Management systeem voor elektrische energie
bespaart kosten in twee papierfabrieken
De elektrische belasting en de netkwaliteit in twee Sappi papierfabrieken in Nederland en België worden nauwlettend in de gaten gehouden door een energiemanagementsysteem. De systemen, van de Canadese fabrikant Power Measurement Ltd., hebben Sappi meerdere voordelen opgeleverd, zoals een afgenomen energieverbruik, een verbeterde fout-analyse en relevante informatie voor planning en engineering.
Voor de productie van hoogwaardig papier is veel energie
nodig. Dit blijkt alleen al uit de omvang van het elektrische net en de vele
aandrijvingen die zijn opgesteld in de fabrieken van Sappi (voorheen KNP). De
nadruk in de bedrijfsvoering ligt daarom niet voor niets op energiemanagement,
power quality en storingsanalyse.
Al van bij de aanvang van het project – het selecteren van een geschikt
beheersysteem voor de elektrische installatie - bestond bij Sappi de
uitdrukkelijke wens dat het systeem voldoende flexibel moest zijn, zodat de
eigen ingenieurs het moeiteloos zouden kunnen aanpassen aan hun specifieke
vereisten. Tevens werd vereist dat het systeem niet alleen complete
gegevensbestanden betreffende energieverbruik zou genereren, maar ook het
analyseren en oplossen van dagdagelijkse operationele technische problemen
(elektrische defecten, …) zou vergemakkelijken. Om dit mogelijk te maken zou
het systeem een groot aantal parameters moeten meten. Tenslotte werd de
mogelijkheid geëist om analyses en metingen op afstand uit te voeren door
gebruik te maken van het bestaande informatica-netwerk.
De door Power Measurement aangeboden oplossing, bestaande uit geavanceerde
3-fasige meetsystemen en bijhorende software, voldeed aan al deze technische
specificaties en heeft daarom de voorkeur gekregen. Het eerste monitoring
systeem van Power Measurement werd in 1995 in dienst genomen in de Sappi
papierfabriek te Maastricht (NL). Het systeem bestond uit meettoestellen van het
type 3720 ACM en was geïntegreerd in het project van de destijds gebouwde 65 MW
cogeneratie eenheid. Een tweede systeem werd later in dienst genomen in de Sappi
fabriek te Lanaken (B). Tengevolge van de operationele behoeften, lagen de
vereisten voor monitoring en controle in Lanaken hoger dan in Maastricht. Met
dit in het achterhoofd, werden uitsluitend de zeer performante 7700 ION
meettoestellen van Power Measurement gekozen, omwille van hun meer uitgebreide
mogelijkheden. In totaal werden in beide fabrieken ca. 55 meters geïnstalleerd
van de types 3720 ACM en 7700 ION.
Energie beheersysteem
In de papierfabriek te Lanaken werden eerst een aantal 7700 ION meters geïnstalleerd voor energiemetingen en power quality bewaking. Hierdoor kon de eigen engineering afdeling ervaringen opdoen met het monitoring systeem en met andere aanverwante domeinen zoals de informatie uitwisseling via Ethernet. Dankzij deze ervaringen kon de volgende monitoring toepassing, in de nieuwe productielijn, beter gedefinieerd worden.
De aansluiting van een 45 MW cogeneratie plant op het bestaande 10 kV net veroorzaakte zoveel bijkomende complexiteit, dat een synoptisch bord voor de afstandsbediening van de 10 kV vermogenschakelaars nodig werd geacht. In eerste instantie zou een gelijkaardig synoptisch bord gebouwd worden als in de fabriek te Maastricht. De 150 m afstand tussen het 10 kV station en de voorziene locatie in de controlekamer, zorgde echter voor enige bezorgdheid. Aangezien in het 10 kV station zowat 20 duplexfeeders aanwezig zijn, zou het weergeven van alle informatie (schakelaarstanden, …) een aanzienlijke bekabeling over deze afstand betekenen. Om dit te vermijden werden de 7700 ION meettoestellen in de feeder-cellen gemonteerd. Buiten de standaard meting van alle 3-fasige elektrische parameters, werden de toestellen voorzien van I/O uitbreidingskaarten waardoor ook schakelaarstanden, standen van aardscheiders, contacten van beveiligingsrelais en standen van bedienelementen kunnen geregistreerd worden. Al deze externe apparatuur wordt via standaard industriële plug-in modules op de 2 uitbreidingskaarten van de 7700 ION aangesloten. Alle meettoestellen zijn via RS-485 communicatie aangesloten op een lokale PC in het 10 kV station waarop de PEGASYS software van Power Measurement loopt. Dit werkstation is dan op zijn beurt via Ethernet verbonden met een andere PEGASYS PC in de controlekamer. Dit bespaart een heleboel bekabeling en laat het gebruik van een enkele glasvezel kabel toe voor alle datatransmissie tussen het 10 kV station en de controlekamer.
