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医院利用 Integrated Architecture 节约能源

Vital Efficienci 用现代的 Allen-Bradley Integrated Architecture 取代早期的能源控制解决方案,以期未来 15 年内持续不断地节约能源

挑战

  • 约克医院需要管控和节约能源,该医院在新技术方面的任何投资都必须能够在未来 15 年中通过节省的成本来弥补。

解决方案

成果

  • 部署在强大、业界成熟的 COTS 硬件上的开放、可扩展的系统
  • 已经预见到可节约大量成本
  • “来自 Rockwell Automation 的重大支持”
  • 开放型解决方案在 25 年生命周期内更容易适应和发展
  • 通过浏览器或应用程序实现安全且可控制的远程访问

背景

约克教学医院 NHS 信托基金会于二十世纪六十年代开始设计,并于二十世纪七十年代建成。因此,现在它的许多能源基础设施的寿命即将结束。借此机会,该信托基金会可以大幅改进医院产生和消耗热量与电力的方式。

该信托基金会拥有 8,000 多位员工,每年医治 700,000 多人,所需能源跟一座小城镇差不多。事实上,该信托基金会 2012/13 年燃气和电力费用为 245 万英镑,二氧化碳排放量达到 13,586 吨。

经过一次竞争激烈的采购流程之后,该信托基金会选择 Vital Energi 集团来提供低碳能源解决方案,并保证在其运营的公司内实现碳减排和节省资金:

  • Vital Energi Utilities,负责设计、制定和执行低碳能源解决方案,针对本地供暖、供电和制冷进行生产、供应和传输
  • Vital Solutions,为医院、大学和大型的商业及工业场所的长期能源运营合同进行研发和结构设计
  • Vital Efficienci,通过测量、管理、控制和实施降低能耗的解决方案,来设计和提供节能和碳减排的解决方案

Vital Efficienci 的任务是降低医院的能源需求。令艰巨的任务更加困难的一个事实是,项目从采购阶段到开始使用只有 20 个月。然后,可以将新的基础设施节省下来的钱投资到一线临床护理方面,用以改善服务,为约克郡的人们带来真正、切实的好处。

Vital Efficienci 与 Rockwell Automation 合作开发了一个定制型能源管理和控制解决方案来帮助该信托基金会测量和管理其能耗,同时使 Vital Energi 集团能够对运营点进行实时远程访问,以不断地进行管理、平衡和监控。

挑战

约克医院项目与碳和能源基金会一同采购和交付,该采购框架旨在帮助 NHS 以及更广泛的公共部门促进和管理复杂能源基础设施的升级工作。为二氧化碳减排解决方案投入的资金来源于所节省的资金。Vital 集团拥有 15 年期限的运营和维护合同,这将确保每年都会实现资金节省。如果有可能,该集团将努力实现比所保证的额度更多的节省,然后,多实现的节省资金将在该信托基金会和 Vital Energi 集团之间分享。

Vital Energi Utilities 负责交付整个项目,而 Vital Efficienci 交付完整的 SCADA 解决方案,并提供运营原则和理念以及为工厂开发的优化方法。该控制解决方案分为两部分:

  • BMS,由专业供应合作伙伴提供,用于管理和优化下游能源资产
  • SCADA 系统,由 Vital Efficienci 提供,用于管理和优化带有两个主机房的主要能源中心(锅炉房),并使用 Allen-Bradley 架构

Vital Efficienci 技术总监 Kenneth Kunz 说道:“这是一个为期 15 年的协议,所以我们需要一个强大的工业系统,这个系统可以在要求严格的环境下工作并保持稳定。因此,我们决定选用我们自己的 SCADA 系统,并把该 SCADA 系统建立在经过验证的开放型工业系统之上,且以 Rockwell Automation CompactLogix可编程自动化控制器为核心。”

解决方案

现有的能源系统中仍包括一些由现在不受支持的早期控制架构控制的燃气蒸汽锅炉。该信托基金会决定主要基于 Allen-Bradley Integrated Architecture 产品来实施 Vital Efficienci 的 ECS(能源控制解决方案),该解决方案通常被称为 SCADA。

该信托基金会实际上是新系统的第一个客户,需要进行一次完整的升级并部署新的控制基础设施。“我们为我们的 ECS 系统开发了许多不同的模块。”Kenneth 解释道,“这些模块都是 Vital Energi 集团独有的。我们的解决方案是非常开放的,这与其他传统的 BMS 系统不同,后者可能往往更有点儿像‘黑盒子’,是封闭的。这类系统在报警和监控方面令人满意,但往往没有针对能源中心进行优化。所以我们开发了新的模块,使我们的解决方案独一无二,不同于市场上的同类产品。”

Vital Efficienci 在公司内部进行编码,并与 Rockwell Automation 合作设计和编写符合 MBus 协议(通信)的软件。标准的行业功率计使用 MBus 通信,但那时还无法将这些功率计集成到 CompactLogix 可编程自动化控制器中。所以,Rockwell Automation 全球 OEM 技术顾问 (GOTC) 和 Kenneth 编写了新的软件,用于支持在整个控制系统中实施某些功率计。

