Годишните икономии на електроенергия надхвърлят 900 000; споделяне на практиката на интелигентна трансформация на водната система за охлаждане на процеса на печат!

Традиционната система за водно охлаждане на печатарската фабрика на групата на автора е отговорна главно за охлаждането на електрическия шкаф и главния двигател на двете немски производствени линии за широкоформатни машини MANN COLORMAN, която работи от близо 20 години и има няколко изключителни болезнени точки: Хладилният хост на Trane, водната помпа и друго оборудване работят с фиксирана мощност и консумацията на енергия на въздух е сериозна; Грешката при контрола на температурата е голяма и лесно се появява кондензация през лятото, което се отразява на качеството на печат и живота на оборудването и ще причини много проблеми при работа и капене; Лятното охлаждане в офиса и производствените зони разчита на независими хост системи Carrier и общото потребление на енергия остава високо.

За тази цел, въз основа на действителното производство, нашата фабрика стартира трансформацията на PLC-базирана система за охлаждане на технологична вода, постигна прецизен контрол на температурата и интелигентно спестяване на енергия чрез алгоритъм за PID управление и иновативно разшири функцията на „пестене на енергия при охлаждане при печат през зимата + охлаждане на офис през лятото“. След трансформацията грешката при контрол на температурата на системата е по-малка или равна на 0,5 градуса, а цялостната степен на пестене на енергия е до 30%, което не само осигурява солидна подкрепа на предприятията за намаляване на разходите и повишаване на ефективността, но също така осигурява възпроизводим практически опит за надграждане на екологична-технология за пестене на енергия на печатарски предприятия.

Анализирайте текущата ситуация и изяснете основните нужди от трансформация на охладителната система

В процеса на високо{0}}скоростна работа на печатащото оборудване оборудването за електронно управление, като например честотни преобразуватели в електрическия шкаф, ще генерира голямо количество топлинна енергия, което пряко влияе върху живота на оборудването и дори причинява повреда и изключване на оборудването, което също е основният проблем, който трябва да бъде разрешен от системата за охлаждане на технологичната вода.

Оригиналната система за охлаждане на технологична вода на нашата фабрика приема традиционния режим на конфигурация на „хладилен хост + охладителна кула + водна помпа“, а основното оборудване включва два водно-охлаждани Trane хоста, две охладителни кули с кръстосан-поток, множество циркулационни помпи, както и обикновени електромагнитни клапани, контролни вентили и пластинчати топлообменници. Охлаждането на офисната и производствената част се осъществява отделно от комплект самостоятелни центробежни центробежни климатици Carrier. След години на работа, системата за охлаждане на технологичната вода разкри три нерешени проблема.

(1) Недостатъчна точност на контрол на температурата. Разчитайки на директното охлаждане на студена вода от централната климатизация, температурата не може да се регулира гъвкаво според производственото търсене и температурната грешка на изходящата вода е голяма, което затруднява изпълнението на изискванията на оборудването за температура на технологичната вода.

(2) Консумацията на енергия остава висока. От една страна, централният климатик за охлаждане на печата работи на пълен капацитет през цялата година, а поддържащите водна помпа и вентилатор нямат интелигентен механизъм за регулиране на скоростта. От друга страна, охлаждането на офис зоната разчита на оригиналния независим носещ климатик на централата и действителното търсене на охлаждане е намаляло значително поради намаляването на мащаба на инсталацията в по-късния етап, но охлаждащият капацитет на оригиналния хост не е съпоставен и коригиран, което води до голямо количество загуба на енергия и допълнително увеличаване на оперативните разходи.

(3) Ниска степен на автоматизация. Липса на перфектен-мониторинг в реално време и алармени функции за неизправности, ключови параметри като температура и налягане трябва да бъдат ръчно проверени и записани, а реакцията при повреда на оборудването изостава, което не само увеличава разходите за труд, но може също да доведе до прекъсване на производството поради ненавременно изхвърляне.

В комбинация с действителното производство и изискванията на националната{0}}политика за пестене на енергия, тази трансформация изяснява пет основни нужди.

(1) Прецизен контрол на температурата. Регулируемият обхват на температурата на охлаждащата вода е настроен на 13~22 градуса, а температурната грешка на изходящата вода е стриктно контролирана на по-малко или равно на 0,5 градуса, което фундаментално решава проблема с генерирането на кондензат.

(2) Енергоспестяване и намаляване на потреблението. Оптимизирайте режима на работа на оборудването чрез интелигентно управление, значително намалете консумацията на енергия от централните климатици, водните помпи и вентилаторите.

