Річна економія електроенергії перевищує 900 тис.; ділиться практикою інтелектуальної трансформації водяної системи охолодження процесу друку!

Традиційна система охолодження технологічної води друкарської фабрики авторської групи в основному відповідає за охолодження електричної шафи та головного двигуна двох німецьких ліній виробництва широкоформатних машин MANN COLORMAN, які працюють майже 20 років, і є кілька видатних проблемних моментів: Холодильна установка Trane, водяний насос та інше обладнання працюють на фіксованій потужності, і енергоспоживання повітря є серйозним; Похибка контролю температури є великою, і влітку легко утворюється конденсат, що впливає на якість друку та термін служби обладнання та спричинить численні проблеми з роботою та капанням; Літнє охолодження в офісних і виробничих приміщеннях залежить від незалежних хост-систем Carrier, а загальне споживання енергії залишається високим.

З цією метою, базуючись на фактичному виробництві, наша фабрика запустила трансформацію системи охолодження технологічної води на основі ПЛК-, досягла точного контролю температури та інтелектуального енергозбереження за допомогою алгоритму ПІД-регулювання, а також інноваційно розширила функцію «охолодження зимового друку, енергозбереження + охолодження офісу влітку». Після трансформації похибка контролю температури системи становить менше або дорівнює 0,5 градуса, а повний рівень енергозбереження досягає 30%, що не лише забезпечує підприємствам надійну підтримку для зменшення витрат і підвищення ефективності, але й надає відтворюваний практичний досвід для модернізації технології екологічного-збереження енергії поліграфічних підприємств.

Проаналізуйте поточну ситуацію та з’ясуйте основні потреби трансформації системи охолодження

У процесі високошвидкісної-роботи друкарського обладнання електронне контрольне обладнання, як-от перетворювачі частоти в електричній шафі, генеруватиме велику кількість теплової енергії, що безпосередньо впливає на термін служби обладнання та навіть спричиняє збій і зупинку обладнання, що також є основною проблемою, яку має вирішити система охолодження технологічної води.

Оригінальна система охолодження технологічної води на нашому заводі використовує традиційний режим конфігурації «холодильна камера + градирня + водяний насос», а основне обладнання включає два водяні -охолоджувані Trane хости, дві перехресні-потокові градирні, кілька циркуляційних насосів, а також звичайні електромагнітні клапани, регулювальні клапани та пластинчасті теплообмінники. Охолодження офісних і виробничих приміщень забезпечується окремо комплектом автономних великих відцентрових центральних кондиціонерів Carrier. Після багатьох років роботи система охолодження технологічної води виявила три невирішені проблеми.

(1) Недостатня точність контролю температури. Покладаючись на пряме охолодження холодної води від центрального кондиціонування повітря, температуру неможливо гнучко регулювати відповідно до потреб виробництва, а похибка температури вихідної води є великою, що ускладнює виконання вимог обладнання щодо температури технологічної води.

(2) Споживання енергії залишається високим. З одного боку, центральний кондиціонер для охолодження друку працює на повну потужність цілий рік, а допоміжний водяний насос і вентилятор не мають інтелектуального механізму регулювання швидкості. З іншого боку, охолодження офісної зони покладається на вихідну незалежну систему кондиціонування повітря заводу, і фактична потреба в охолодженні значно зменшилася через зменшення масштабу установки на пізнішому етапі, але охолоджувальна потужність оригінального хоста не була узгоджена та відрегульована, що призвело до великої кількості втрат енергії та подальшого збільшення експлуатаційних витрат.

(3) Низький ступінь автоматизації. Відсутність досконалого-моніторингу в режимі реального часу та функцій сигналізації про несправності, ключові параметри, такі як температура та тиск, потрібно перевіряти та реєструвати вручну, а реагування на несправності обладнання відстає, що не тільки збільшує витрати на оплату праці, але також може призвести до зупинки виробництва через несвоєчасну утилізацію.

У поєднанні з фактичним виробництвом і вимогами національної-політики енергозбереження ця трансформація прояснює п’ять основних потреб.

(1) Точний контроль температури. Регульований діапазон температури охолоджувальної води встановлюється на 13~22 градуси, а похибка температури води на виході суворо контролюється на рівні менше або дорівнює 0,5 градуса, що принципово вирішує проблему утворення конденсату.

(2) Енергозбереження та зменшення споживання. Оптимізуйте режим роботи обладнання за допомогою інтелектуального керування, значно зменшіть енергоспоживання центральних кондиціонерів, водяних насосів і вентиляторів.

