Tại sao người ta nói rằng trong các nhà máy công nghiệp 4.0, kiến trúc truyền thông của các hệ thống bồi thường năng lượng phản ứng phải được tái cấu trúc?

Trong quá trình thực hiện kỷ nguyên công nghiệp 4.0, Geyue Electric, với tư cách là nhà sản xuấtThiết bị bù năng lượng phản ứng điện áp thấp, Công ty chúng tôi đã nhận ra sâu sắc rằng trí thông minh, số hóa và mạng đã trở thành ba đặc điểm cốt lõi nhất của các nhà máy hiện đại. Kiến trúc truyền thông truyền thống của các hệ thống bồi thường năng lượng phản ứng không còn có thể đáp ứng các yêu cầu cao hơn công nghiệp 4.0 về hiệu quả, tính linh hoạt và độ tin cậy của bồi thường. Tái cấu trúc kiến trúc giao tiếp của các hệ thống bù năng lượng phản ứng không chỉ là một lựa chọn không thể tránh khỏi để nâng cấp công nghệ trong lĩnh vực bồi thường năng lượng, mà còn là một biện pháp chính để tăng cường hiệu quả năng lượng của nhà máy và giảm chi phí vận hành.

Giới hạn

Các hệ thống bù năng lượng phản ứng truyền thống thường sử dụng hệ thống dây cứng hoặc phương pháp giao tiếp trường đơn giản, chẳng hạn như Modbus RTU hoặc CAN Bus. Các phương pháp giao tiếp này đã thực hiện đầy đủ trong môi trường công nghiệp trong quá khứ, nhưng những hạn chế của chúng ngày càng trở nên rõ ràng trong bối cảnh Công nghiệp 4.0. Đầu tiên, tốc độ truyền dữ liệu của các kiến trúc truyền thông truyền thống là tương đối thấp, không thể đáp ứng các yêu cầu của bồi thường động theo thời gian thực. Trong môi trường Công nghiệp 4.0, biến động tải điện thường xuyên hơn và thiết bị bù năng lượng phản ứng cần phải phản ứng nhanh chóng với các thay đổi lưới. Tuy nhiên, giao tiếp tốc độ thấp có thể dẫn đến sự chậm trễ bồi thường, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng năng lượng điện.

Thứ hai, kiến trúc truyền thông truyền thống có khả năng mở rộng và khả năng tương thích kém, không có lợi cho sự kết nối của thiết bị được nhấn mạnh bởi ngành công nghiệp 4.0. Trong các nhà máy hiện đại, có khả năng có nhiều thương hiệu và mô hình thiết bị điện khác nhau. Các giao thức truyền thông truyền thống không thể xử lý tình huống này vì các giao thức truyền thông truyền thống thường thiếu hỗ trợ tiêu chuẩn hóa, làm cho việc tích hợp hệ thống trở nên vô cùng khó khăn. Hơn nữa, kiến trúc truyền thống không thể hỗ trợ phân tích dữ liệu lớn và giám sát từ xa, đây chính xác là một trong những khả năng cốt lõi theo yêu cầu của ngành 4.0.

Yêu cầu mới

Mục tiêu cốt lõi của Công nghiệp 4.0 là đạt được sản xuất thông minh thông qua các phương pháp dựa trên dữ liệu. Xu hướng này yêu cầu hệ thống bồi thường năng lượng (là một phần quan trọng trong cơ sở hạ tầng điện của nhà máy) phải thích nghi tương ứng. Kiến trúc giao tiếp mới cần đáp ứng các yêu cầu chính sau.

Đầu tiên, kiến trúc giao tiếp mới cần có hiệu suất thời gian thực cao và độ tin cậy cao. Các dây chuyền sản xuất trong một nhà máy công nghiệp 4.0 rất tự động hóa và tải điện sẽ trở nên năng động hơn. Trong các trường hợp như vậy, hệ thống bù năng lượng phản ứng phải có khả năng hoàn thành việc thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu và ban hành các hướng dẫn kiểm soát trong vòng một phần nghìn giây. Điều này đòi hỏi kiến trúc giao tiếp để hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao và sở hữu các cơ chế dự phòng để đảm bảo rằng giao tiếp không bị gián đoạn.