(3) Интелигентен мониторинг. Той има -функции за показване в реално време на ключови параметри като температура и налягане, а също така има функции за автоматично откриване на неизправности и известяване на аларма, което е удобно за операторите да разберат навреме работното състояние на системата.

(4) Стабилен и надежден. Той поддържа автоматично и ръчно превключване на двоен-режим, което може да осигури непрекъснатост на производството чрез ръчна работа, когато системата се повреди, и да избегне прекъсване на производствената линия поради повреда на оборудването.

(5) Икономическа адаптация. Няма нужда от добавяне на ново-мащабно оборудване и надграждане на базата на оригиналната система, за да се контролират разходите за трансформация в най-голяма степен и да се гарантира, че проектът постига печеливша-ситуация на икономически и социални ползи.

Хардуерен ъпгрейд за изграждане на система за поддръжка на хардуер за прецизен контрол на температурата

Основната идея на тази трансформация се основава на PLC като ядро, PID контрол като поддръжка на алгоритъма, интелигентно възприятие като основа, чрез хардуерна оптимизация и надстройка на софтуера, за изграждане на нова охладителна система на „прецизен контрол на температурата +-спестяване на енергия + интелигентен мониторинг“, основната идея е около хардуерно надграждане, надграждане на контрола, оптимизиране на алгоритъма и иновации в режима, изборът на хардуер се придържа към принципа на адаптивност и диверсификация, за да се гарантира координираната и ефективна работа на всеки компонент.

(1) Основният контролен блок избира основните PLC продукти от среден{1}}обхват на пазара и може да избира множество марки като Siemens, Mitsubishi, Inovance и други марки според действителните нужди, със съответните аналогови входни модули, изходни модули и входно/изходни интегрирани модули, за да отговори напълно на нуждите от системно събиране и контрол на сигнали. Тази трансформация използва PLC от серията Siemens S7-1200 като контролно ядро, оборудвано с 1214CDC/DC/DC модел CPU и поддържа 8 външни разширителни модула за посрещане на сложни нужди за управление. Комбиниран с SM1231 AI 8×13BIT аналогов входен модул, SM1232 AO 4×14BIT аналогов изходен модул и SM1234 AI/AO 4×13BIT/2×14BIT аналогов входно/изходен модул, той е отговорен съответно за получаване на сензорни сигнали, извеждане на контролни сигнали и подобряване на гъвкавостта при обработка на сигнали.

(2) Интерфейсът за взаимодействие с човек-компютър приема 8~10-инчов основен сензорен екран, който поддържа комуникация с множество-устройства и функции за-наблюдение в реално време, което е удобно за операторите да разберат интуитивно работния статус на системата и настройката на параметрите. HMI HMI използва 9--инчов дисплей Siemens TP900 Comfort, който поддържа мулти-PLC комуникация и функции за наблюдение в реално време, което улеснява операторите да разбират интуитивно работния статус на системата и да коригират параметрите.

(3) Изборът на сензорно и изпълнително оборудване се фокусира върху стабилността и точността, температурният сензор избира продукти с обхват, покриващ температурния диапазон на производствената среда и стабилен изходен сигнал, сензорът за налягане се адаптира точно към условията на налягане на тръбопровода, а дължината на пръта на сондата е разумно зададена според действителния размер на тръбопровода във фабричната зона (Забележка: дължината на пръта на сондата е половината от диаметъра на тръбопровода), за да се гарантира, точност на данните за откриване.

(4) Вентилът и задвижващият механизъм са оборудвани с електрически три-пътни вентили с бърза скорост на реакция и висока точност на управление и адаптирани задвижващи механизми за точно регулиране на дебита на водата и осигуряване на ефекта на контрол на температурата. Честотният преобразувател избира продукти с мощност, адаптирана към водни помпи и вентилатори, и поддържа прецизно регулиране на честотата, което може не само да осигури плавно стартиране и спиране на оборудването, но също така да постигне енергоспестяваща работа. Това обновяване използва задвижващи механизми от серия SVB на Siemens с максимален въртящ момент от 1600N; Изборът на електрически задвижващ механизъм трябва да се определи в комбинация с корпуса на клапана, тръбата и налягането в тръбата, т.е. да отговаря на „въртящия момент на задвижващия механизъм, по-голям или равен на максималния начален въртящ момент на вентила × фактор на безопасност (1,3~1,5)“.

(5) Внедрете контрол на връзката за оригиналния бобино нагревател на охладителната кула, за да предотвратите замръзване на температурата на водата през зимата и да повлияете на циркулацията на системата; Релейните компоненти използват импулсни захранвания, трансформатори и релета със съвпадение на напрежението и мощността, за да осигурят солидна гаранция за стабилна работа на цялата електрическа система.