(3) Інтелектуальний моніторинг. Він має -функції відображення в реальному часі ключових параметрів, таких як температура та тиск, а також має функції автоматичного виявлення несправностей і сповіщення про тривогу, що зручно для операторів, щоб вчасно зрозуміти робочий стан системи.

(4) Стабільний і надійний. Він підтримує автоматичне та ручне подвійне-перемикання режимів, що може забезпечити безперервність виробництва за допомогою ручного керування в разі збою системи та уникнути простою виробничої лінії через збій обладнання.

(5) Економічна адаптація. Немає потреби додавати нове великомасштабне-обладнання та оновлювати на основі оригінальної системи, щоб максимально контролювати витрати на трансформацію та гарантувати, що проект досягає безпрограшної-ситуації економічних і соціальних вигод.

Оновлення апаратного забезпечення для створення системи апаратної підтримки для точного контролю температури

Основна ідея цієї трансформації базується на ПЛК як ядрі, ПІД-регулюванні як підтримці алгоритму, інтелектуальному сприйнятті як основі, шляхом оптимізації апаратного забезпечення та оновлення програмного забезпечення, щоб побудувати нову систему охолодження «точне керування температурою +-енергозбереження + інтелектуальний моніторинг». Основна ідея полягає в оновленні апаратного забезпечення, оновленні керування, оптимізації алгоритму та інноваційному режимі, вибір апаратного забезпечення дотримується принципу адаптивності та диверсифікації для забезпечення скоординованої та ефективної роботи кожного компонента.

(1) Основний блок керування вибирає основну продукцію ПЛК середнього класу-на ринку та може вибирати різні бренди, такі як Siemens, Mitsubishi, Inovance та інші бренди відповідно до реальних потреб, з відповідними модулями аналогового введення, модулями виводу та інтегрованими модулями вводу/виводу, щоб повністю задовольнити потреби збору сигналів системи та керування ними. Ця трансформація використовує ПЛК серії Siemens S7-1200 як ядро ​​керування, оснащений процесором моделі 1214CDC/DC/DC і підтримує 8 зовнішніх модулів розширення для задоволення складних потреб управління. У поєднанні з модулем аналогового введення SM1231 AI 8×13BIT, модулем аналогового виведення SM1232 AO 4×14BIT і модулем аналогового входу/виводу SM1234 AI/AO 4×13BIT/2×14BIT, він відповідає за прийом сигналів датчиків, виведення сигналів керування та покращення гнучкості обробки сигналів відповідно.

(2) Інтерфейс взаємодії людини-з комп’ютером використовує 8~10-дюймовий основний сенсорний екран, який підтримує зв’язок із кількома-пристроями та функції моніторингу-в реальному часі, що зручно для операторів, щоб інтуїтивно розуміти робочий стан системи та налаштування параметрів. HMI HMI використовує 9--дюймовий дисплей Siemens TP900 Comfort, який підтримує зв’язок із декількома ПЛК і функції моніторингу в реальному часі, що полегшує операторам інтуїтивне розуміння робочого стану системи та налаштування параметрів.

(3) Вибір сенсорного та виконавчого обладнання зосереджується на стабільності та точності, датчик температури вибирає продукти з діапазоном, що охоплює температурний діапазон виробничого середовища та стабільний вихідний сигнал, датчик тиску точно адаптується до умов тиску в трубопроводі, а довжину стрижня зонда розумно встановлюють відповідно до фактичного розміру трубопроводу на заводі (Примітка: довжина стрижня зонда становить половину діаметра трубопроводу), щоб забезпечити точність даних виявлення.

(4) Клапан і привід оснащено електричними три-ходовими клапанами з швидкою швидкістю відгуку та високою точністю керування та адаптованими приводами для точного регулювання витрати води та забезпечення ефекту контролю температури. Частотний перетворювач вибирає продукти з потужністю, адаптованою до водяних насосів і вентиляторів, і підтримує точне регулювання частоти, що може не тільки забезпечити плавний запуск і зупинку обладнання, але й досягти-енергозберігаючої роботи. Ця модернізація використовує приводи серії Siemens SVB з максимальним крутним моментом 1600 Н; Вибір електричного приводу необхідно визначати в поєднанні з корпусом клапана, трубою та тиском у трубі, тобто відповідати «крутному моменту приводу, що перевищує або дорівнює максимальному пусковому моменту клапана × коефіцієнт безпеки (1,3~1,5)».

(5) Впровадити контроль сполучення для оригінального нагрівача змійовика градирні, щоб запобігти замерзанню температури води взимку та впливати на циркуляцію системи; Компоненти реле використовують імпульсні джерела живлення, трансформатори та реле з узгодженням напруги та потужності, щоб забезпечити надійну гарантію стабільної роботи всієї схемної системи.

