Opto綠色基金－－-SNAP PAC系統(tǒng)授予SUNY New Paltz’理工學(xué)院用于可代替能源解決方案的研究

背景
　　根據(jù)紐約州立大學(xué)Michael Otis教授的觀點(diǎn)，在過去的幾十年中，紐約州的耕地急劇下降，很大一部分是因?yàn)槟茉闯杀具^高。Otis在SUNY New Paltz’電氣和計(jì)算機(jī)工程部（ECE）擔(dān)任教授近11年，他和他的學(xué)生與太陽能協(xié)會(huì)（TSEC）共同合作，太陽能協(xié)會(huì)由私人和國(guó)家機(jī)構(gòu)組成，致力于研究、發(fā)展太陽能傳送的新方法，并應(yīng)用在紐約州北部的蘋果園中，希望由此獲得能源節(jié)省能夠得到社會(huì)關(guān)注，也同時(shí)證明了太陽能及其他可代替能源在商業(yè)運(yùn)行上是有生存能力的。而最終目標(biāo)是這些可代替能源能大大降低農(nóng)場(chǎng)的年平均能源消耗，而同樣的技術(shù)和能源在城市范圍內(nèi)也能夠適用。
　　攜起手，集合各種形式的可代替能源，改善農(nóng)場(chǎng)的工藝，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化能提供一個(gè)完整的、可持續(xù)的能源解決方案，從而降低高額的能源成本，” Otis說道。和TSEC一起工作，以打造“紐約州綠色農(nóng)場(chǎng)”為計(jì)劃，Otis和他的學(xué)生為實(shí)驗(yàn)計(jì)劃擬定出一系列的目標(biāo)，包括溫室氣體排放和確定最佳的可持續(xù)能源。在經(jīng)過農(nóng)場(chǎng)的實(shí)地考察和仔細(xì)研究操作后，小組準(zhǔn)備好了結(jié)論、推薦信和行動(dòng)計(jì)劃。

確定難點(diǎn)

　　Wright蘋果園由家族所有，自1903年經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)，面積覆蓋紐約州Gardiner和紐約市西北部的Hudson流域，總計(jì)達(dá)450畝。除了擁有果園，農(nóng)場(chǎng)還包括機(jī)械室、包裝流水線、辦公區(qū)域、冷藏區(qū)、面包房和水果店?？上У氖?，Wright農(nóng)場(chǎng)年利潤(rùn)都呈負(fù)值，很大一部分因?yàn)檫^高的能源費(fèi)用。經(jīng)過Otis小組對(duì)操作和能源審計(jì)的詳細(xì)核對(duì)，顯示農(nóng)場(chǎng)存在嚴(yán)重的控制系統(tǒng)和關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行不當(dāng)?shù)葐栴}。例如，多重冷卻器沒必要總是同時(shí)運(yùn)行，這極大的增加了耗電，導(dǎo)致額外支出。同時(shí)，狀態(tài)瞬變易損壞設(shè)備， Otis說道。壓縮機(jī)開關(guān)動(dòng)作過于頻繁，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。”
　　此外，農(nóng)場(chǎng)的大部分冷藏品解凍取決于定時(shí)器，故無論需不需要，解凍會(huì)自動(dòng)進(jìn)行—即便在冬天也是如此。更糟糕的是，解凍的過程會(huì)造成周圍環(huán)境溫度上升，于是需要冷氣冷卻，這樣惡性循環(huán)導(dǎo)致更多的能源浪費(fèi)。
　　能源費(fèi)用和設(shè)備消耗數(shù)據(jù)總計(jì)出來后，小組對(duì)為什么Wright的能源賬單多達(dá)驚人的710,000度/年（約$68,825.98）有了更好的認(rèn)識(shí)。