“MBus 并不是一个标准。”Kenneth 解释道,“但是我在 Logix 系列中发现了 ProSoft Technology(一个 Rockwell Automation Encompass 合作伙伴)的串行通信模块,所以我们能够开发一个 ASCII 驱动程序来与 MBus 协议通信。MBus 确实只用于热量表,但现在,越来越多的热量表将能够使用 Modbus。我们在约克用了 MBus,但将来我们要使用 Modbus 远程终端设备/TCP-IP。”

Vital Efficienci ECS 系统在 Allen-Bradley® CompactLogix™ L33ER & L24ER 可编程自动化控制器上运行,而这些控制器又在由多个 I/O 点和 Stratix 5700™ 管理型以太网交换机提供服务的光纤 EtherNet/IP™ 网络上运行。

“我们需要这些不同的接口,因为我们在整个能源中心安装了许多燃气、蒸汽、电量和热量表来测量设定值。”Kenneth 说道,“通过这些数据点,我们可以用原始数据填充每日 CSV 文件,在午夜时分将其发送到布莱克本总部,然后存储在云端。然后,每隔 30 分钟收集一次的数据会输入到专业软件中,以便我们可以看到节省的地方,并将数字和预期的设定值进行比较。”

去年,为了获得质量更高、更一致的数据,Kenneth 更改了 Vital 的计量表标准。“现在标准都一样,日常合作变得更加容易。数据收集基于 SQL(一种还连接到许多其他系统的灵活解决方案),并且该系统是利用将在市场上销售许多年的产品,根据良好的标准构建的。

“CompactLogix 可编程自动化控制器的上面是一套完整的服务器,用来帮助确保我们设计和交付的整个系统是强大的、稳定的,且具有前瞻性。”Kenneth 解释道,“ECS 监管服务器处理图形和 SQL 解决方案,而 ECS 报告服务器在一旁生成数据。这两个服务器皆通过一个屏幕、一个键盘和一个鼠标进行控制。这两个服务器还有故障安全装置,以防一台服务器停止工作或者我们需要关闭一台服务器进行维护。”

Kenneth 还认为,与典型的方法相比,Vital Energi 集团提供的解决方案是独一无二的。“我们有两种方法来远程访问该信托基金会的系统,即后端访问或者通过智能手机应用程序进行访问。后端访问是指利用一个固定的 IP 通过浏览器进行访问。通过这种方法,我们能够连接到该信托基金会的 ECS 监控器。这个监控器经过全面加密,提供不同的访问级别,并且还包括一个操作员界面,我们自己的工程师可以在这个界面上更改设定值或报警等不同内容。应用程序访问主要针对的是我们的工程师,但我们也可以向其他人开放这种访问,并且我们的开放源应用程序非常受欢迎,Apple 或 Android 用户可以免费下载这个应用程序。”

Vital Efficienci 还开发了一个报警管理和记录系统,这个系统由 Vital 的人员监控,并由其工程师用来管理其随调随用的系统。它使用一个工业移动调制解调器和 SIM 卡(带有天线)。每当 Allen-Bradley 可编程自动化控制器中生成报警时,控制板上的报警灯就会开始闪烁,ECS 监管服务器上显示报警,并且还会通过 SMS、电话和电子邮件给值班的工程师发送报警信息。然后,Vital Energi 或该信托基金会可以确定想要采取哪类措施,并且可以依据问题的严重程度确定优先顺序。

“现在,ECS 解决方案已经交付、安装且经过验证,我们已经为处理更广范围的项目和应用做好了充分准备。”Kenneth 兴奋地说,“不仅仅是医院,任何大型机构都可以从中受益。我们的业务将很快瞄准工业园区;我们的系统非常灵活,可以处理各种情况。”

成果

该信托基金会能源部经理 Brian Golding 解释道:“我们希望 Vital 了解我们的基本目标:减少我们的碳足迹,降低我们的能耗,提高我们的电力灵活性以及将项目向前推进 15 年。”

“Brian 对我们的解决方案有着比较好的印象。”Kenneth 解释道,“我们的解决方案在约定的时间内交付和安装,并且在运营一年时间后并没有出现任何问题,而且控制水平和能源节约仍保持在最初设计的预期水平。我们将继续开发该系统,而且借助 Allen-Bradley Integrated Architecture 的灵活性和可扩展性,可以轻松将该系统部署到现有系统(如我们在约克看到的系统)上。”

“质量是一个关键驱动因素,我们需要对所部署的设备有信心。”Kenneth 解释道,“我们需要基于高端材料的强大解决方案。对于我们所做的每一个项目,我们都坚持交付高质量的工作,因此,我们必须利用高质量的投入来交付高质量的结果。”

“英国 Rockwell Automation 一直在为我们提供很大支持。”Kenneth 总结道,“如果没有合适的团队为我们提供帮助,没有供应商为我们提供合适的产品,我们不可能实现目标,获得成功,所以 Rockwell Automation 在很大程度上就是我们团队的一部分。”

上述结果是Vital Energi 集团和约克教学医院 NHS 信托基金会将 Rockwell Automation 产品和服务与其他产品配合使用实现的。具体结果可能因客户而异。

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