Letni prihranek električne energije presega 900.000; deliti prakso inteligentne transformacije vodnega sistema za hlajenje procesa tiskanja!

Tradicionalni sistem procesnega vodnega hlajenja tiskarne avtorjeve skupine je v glavnem odgovoren za hlajenje električne omarice in glavnega motorja dveh nemških proizvodnih linij strojev širokega formata MANN COLORMAN, ki deluje že skoraj 20 let, in obstaja več izjemnih bolečih točk: hladilni sistem Trane, vodna črpalka in druga oprema delujejo s fiksno močjo, poraba energije zraka pa je velika; Napaka pri nadzoru temperature je velika in poleti zlahka pride do kondenzacije, kar vpliva na kakovost tiskanja in življenjsko dobo opreme ter bo povzročilo številne težave pri teku in kapljanju; Poletno hlajenje pisarniških in proizvodnih prostorov temelji na neodvisnih gostiteljskih sistemih Carrier, skupna poraba energije pa ostaja visoka.

V ta namen je naša tovarna na podlagi dejanske proizvodnje sprožila preoblikovanje sistema procesnega vodnega hlajenja, ki temelji na PLC-, dosegla natančen nadzor temperature in inteligentno varčevanje z energijo prek krmilnega algoritma PID ter inovativno razširila funkcijo "zimsko tiskanje hlajenje varčevanje z energijo + poletno hlajenje pisarne". Po transformaciji je napaka nadzora temperature sistema manjša ali enaka 0,5 stopinje, celovita stopnja varčevanja z energijo pa kar 30-odstotna, kar podjetjem ne zagotavlja le trdne podpore pri zmanjševanju stroškov in povečanju učinkovitosti, temveč zagotavlja tudi ponovljivo praktično izkušnjo za nadgradnjo tehnologije-varčevanja z zeleno energijo v tiskarskih podjetjih.

Analizirajte trenutno situacijo in razjasnite osnovne potrebe preobrazbe hladilnega sistema

V procesu visoko-hitrostnega delovanja tiskarske opreme bo elektronska krmilna oprema, kot so frekvenčni pretvorniki v električni omarici, proizvedla veliko količino toplotne energije, kar neposredno vpliva na življenjsko dobo opreme in celo povzroči okvaro in zaustavitev opreme, kar je tudi glavni problem, ki ga mora rešiti sistem za hlajenje procesne vode.

Prvotni sistem za hlajenje procesne vode v naši tovarni sprejema tradicionalni način konfiguracije "hladilni gostitelj + hladilni stolp + vodna črpalka", osnovna oprema pa vključuje dva vodno-hlajena gostitelja Trane, dva prečna-točna hladilna stolpa, več obtočnih črpalk, kot tudi običajne elektromagnetne ventile, regulacijske ventile in ploščne izmenjevalnike toplote. Hlajenje pisarniških in proizvodnih prostorov je ločeno zagotovljeno s sklopom samostojnih velikih centrifugalnih centralnih klimatskih naprav Carrier. Po letih delovanja v praksi je sistem za hlajenje procesne vode izpostavil tri nerešene težave.

(1) Nezadostna natančnost nadzora temperature. Ker se zanaša na neposredno hlajenje hladne vode iz centralne klimatske naprave, temperature ni mogoče prilagodljivo prilagoditi glede na proizvodne potrebe, temperaturna napaka izhodne vode pa je velika, zaradi česar je težko izpolniti zahteve opreme za temperaturo procesne vode.

(2) Poraba energije ostaja visoka. Po eni strani centralna klimatska naprava za hlajenje tiskalnika deluje na polno vse leto, pomožna vodna črpalka in ventilator pa nimata inteligentnega mehanizma za regulacijo hitrosti. Po drugi strani pa je hlajenje pisarniškega prostora odvisno od prvotnega neodvisnega nosilca klimatske naprave gostitelja tovarne in dejansko povpraševanje po hlajenju se je znatno zmanjšalo zaradi zmanjšanja obsega tovarne v kasnejši fazi, vendar hladilna zmogljivost prvotnega gostitelja ni bila usklajena in prilagojena, kar je povzročilo veliko količino izgubljene energije in nadaljnje zvišanje obratovalnih stroškov.