提出解決方案
　　Otis的小組在提出最終建議前，做了各項(xiàng)改進(jìn)和安裝選擇的可行性研究。推薦包括執(zhí)行一個(gè)新的系統(tǒng)以確保只在需要時(shí)段進(jìn)行解凍操作，并且最小化多重單元同時(shí)冷卻的情況；在農(nóng)場(chǎng)安裝一個(gè)100kw的光伏（PV）系統(tǒng)1，包括40kw的地面陣列和一個(gè)60kw的屋頂陣列；2個(gè)常設(shè)地?zé)峋鶠檗r(nóng)場(chǎng)冷卻和制冷用。根據(jù)Otis和他的學(xué)生準(zhǔn)備的報(bào)告終稿中所羅列的，對(duì)于有爭(zhēng)議的地方，其地面年平均溫度約為54華氏度。如在這個(gè)位置造2座井，將提供一個(gè)效率極高的體系，因?yàn)榘褱囟扔?4華氏度降到34度（Wright蘋果儲(chǔ)存的最佳溫度）比從100度降到34度節(jié)約能節(jié)約更多的能源。安裝井柱還有個(gè)好處就是把農(nóng)場(chǎng)轉(zhuǎn)向環(huán)保的制冷類型。
　　以上3項(xiàng)能源改進(jìn)建議（新的控制系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)和地?zé)嵯到y(tǒng)）希望能對(duì)農(nóng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益有所幫助，同時(shí)降低其碳排放量3，保護(hù)了環(huán)境。Otis由此開始尋找一個(gè)強(qiáng)大、可靠、價(jià)格實(shí)惠的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。
尋找一種控制系統(tǒng)
　　Otis第一次認(rèn)識(shí)Opto 22產(chǎn)品是在1992年，他從一個(gè)曾在IBM就職的同事那獲知的。當(dāng)時(shí)兩人一起在Orange縣社區(qū)大學(xué)工作，由Opto 22（mistic™系統(tǒng)設(shè)備搭配Cyrano軟件）捐贈(zèng)的2臺(tái)綜合設(shè)備進(jìn)入電機(jī)工程部的儀表和控制實(shí)驗(yàn)室。使用后不久，Otis便在eBAY上購(gòu)買了Opto 22的設(shè)備，為自己家安裝了一個(gè)復(fù)雜的控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)Wright農(nóng)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃已初見成形，Otis聯(lián)系了Opto 22對(duì)最新一代的SNAP PAC可編程自動(dòng)化控制器表現(xiàn)出濃厚的興趣。

Opto綠色基金
　　通過和Opto 22的售前工程師交流，描述了我的計(jì)劃、目標(biāo)，并且了解到Opto綠色基金計(jì)劃， Otis說道，我下載并填寫了基金申請(qǐng)，在一周內(nèi)就接到申請(qǐng)成功的通知。僅僅幾天后，我就拿到了我們需要的所有硬件。
　　Mike和他的學(xué)生正在從事的項(xiàng)目類型是我們發(fā)展Opto綠色基金的主要原因，Opto 22的Arun Sinha說道。如果一個(gè)工程師有可持續(xù)能源的相關(guān)想法，并想做些研究證實(shí)，我們的基金可以在物質(zhì)上對(duì)他提供幫助。
　　SUNY小組現(xiàn)在使用的SNAP PAC系統(tǒng)包括一個(gè)強(qiáng)大的安裝在底板上的可編程控制器、各種模擬I/O模塊（用于連接和從設(shè)備閥門、儀表及其他儀器上讀取各種數(shù)據(jù)）和數(shù)字I/O模塊（主要用于讀數(shù)、調(diào)節(jié)或切換設(shè)備狀態(tài)）。總的來說，Opto 22硬件包括一個(gè)能遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制農(nóng)場(chǎng)所有主要工業(yè)設(shè)備、部件和儀表的系統(tǒng)。
通訊基于已有的以太網(wǎng)上。系統(tǒng)的主要目的是降低農(nóng)場(chǎng)的能源過度消耗，為可持續(xù)能源如用于電力的太陽光伏和用于制冷和采暖的地?zé)嶙鰷?zhǔn)備。
計(jì)劃啟動(dòng)
　　SUNY小組的第一步是給出想法的證明。他們準(zhǔn)備了詳細(xì)的實(shí)物模型來證實(shí)SNAP PAC系統(tǒng)可以高效的監(jiān)測(cè)和控制制冷、泵和中繼設(shè)備—農(nóng)場(chǎng)內(nèi)同種設(shè)備和裝置。以農(nóng)場(chǎng)的5個(gè)冷藏庫(kù)為目標(biāo)進(jìn)行模擬，使用電氣設(shè)備如傳感器、電位計(jì)、開關(guān)、LED和閥門。小型冰箱用于模擬第6個(gè)冷藏庫(kù)，經(jīng)編程、配置后的SNAP PAC系統(tǒng)控制所有以上設(shè)備及溫度和解凍控制。
流程圖式編程
　　SNAP PAC系統(tǒng)使用PAC Project™自動(dòng)化軟件套件進(jìn)行編程，套件包括控制編程、人機(jī)界面和訪問任意數(shù)據(jù)庫(kù)的各類工具。使用PAC Control™（PAC Project的控制編程應(yīng)用），Otis和他的學(xué)生可以使用流程圖進(jìn)行編程，事實(shí)證明這具有很大的好處。
　　“Opto流程圖編程環(huán)境非常友好，尤其與我曾用過的梯形圖邏輯相比，” Otis說道。“流程圖式異常直觀且操作簡(jiǎn)單，很適用于現(xiàn)在的工科學(xué)生，因?yàn)樵谒麄兊膶W(xué)習(xí)中，習(xí)慣看條件塊、決定塊和其他流程圖式元素。Opto設(shè)備很輕易地滿足了我們模擬中的所有要求，最終我們能成功完成項(xiàng)目的初始階段。”

