บทบาทของระบบการจัดการพลังงานในโรงงานอัจฉริยะ

การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4  โรงงานอัจฉริยะ (Smart Factory) ได้กลายเป็นสิ่งสำคัญที่หลายอุตสาหกรรมต่างมุ่งมั่นพัฒนา  โรงงานอัจฉริยะ คือโรงงานที่มีการนำเทคโนโลยีดิจิทัลต่าง ๆ มาประยุกต์ใช้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต  ลดต้นทุน  และสร้างความยั่งยืนให้กับธุรกิจ จำเป็นต้องมีเครื่องมือในการจัดการระบบต่างๆ และรับประกันว่าโรงงานจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โซลูชันการจัดการพลังงานถือเป็นแพลตฟอร์มที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่ง หนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญที่ขาดไม่ได้สำหรับโรงงานอัจฉริยะก็คือ ระบบการจัดการพลังงาน  

ระบบจัดการพลังงาน (EMS) คืออะไร?

ระบบจัดการพลังงาน หรือ (Energy Management System: EMS) คือ ระบบคอมพิวเตอร์ที่ทำหน้าที่รวบรวมข้อมูลการใช้พลังงานจากอุปกรณ์ต่าง ๆ ภายในอาคารหรือโรงงาน จากนั้นทำการวิเคราะห์ข้อมูลและสร้างรายงาน เพื่อช่วยให้ผู้ใช้เข้าใจรูปแบบการใช้พลังงานอย่างละเอียด เพื่อนำไปปรับปรุงแก้ไขและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานให้ดียิ่งขึ้น

ระบบบริหารจัดการพลังงาน มี 3 ระบบ ได้แก่

1. ระบบบริหารจัดการพลังงานในบ้าน (Home Energy Management System, HEMS) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในบ้านเพื่อจัดการและควบคุมการใช้พลังงานไฟฟ้าและพลังงานอื่น ๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ลดค่าใช้จ่าย และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม อาทิ เครื่องปรับอากาศ ตู้เย็น เครื่องซักผ้า โทรทัศน์ ฯลฯ

คุณสมบัติหลักของระบบ HEMS

• ระบบ HEMS สามารถตรวจวัดการใช้พลังงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละตัวและรวบรวมข้อมูลเพื่อวิเคราะห์และควบคุมการใช้พลังงานให้มีประสิทธิภาพสูงสุด เช่น การเปิด-ปิดเครื่องใช้ไฟฟ้าอัตโนมัติตามตารางเวลาหรือเงื่อนไขที่กำหนด
• ช่วยในการจัดการการพลังงานให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยการปรับค่าการใช้พลังงานเพื่อลดการใช้พลังงานที่ไม่จำเป็นหรือใช้สิ่งที่มีประสิทธิภาพต่ำ
• พลังงานทดแทน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์หรือการใช้เครื่องเคลือบอากาศ ระบบ HEMS สามารถช่วยในการควบคุมและจัดการการใช้งานให้เหมาะสมกับเงื่อนไขและความต้องการของบ้าน
• สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง เช่น สมาร์ทโฟนหรืออุปกรณ์สื่อสารอื่น ๆ เพื่อให้ผู้ใช้สามารถควบคุมการใช้พลังงานได้ทุกที่ทุกเวลา

2. ระบบบริหารจัดการพลังงานในอาคาร (Building Energy Management System, BEMS) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในอาคารเพื่อควบคุมและจัดการการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อลดค่าใช้จ่ายในพลังงานและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่ง BEMS มักจะใช้ในอาคารขนาดใหญ่ เช่น โรงแรม สำนักงาน โรงงาน หรือโครงการพัฒนาที่มีความซับซ้อนในการบริหารจัดการพลังงานที่ใช้ในอาคารนั้น ๆ การใช้ BEMS สามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายในการใช้พลังงานของอาคารได้มาก นอกจากนี้ยังช่วยในการลดระยะเวลาในการดูแลรักษาอุปกรณ์พลังงานและทรัพยากรในอาคารที่ใช้ในการบริหารจัดการและดูแลรักษา

