Cel pomiaru energii w zakładzie produkcyjnym jest prosty: wiedzieć, ile zużywają konkretne maszyny i ile energii pochłaniają poszczególne etapy produkcji. W tym artykule pokazujemy, jak można zbierać dane o zużyciu energii w sposób, który realnie wspiera optymalizację procesów, nie wymaga ingerencji w zakładową sieć OT oraz spełnia wymagania w zakresie cyberbezpieczeństwa, w tym zgodności z dyrektywą NIS2.
Pomiar energii w istniejących fabrykach
Większość projektów dotyczących pomiaru zużycia mediów jest realizowanych przez Fabrity w działających zakładach produkcyjnych. W takich fabrykach infrastruktura pomiarowa zazwyczaj już funkcjonuje — liczniki energii i analizatory parametrów sieci są zainstalowane w rozdzielnicach oraz przy liniach produkcyjnych. Problem polega na tym, że dane z tych urządzeń rzadko trafiają do jednego, centralnego systemu. Odczyty pozostają lokalne, dostępne w interfejsach poszczególnych urządzeń, a stosowane przez producentów własnościowe protokoły komunikacyjne utrudniają ich integrację.
W wielu zakładach wciąż praktykuje się ręczne spisywanie wskazań, co sprowadza monitoring do okazjonalnych odczytów i nie pozwala analizować rzeczywistych profili obciążenia ani powiązać zużycia energii z przebiegiem procesu. Dodatkowo punkty pomiarowe projektowane są zgodnie z logiką dystrybucji energii, a nie strukturą procesu technologicznego, przez co przypisanie zużycia do konkretnych etapów produkcji staje się utrudnione.
W efekcie odpowiedź na pytanie, ile energii zużywa dany proces na każdym etapie, bywa bardzo trudna. Dlatego w Fabrity koncentrujemy się na uporządkowaniu istniejących pomiarów i przekształceniu rozproszonych danych w spójne informacje zarządcze. Poniżej pokazujemy, jak w praktyce wygląda cały proces.
Wizja lokalna: jak weryfikujemy istniejące pomiary i identyfikujemy luki
Każdy projekt zarządzania energią w istniejącym zakładzie zaczyna się na hali produkcyjnej. Zanim podłączymy choć jedno urządzenie i zaczniemy zbierać dane, przeprowadzamy ocenę na miejscu, aby zrozumieć, jak energia jest realnie dystrybuowana i gdzie faktycznie jest zużywana.
Wspólnie z zespołem zakładu oraz naszymi lokalnymi partnerami lokalizujemy istniejące punkty pomiarowe, weryfikujemy ich instalację i sprawdzamy, gdzie pomiary już są dostępne, a gdzie występują braki. Na tym etapie analizujemy też kluczowe aspekty techniczne, takie jak przekładniki prądowe, ograniczenia okablowania czy możliwość bezpiecznego wykonania montażu.
To krok, którego nie da się pominąć. Bez rzetelnego rozpoznania sytuacji „w terenie” nawet najlepiej zaprojektowana architektura pomiarowa pozostaje tylko koncepcją na papierze.
Wykorzystanie istniejących liczników i uzupełnianie braków bez zakłócania produkcji
Punktem wyjścia zawsze jest dla nas istniejąca infrastruktura pomiarowa. W zakładach istniejących nie burzymy tego, co już działa. Zamiast tego koncentrujemy się na maksymalnym wykorzystaniu zainstalowanych liczników i analizatorów energii. Dane pozyskujemy zarówno z urządzeń już obecnych w systemie, jak i tam, gdzie to konieczne, z dodatkowych punktów pomiarowych, które wdrażamy, aby uzupełnić luki w widoczności zużycia.
Odczyty najczęściej zbierane są za pośrednictwem protokołu Modbus RTU i przekazywane do bramy komunikacyjnej, która agreguje dane, a następnie przesyła je do Nexen Suite — naszej autorskiej platformy IoT. To tam dane są wizualizowane, analizowane oraz łączone z informacjami produkcyjnymi, co pozwala uzyskać pełny kontekst operacyjny.
W miejscach, gdzie rozbudowa infrastruktury kablowej byłaby nieopłacalna lub wiązałaby się z ingerencją w pracującą produkcję, rozszerzamy zakres pomiarów przy użyciu urządzeń opartych na technologii LoRaWAN. Dzięki temu zapewniamy spójne i ciągłe pozyskiwanie danych także w trudno dostępnych częściach zakładu bez zbędnych przestojów i kosztownych prac instalacyjnych.
Mapowanie pomiarów do etapów produkcji i wyliczanie kosztu energii w procesie
Sam pomiar ma wartość dopiero wtedy, gdy jest powiązany z tym, jak faktycznie działa produkcja. Dlatego w ramach każdego wdrożenia naszej platformy IoT Nexen Suite mapujemy procesy technologiczne w zakładzie i odwzorowujemy rzeczywisty przebieg produkcji — linie, operacje oraz poszczególne etapy.