Ondertussen was Sappi overtuigd van de vergaande grafische interface mogelijkheden van de PEGASYS software, waardoor het oorspronkelijke idee om met een synoptisch bord te werken verviel en men besloot gebruik te maken van real-time informatie, gecreëerd in PEGASYS.
Het systeem omvat momenteel volgende functies :
- Real-time schema’s voor controle en bediening van de 10 kV installatie.
- Algemeen event-logboek
- Complete weergave en controle van alle alarmfuncties in de volledige installatie.
- Compleet energie management.
- Power quality analyse.
Kostenbesparing
Omwille van de implementatie van het Power Measurement systeem in een initiele fase van het project, kon aanzienlijk op projectkosten bespaard worden:
- Geen dure bekabeling tussen het 10 kV station en de controlekamer.
- De real-time diagrams in de PEGASYS software zijn een kostengunstig alternatief voor een compleet synoptisch bord.
- De investering in een separate event recorder was niet langer noodzakelijk.
Bijkomende voordelen zijn de beschikbaarheid van een enorme hoeveelheid elektrische parameters en de mogelijkheid om zowel on-line als off-line PQ analyses uit te voeren.
Dankzij de door Power Measurement gepatenteerde ION (Integrated Object Network) technologie, biedt de object-geörienteerde structuur van het systeem maximale flexibiliteit en efficiëntie. Elke 7700 ION meter kan geprogrammeerd worden voor verschillende, specifieke functies : elk toestel bevat minimum 30 softwaremodules die, afhankelijk van hun onderlinge combinatie en configuratie, bepaalde metingen of controlefuncties uitvoeren.
De PEGASYS software draait op Windows NT/95 platforms, wat datatransmissie over lange afstanden en data sharing met andere gebruikers toelaat. Sappi maakt gebruik van een directe database link naar andere Windows applicaties zoals Excel, Lotus, enz.
Besluit
Het Power Measurement management system, toepasbaar in zowel kleine als zeer uitgebreide industriële installaties, heeft zeer duidelijk bewezen een nuttig hulpmiddel te zijn voor het beheer van elektrische installaties. De meettoestellen bieden een groot aantal meetparameters en controlefuncties, en de software is voldoende flexibel om gegevens in allerlei bruikbare formaten ter beschikking te stellen en data uit te wisselen met verschillende andere toepassingen en gebruikers. De modulaire architectuur laat een continue groei van het managementsysteem bij Sappi toe, zodat gebruik kan worden gemaakt van de steeds verdergaande hard- en software ontwikkelingen.
Mart Op den Camp, Sappi
Met dank aan de heer J. Beets van SDME
Un système de gestion avancée de l’énergie
fait faire des économies dans deux usines
Sappi Europe fait appel à des systèmes
de gestion d’énergie électrique pour la supervision et le contrôle des
charges électriques ainsi que la « power quality » dans deux de ses
usines. Les systèmes, du fabriquant Canadien Power Measurement Ltd., ont aidé
Sappi à réaliser plusieurs avantages, comme des réductions importantes de la
consommation d’énergie, une meilleure analyse des défauts et des
informations plus sensées pour le planning et l’engineering.
La production de plusieurs types de papier de haute qualité, exige une haute consommation d’énergie, une installation électrique étendue avec plusieurs variateurs de fréquence. Par conséquent, la gestion d’énergie et la qualité de la puissance sont très importants dans les deux unités de production de Sappi. Pendant la phase d’orientation à la recherche d’un système de gestion d’énergie convenable, Sappi exprimait le désir d’acquérir un système assez flexible de manière à permettre aux ingénieurs de la société de rencontrer les exigences de Sappi. Ceux-ci cherchaient également un système de surveillance et de commande qui permettrait aussi bien de créer des bases de données sur la consommation d’énergie que de faire des analyses, au jour le jour, de problèmes opérationnels et d’y apporter une solution. Pour ce faire, le système aurait à mesurer une série complète de paramètres. Enfin, Sappi voudrait pouvoir analyser et résoudre les problèmes à distance en utilisant le réseau informatique existant. La solution suggérée par Power Measurement propose des appareils de mesure triphasés digitaux et avancés et un logiciel pour PC. Cette solution qui remplit toutes les spécifications techniques a été retenue. Le premier système de surveillance de Power Measurement a été installé en 1995 dans l’usine de Sappi à Maastricht (NL). Le système, composé d’ appareils de mesure 3720 ACM, a été intégré dans la construction d’une nouvelle installation de 65 MW de cogénération. Un deuxième système a été installé plus tard chez Sappi, Lanaken (B). Sur base d’exigences opérationnelles plus complexes le système de surveillance et de contrôle à Lanaken devrait être plus performant que celui installé à Maastricht. C’est pour ces raisons que l’appareil 7700 ION plus sophistiqué de Power Measurement a été exclusivement sélectionné. Au total, 55 appareils de mesure du type 3720 ACM et 7700 ION ont été installés aux deux usines Sappi.