คุณสมบัติหลักของ BEMS 

• มีความสามารถในการตรวจวัดการใช้พลังงานของระบบการทำความร้อน ระบบทำความเย็น ระบบไฟฟ้า และระบบการจัดการอุณหภูมิในอาคาร เพื่อควบคุมการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้ให้เป็นไปตามเกณฑ์ที่กำหนด
• ช่วยในการจัดการการใช้พลังงานให้มีประสิทธิภาพ โดยการปรับการทำงานของระบบพลังงานต่าง ๆ เช่น การปรับค่าอุณหภูมิในอาคารให้เหมาะสม การเปิด-ปิดระบบไฟฟ้าอัตโนมัติตามตารางเวลา หรือตามเงื่อนไขที่กำหนด
• สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น อุปกรณ์วัดค่าไฟฟ้า เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ หรือระบบควบคุมอัตโนมัติอื่น ๆ เพื่อให้ผู้ดูแลระบบสามารถควบคุมและตรวจสอบข้อมูลการใช้พลังงานได้ในเวลาที่เหมาะสม
• สามารถทำการวิเคราะห์ข้อมูลการใช้พลังงานและสร้างรายงานเพื่อให้ผู้ใช้สามารถทราบถึงข้อมูลเหล่านี้ได้อย่างชัดเจน เช่น ค่าใช้จ่ายในพลังงานต่าง ๆ การใช้พลังงานเปรียบเทียบกับเป้าหมาย หรือข้อมูลการทำงานของระบบพลังงานต่าง ๆ

3. ระบบบริหารจัดการพลังงานในโรงงาน (Factory Energy Management System, FEMS) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในโรงงานเพื่อควบคุมและจัดการการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อลดค่าใช้จ่ายในพลังงาน และเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้ทรัพยากรต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตในโรงงาน การใช้ FEMS สามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายในการใช้พลังงานของโรงงานได้มาก ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตและใช้ทรัพยากรที่มีอยู่ในโรงงานให้เป็นไปตามเป้าหมาย และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้ด้วย

คุณสมบัติหลักของ FEMS 

• สามารถตรวจวัดและบันทึกการใช้พลังงานของเครื่องจักรและอุปกรณ์ในโรงงาน โดยรวบรวมข้อมูลเพื่อวิเคราะห์และควบคุมการใช้พลังงานให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
• ช่วยในการจัดการการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ โดยการตั้งค่าและปรับค่าการทำงานของระบบพลังงานต่าง ๆ เพื่อให้เป็นไปตามแผนการผลิต
• สามารถเชื่อมต่อกับระบบการผลิตอื่น ๆ ในโรงงาน เช่น ระบบอัตโนมัติของเครื่องจักร ระบบควบคุมอุณหภูมิ หรือระบบอื่น ๆ เพื่อให้สามารถควบคุมและตรวจสอบการใช้พลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

บทบาทของระบบการจัดการพลังงานในโรงงานอัจฉริยะ

• การลดต้นทุน (Reducing Costs)

เช่นเดียวกับแอปพลิเคชันอื่น ๆ ในอุตสาหกรรม 4.0 ระบบการจัดการพลังงานอัจฉริยะลดค่าใช้จ่ายต่อเนื่องให้เหลือน้อยที่สุด อุปกรณ์เหล่านี้ปรับการใช้พลังงานของโรงงานตามเงื่อนไขเรียลไทม์เพื่อรักษาประสิทธิภาพการผลิตโดยใช้พลังงานน้อยที่สุด 

• การเพิ่มประสิทธิภาพการบำรุงรักษา (Maintenance optimization)