Thứ hai, kiến trúc giao tiếp mới cần phải được mở và chuẩn hóa. Công nghiệp 4.0 nhấn mạnh khả năng tương tác của các thiết bị, do đó, giao thức giao tiếp của hệ thống bù năng lượng phản ứng phải hỗ trợ các tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp chính thống, như Profinet, EtherCAT hoặc OPC UA. Các thỏa thuận này không chỉ cho phép các kết nối phối hợp liền mạch giữa các thiết bị khác nhau trong hệ thống điện, mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho các lợi ích tích hợp giữa hệ thống vận hành cấp thấp hơn và hệ thống quản lý cấp trên (như ME hoặc ERP), đạt được sự quản lý dữ liệu dọc.

Thứ ba, kiến trúc giao tiếp mới cần hỗ trợ điện toán cạnh và điện toán đám mây. Trong bối cảnh Công nghiệp 4.0, khối lượng dữ liệu đang tăng theo cấp số nhân. Phương pháp xử lý dữ liệu tập trung truyền thống không còn có thể đáp ứng các yêu cầu của môi trường mới. Kiến trúc giao tiếp mới cần hỗ trợ tính toán cạnh, cho phép các thiết bị bù năng lượng phản ứng không chỉ hoàn thành một số xử lý dữ liệu và ra quyết định cục bộ mà còn tải dữ liệu chính lên đám mây để phân tích và tối ưu hóa chuyên sâu.

Con đường kỹ thuật chính

Để đạt được các mục tiêu đã nói ở trên, việc cấu hình lại kiến trúc giao tiếp của hệ thống bù năng lượng phản ứng cần được thực hiện từ cả hai quan điểm phần cứng và phần mềm. Về phần cứng, giao diện Bus RS485 hoặc có thể truyền thống cần được nâng cấp lên giao diện Ethernet và thậm chí hỗ trợ giao tiếp sợi quang để tăng cường khả năng chống can thiệp trong quá trình bù năng lượng phản ứng. Đồng thời, thiết bị phải được trang bị bộ xử lý hiệu suất cao để hỗ trợ các chức năng tính toán cạnh.

Ở cấp độ phần mềm, ngăn xếp giao thức truyền thông cần được nâng cấp toàn diện. Chẳng hạn, việc áp dụng các giao thức truyền thông dựa trên TCP/IP, chẳng hạn như MQTT hoặc DDS, có thể đạt được truyền dữ liệu và giao tiếp hiệu quả giữa các thiết bị. Ngoài ra, thiết bị bù năng lượng phản ứng sẽ hỗ trợ tiêu chuẩn OPC UA để cho phép tích hợp liền mạch với các thiết bị thông minh khác trong nhà máy. OPC UA không chỉ cung cấp một mô hình dữ liệu thống nhất mà còn hỗ trợ các cơ chế bảo mật thông tin, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu bảo mật dữ liệu của Công nghiệp 4.0.

Một công nghệ quan trọng khác là giới thiệu công nghệ mạng được xác định bằng phần mềm (SDN). Trong các hệ thống năng lượng truyền thống, mạng truyền thông thường được cấu hình tĩnh. Tuy nhiên, trong bối cảnh Công nghiệp 4.0, các yêu cầu mạng có thể thay đổi bất cứ lúc nào. Công nghệ SDN cho phép cấu hình lại động của mạng truyền thông, điều chỉnh băng thông và định tuyến theo nhu cầu thời gian thực, do đó đảm bảo rằng việc truyền đạt hệ thống bù năng lượng phản ứng luôn ở trạng thái tối ưu.

Lợi ích thực tế

Tái cấu trúc kiến trúc giao tiếp của hệ thống bù năng lượng phản ứng không chỉ vượt qua những hạn chế của kiến trúc truyền thống, mà còn mang lại lợi ích kinh tế và kỹ thuật đáng kể cho nhà máy.