Для вибору обладнання слід якомога більше вибирати ту саму марку, а єдність і координація комбінацій компонентів різних марок погані, що схильне до помилок, що в кінцевому підсумку призводить до збільшення труднощів налагодження та збільшення кількості технічного обслуговування. Нижче наведено три ключові заходи для трансформації апаратного забезпечення.

01/ Оптимізація трубних з'єднань

(1) Впускні та вихідні труби градирні оновлюються паралельно з трубами охолодженої води центрального кондиціонування повітря (як показано на малюнку 1), а електромагнітні клапани встановлюються для керування вмиканням/вимкненням, і коли взимку зовнішня температура низька, охолоджуюча вода градирні може використовуватися безпосередньо для заміни охолодженої води центрального кондиціонування повітря, що значно скорочує час роботи хоста кондиціонування повітря та забезпечує економію енергії.

Рисунок 1 Дорожня карта реконструкції

(2) Оновіть та оптимізуйте труби кондиціонування повітря та охолодження в оригінальній офісній зоні заводу та додайте клапани, щоб перекрити з’єднувальний трубопровід між офісною зоною та оригінальним центральним кондиціонером Carrier, щоб оригінальний центральний кондиціонер міг підтримувати незалежну роботу та обслуговувати лише оригінальні сценарії адаптації, такі як цехи з виробництва газет; Трубопровід охолодження в офісній зоні точно з’єднаний з центральним трубопроводом охолодженої води для кондиціонування повітря системи охолодження друку існуючого заводу, який може безпосередньо використовувати надлишкову потужність охолодження системи охолодження друку для охолодження офісної зони без споживання додаткової енергії для генерування джерела холоду, тим самим значно скорочуючи час роботи відцентрового центрального кондиціонера Carrier, ефективно зменшуючи споживання енергії обладнанням, реалізовуючи ефективну переробку енергії та досягаючи значного цілі енергозбереження та скорочення споживання.

02/ Додано зовнішню ручну схему

У разі збою системи або технічного обслуговування оператори можуть вручну керувати роботою клапанів і насосів, щоб гарантувати, що це не вплине на виробництво, і підвищити надійність роботи системи.

03/ Покращення мережі моніторингу сприйняття

Датчики температури та тиску встановлюються в чотирьох ключових позиціях на вході охолодження, виході холоду, вході охолодження та виході охолодження, щоб реалізувати збір даних про весь процес системи охолодження, забезпечити повну та точну підтримку даних для точного керування ПЛК, а також забезпечити реалізацію цілей контролю температури та-енергозбереження.

Оптимізація програмного забезпечення для створення основних програм інтелектуального керування

Під час цієї трансформації розробка програмного забезпечення вибирає основну платформу розробки програмного забезпечення для керування обладнанням із інтегрованими функціями та зручною роботою, яка має підтримувати різноманітні мови програмування, що може спростити процес написання програми та налагодження, ефективно скоротити цикл проекту та забезпечити технічну підтримку для стабільної роботи системи. У конструкції використовується Siemens Botu V17 (TIA PORTAL V17), враховуючи, що програмне забезпечення для розробки має бути сумісним з апаратними ПЛК і сенсорними екранами, тому перевага віддається продуктам однієї марки.

Ядро розробки програми інтелектуального керування включає три модулі: перетворення даних, подвійний-режим керування та сигналізація. Модуль перетворення даних точно перетворює аналоговий сигнал 4~20 мА, зібраний датчиком, у значення температури та тиску, які може розпізнати блок керування за допомогою стандартизованих інструкцій NORM_X та інструкцій масштабування SCALE_X. Ширина даних кожного каналу аналогового сигналу Siemens становить 16 біт, а фіксований робочий діапазон регулюється до -27648~27648, що відповідає вхідній і вихідній напрузі ±10 В, з яких 5533~27648 відповідає вхідному і вихідному струму 4~20 мА, а дані з плаваючою комою 0,0~1,0 отримують стандартизованою операцією "OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)", а потім масштабована операція "OUT=[VALUE×(MAX–MIN)]+MIN" Встановіть відповідність фактичним фізичним величинам, щоб забезпечити точність перетворення даних.

Керування подвійним-режимом є основною інновацією цього програмного забезпечення, яке може автоматично перемикати режим роботи відповідно до зовнішньої температури для максимального використання енергії (рис. 2). У денному режимі при високій зовнішній температурі (більше 12 градусів) система запускає центральне кондиціонування, регулює відкриття клапана та частоту перетворювача частоти в режимі реального часу за допомогою алгоритму ПІД-регулювання, точно контролює кількість холодної води та швидкість насоса, підтримує постійний тиск і температуру системи. Крім того, алгоритм ПІД-регулювання автоматично оптимізує параметри налаштування шляхом порівняння встановленої температури, різниці тиску та фактичного значення виявлення, забезпечуючи, щоб відкриття клапана та швидкість насоса завжди були в оптимальному стані, що не тільки забезпечує ефект охолодження, але й запобігає втратам енергії.