ระบบการจัดการพลังงานยังมีบทบาทสำคัญในการบำรุงรักษาอุปกรณ์ ลดต้นทุนการบำรุงรักษา ช่วยลดค่าใช้จ่ายที่ไม่จำเป็น ยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักร เครื่องจักรที่ได้รับการดูแลรักษาอย่างดี จะทำงานได้อย่างราบรื่น ส่งผลให้การผลิตมีประสิทธิภาพมากขึ้น การบำรุงรักษาอาศัยข้อมูลอุปกรณ์แบบเรียลไทม์เพื่อแจ้งเตือนผู้ผลิตถึงปัญหาที่เกิดขึ้น อุณหภูมิหรือสัญญาณไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตจึงสามารถดำเนินการบำรุงรักษาเชิงรุกได้มากขึ้นโดยการวิเคราะห์การใช้ไฟฟ้าผ่านระบบพลังงานอัจฉริยะ

• รับประกันความพร้อมใช้งาน (Ensuring Uptime)

การจัดการพลังงานอัจฉริยะช่วยให้ผู้ผลิตรักษาความสามารถในการผลิตได้ แหล่งพลังงานคงที่เป็นข้อกำหนดพื้นฐานที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียจากการหยุดทำงาน โครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานอัจฉริยะสามารถตอบสนองต่อสภาวะที่เปลี่ยนแปลงได้ เพื่อให้มั่นใจว่าระดับพลังงานจะกระจายได้อย่างสม่ำเสมอ ส่งผลให้อุปกรณ์การผลิตที่มีความละเอียดอ่อนสามารถทำงานต่อไปได้ในระดับเดิม แม้ว่าจะเกิดปัญหากับระบบก็ตาม 

• การปรับปรุงความปลอดภัย (Improving Safety)

ผู้ผลิตยังต้องคำนึงถึงผลกระทบของระบบพลังงานที่มีต่อความปลอดภัยของพนักงานด้วย การสัมผัสกับสารเคมีหรือสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายเป็นสาเหตุหลักของการบาดเจ็บในกระบวนการผลิต เช่น การหยุดทำงานกะทันหันหรือความเร็วที่ไม่สามารถควบคุมได้ โซลูชันพลังงานอัจฉริยะสามารถป้องกันไฟฟ้าช็อตได้โดยการระบุอันตรายทันทีที่เกิดขึ้น และตัดไฟฟ้าไปยังพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบโดยอัตโนมัติ การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์จะทำให้อุปกรณ์หรือความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าเกิดขึ้นน้อยลง

• การพัฒนาอย่างยั่งยืน (Enabling Sustainability)

ระบบการจัดการพลังงานยังเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างความยั่งยืน ผู้ผลิตเริ่มหันมาใช้แนวทางปฏิบัติทางธุรกิจที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น และประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นส่วนสำคัญของการขับเคลื่อนนี้ ปริมาณการใช้ไฟฟ้าของอุตสาหกรรมเพียงอย่างเดียวก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกมากมาย ระบบพลังงานอัจฉริยะสนับสนุนเป้าหมายความยั่งยืนโดยการลดการใช้ไฟฟ้าของโรงงาน การประหยัดนี้ช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เกี่ยวข้องกับพลังงาน และทำให้พลังงานหมุนเวียนเป็นทางเลือกที่เป็นไปได้มากขึ้น โครงสร้างพื้นฐานอัจฉริยะสามารถเคลื่อนย้ายไฟฟ้าส่วนเกินเข้าและออกจากพื้นที่จัดเก็บได้ตามความต้องการมากขึ้น

• โรงงานอัจฉริยะต้องการระบบการจัดการพลังงาน (Smart factories require energy management systems.)

เนื่องจากโรงงานต่างๆ ใช้เทคโนโลยีมากขึ้น จึงต้องการควบคุมการใช้พลังงานมากขึ้นด้วยเช่นกันเพื่อให้แน่ใจว่าทุกอย่างทำงานได้อย่างถูกต้อง ระบบการจัดการพลังงานปรับปรุงต้นทุน เวลาทำงาน ความปลอดภัย ความยั่งยืน และความน่าเชื่อถือของผู้ผลิต ข้อดีเหล่านี้ยากที่จะมองข้าม ดังนั้นอุตสาหกรรมจึงจะใช้เวลาไม่นานในการตอบสนองเทคโนโลยีเหล่านี้กลายเป็นมาตรฐาน การก้าวนำหน้าเทรนด์ดังกล่าวเป็นกุญแจสำคัญในการรักษาความได้เปรียบทางการแข่งขันทางการตลาดอีกด้วย