Następnie dopasowujemy do tej struktury liczniki, urządzenia oraz obliczenia wirtualne, tak aby zużycie energii było przypisywane do właściwego kroku procesu, a nie jedynie do najbliższej rozdzielnicy czy obwodu zasilania. Dzięki temu Nexen może wyliczać koszt energii na poziomie maszyn, procesów oraz konkretnych etapów produkcji.
Takie podejście daje producentom czytelny obraz tego, gdzie energia realnie tworzy wartość, gdzie pojawiają się straty oraz które obszary powinny być priorytetem w działaniach optymalizacyjnych.
Integracja bez ingerencji: pozyskiwanie danych bez dostępu do sieci OT
Dane energetyczne integrujemy z Nexen Suite w sposób celowo nieinwazyjny. Warstwa akwizycji działa równolegle do istniejącej infrastruktury i nie ingeruje w sieć OT ani w logikę sterowania produkcją.
W praktyce transmisja danych może odbywać się z wykorzystaniem lekkich protokołów, takich jak MQTT, lub alternatywnie przez Modbus TCP, ale w wydzielonej sieci Wi-Fi, bez konieczności uzyskiwania dostępu do sterowników czy PLC. Dzięki temu Nexen pozostaje poza siecią OT, a jednocześnie blisko źródła danych.
Takie podejście umożliwia zebranie danych o zużyciu energii bez zwiększania ryzyka operacyjnego czy związanego z cyberbezpieczeństwem po stronie zakładu. To ostatnie jest szczególnie ważne w związku z unijną dyrektywą NIS2, której implementacja w Polsce ma nastąpić w 2026 r.
Szczegółowy pomiar blisko procesu: dlaczego instalacja podliczników ma znaczenie
W Fabrity dążymy do tego, aby mierzyć energię jak najbliżej samego procesu produkcyjnego. To właśnie odpowiedni poziom szczegółowości sprawia, że surowe odczyty zamieniają się w realną wiedzę operacyjną. Pomiary na niskim poziomie pozwalają analizować przebiegi mocy w czasie, identyfikować profile obciążenia, wartości szczytowe oraz wzorce związane z konkretnymi etapami procesu, czyli zjawiska, których nie widać w danych zagregowanych.
W teorii architektura pomiarowa powinna być możliwie prosta i unikać nadmiernej liczby dodatkowych podliczników. W praktyce jednak w istniejących, modernizowanych zakładach produkcyjnych niemal zawsze powstaje wielopoziomowa struktura pomiarów. Kluczowe nie jest więc unikanie takiej hierarchii, lecz jej świadome zaprojektowanie tak, aby szczegółowe odczyty składały się na spójny i wiarygodny obraz całkowitego zużycia energii.
Liczniki wirtualne: obliczanie zużycia tam, gdzie nie da się go zmierzyć
W istniejących zakładach produkcyjnych nie każde miejsce poboru energii można objąć fizycznym pomiarem. Ograniczona przestrzeń w rozdzielnicach, bariery techniczne lub koszty instalacji sprawiają, że montaż dodatkowych liczników bywa nieopłacalny albo po prostu niemożliwy.
Dlatego stosujemy liczniki wirtualne, czyli wartości wyliczane na podstawie już dostępnych pomiarów. Typowym przykładem jest odjęcie wskazań dwóch liczników cząstkowych od licznika nadrzędnego w celu określenia zużycia energii w obszarze lub procesie, który nie jest bezpośrednio opomiarowany.
Takie podejście pozwala zachować spójną strukturę pomiarów i utrzymać pełną rozliczalność energii dzięki konsekwentnemu stosowaniu zależności sum i różnic, nawet wtedy, gdy fizyczny pomiar nie jest możliwy.
Jedna warstwa telemetrii w Nexen: model danych oparty na tagach jako podstawa spójnej analityki
Wszystkie dane o zużyciu energii i pozostałych mediów zbierane przez Nexen trafiają do jednej, centralnej bazy telemetrii, zbudowanej przy wykorzystaniu znaczników (tagów), a nie struktury urządzeń. Oznacza to, że podstawową jednostką organizacji danych jest logicznie zdefiniowany punkt pomiarowy, a nie konkretny licznik czy czujnik.
Takie podejście pozwala łączyć dane z wielu źródeł, zarówno bezpośrednio z urządzeń pomiarowych, jak i pośrednio z istniejących systemów klienta, w jednej spójnej strukturze. Niezależnie od sposobu pozyskania, wszystkie pomiary są zapisywane według tych samych zasad.
Centralizacja danych w jednej warstwie telemetrii tworzy stabilną podstawę do analiz, wizualizacji i porównań między procesami, bez względu na to, gdzie i w jaki sposób dany pomiar został wykonany.