(3) Nizka stopnja avtomatizacije. Pomanjkanje popolnega-nadzora v realnem času in funkcij alarma za napake, ključne parametre, kot sta temperatura in tlak, je treba ročno pregledati in zabeležiti, odziv na napake opreme pa zaostaja, kar ne samo poveča stroške dela, ampak lahko povzroči tudi prekinitev proizvodnje zaradi nepravočasne odstranitve.

V kombinaciji z dejansko proizvodnjo in zahtevami nacionalne-politike varčevanja z energijo ta preobrazba pojasnjuje pet temeljnih potreb.

(1) Natančen nadzor temperature. Prilagodljivo območje temperature hladilne vode je nastavljeno na 13 ~ 22 stopinj, temperaturna napaka izhodne vode pa je strogo nadzorovana na manj kot ali enako 0,5 stopinje, kar bistveno rešuje problem nastajanja kondenzata.

(2) Varčevanje z energijo in zmanjšanje porabe. Optimizirajte način delovanja opreme z inteligentnim nadzorom, močno zmanjšajte porabo energije centralnih klimatskih naprav, vodnih črpalk in ventilatorjev.

(3) Inteligentno spremljanje. Ima-funkcije prikaza ključnih parametrov v realnem času, kot sta temperatura in tlak, ima pa tudi funkcijo samodejnega zaznavanja napak in opozorila, kar je priročno za operaterje, da pravočasno ugotovijo stanje delovanja sistema.

(4) Stabilen in zanesljiv. Podpira samodejno in ročno preklapljanje v dvojnem -načinu, ki lahko zagotovi neprekinjenost proizvodnje z ročnim delovanjem, ko sistem odpove, in prepreči izpade proizvodne linije zaradi okvare opreme.

(5) Gospodarska prilagoditev. Ni potrebe po dodajanju nove opreme-velikega obsega in nadgradnji na podlagi izvirnega sistema, da bi v največji meri nadzirali stroške transformacije in zagotovili, da projekt doseže-win-win situacijo gospodarskih in družbenih koristi.

Nadgradnja strojne opreme za izgradnjo podpornega sistema strojne opreme za natančen nadzor temperature

Osrednja zamisel te preobrazbe temelji na PLC kot jedru, krmiljenju PID kot podpori algoritma, inteligentnem zaznavanju kot osnovi, z optimizacijo strojne opreme in nadgradnjo programske opreme za izgradnjo novega hladilnega sistema "natančnega nadzora temperature +-varčevanja z energijo + inteligentnega spremljanja", osrednja zamisel je okoli nadgradnje strojne opreme, nadgradnje krmiljenja, optimizacije algoritma in inovacije načina, izbira strojne opreme se drži načela prilagodljivosti in diverzifikacije za zagotovitev usklajenega in učinkovitega delovanja vsake komponente.

(1) Osnovna krmilna enota izbere glavne izdelke PLC srednjega -razpona na trgu in lahko izbere več blagovnih znamk, kot so Siemens, Mitsubishi, Inovance in druge blagovne znamke glede na dejanske potrebe, z ustreznimi analognimi vhodnimi moduli, izhodnimi moduli in vhodno/izhodnimi integriranimi moduli, da v celoti izpolnijo potrebe po pridobivanju in nadzoru sistemskih signalov. Ta transformacija uporablja PLC serije Siemens S7-1200 kot krmilno jedro, opremljeno s CPE modela 1214CDC/DC/DC in podpira 8 zunanjih razširitvenih modulov za izpolnjevanje kompleksnih potreb po krmiljenju. V kombinaciji z analognim vhodnim modulom SM1231 AI 8×13BIT, analognim izhodnim modulom SM1232 AO 4×14BIT in analognim vhodno/izhodnim modulom SM1234 AI/AO 4×13BIT/2×14BIT je odgovoren za sprejemanje signalov senzorjev, oddajanje kontrolnih signalov in izboljšanje fleksibilnosti obdelave signalov.

(2) Vmesnik za interakcijo s človekom-računalnikom uporablja 8~10-palčni glavni zaslon na dotik, ki podpira komunikacijo z več-napravami in funkcije spremljanja-v realnem-času, kar je priročno za operaterje, da intuitivno dojamejo stanje delovanja sistema in prilagajanje parametrov. HMI HMI uporablja 9-palčni zaslon Siemens TP900 Comfort, ki podpira komunikacijo z več PLC-ji in nadzorne funkcije v realnem času, kar operaterjem olajša intuitivno razumevanje stanja delovanja sistema in prilagajanje parametrov.

