醫院利用 Integrated Architecture 節省能源

醫院利用 Integrated Architecture 節省能源

挑戰

  • York Hospital 必需管理節能措施,並以省下的成本投資於未來 15 年的新技術。

解決方案

結果

  • 開放式的可擴充系統,部署於可靠且廣受業界肯定的 COTS 硬體
  • 預期可省下大筆成本
  • 「來自 Rockwell Automation 的卓越支援」
  • 開放式解決方案在 25 年的生命週期內以空前容易的方式調適並進化
  • 透過瀏覽器或應用程式進行安全且可控制的遠端存取

Vital Efficienci 為了在未來 15 年持續節省能源,以現代化的 Allen-Bradley Integrated Architecture 取代舊有的能源控制解決方案

背景

York Teaching Hospital NHS Foundation Trust 於 1960 年代開始設計,1970 年代建造完成,因此多數能源基礎架構使用壽命即將結束,基金信託構思趁這次機會大幅改善醫院的汽電產生與使用方式。

該信託有超過 8,000 名員工,每年治療人數超過 70 萬人,電力需求幾乎等於同一座小鎮。信託 2012 至 2013 年的天然氣與電費帳單總金額高達 245 萬英鎊,二氧化碳排放量高達 13,586 噸。

Vital Energi Group 在競爭激烈的競標過程中勝出,負責為該信託提供低排碳量的能源解決方案,並透過旗下營運公司實現一定的碳排與財務效益。

  • Vital Energi Utilities,負責設計、建造及經營低碳排型的能源解決方案,提供熱能與電力的產生、供應和輸送,以及冷藏方面的在地化服務
  • Vital Solutions 針對醫院、大學及大型商業與工業據點擬定並規劃長期的能源效能承包業務
  • Vital Efficienci,透過測量、管理、控制與實作可減少能源消耗的解決方案,專門設計及供應可減少能源消耗與碳排的解決方案

Vital Efficienci 的任務是降低醫院的能源需求,但專案從採購階段到正式開始運作必須在 20 個月內完成,使挑戰更為艱鉅。新基礎架構所省下的成本將用來投資前端的門診醫療、改善服務,為約克郡的居民們提供實質具體的效益。

Vital Efficienci 與 Rockwell Automation 合作,為信託開發一套量身訂做的能源管理與控制解決方案,協助測量及管理能源消耗,另外 Vital Energi Group 則能透過遠端存取即時掌握現場情況,持續進行管理、平衡與監控。

Vital Energi Utilities 負責提供完整專案,Vital Efficienci 則提供全面性的 SCADA 解決方案

挑戰

York 信託專案的採購與交付是透過 Carbon and Energy Fund 聯手完成,這是一個專為協助 NHS 和其他公營事業加速及管理複雜的能源基礎架構升級專案所設計的採購架構,專案所省下的成本將用於投資減少二氧化碳排放量的解決方案。Vital Group 簽了一份為期 15 年的營運與維護合約,合約中保證每年都能達到約定的成本節約效益。如果有機會超過保證效益,屆時產生的盈餘將由信託及 Vital Energi Group 共享。

Vital Energi Utilities 負責提供完整專案,Vital Efficienci 則提供全面性的 SCADA 解決方案,另外還有經營原理和原則以及專為該廠而開發的最佳化方法。控制解決方案分為兩部分:

  • BMS:由專門的供應合作夥伴提供,負責管理及最佳化下游的能源資產
  • SCADA 系統:由 Vital Efficienci 提供,負責管理及最佳化主要能源中心 (鍋爐室) 與兩間主要廠房,並使用 Allen-Bradley 架構

Vital Efficienci 技術主管 Kenneth Kunz 表示:「有鑑於這是一份長達 15 年的合約,我們需要一個堅固可靠、能在嚴峻環境下保持穩定的工業系統,因此我們決定開發自己的 SCADA 系統,並採用通過實證考驗的開放式工業系統,以 Rockwell Automation CompactLogix 控制器做為系統核心。」

解決方案

該信託現有的能源系統由燃氣蒸汽鍋爐組成,使用舊型且已不受支援的控制架構來控制。信託決定採用 ECS (能源控制解決方案),也就是 Vital Efficienci 所提供一般所稱的 SCADA,並主要採用 Allen-Bradley Integrated Architecture 的產品

信託為此系統的第一位客戶,且他們需要完整升級並部署新的控制基礎架構。Kenneth 說明:「我們開發出不同的模組並整合到 ECS 系統內,這是 Vital Energi Group 獨有的作法。我們的解決方案相當開放,迥異於與其他典型的 BMS 系統,其他系統都像「黑盒子」般地神秘和封閉。其他系統雖然能滿足警報與監控的需求,但通常並未針對能源中心最佳化。我們開發的新模組,不只獨一無二,在市場上更是絕無僅有。」

Vital Efficienci 在內部完成編碼,接著與 Rockwell Automation 合作完成 MBus 通訊協定 (通訊) 軟體的設計與編寫。標準的工業電錶均使用 MBus 通訊,但這些電錶無法與 CompactLogix 控制器整合,因此 Rockwell Automation Global OEM Technical Consultant (GOTC) 與 Kenneth 編寫了新的軟體,以支援將特定電錶實作到整個控制系統內。」

