Opto SNAP PAC系统在纽约州立大学能源管理项目中的应用
Opto绿色基金－－-SNAP PAC系统授予SUNY New Paltz’理工学院用于可代替能源解决方案的研究
背景
根据纽约州立大学Michael Otis教授的观点，在过去的几十年中，纽约州的耕地急剧下降，很大一部分是因为能源成本过高。Otis在SUNY New Paltz’电气和计算机工程部（ECE）担任教授近11年，他和他的学生与太阳能协会（TSEC）共同合作，太阳能协会由私人和国家机构组成，致力于研究、发展太阳能传送的新方法，并应用在纽约州北部的苹果园中，希望由此获得能源节省能够得到社会关注，也同时证明了太阳能及其他可代替能源在商业运行上是有生存能力的。而最终目标是这些可代替能源能大大降低农场的年平均能源消耗，而同样的技术和能源在城市范围内也能够适用。
“携起手，集合各种形式的可代替能源，改善农场的工艺，实现自动化能提供一个完整的、可持续的能源解决方案，从而降低高额的能源成本，” Otis说道。和TSEC一起工作，以打造“纽约州绿色农场”为计划，Otis和他的学生为实验计划拟定出一系列的目标，包括温室气体排放和确定最佳的可持续能源。在经过农场的实地考察和仔细研究操作后，小组准备好了结论、推荐信和行动计划。
Wright苹果园
确定难点
Wright苹果园由家族所有，自1903年经营业务，面积覆盖纽约州Gardiner和纽约市西北部的Hudson流域，总计达450亩。除了拥有果园，农场还包括机械室、包装流水线、办公区域、冷藏区、面包房和水果店。可惜的是，Wright农场年利润都呈负值，很大一部分因为过高的能源费用。经过Otis小组对操作和能源审计的详细核对，显示农场存在严重的控制系统和关键设备运行不当等问题。例如，多重冷却器没必要总是同时运行，这极大的增加了耗电，导致额外支出。“同时，状态瞬变易损坏设备，” Otis说道。“压缩机开关动作过于频繁，能源浪费严重。”
此外，农场的大部分冷藏品解冻取决于定时器，故无论需不需要，解冻会自动进行—即便在冬天也是如此。更糟糕的是，解冻的过程会造成周围环境温度上升，于是需要冷气冷却，这样恶性循环导致更多的能源浪费。
能源费用和设备消耗数据总计出来后，小组对为什么Wright的能源账单多达惊人的710,000度/年（约$68,825.98）有了更好的认识。
Wright苹果园能耗数据审计
提出解决方案
Otis的小组在提出最终建议前，做了各项改进和安装选择的可行性研究。推荐包括执行一个新的系统以确保只在需要时段进行解冻操作，并且最小化多重单元同时冷却的情况；在农场安装一个100kw的光伏（PV）系统1，包括40kw的地面阵列和一个60kw的屋顶阵列；2个常设地热井柱为农场冷却和制冷用。根据Otis和他的学生准备的报告终稿中所罗列的，对于有争议的地方，其地面年平均温度约为54华氏度。如在这个位置造2座井，将提供一个效率极高的体系，因为把温度由54华氏度降到34度（Wright苹果储存的最佳温度）比从100度降到34度节约能节约更多的能源。安装井柱还有个好处就是把农场转向环保的制冷类型。
以上3项能源改进建议（新的控制系统，光伏系统和地热系统）希望能对农场的经济效益有所帮助，同时降低其碳排放量3，保护了环境。Otis由此开始寻找一个强大、可靠、价格实惠的监测和控制系统。
寻找一种控制系统
Otis第一次认识Opto 22产品是在1992年，他从一个曾在IBM就职的同事那获知的。当时两人一起在Orange县社区大学工作，由Opto 22（mistic™系统设备搭配Cyrano软件）捐赠的2台综合设备进入电机工程部的仪表和控制实验室。使用后不久，Otis便在eBAY上购买了Opto 22的设备，为自己家安装了一个复杂的控制和监测系统。当Wright农场的实验计划已初见成形，Otis联系了Opto 22对最新一代的SNAP PAC可编程自动化控制器表现出浓厚的兴趣。
Otis教授的学生正在使用SNAP PAC系统控制器
Opto绿色基金
“通过和Opto 22的售前工程师交流，描述了我的计划、目标，并且了解到Opto绿色基金计划，” Otis说道，“我下载并填写了基金申请，在一周内就接到申请成功的通知。仅仅几天后，我就拿到了我们需要的所有硬件。”