ที่มาข้อมูล : The Role of Energy Management Systems in Smart Factories

ระบบการจัดการพลังงานที่ใช้ในโรงงาน

• ระบบ SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

เป็นระบบที่ใช้ในตรวจสอบและวิเคราะห์ข้อมูลแบบเรียลไทม์ (Real-time) ใช้ในการตรวจสอบสถานะตลอดจนถึงควบคุมการทํางานของระบบควบคุมในอุตสาหกรรมและงานวิศวกรรมต่าง ๆ ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพในการทำงาน ควบคุมคุณภาพและความปลอดภัยในกระบวนการทำงาน 

• ระบบ PLC (Programmable Logic Controller)

เป็นอุปกรณ์ควบคุมการทำงานของเครื่องจักรหรือกระบวนการทำงานต่าง ๆ ในโรงงานอุตสาหกรรม โดยภายในมีไมโครโพรเซสเซอร์ (Microprocessor) เป็นสมองสั่งการที่สำคัญ PLC มีโครงสร้างคล้ายกับคอมพิวเตอร์และประกอบด้วยหน่วยประมวลผลกลาง หน่วยความจำ หน่วยรับข้อมูล (Input) หน่วยแสดงผลข้อมูล (Output) และหน่วยป้อนโปรแกรม (Entry) สามารถสร้างรูปแบบการควบคุมโดยป้อนโปรแกรมคำสั่งเข้าไปใน PLC และสามารถใช้ร่วมกับอุปกรณ์อื่น เช่น เครื่องอ่านบาร์โค๊ด เครื่องพิมพ์ เป็นต้น

• ระบบ IoT (Internet of Things)

เป็นระบบเครือข่ายของอุปกรณ์ทางกายภาพที่ฝังตัวอยู่ด้วยซอฟต์แวร์ อิเล็กทรอนิกส์ เซ็นเซอร์ และการเชื่อมต่อเครือข่ายที่ช่วยให้อุปกรณ์สามารถรวบรวมและแลกเปลี่ยนข้อมูลได้ ระบบ IoT ยังมีศักยภาพที่จะปฏิวัติอุตสาหกรรมต่าง ๆ ทั้ง การผลิต การขนส่ง  ในโรงงาน ระบบ IoT สามารถใช้เพื่อติดตามและควบคุมเครื่องจักร ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและลดเวลาหยุดทำงาน ในการขนส่ง ระบบ IoT สามารถใช้เพื่อติดตามและจัดการยานพาหนะ ซึ่งช่วยลดต้นทุนและเพิ่มความปลอดภัย ระบบ IoT เป็นเทคโนโลยีที่ทรงพลังซึ่งมีศักยภาพที่จะเปลี่ยนแปลงโลกของเราอย่างมาก ในขณะที่เทคโนโลยียังคงพัฒนาต่อไป เราจะเห็นการใช้งานใหม่ ๆ และนวัตกรรมใหม่ ๆ ที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง

• ระบบ AI (Artificial Intelligence)

หรือที่เรียกว่า ปัญญาประดิษฐ์ คือระบบคอมพิวเตอร์ที่สามารถเรียนรู้ พัฒนา และทำงานได้คล้ายมนุษย์ โดยไม่จำเป็นต้องมีการเขียนโปรแกรมที่เจาะจงไว้ล่วงหน้า ระบบ AI สามารถวิเคราะห์ข้อมูลจำนวนมาก ค้นหารูปแบบ และตัดสินใจได้อย่างชาญฉลาด 

การจัดการพลังงานขับเคลื่อนประสิทธิภาพในโรงงานอัจฉริยะอย่างไร

นับตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรม ราคาพลังงานมีความผันผวนอย่างมาก ตลาดพลังงานส่วนใหญ่ถูกครอบงำโดยถ่านหิน และน้ำมัน เนื่องจากมีอุปทานมากมาย ในช่วงวิกฤตการณ์น้ำมันทำให้เกิดความผันผวนของราคาและการเปลี่ยนแปลงไปสู่การอนุรักษ์พลังงานและแหล่งทางเลือกอื่น