Една и съща марка трябва да бъде избрана колкото е възможно повече за избор на оборудване, а единството и координацията на комбинациите от компоненти на различни марки са лоши, което е податливо на грешки, което в крайна сметка води до увеличаване на трудността при отстраняване на грешки и увеличаване на броя на поддръжката. Следват три ключови мерки за хардуерна трансформация.

01/ Оптимизиране на тръбните връзки

(1) Входните и изходните тръби на охладителната кула се обновяват паралелно с тръбите за охладена вода на централната климатизация (както е показано на фигура 1) и се монтират електромагнитни клапани за управление на включване/изключване, а когато външната температура е ниска през зимата, охлаждащата вода на охладителната кула може да се използва директно за замяна на охладената вода на централната климатизация, което значително намалява времето за работа на хоста на климатика и реализира спестяване на енергия.

Фигура 1 Пътна карта за обновяване

(2) Ремонтирайте и оптимизирайте тръбите за климатизация и охлаждане в оригиналната фабрична офис зона и добавете клапани за прекъсване на свързващия тръбопровод между офис площта и оригиналния централен климатик на Carrier, така че оригиналният централен климатик да може да поддържа независима работа и да обслужва само оригиналните сценарии за адаптация, като например работилници за производство на вестници; Охлаждащият тръбопровод в офис зоната е точно свързан с тръбопровода за централна климатизация на охладената вода на системата за охлаждане на печата на съществуващия завод, който може директно да използва излишния капацитет за охлаждане на системата за охлаждане на печата, за да охлади офис зоната, без да консумира допълнителна енергия за генериране на източник на студ, като по този начин значително намалява времето за работа на центробежен централен климатик на Carrier, ефективно намалява потреблението на енергия на оборудването, реализира ефективно рециклиране на енергия и постига значително цели за спестяване на енергия и намаляване на потреблението.

02/ Добавена външна ръчна схема

В случай на повреда на системата или поддръжка, операторите могат ръчно да контролират работата на клапаните и помпите, за да гарантират, че производството не е засегнато и да подобрят надеждността на работата на системата.

03/ Подобряване на мрежата за наблюдение на възприемането

Сензори за температура и налягане са инсталирани в четирите ключови позиции на входа за охлаждане, изхода за замръзване, входа за охлаждане и изхода за охлаждане, за да реализират събирането на данни за целия процес на охладителната система, да осигурят цялостна и точна поддръжка на данни за PLC прецизен контрол и да осигурят осъществяването на контрол на температурата и целите-за спестяване на енергия.

Софтуерна оптимизация за създаване на основни програми за интелигентно управление

При тази трансформация софтуерният дизайн избира основна платформа за разработка на софтуер за контрол на оборудването с интегрирани функции и удобна работа, която трябва да поддържа различни езици за програмиране, което може да опрости процеса на писане на програми и отстраняване на грешки, ефективно да съкрати цикъла на проекта и да осигури техническа поддръжка за стабилна работа на системата. Дизайнът използва Siemens Botu V17 (TIA PORTAL V17), като се има предвид, че софтуерът за проектиране трябва да е съвместим с хардуерни PLC и сензорни екрани, така че се предпочитат продукти от същата марка.

Ядрото на дизайна на интелигентната програма за управление включва три модула: преобразуване на данни, управление с двоен-режим и аларма. Модулът за преобразуване на данни преобразува точно събрания от сензора аналогов сигнал 4~20mA в стойностите на температурата и налягането, които могат да бъдат разпознати от контролния блок чрез стандартизирани инструкции NORM_X и инструкции за мащабиране SCALE_X. Широчината на данните на всеки канал на аналоговия сигнал на Siemens е 16 бита, а фиксираният работен диапазон се регулира на -27648~27648, съответстващ на входното и изходното напрежение ±10V, от които 5533~27648 съответства на входния и изходния ток от 4~20mA, а данните с плаваща запетая от 0,0~1,0 се получават чрез стандартизирана операция „OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)“, и след това мащабираната операция „OUT=[VALUE×(MAX–MIN)]+MIN“ Установете съответствие с действителните физически количества, за да гарантирате точността на преобразуването на данните.

Управлението на двоен-режим е основната иновация на този софтуерен дизайн, който може автоматично да превключва режима на работа според външната температура, за да увеличи максимално използването на енергия (Фигура 2). В дневен режим, когато външната температура е висока (над 12 градуса), системата стартира централната климатизация, регулира отварянето на вентила и честотата на честотния преобразувател в реално време чрез алгоритъма за PID управление, точно контролира количеството студена вода и скоростта на помпата и поддържа постоянно налягане и температура на системата. В допълнение, алгоритъмът за PID управление автоматично оптимизира параметрите за настройка чрез сравняване на зададената температура, разликата в налягането и действителната стойност на откриване, като гарантира, че отварянето на клапана и скоростта на помпата са винаги в оптимално състояние, което не само гарантира охлаждащия ефект, но също така избягва загубата на енергия.

