gibi büyük bir data okuyacaksanız bu süre daha da azalacaktır. Tek çözüm yolu plc programında iki farklı blok yazılır. 1.blok’da sürekli ve hızlı okuyacağımız akım,gerilim,kesici değerleri, 2.blok’da analizör detaylı değerlerinin okunmasıdır. Analizör detaylı değer okuma işlemi ise ayrı bir muaamma olacaktır. Zira okunacak değer sayısı binler mertebesindedir. Çeşitli durumlarda hepsininde okunmaya ihtiyacı olabilir. Bu okuma son derece yavaş olacaktır. Ayrıca böyle bir plc programı hiçte kolay olmayacaktır.
c)    Her alt merkeze scada istasyonu kurmak:  İlk etapta pahalı olacağını düşünmüş olabilirsiniz, ama en uygun çözümün bu olacağı kanaatindeyim. Zira her scada plc kısmında açıkladığımız gibi öncelikli değerleri plc ile aynı hız da toplayacak ve yine aynı hızda merkezi scada sistemine aktaracaktır. Bu scada istasyonu mini pc(300 usd) üzerinde çalışacak ekran,kalvye ve mouse bulunmayacaktır. Özel durumlarda analizör detaylı verilerine ulaşmak için mini pc uzak masa üstü bağlantısı ile bağlanılacak ve analizör üreticisinden tedarik edeceğiniz yazılım çalıştırılarak dilediğiniz sayıda analizör ile tüm detayları gösterecek şekilde bağlantı kurabileceksiniz. Bu işlem esnasında scada haberleşmesi durdurulacağından dolayı öncelikli değerler toplanamayacaktır. Zira genellikle analizörlerin bir seri portu olur. Ve o portu artık analizör programı kullanmaktadır. Bu sorunu bir nebze çözmek ve iletişimi biraz daha artırmak istediğimizde mini pc’ye ilave seri port’lar ekleyebiliriz. Örneğin 4 seri port oluşturup her sekiz cihazı bir seri porttan kullanırsak haberleşme hzı 4 kat artacak ve detaylı inceleme esnasında iletişim kuramayacağımız cihaz sayısı 32’den 8’e düşmüş olacaktır. Her seri port için 60 usd ilave ücret ekelemeliyiz.  Bu sistemde analizörler ethernet bağlantılı olmadığı için büyük bir fiyat tasarrufu elde edilmiş olmakla birlikte, scada ve mini pc’den dolayı alt merkez başına 750 usd ilave maaliyet ortaya çıkmış olacaktır.
d)    Her alt merkezde scada istasyonu kurmak ve ethernet modüllü analizör kullanmak: En ideal sistemi bulduğumuz düşünüyorum. Eğer maaliyetine katlanırsak. Bu sistem c şıkkının tüm özelliklerini barındırdığı gibi detaylı veriler ethernet üzerinden direkt analizöre erişmek ile elde edilecek ve scada’nın data toplama işlemi kesintiye uğramayacaktır. Ancak her analizör için ilave maaliyet oluşacaktır.
Analizör seçimi görüldüğü gibi en önemli başlangıç parametremiz oldu. Yazımın buraya kadar olan bölümünde iki başlık ön plana çıkıyor. Alt merkezlerde plc veya scada kullanmak. Bir diğerinide siz ekleyerek rtu’mu kullansak diyebilirsiniz. Merak etmeyin bu seçimler bu tür iş yapmaya çalışan her mühendisin karar veremediği durumlardır. Bu sıkıntılar bizim ülkemizle sınırlı değildir. Dünyanın her yerinde aynıdır. Tek çözümü analizör üreticilerinin kullanıcı dostu sistemler üretmesi ile aşılabilir.