(3) Izbira opreme za zaznavanje in izvedbo se osredotoča na stabilnost in natančnost, temperaturni senzor izbere izdelke z razponom, ki pokriva temperaturno območje proizvodnega okolja in stabilen izhodni signal, senzor tlaka se natančno prilagodi tlačnim pogojem cevovoda, dolžina palice sonde pa je razumno nastavljena glede na dejansko velikost cevovoda v tovarniškem območju (Opomba: dolžina palice sonde je polovica premera cevovoda), da se zagotovi natančnost podatkov zaznavanja.

(4) Ventil in aktuator sta opremljena z električnimi tri-potnimi ventili s hitro odzivno hitrostjo in visoko natančnostjo krmiljenja ter prilagojenimi aktuatorji za natančno prilagajanje pretoka vode in zagotavljanje učinka nadzora temperature. Frekvenčni pretvornik izbere izdelke z močjo, prilagojeno vodnim črpalkam in ventilatorjem, ter podpira natančno nastavitev frekvence, ki lahko zagotovi ne le nemoten zagon in zaustavitev opreme, ampak tudi doseže-energijsko varčno delovanje. Ta prenova vključuje aktuatorje serije Siemens SVB z največjim navorom 1600 N; Izbira električnega pogona je treba določiti v kombinaciji z ohišjem ventila, cevjo in tlakom v cevi, to je, da ustreza "navoru aktuatorja, ki je večji ali enak največjemu začetnemu navoru ventila × varnostni faktor (1,3~1,5)".

(5) Izvedite krmiljenje povezave za prvotni grelnik tuljave hladilnega stolpa, da preprečite, da bi temperatura vode pozimi zmrznila in vplivala na kroženje sistema; Relejske komponente uporabljajo stikalne napajalnike, transformatorje in releje z napetostjo in močjo, ki zagotavljajo trdno jamstvo za stabilno delovanje celotnega sistema vezja.

Za izbiro opreme je treba čim bolj izbrati isto znamko, enotnost in koordinacija kombinacij komponent različnih blagovnih znamk pa sta slabi, kar je nagnjeno k napakam, kar na koncu povzroči povečanje težav pri odpravljanju napak in povečanje števila vzdrževanja. Sledijo trije ključni ukrepi za preoblikovanje strojne opreme.

01/ Optimizirajte cevne povezave

(1) Dovodne in odvodne cevi hladilnega stolpa se prenovijo vzporedno s cevmi za ohlajeno vodo centralne klimatske naprave (kot je prikazano na sliki 1) in solenoidni ventili so nameščeni za nadzor vklopa/izklopa, in ko je zunanja temperatura pozimi nizka, se lahko hladilna voda hladilnega stolpa neposredno uporabi za zamenjavo ohlajene vode centralne klimatske naprave, kar močno skrajša čas delovanja gostitelja klimatske naprave in prihrani energijo.

Slika 1 Načrt prenove

(2) Prenovite in optimizirajte klimatske in hladilne cevi v prvotnem tovarniškem pisarniškem prostoru ter dodajte ventile za prekinitev povezovalnega cevovoda med pisarniškim prostorom in prvotno centralno klimatsko napravo Carrier, tako da lahko originalna centralna klimatska naprava ohrani neodvisno delovanje in služi samo prvotnim prilagoditvenim scenarijem, kot so delavnice za proizvodnjo časopisov; Hladilni cevovod v pisarniškem prostoru je natančno povezan s centralnim cevovodom za ohlajeno vodo za klimatizacijo tiskarskega hladilnega sistema obstoječega obrata, ki lahko neposredno uporabi presežek hladilne zmogljivosti tiskalniškega hladilnega sistema za hlajenje pisarniškega prostora brez porabe dodatne energije za ustvarjanje hladilnega vira, s čimer se močno skrajša čas delovanja Carrierjeve centrifugalne centralne klimatske naprave, učinkovito zmanjša porabo energije opreme, realizira učinkovito recikliranje energije in doseže znatno ohranjanje energije in zmanjšanje porabe.

02/ Dodano zunanje ročno vezje

V primeru okvare sistema ali vzdrževanja lahko operaterji ročno nadzorujejo delovanje ventilov in črpalk, da zagotovijo, da proizvodnja ni prizadeta, in izboljšajo zanesljivost delovanja sistema.