系統(tǒng)部署
　　接下來就是農(nóng)場(chǎng)的實(shí)際部署了。為了使部署便于管理，Otis將計(jì)劃分成3個(gè)階段。
　　我們希望能完成許多事情，Otis說道。但是我們要做的第一件事就是減少或徹底消除農(nóng)場(chǎng)的巨大開支他們?cè)谡袚?dān)的高峰定價(jià)。
　　高峰定價(jià)政策是公用事業(yè)為大企業(yè)和其他高耗能客戶建立的最高消費(fèi)額度。如果超過了這個(gè)最高消費(fèi)額度，即使超過了一點(diǎn)點(diǎn)，在一個(gè)指定時(shí)期，客戶需全天支付一個(gè)最高使用率金。Otis解釋道，該政策對(duì)于每月用電大于5,000度的客戶，電力公司計(jì)算出當(dāng)月任意15分鐘時(shí)間段內(nèi)消耗電力最大的客戶，將對(duì)其收取該值乘以$7.07的電費(fèi)。只有當(dāng)該客戶連續(xù)三個(gè)月每月用電量少于2，500度時(shí)，才可以免去高峰定價(jià)。
　　由于高峰定價(jià)政策，第一個(gè)階段包含了將SNAP PAC系統(tǒng)集成到早期控制環(huán)境中，取代開環(huán)定時(shí)解凍機(jī)制，而轉(zhuǎn)用基于傳感器的閉環(huán)系統(tǒng)，并在冷藏庫(kù)區(qū)域運(yùn)用“循環(huán)”技術(shù)。使用模擬輸入模塊反饋給控制器，SNAP PAC系統(tǒng)被設(shè)定追蹤和記錄農(nóng)場(chǎng)的用電數(shù)據(jù)，與過去的配置作比對(duì)。這個(gè)階段的目標(biāo)是最終消除農(nóng)場(chǎng)的高峰定價(jià)。
　　第二個(gè)階段包含整合地?zé)嵯到y(tǒng)（將進(jìn)一步削減電力消耗）和升級(jí)制冷流體從R-22至R-410A，制冷系統(tǒng)中的R-22在美國(guó)已逐步被淘汰。經(jīng)過這些以后，作為額外對(duì)比，果園的整個(gè)電力消耗將更大程度地被監(jiān)測(cè)。最后，進(jìn)入第三階段，使用最新數(shù)據(jù)（在第一階段和第二階段已完成）生成新的能耗審計(jì)。對(duì)太陽能光伏陣列進(jìn)行配置，用來處理剩下的電力需要，到達(dá)電網(wǎng)凈零量使用。
人機(jī)界面
　　為了向Wright提供一個(gè)簡(jiǎn)單易懂、易使用的控制界面，Otis和他的小組使用PAC Display™軟件（也是Opto 22的 PAC Project 套件里的一部分）設(shè)計(jì)人機(jī)界面。用戶界面僅顯示當(dāng)前溫度、閥門狀態(tài)（開或關(guān)），是否需要解凍或正在解凍。在安裝者的界面，用戶可以同步查看數(shù)據(jù)，記錄歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)。正如Otis解釋的，用戶界面在一個(gè)圖表中顯示每個(gè)冷藏庫(kù)的溫度，你可以看到顯示的溫度。如果溫度在33°F和3F間，顯示為黃色；如果溫度在34F和37F間，顯示為綠色；當(dāng)溫度低于33F或高于37F，則顯示為紅色。;