Đầu tiên, cấu hình lại kiến trúc giao tiếp của hệ thống bù năng lượng phản ứng có thể nâng cao chất lượng năng lượng và hiệu quả năng lượng của nhà máy. Kiến trúc giao tiếp tốc độ cao và đáng tin cậy cho phép thiết bị bù năng lượng phản ứng theo dõi chính xác hơn các thay đổi tải và đạt được bù động, do đó giảm tổn thất đường dây và cải thiện hệ số công suất. Dựa trên trường hợp thực tế của Ge Yue Electric, hệ thống bù năng lượng phản ứng với kiến trúc giao tiếp mới có thể ổn định hệ số công suất ở mức trên 0,95 và giảm 5% mất điện xuống còn 10%.

Thứ hai, cấu hình lại kiến trúc giao tiếp của hệ thống bù năng lượng phản ứng có thể làm giảm đáng kể chi phí vận hành và bảo trì của nhà máy. Hệ thống bù năng lượng phản ứng truyền thống thường yêu cầu kiểm tra và điều chỉnh thủ công, trong khi kiến trúc truyền thông mới hỗ trợ giám sát từ xa và bảo trì dự đoán. Thông qua việc thu thập và phân tích dữ liệu thời gian thực, nhân viên bảo trì có thể phát hiện các lỗi tiềm ẩn trước, tránh tắt máy đột ngột. Hơn nữa, các giao thức truyền thông được tiêu chuẩn hóa làm giảm sự phức tạp của tích hợp hệ thống và giảm độ khó của các nâng cấp và bảo trì sau này.

Cuối cùng, cấu hình lại kiến trúc giao tiếp của hệ thống bù năng lượng phản ứng có thể hỗ trợ nâng cấp thông minh của nhà máy. Công nghiệp 4.0 không chỉ đơn thuần là trí thông minh của một thiết bị, mà là tối ưu hóa hợp tác của toàn bộ hệ thống sản xuất. Hệ thống bù năng lượng phản ứng, như một phần quan trọng của quản lý năng lượng, cấu hình lại kiến trúc giao tiếp của nó đặt nền tảng cho nhà máy để đạt được Internet của Things (EIOT). Thông qua sự tương tác hiệu quả với thiết bị sản xuất và hệ thống quản lý năng lượng, nhà máy có thể tối ưu hóa hơn nữa việc sử dụng năng lượng và đạt được tầm nhìn của sản xuất xanh.

Công nghiệp 4.0 đã nêu ra các yêu cầu cao hơn đối với cơ sở hạ tầng điện của các nhà máy và kiến trúc truyền thông hệ thống bù năng lượng phản ứng truyền thống không còn có thể thích ứng với sự thay đổi này. Là nhà sản xuất thiết bị bù năng lượng phản ứng điện áp thấp, Geyue Electric tin rằng cấu hình lại kiến trúc giao tiếp là cách duy nhất để đạt được bù năng lượng phản ứng hiệu quả và thông minh. Bằng cách áp dụng các công nghệ truyền thông tốc độ cao, mở và an toàn, hệ thống bù năng lượng phản ứng không chỉ có thể nâng cao hiệu suất của chính nó mà còn có thể cung cấp hỗ trợ vững chắc cho việc chuyển đổi kỹ thuật số của các nhà máy. Trong tương lai, với việc phổ biến hơn nữa các công nghệ như 5G và trí tuệ nhân tạo, công ty chúng tôi sẽ tiếp tục đầu tư vào sự phát triển của kiến trúc giao tiếp của hệ thống bù năng lượng phản ứng, đưa sức sống sáng tạo hơn vào Công nghiệp 4.0. Nếu bạn đang cần một đội ngũ chuyên nghiệp để thiết kế một giải pháp bù năng lượng phản ứng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của ngành công nghiệp 4.0 cho nhà máy của bạn, xin vui lòng viết thư choinfo@gyele.com.cn.