Kenneth 解釋:「MBus 不是一項標準,但我在 ProSoft Technology (Rockwell Automation Encompass 合作夥伴) 的 Logix 系列內找到了一個序列通訊模組,因此我們才能開發出使用 MBus 通訊協定進行通訊的 ASCII 驅動程式。MBus 實際上只用在熱量計,但最近有越來越多熱量計開始提供使用 Modbus 的功能。我們雖然在 York 使用 MBus,但未來將會改用 Modbus RTU/TCP-IP。」

Vital Efficienci ECS 系統在 Allen-Bradley® CompactLogix™ L33ER & L24ER 控制器上執行,於光纖 EtherNet/IP™ 網路運作,其中由多個 I/O 點及 Stratix 5700™ 管理型乙太網交換器組成。

Vital Energi Group 提供了獨特的解決方案,可遠端存取該信託的系統, 包括可從後端存取,或利用智慧型手機應用程式存取

Kenneth 詳細說明:「我們需要各種不同的介面,因為我們整個能源中心的測量固定點有各種的天然氣計、電錶和熱量計。我們可以利用這些資料點每天產生一份內含原始資料的 CSV 檔案,在每天半夜寄到我們位在布拉克本的總部辦公室,然後儲存在雲端。另外並每隔 30 分鐘蒐集一次資料,再輸入到專屬軟體,讓我們可以查看哪些地方確實省下了成本,再將資料與預想的設定點作比較。」

為了蒐集到品質更高、更一致的資料,Kenneth 在去年更換了 Vital 的電錶標準。「現在雖然也是一樣,但我們可以更輕鬆完成每天的工作。蒐集的資料集合現在採用 SQL,這個彈性化的解決方案同樣能與許多其他系統通訊,系統採用完善的標準為基礎,使用將在市場上流通很長一段時間的產品建立而成。」

Kenneth 說明:「CompactLogix 控制器的上游有一系列完整的伺服器,可協助確保我們所設計及交付的整個系統夠可靠、穩定,且能承受未來考驗。ECS Supervisor Server 負責處理圖形與 SQL 解決方案,ECS Report Server 與其協力產生資料。兩部伺服器皆使用同一個畫面、同一個鍵盤和同一個滑鼠控制。伺服器還具備容錯轉移功能,以防其中任何一部故障,或我們需要將伺服器關閉以進行維護。」

效能資料每隔 30 分鐘蒐集一次,並輸入到專屬軟體內,讓操作員可查看哪些地方確實省下了成本,同時將資料與預想的設定點作比較。

Kenneth 認為,Vital Energi Group 提供了一個獨一無二、不同於典型方法的解決方案。「我們有兩種方式可遠端存取信託的系統,包括可從後端存取,或利用智慧型手機應用程式存取。後端存取是透過瀏覽器使用固定式 IP,這種方式可讓我們連線到信託的 ECS Supervisor。通訊均經過加密,並提供不同的存取層級,同時還內含操作員介面,可讓我們的工程師變更設定點或警報等各種設定。應用程式存取雖然對我們的工程師來說是多餘的功能,但我們可開啟應用程式供其他人檢視。另外,我們的開放原始碼應用程式相當受歡迎,可免費下載 Apple 或 Android 適用版本。」

Vital Efficienci 另外也開發了警報管理與記錄系統,由 Vital 的人員監控,還可讓工程師用來管理呼叫系統。系統使用工業型行動資料機和 SIM 卡 (含天線)。每當 Allen-Bradley 控制器產生警報時,面板便會閃爍,而且會顯示在 ECS Supervisor Server,並透過 SMS 簡訊、電話和電子郵件發送給執勤中的工程師。接著 Vital Energi 或信託再決定該採取何種行動,並依問題嚴重性決定優先順序。

Kenneth 熱切地表示:「現在 ECS 解決方案已經交付並安裝,證明我們確實已做好準備,有能力應付更大範圍的專案與應用。除了醫院,任何大型設施均能從中獲益。我們很快便會開始尋找適合的工業複合設施;我們的系統極具彈性,可應付各種挑戰。」

結果

信託能源部經理 Brian Golding 說明:「我們希望 Vital 能滿足我們的基本目標,包括減少碳足跡,降低能源消耗,提升電力應變能力,讓專案長久經營 15 年。」

Kenneth 詳細說明:「Brian 對我們的解決方案相當滿意,專案在預計的時間內完成交付與安裝,營運一年內未發生任何問題,也達到原始設計所預想的控制與節能程度。我們仍會持續開發此系統,系統在搭配 Allen-Bradley Integrated Architecture 的彈性與擴充能力之下,將可輕易部署到現有的系統中,就像在約克的例子一樣。」

Kenneth 說明:「品質是最關鍵的驅動因素,我們必須對部署的設備有信心,因此需要採用高階材料建構的健全解決方案。我們堅持完成的每個專案皆必須維持優異的品質,有高品質的付出,才會獲得高品質的成果。」

Kenneth 最後表示:「Rockwell Automation 在英國所提供的支援極為出色,沒有適當的幕後團隊,沒有供應商提供合適的產品,我們就無法達成目標並獲致成功,因此 Rockwell Automation 也算是我們團隊的一員。」

以上提及的結果專門針對 Vital Energi Group 與 York Teaching Hospital NHS Foundation Trust 使用 Rockwell Automation 產品與服務並結合其他產品,其他客戶的實際結果可能有所不同。

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