“Mike和他的学生正在从事的项目类型是我们发展Opto绿色基金的主要原因，”Opto 22的Arun Sinha说道。“如果一个工程师有可持续能源的相关想法，并想做些研究证实，我们的基金可以在物质上对他提供帮助。”
SUNY小组现在使用的SNAP PAC系统包括一个强大的安装在底板上的可编程控制器、各种模拟I/O模块（用于连接和从设备阀门、仪表及其他仪器上读取各种数据）和数字I/O模块（主要用于读数、调节或切换设备状态）。总的来说，Opto 22硬件包括一个能远程监测和控制农场所有主要工业设备、部件和仪表的系统。
通讯基于已有的以太网上。系统的主要目的是降低农场的能源过度消耗，为可持续能源如用于电力的太阳光伏和用于制冷和采暖的地热做准备。
计划启动
SUNY小组的第一步是给出想法的证明。他们准备了详细的实物模型来证实SNAP PAC系统可以高效的监测和控制制冷、泵和中继设备—农场内同种设备和装置。以农场的5个冷藏库为目标进行模拟，使用电气设备如传感器、电位计、开关、LED和阀门。小型冰箱用于模拟第6个冷藏库，经编程、配置后的SNAP PAC系统控制所有以上设备及温度和解冻控制。
流程图式编程
SNAP PAC系统使用PAC Project™自动化软件套件进行编程，套件包括控制编程、人机界面和访问任意数据库的各类工具。使用PAC Control™（PAC Project的控制编程应用），Otis和他的学生可以使用流程图进行编程，事实证明这具有很大的好处。
“Opto流程图编程环境非常友好，尤其与我曾用过的梯形图逻辑相比，” Otis说道。“流程图式异常直观且操作简单，很适用于现在的工科学生，因为在他们的学习中，习惯看条件块、决定块和其他流程图式元素。Opto设备很轻易地满足了我们模拟中的所有要求，最终我们能成功完成项目的初始阶段。”
Opto 22系统纲要
系统部署
接下来就是农场的实际部署了。为了使部署便于管理，Otis将计划分成3个阶段。
“我们希望能完成许多事情，” Otis说道。“但是我们要做的第一件事就是减少或彻底消除农场的巨大开支—他们在正承担的高峰定价。”
高峰定价政策是公用事业为大企业和其他高耗能客户建立的最高消费额度。如果超过了这个最高消费额度，即使超过了一点点，在一个指定时期，客户需全天支付一个最高使用率金。Otis解释道，该政策对于每月用电大于5,000度的客户，电力公司计算出当月任意15分钟时间段内消耗电力最大的客户，将对其收取该值乘以$7.07的电费。只有当该客户连续三个月每月用电量少于2，500度时，才可以免去高峰定价。
由于高峰定价政策，第一个阶段包含了将SNAP PAC系统集成到早期控制环境中，取代开环定时解冻机制，而转用基于传感器的闭环系统，并在冷藏库区域运用“循环”技术。使用模拟输入模块反馈给控制器，SNAP PAC系统被设定追踪和记录农场的用电数据，与过去的配置作比对。这个阶段的目标是最终消除农场的高峰定价。
第二个阶段包含整合地热系统（将进一步削减电力消耗）和升级制冷流体从R-22至R-410A，制冷系统中的R-22在美国已逐步被淘汰。经过这些以后，作为额外对比，果园的整个电力消耗将更大程度地被监测。最后，进入第三阶段，使用最新数据（在第一阶段和第二阶段已完成）生成新的能耗审计。对太阳能光伏阵列进行配置，用来处理剩下的电力需要，到达电网净零量使用。
人机界面
为了向Wright提供一个简单易懂、易使用的控制界面，Otis和他的小组使用PAC Display™软件（也是Opto 22的 PAC Project 套件里的一部分）设计人机界面。用户界面仅显示当前温度、阀门状态（开或关），是否需要解冻或正在解冻。在安装者的界面，用户可以同步查看数据，记录历史趋势数据。正如Otis解释的，“用户界面在一个图表中显示每个冷藏库的温度，你可以看到显示的温度。如果温度在33°F和34°F间，显示为黄色；如果温度在34°F和37°F间，显示为绿色；当温度低于33°F或高于37°F，则显示为红色。”
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