Рисунок 2 Інтерфейс керування подвійним-режимом

У зимовому режимі, коли зовнішня температура низька (менше або дорівнює 12 градусам), система автоматично вимикає блок кондиціонування повітря, відкриває градирню та комунікаційний клапан трубопроводу центрального кондиціонування повітря та безпосередньо використовує воду з градирні для охолодження. У цей час швидкість вентилятора та ввімкнення/вимкнення нагрівача регулюються за допомогою алгоритму ПІД-контролю, щоб запобігти надто низькому падінню температури води та спричиненню замерзання, що впливає на циркуляцію системи, одночасно мінімізуючи споживання енергії для досягнення ефективної роботи системи охолодження взимку.

Розробка програми сигналізації повністю враховує безпеку та надійність роботи системи. Встановлюючи порогові значення для ключових параметрів, таких як температура та тиск, коли виявлені дані виходять за межі нормального діапазону або виникає збій пристрою, система негайно запускає сигнал тривоги та чітко відображає його на інтерфейсі HMI, а також надсилає назад на модуль введення ПЛК. Це дозволяє операторам оперативно виявляти проблеми та швидко реагувати. Людино-машинний інтерфейс HMI розроблено з кількома функціональними екранами (Рис. 3), які підтримують перемикання одним-клацанням миші та можуть відображати ключову інформацію в режимі реального часу, зокрема режим роботи системи, температури та тиски різних трубопроводів, а також ступінь відкриття клапана. Він також підтримує налаштування температури та операції підтвердження тривоги, дозволяючи операторам всебічно та інтуїтивно розуміти стан роботи системи, значно зменшуючи труднощі експлуатації та ризик неправильного використання, а також покращуючи загальну ефективність виробництва.

Рисунок 3 Інтерфейс HMI

Облік енергоспоживання підкреслює ефективність трансформації енергозбереження та зменшення викидів

Облік енергоспоживання базується на фактичних виробничих умовах друкарні, система охолодження технологічної води працює 24 години на добу 365 днів на рік, період роботи в зимовому режимі зосереджений з грудня по лютий наступного року, всього 90 днів; Ціна промислової електроенергії розрахована на рівні 0,7 юаня/кВт-год.

Охолоджувач технологічної води є основною-енергозберігаючою ланкою цієї трансформації. До перетворення річне споживання електроенергії холодильним хостом досягало 1 822 100 кВт-год, а після перетворення холодильний хост було зупинено на 90 днів взимку, і річне споживання електроенергії впало до 1 479 300 кВт-год, заощадивши 342 800 кВт-год електроенергії на рік.

З точки зору трансформації охолодження офісних приміщень, охолодження офісних приміщень включено в систему водяного охолодження процесу друку через підключення трубопроводів, а оригінальна центральна система кондиціонування повітря Carrier відкрита лише рано вранці в майстерні, а час запуску-зменшується до однієї-третини початкового, що значно покращує ефективність використання системи кондиціонування повітря системи охолодження води процесу друку та може заощадити 16 годин робоче енергоспоживання центральної системи кондиціонування Carrier (один вузол Carrier, два циркуляційні насоси та один вентилятор градирні) щодня. Кондиціонер в офісній зоні використовується в основному протягом 4 місяців (загалом 120 днів) навесні та влітку, заощаджуючи 857 000 кВт/год електроенергії на рік після ремонту.

Загальне річне споживання електроенергії трьома циркуляційними насосами потужністю 18,5 кВт до перетворення становило 486 200 кВт-год, а після перетворення середня робоча частота була знижена до 40 Гц, споживання енергії зменшилося на 20%, а загальне річне споживання електроенергії трьома насосами було зменшено до 388 900 кВт-год, заощадивши 97 200 кВт-год електроенергії на рік.

Після комплексного обліку було встановлено, що компанія заощадила 1,297 млн ​​кВт-год електроенергії та близько 907 900 юанів на рахунках за електроенергію на рік. У той же час похибка контролю температури системи після трансформації менше або дорівнює 0,5 градуса, що повністю вирішує проблему конденсату та значно знижує частоту відмов друкарського обладнання. Весь процес автоматично контролюється, а час реагування на несправність скорочується до менш ніж 5 хвилин, враховуючи технічну ефективність, економічну вигоду та переваги управління.