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

背景
　　根據紐約州立大學Michael Otis教授的觀點，在過去的幾十年中，紐約州的耕地急劇下降，很大一部分是因為能源成本過高。Otis在SUNY New Paltz’電氣和計算機工程部（ECE）擔任教授近11年，他和他的學生與太陽能協會（TSEC）共同合作，太陽能協會由私人和國家機構組成，致力于研究、發展太陽能傳送的新方法，并應用在紐約州北部的蘋果園中，希望由此獲得能源節省能夠得到社會關注，也同時證明了太陽能及其他可代替能源在商業運行上是有生存能力的。而最終目標是這些可代替能源能大大降低農場的年平均能源消耗，而同樣的技術和能源在城市范圍內也能夠適用。
　　攜起手，集合各種形式的可代替能源，改善農場的工藝，實現自動化能提供一個完整的、可持續的能源解決方案，從而降低高額的能源成本，” Otis說道。和TSEC一起工作，以打造“紐約州綠色農場”為計劃，Otis和他的學生為實驗計劃擬定出一系列的目標，包括溫室氣體排放和確定最佳的可持續能源。在經過農場的實地考察和仔細研究操作后，小組準備好了結論、推薦信和行動計劃。

確定難點

　　Wright蘋果園由家族所有，自1903年經營業務，面積覆蓋紐約州Gardiner和紐約市西北部的Hudson流域，總計達450畝。除了擁有果園，農場還包括機械室、包裝流水線、辦公區域、冷藏區、面包房和水果店。可惜的是，Wright農場年利潤都呈負值，很大一部分因為過高的能源費用。經過Otis小組對操作和能源審計的詳細核對，顯示農場存在嚴重的控制系統和關鍵設備運行不當等問題。例如，多重冷卻器沒必要總是同時運行，這極大的增加了耗電，導致額外支出。同時，狀態瞬變易損壞設備， Otis說道。壓縮機開關動作過于頻繁，能源浪費嚴重。”
　　此外，農場的大部分冷藏品解凍取決于定時器，故無論需不需要，解凍會自動進行—即便在冬天也是如此。更糟糕的是，解凍的過程會造成周圍環境溫度上升，于是需要冷氣冷卻，這樣惡性循環導致更多的能源浪費。
　　能源費用和設備消耗數據總計出來后，小組對為什么Wright的能源賬單多達驚人的710,000度/年（約$68,825.98）有了更好的認識。

提出解決方案
　　Otis的小組在提出最終建議前，做了各項改進和安裝選擇的可行性研究。推薦包括執行一個新的系統以確保只在需要時段進行解凍操作，并且最小化多重單元同時冷卻的情況；在農場安裝一個100kw的光伏（PV）系統1，包括40kw的地面陣列和一個60kw的屋頂陣列；2個常設地熱井柱為農場冷卻和制冷用。根據Otis和他的學生準備的報告終稿中所羅列的，對于有爭議的地方，其地面年平均溫度約為54華氏度。如在這個位置造2座井，將提供一個效率極高的體系，因為把溫度由54華氏度降到34度（Wright蘋果儲存的最佳溫度）比從100度降到34度節約能節約更多的能源。安裝井柱還有個好處就是把農場轉向環保的制冷類型。
　　以上3項能源改進建議（新的控制系統，光伏系統和地熱系統）希望能對農場的經濟效益有所幫助，同時降低其碳排放量3，保護了環境。Otis由此開始尋找一個強大、可靠、價格實惠的監測和控制系統。
尋找一種控制系統
　　Otis第一次認識Opto 22產品是在1992年，他從一個曾在IBM就職的同事那獲知的。當時兩人一起在Orange縣社區大學工作，由Opto 22（mistic™系統設備搭配Cyrano軟件）捐贈的2臺綜合設備進入電機工程部的儀表和控制實驗室。使用后不久，Otis便在eBAY上購買了Opto 22的設備，為自己家安裝了一個復雜的控制和監測系統。當Wright農場的實驗計劃已初見成形，Otis聯系了Opto 22對最新一代的SNAP PAC可編程自動化控制器表現出濃厚的興趣。