Фигура 2 Интерфейс за управление на двоен-режим

В зимен режим, когато външната температура е ниска (по-малка или равна на 12 градуса), системата автоматично изключва климатичния модул, отваря охладителната кула и комуникационния вентил на централния климатичен тръбопровод и директно използва водата от охладителната кула за охлаждане. По това време скоростта на вентилатора и включването/изключването на нагревателя се регулират чрез алгоритъм за PID управление, за да се предотврати падането на температурата на водата твърде ниско и да причини замръзване, което засяга циркулацията на системата, като същевременно се минимизира консумацията на енергия за постигане на ефективна работа на зимната охладителна система.

Дизайнът на алармената програма изцяло отчита безопасността и надеждността на работата на системата. Чрез задаване на прагове за ключови параметри като температура и налягане, когато откритите данни надхвърлят нормалния диапазон или възникне повреда на устройството, системата незабавно задейства алармен сигнал и го показва ясно на HMI интерфейса, като същевременно се връща обратно към входния модул на PLC. Това позволява на операторите незабавно да идентифицират проблемите и да реагират бързо. Интерфейсът човек-машина HMI е проектиран с множество функционални екрани (Фигура 3), поддържащи превключване с едно-щракване и може да показва ключова информация в реално време, включително режима на работа на системата, температури и налягания на различни тръбопроводи и степен на отваряне на клапана. Той също така поддържа настройки на температурата и операции за потвърждение на алармата, позволявайки на операторите да разберат изчерпателно и интуитивно работния статус на системата, значително намалявайки оперативните трудности и риска от злоупотреба и подобрявайки общата производствена ефективност.

Фигура 3 HMI интерфейс

Отчитането на потреблението на енергия подчертава ефективността на енергоспестяването и трансформацията за намаляване на емисиите

Отчитането на потреблението на енергия се основава на реалните производствени условия на печатницата, системата за охлаждане на технологичната вода работи 24 часа в денонощието, 365 дни в годината, а зимният режим на работа е концентриран от декември до февруари на следващата година, общо 90 дни; Цената на индустриалната електроенергия се изчислява на 0,7 юана/kWh.

Домакинът за охлаждане на технологичната вода е основната{0}}енергоспестяваща връзка на тази трансформация. Преди трансформацията годишната консумация на енергия на хладилния хост достигна 1 822 100 kWh, а след трансформацията хладилният хост беше спрян за 90 дни през зимата и годишната консумация на енергия спадна до 1 479 300 kWh, спестявайки 342 800 kWh електроенергия годишно.

От гледна точка на трансформацията на охлаждане на офис зоната, охлаждането на офис зоната е включено в системата за водно охлаждане на процеса на печат чрез докинг на тръбопроводи и оригиналната централна климатична система на Carrier е отворена само в производственото време рано сутринта в работилницата, а времето за стартиране-се намалява до една-трета от оригинала, което значително подобрява ефективността на използване на климатичния хост на системата за водно охлаждане на процеса на печат и може да спести 16 часа оперативна консумация на енергия на централната климатична система Carrier (един хост Carrier, две циркулационни помпи и един вентилатор на охладителната кула) всеки ден. Климатикът в офис зоната се използва основно 4 месеца (общо 120 дни) през пролетта и лятото, спестявайки 857 000 kWh енергия годишно след реновирането.

Общата годишна консумация на енергия на трите 18,5kW циркулационни помпи преди трансформацията беше 486 200 kWh, а след трансформацията средната работна честота беше намалена до 40Hz, консумацията на енергия беше намалена с 20%, а общата годишна консумация на мощност на трите помпи беше намалена до 388 900 kWh, спестявайки 97 200 kWh електроенергия годишно.

След цялостно счетоводство беше установено, че компанията е спестила 1,297 милиона kWh електроенергия и около 907 900 юана от сметки за електроенергия на година. В същото време грешката при контрол на температурата на системата след трансформацията е по-малка или равна на 0,5 градуса, което напълно решава проблема с конденза и значително намалява степента на повреда на печатащото оборудване. Целият процес се наблюдава автоматично и времето за реакция при повреда се съкращава до по-малко от 5 минути, като се вземат предвид техническата ефективност, икономическите ползи и ползите за управление.