Prognozowanie zużycia energii z Nexen Predict: od monitoringu do planowania
Nexen Predict, moduł dostępny w ramach Nexen Suite, rozszerza klasyczny monitoring energii o perspektywę planowania. Moduł ten prognozuje przyszłe zużycie na podstawie danych historycznych z telemetrii oraz wzorców produkcyjnych. Dzięki temu zespoły nie muszą opierać się wyłącznie na wynikach z poprzedniego dnia, ale mogą przewidywać nadchodzące szczyty obciążenia i wcześniej wychwytywać nietypowe trendy zapotrzebowania.
Takie podejście pozwala podejmować działania korygujące zanim koszty zaczną rosnąć, a planowanie produkcji i energii staje się bardziej oparte na danych. Ma to szczególne znaczenie w zakładach, w których obciążenia energetyczne silnie zależą od miksu produktowego i trybu pracy linii.
Dzięki Nexen Predict energia przestaje być wyłącznie wskaźnikiem raportowanym po fakcie. Staje się parametrem, którym można aktywnie zarządzać i uwzględniać go w codziennych decyzjach operacyjnych.
Wdrożenie Nexen Suite lokalnie lub w chmurze
Nexen został zaprojektowany tak, aby działać w różnych środowiskach IT i OT. W najbardziej wymagających scenariuszach może być uruchomiony w całości lokalnie, na przemysłowym serwerze, bez dostępu do Internetu, z przetwarzaniem wszystkich danych wyłącznie w sieci zakładowej.
Alternatywnie, w organizacjach preferujących architekturę chmurową, Nexen może zostać wdrożony w chmurze, na przykład w Microsoft Azure. Wybór modelu zależy od polityki bezpieczeństwa i strategii IT danej firmy.
W Fabrity wspieramy oba warianty wdrożenia bez kompromisów w zakresie funkcjonalności, bezpieczeństwa czy wydajności systemu.
Energia to dopiero początek
Energia elektryczna jest zazwyczaj najłatwiejszym medium do opomiarowania, dlatego większość inicjatyw związanych z Przemysłem 4.0 zaczyna się właśnie od niej. Jednak rzetelne zrozumienie procesu produkcji wymaga widoczności także w obszarze innych mediów, takich jak gaz, sprężone powietrze, azot czy woda. To one często mają istotny udział w kosztach produkcji, a jednocześnie są znacznie trudniejsze do objęcia systemowym pomiarem, szczególnie w istniejących zakładach.
Dobrym przykładem jest gaz. W wielu fabrykach nadal pracują starsze gazomierze, które nie były projektowane z myślą o integracji cyfrowej. Ich wymiana bywa kosztowna i wiąże się z ryzykiem przestojów. Dlatego stosujemy podejście pragmatyczne. Tam, gdzie to możliwe, wykorzystujemy istniejące gazomierze wyposażone w wyjścia impulsowe lub doposażamy je w odpowiednie konwertery, dzięki czemu dane można zbierać bez ingerencji w ciągłość dostaw. Technologie takie jak M-Bus, w połączeniu z konwerterami M-Bus–Modbus, pozwalają włączyć pomiary gazu do tej samej warstwy telemetrii co dane energetyczne. W miejscach, gdzie prowadzenie okablowania jest utrudnione, alternatywą są urządzenia wykorzystujące LoRaWAN.
Stosując te same, nieinwazyjne zasady co w przypadku energii elektrycznej, nasza przemysłowa platforma IoT Nexen Suite umożliwia rozszerzenie telemetrii na kolejne media i zbudowanie jednego, spójnego i zorientowanego na proces widoku analitycznego.
Kolejny krok: zacznij od małego zakresu, skaluj szybko
Nie trzeba wieloletniego programu transformacji, aby zacząć czerpać realną wartość z danych energetycznych. Najszybsza droga to wykorzystanie istniejących liczników, podłączenie ich do jednej warstwy telemetrii i rozbudowa pomiarów dopiero tam, gdzie braki w widoczności blokują analizę. Nexen Suite od Fabrity został zaprojektowany właśnie pod taką ścieżkę wdrożenia.
Jeżeli planują Państwo inicjatywę w obszarze zarządzania energią, możemy wesprzeć Państwa w określeniu zakresu projektu, mapowaniu procesów oraz przygotowaniu planu wdrożenia. Chętnie odwiedzimy Państwa zakład, aby omówić potrzeby i możliwe scenariusze.
Autor: Dominik Ciurko
Kontakt: dominik.ciurko@fabrity.pl
Bio: Inżynier specjalizujący się w przemysłowym IoT i systemach zarządzania danymi produkcyjnymi. W Fabrity odpowiada za projektowanie i wdrażanie rozwiązań u klientów przemysłowych.