Opto綠色基金
　　通過和Opto 22的售前工程師交流，描述了我的計劃、目標，并且了解到Opto綠色基金計劃， Otis說道，我下載并填寫了基金申請，在一周內就接到申請成功的通知。僅僅幾天后，我就拿到了我們需要的所有硬件。
　　Mike和他的學生正在從事的項目類型是我們發展Opto綠色基金的主要原因，Opto 22的Arun Sinha說道。如果一個工程師有可持續能源的相關想法，并想做些研究證實，我們的基金可以在物質上對他提供幫助。
　　SUNY小組現在使用的SNAP PAC系統包括一個強大的安裝在底板上的可編程控制器、各種模擬I/O模塊（用于連接和從設備閥門、儀表及其他儀器上讀取各種數據）和數字I/O模塊（主要用于讀數、調節或切換設備狀態）。總的來說，Opto 22硬件包括一個能遠程監測和控制農場所有主要工業設備、部件和儀表的系統。
通訊基于已有的以太網上。系統的主要目的是降低農場的能源過度消耗，為可持續能源如用于電力的太陽光伏和用于制冷和采暖的地熱做準備。
計劃啟動
　　SUNY小組的第一步是給出想法的證明。他們準備了詳細的實物模型來證實SNAP PAC系統可以高效的監測和控制制冷、泵和中繼設備—農場內同種設備和裝置。以農場的5個冷藏庫為目標進行模擬，使用電氣設備如傳感器、電位計、開關、LED和閥門。小型冰箱用于模擬第6個冷藏庫，經編程、配置后的SNAP PAC系統控制所有以上設備及溫度和解凍控制。
流程圖式編程
　　SNAP PAC系統使用PAC Project™自動化軟件套件進行編程，套件包括控制編程、人機界面和訪問任意數據庫的各類工具。使用PAC Control™（PAC Project的控制編程應用），Otis和他的學生可以使用流程圖進行編程，事實證明這具有很大的好處。
　　“Opto流程圖編程環境非常友好，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單，很適用于現在的工科學生，因為在他們的學習中，習慣看條件塊、決定塊和其他流程圖式元素。Opto設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目的初始階段。”

系統部署
　　接下來就是農場的實際部署了。為了使部署便于管理，Otis將計劃分成3個階段。
　　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場的巨大開支他們在正承擔的高峰定價。
　　高峰定價政策是公用事業為大企業和其他高耗能客戶建立的最高消費額度。如果超過了這個最高消費額度，即使超過了一點點，在一個指定時期，客戶需全天支付一個最高使用率金。Otis解釋道，該政策對于每月用電大于5,000度的客戶，電力公司計算出當月任意15分鐘時間段內消耗電力最大的客戶，將對其收取該值乘以$7.07的電費。只有當該客戶連續三個月每月用電量少于2，500度時，才可以免去高峰定價。
　　由于高峰定價政策，第一個階段包含了將SNAP PAC系統集成到早期控制環境中，取代開環定時解凍機制，而轉用基于傳感器的閉環系統，并在冷藏庫區域運用“循環”技術。使用模擬輸入模塊反饋給控制器，SNAP PAC系統被設定追蹤和記錄農場的用電數據，與過去的配置作比對。這個階段的目標是最終消除農場的高峰定價。
　　第二個階段包含整合地熱系統（將進一步削減電力消耗）和升級制冷流體從R-22至R-410A，制冷系統中的R-22在美國已逐步被淘汰。經過這些以后，作為額外對比，果園的整個電力消耗將更大程度地被監測。最后，進入第三階段，使用最新數據（在第一階段和第二階段已完成）生成新的能耗審計。對太陽能光伏陣列進行配置，用來處理剩下的電力需要，到達電網凈零量使用。
人機界面
　　為了向Wright提供一個簡單易懂、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）設計人機界面。用戶界面僅顯示當前溫度、閥門狀態（開或關），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據，記錄歷史趨勢數據。正如Otis解釋的，用戶界面在一個圖表中顯示每個冷藏庫的溫度，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；當溫度低于33F或高于37F，則顯示為紅色。;

　　當冷藏庫溫度不在指定范圍內時，所設人機界面顯示可視報警，用戶可以進行糾正或聯系技術人員。

投資回報率
　　Otis學生所做的最終報告陳述如下，“在眾多可編程邏輯控制器中，Opto 22的平臺擁有最快速的成長速度之一，這源于控制器簡單的編程語言。”學生們也堅持“簡單編程語言留有更快的發展速度，因此我們可以專注于電能和其他任務。”
　　通過能源審計并假定冷藏庫設備一天運行12個小時，Otis小組得出結論，冷藏庫占了果園電力負載損耗的68.21%。這意味著冷藏庫每年能耗接近384,337.34度。地熱系統的安裝實現了用小型負載代替重電力負載。

　　根據預測，地熱系統將為果園節省$46,606.38/年，6年就能收自身成本。基于地熱系統，用于屋頂陣列的太陽能光伏應在60KW范圍內，附加的40KW地面陣列將抵消果園電力需求的剩余部分。

　　攜手與果園的節能計劃成功地降低了溫室氣體在Hudson流域和周邊地區的排放。
　　期待最好的事情是，Otis希望Wright的試驗計劃能為未來美國的可持續能源項目建立一個標準。
　　我們自信這次計劃的成功會進一步促使TSEC發展高效太陽能系統，降低系統成本，簡化安裝難度，推廣使用范圍。
關于Opto 22
　　Opto 22研發并制造可靠，靈活，易于使用的軟硬件產品用于工業自動化，遠程監控及數據采集應用。Opto 22 產品使用商業化標準網絡及計算機技術，其簡便實用、技術創新、質量保證、可靠耐用已在全世界范圍內建立了極高的聲譽。我們的產品適用于終端用戶、原始設備制造商、IT從業人員等。公司創建于1974年，位于美國加州的Temecula。Opto 22產品在世界范圍內通過分銷商，合作伙伴或系統集成商銷售。更多信息，請聯系Opto 22 上海代表處 021-58358247 surgeyu@opto22.com