Système de gestion d’énergie à la papeterie de Lanaken
A la papeterie de Lanaken, des appareils de mesure 7700 ION ont d’abord été installés pour la surveillance de l’énergie et le contrôle de la qualité de la puissance comme partie du projet de cogénération. Cette première implantation a permis au département de l’engineering d’acquérir de l’expérience avec le système de surveillance et les autres disciplines exigées comme, par exemple, la connaissance des réseaux informatiques. En mettant cette expérience à profit, le suivant projet de surveillance de la nouvelle ligne de production de papier a été mieux défini. La connexion d’une cogénération 45 MW sur le plan 10 kV de l’alimentation de l’usine a entraîné une telle complexité qu’il fut nécessaire d’ajouter un synoptique de télécommande et de télécontrôle des disjoncteurs 10 kV. Initialement il avait été prévu d’utiliser le même principe que celui du synoptique de l’usine de Maastricht. Toutefois, la distance de 150 m entre la station de puissance 10 kV et l’emplacement du synoptique proposé dans la salle de contrôle de l’usine posait problème. Vu que l’installation 10 kV comportait 20 départs doubles, cela nécessitait beaucoup de câblage au-delà de cette distance pour le transfert des données telle que la position des disjoncteurs. Pour éviter ce câblage des appareils de mesure 7700 ION ont été montés dans les compartiments « départ » de la station de puissance. Outre la mesure triphasée de chaque départ, les cartes d’extension I/O ont été utilisées pour surveiller les positions des disjoncteurs, les positions des sectionneurs de terre, les contacts des relais de protection et la position des appareils de commande. Les deux cartes d’extension de chaque 7700 ION sont connectées directement à l’équipement externe via des modules industriels I/O de type débrochable. Les appareils de mesure sont tous connectés par communication RS-485 à un PC serveur de la station de puissance sur lequel tourne un logiciel PEGASYS de Power Measurement. Ce PC est connecté via le réseau Ethernet à un autre PC, aussi équipé d’un logiciel PEGASYS, dans la salle de contrôle de l’usine. Ceci a permis une économie de câblage et l’utilisation d’un câble fibre optique simple pour le transfert des données entre la station de puissance et la salle de contrôle de l’usine. Sappi a constaté que le logiciel PEGASYS possède des capacités graphiques étendues au niveau de l’interface utilisateur, ce qui les a amenés à remplacer le synoptique par des diagrammes à temps réel, créés en PEGASYS.
Ce système comporte maintenant les fonctions suivantes :
- Diagrammes en temps réel pour la commande et le contrôle de l’installation 10 kV
- Journal des événements.
- Un système complet de lecture et contrôle de toutes les fonctions d’alarme dans l’installation Gestion complète de l’énergie
- Analyse de la qualité de la puissance.
Grâce à l’introduction du système Power Measurement dans une phase initiale du projet, des économies considérables ont été réalisées :
- Câblage meilleur marché entre la station 10 kV et la salle de contrôle de l’usine.
- Les diagrammes en temps réel du logiciel PEGASYS sont un choix beaucoup moins cher qu’un synoptique complet.
- L’installation de contrôle existante a été remplacée par le système Power Measurement.
- L’investissement d’un enregistreur d’événements n’était dès lors plus nécessaire.
- D’autres avantages tels que la disponibilité de plusieurs paramètres d’énergie et la possibilité de faire une analyse harmonique on-line ou off-line.
Basée sur la technologie brevetée ION (Integrated Object Network) de Power Measurement, la structure objet orienté du système fournit une flexibilité et une efficacité optimales. Chaque appareil de mesure 7700 ION peut être programmé pour n’importe quelle fonction de mesure spécifique. Chaque appareil dans ce système contient typiquement un minimum de 30 « modules » logiciels ION, combinés et configurés pour exécuter une variété de mesures et de fonctions de contrôle.
Le logiciel Pegasys tourne sous Windows NT/95 qui permet le transport de données sur longues distances et le partage de données avec d’autres utilisateurs. Sappi utilise une connexion directe de la base de données vers d’autres applications Windows comme Excel, Lotus, etc.
Conclusions
Le système de gestion de l’énergie électrique de Power Measurement applicable tant dans les petites que dans les grandes installations industrielles a prouvé son efficacité dans l’aide de la gestion et de la conception des installations électriques. Les appareils de mesure offrent une large série de paramètres mesurés et de possibilité de contrôle. Le logiciel fournit une flexibilité de présenter les informations dans des formats utiles et de partager des données avec plusieurs personnes et applications.
L’architecture modulaire du système permet un élargissement continu des applications de la gestion d’énergie chez Sappi, en tirant avantage des développements continus du hard et du soft.
Mart Op den Camp, Sappi
Met dank aan de heer J. Beets van SDME