Bir diğer husus ise kesici açık/kapalı sinyallerinin ve kesici aç/kapa komutlarının iletilmesi. Bu amaçla analizörlere giriş çıkış modülleri eklenebilir. Kimi üreticilerde giriş modülleri standartdır. Plc kullanıyorsanız bunlar zaten sorun olmayacaktır. Scada kullanıyorsanız modbus giriş çıkış modülleri ile de bu işlemi gerçekleştirebilirsiniz. Piyasada güvenilir giriş çıkış modülleri 8 kanal için 100 usd’civarında tedarik edilebiliyor. Bu işlemi analizör üzerinden yapmak istediğinizde 100 usd’den biraz daha fazla bir bedeli iki kanal için ödemeniz gerekecektir.
Belirlememiz gereken diğer bir parametrede analizör kayıt özelliğidir. Analizör iletişiminde yaşadığımız hız problemi kayıt özelliğine sahip bir analizör ile bir nebze hafifleyebilir. Kayıt özellikli bir analizör seçtiğimiz parametreleri belirlediğimiz periyotta kaydeder. Bazı analizörler belirlediğimiz minumum ve maximum değerler aşıldığında kaydeder. Her iki kayıt yöntemide ihtiyaç duyduğumuz özelliklerdir. Analizör üreticilerinin sağladığı programlar veya detaylı izleme için dizayn edeceğimiz scada ve plc programlarıda veri kaydı gerçekleştirebilir. Ancak ethernetli bir analizör olmadığı taktirde kayıt esnasında haberleşme kesintiye uğrayacaktır. Kayıtlı bir analizör kullandığımız taktirde heberleşme normal seyrinde sürerken analizör dataları kaydeder. Sadece kayıtlı dataları almak için haberleşmeyi kesmemiz yeterli olur.
Ethernetli bir model kullanıyor olsak dahi analizörün verileri kendi içersine kaydetmesi önemli bir avantaj olacaktır. Analizörler genellikle dakika da bir veri kaydeder. Daha hızlı kayıt ancak scada programı ile mümkündür, fakat bu operasyonda da haberleşme hızları en büyük handikaptır.
Bu opsiyon için bir kriterde kaydın hangi platforma yapıldığı olabilir. Analizör programları excell ve text dosyalarına kaydeder. Scada ise Sql Server’a kaydeder. Veri kayıt ve raporlamada Sql Server avantajı tabiki tartışılamaz. Ancak o an için ihtiyaç duyduğumuz verilerin SQL Server’a kaydı gereksiz ve güçtür.
Bu makaleyi bir sonuca bağlamak her nekadar güç olsada, bence olması gereken sistem hepsinin bir karışımıdır. İzlenmesi ve kaydedilmesi gereken veriler üç kategoride değerlendirilmelidir.
–    Çok hızlı verileri(Kesici açma).
–    Orta hızlı ve SQL Server kaydı(Akım,Gerilim,Cos,Güç).
–    İhtiyaç duyulduğunda ve excel kaydı(Tüm analizör verileri).
Bu operasyonları gerçekleştirebilmek için alt merkezlerde programlanabilir cihazların bulunması kaçınılmaz bir sonuç olarak ortaya çıkmıştır. Karar vermemiz gereken üç soru bulunmaktadır.
–    Alt merkez kontrol nesnesi  plc’mi scada’mı olmalıdır.
–    Analizör ethernet bağlantısı olmalımı?
–    Analizör kayıt özelliği bulunmalımı?
Yirmi yıllık meslek hayatımda bir sorunun cevabı hiç bukadar zor olmamıştı. Umarım yaptığım açıklamalar işleriniz kolaylaştırmış, cevapları bulmanıza yardımcı olmuştur. Muhtemelen her sektörde cevaplar farklı olacaktır. Bu gün belki biraz erken ancak enerjinin her geçen gün daha da pahalandığı göz önünde bulundurulursa 2-d seçeneği ve kayıtlı analizör kullanılması gerektiğini düşünüyorum.
Söndürmeyi unuttuğumuz her lamba’nın, çocuklarımıza bırakmadığımız bir ağaç olduğunu unutmayın…

Leave a Reply

Translate »