　　當(dāng)冷藏庫(kù)溫度不在指定范圍內(nèi)時(shí)，所設(shè)人機(jī)界面顯示可視報(bào)警，用戶可以進(jìn)行糾正或聯(lián)系技術(shù)人員。

投資回報(bào)率
　　Otis學(xué)生所做的最終報(bào)告陳述如下，“在眾多可編程邏輯控制器中，Opto 22的平臺(tái)擁有最快速的成長(zhǎng)速度之一，這源于控制器簡(jiǎn)單的編程語言。”學(xué)生們也堅(jiān)持“簡(jiǎn)單編程語言留有更快的發(fā)展速度，因此我們可以專注于電能和其他任務(wù)。”
　　通過能源審計(jì)并假定冷藏庫(kù)設(shè)備一天運(yùn)行12個(gè)小時(shí)，Otis小組得出結(jié)論，冷藏庫(kù)占了果園電力負(fù)載損耗的68.21%。這意味著冷藏庫(kù)每年能耗接近384,337.34度。地?zé)嵯到y(tǒng)的安裝實(shí)現(xiàn)了用小型負(fù)載代替重電力負(fù)載。

　　根據(jù)預(yù)測(cè)，地?zé)嵯到y(tǒng)將為果園節(jié)省$46,606.38/年，6年就能收自身成本。基于地?zé)嵯到y(tǒng)，用于屋頂陣列的太陽能光伏應(yīng)在60KW范圍內(nèi)，附加的40KW地面陣列將抵消果園電力需求的剩余部分。

　　攜手與果園的節(jié)能計(jì)劃成功地降低了溫室氣體在Hudson流域和周邊地區(qū)的排放。
　　期待最好的事情是，Otis希望Wright的試驗(yàn)計(jì)劃能為未來美國(guó)的可持續(xù)能源項(xiàng)目建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
　　我們自信這次計(jì)劃的成功會(huì)進(jìn)一步促使TSEC發(fā)展高效太陽能系統(tǒng)，降低系統(tǒng)成本，簡(jiǎn)化安裝難度，推廣使用范圍。
關(guān)于Opto 22
　　Opto 22研發(fā)并制造可靠，靈活，易于使用的軟硬件產(chǎn)品用于工業(yè)自動(dòng)化，遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。Opto 22 產(chǎn)品使用商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)技術(shù)，其簡(jiǎn)便實(shí)用、技術(shù)創(chuàng)新、質(zhì)量保證、可靠耐用已在全世界范圍內(nèi)建立了極高的聲譽(yù)。我們的產(chǎn)品適用于終端用戶、原始設(shè)備制造商、IT從業(yè)人員等。公司創(chuàng)建于1974年，位于美國(guó)加州的Temecula。Opto 22產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)通過分銷商，合作伙伴或系統(tǒng)集成商銷售。更多信息，請(qǐng)聯(lián)系Opto 22 上海代表處 021-58358247 surgeyu@opto22.com