ความต้องการทั่วโลกที่เพิ่มขึ้นและความตึงเครียดทางภูมิรัฐศาสตร์ได้ผลักดันต้นทุนพลังงานให้บริษัทต่าง ๆ จะต้องใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีสมัยใหม่ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานอย่างแม่นยำในการผลิต เครื่องจักร 

1. การตรวจสอบการใช้พลังงาน

ขั้นตอนแรกในการจัดการพลังงานคือการตรวจสอบการใช้พลังงานของโรงงาน โรงงานอัจฉริยะใช้เซ็นเซอร์และระบบการตรวจสอบเพื่อรวบรวมข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับการใช้พลังงานในทุกส่วนของโรงงาน ข้อมูลนี้สามารถใช้เพื่อระบุพื้นที่ที่มีการใช้พลังงานสูงและโอกาสในการปรับปรุง

2. การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

เมื่อระบุพื้นที่ที่มีการใช้พลังงานสูงแล้ว โรงงานอัจฉริยะสามารถใช้กลยุทธ์ต่าง ๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน กลยุทธ์เหล่านี้อาจรวมถึง:

• การปรับปรุงระบบแสงสว่าง: การใช้หลอดไฟ LED และระบบควบคุมแสงสว่างอัตโนมัติสามารถลดการใช้พลังงานสำหรับแสงสว่างได้อย่างมาก

• การเพิ่มประสิทธิภาพมอเตอร์: การใช้มอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงและระบบควบคุมความเร็วแบบแปรผันสามารถลดการใช้พลังงานสำหรับมอเตอร์ได้

• การจัดการระบบ HVAC: การใช้ระบบ HVAC ที่มีประสิทธิภาพสูงและระบบควบคุมอัจฉริยะสามารถลดการใช้พลังงานสำหรับการทำความร้อน การระบายอากาศ และเครื่องปรับอากาศ

• การใช้พลังงานหมุนเวียน: การติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์หรือกังหันลมสามารถช่วยให้โรงงานอัจฉริยะผลิตพลังงานของตนเองได้

3. การวิเคราะห์ข้อมูล

โรงงานอัจฉริยะใช้การวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อปรับปรุงการจัดการพลังงานอย่างต่อเนื่อง ข้อมูลที่รวบรวมจากเซ็นเซอร์และระบบการตรวจสอบสามารถวิเคราะห์เพื่อระบุรูปแบบการใช้พลังงานและโอกาสในการปรับปรุงเพิ่มเติม ข้อมูลนี้ยังสามารถใช้เพื่อสร้างแบบจำลองการใช้พลังงานซึ่งสามารถใช้เพื่อคาดการณ์ความต้องการพลังงานในอนาคตและปรับกลยุทธ์การจัดการพลังงานให้เหมาะสม

4. การปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง

การจัดการพลังงานเป็นกระบวนการที่ต่อเนื่อง โรงงานอัจฉริยะต้องปรับปรุงกลยุทธ์การจัดการพลังงานอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ทันกับเทคโนโลยีใหม่ ๆ และความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไป การปรับปรุงอย่างต่อเนื่องนี้จะช่วยให้โรงงานอัจฉริยะรักษาประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงสุดและบรรลุเป้าหมายด้านความยั่งยืน

สรุป 

การจัดการพลังงานมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของโรงงานอัจฉริยะ โรงงานอัจฉริยะสามารถใช้เทคโนโลยีอัจฉริยะและการวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อตรวจสอบการใช้พลังงาน เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และปรับปรุงกลยุทธ์การจัดการพลังงานอย่างต่อเนื่อง การจัดการพลังงานที่มีประสิทธิภาพจะช่วยให้โรงงานอัจฉริยะลดต้นทุนการดำเนินงาน เพิ่มความยั่งยืน และปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์