03/ Izboljšati mrežo za spremljanje percepcije

Senzorji temperature in tlaka so nameščeni na štirih ključnih mestih vhoda za hlajenje, izhoda za zamrzovanje, dovoda za hlajenje in izhoda za hlajenje, da se izvede zbiranje podatkov o celotnem procesu hladilnega sistema, zagotovi celovita in točna podatkovna podpora za natančen nadzor PLC ter zagotovi uresničitev nadzora temperature in ciljev-varčevanja z energijo.

Optimizacija programske opreme za ustvarjanje jedrnih programov za inteligentni nadzor

Pri tej preobrazbi zasnova programske opreme izbere glavno platformo za razvoj programske opreme za nadzor opreme z integriranimi funkcijami in priročnim delovanjem, ki mora podpirati različne programske jezike, kar lahko poenostavi pisanje programa in postopek odpravljanja napak, učinkovito skrajša projektni cikel in zagotovi tehnično podporo za stabilno delovanje sistema. Zasnova uporablja Siemens Botu V17 (TIA PORTAL V17), ob upoštevanju, da mora biti programska oprema za načrtovanje združljiva s strojno opremo PLC in zasloni na dotik, zato imajo prednost izdelki iste blagovne znamke.

Jedro zasnove inteligentnega nadzornega programa vključuje tri module: pretvorbo podatkov, nadzor z dvojnim-načinom in alarm. Modul za pretvorbo podatkov natančno pretvori analogni signal 4~20 mA, ki ga zbere senzor, v vrednosti temperature in tlaka, ki jih lahko krmilna enota prepozna s standardiziranimi navodili NORM_X in navodili za skaliranje SCALE_X. Podatkovna širina vsakega kanala analognega Siemensa je 16 bitov, fiksno delovno območje pa je prilagojeno na -27648~27648, kar ustreza vhodni in izhodni napetosti ±10V, od tega 5533~27648 ustreza vhodnemu in izhodnemu toku 4~20mA, podatki s plavajočo vejico 0,0~1,0 pa so pridobljeni s standardiziranim delovanjem »OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)« in nato skalirana operacija »OUT=[VALUE×(MAX–MIN)]+MIN« Vzpostavite ujemanje z dejanskimi fizikalnimi količinami, da zagotovite točnost pretvorbe podatkov.

Krmiljenje z dvojnim-načinom je osrednja inovacija te zasnove programske opreme, ki lahko samodejno preklopi način delovanja glede na zunanjo temperaturo in tako poveča izrabo energije (slika 2). V dnevnem režimu, ko je zunanja temperatura visoka (več kot 12 stopinj ), sistem zažene centralno klimatsko napravo, prilagodi odpiranje ventila in frekvenco frekvenčnega pretvornika v realnem času preko regulacijskega algoritma PID, natančno nadzoruje količino hladne vode in hitrost črpalke ter vzdržuje stalen tlak in temperaturo sistema. Poleg tega regulacijski algoritem PID samodejno optimizira prilagoditvene parametre s primerjavo nastavljene temperature, razlike v tlaku in dejanske zaznane vrednosti, s čimer zagotovi, da sta odpiranje ventila in hitrost črpalke vedno v optimalnem stanju, kar ne zagotavlja samo hladilnega učinka, temveč se tudi izogne ​​izgubi energije.

Slika 2 Vmesnik za krmiljenje dvojnega-načina

V zimskem načinu, ko je zunanja temperatura nizka (manj kot ali enaka 12 stopinj), sistem samodejno izklopi klimatsko enoto, odpre hladilni stolp in komunikacijski ventil centralnega cevovoda klimatske naprave ter neposredno uporabi vodo iz hladilnega stolpa za hlajenje. V tem času se hitrost ventilatorja in vklop/izklop grelnika prilagodita z algoritmom PID krmiljenja, da preprečita, da bi temperatura vode padla prenizko in povzročilo zmrzovanje, ki vpliva na kroženje sistema, hkrati pa zmanjša porabo energije za doseganje učinkovitega delovanja zimskega hladilnega sistema.

Zasnova alarmnega programa v celoti upošteva varnost in zanesljivost delovanja sistema. Z nastavitvijo pragov za ključne parametre, kot sta temperatura in tlak, ko zaznani podatki presežejo normalno območje ali pride do napake naprave, sistem takoj sproži alarmni signal in ga jasno prikaže na vmesniku HMI, hkrati pa posreduje nazaj vhodni modul PLC. To omogoča operaterjem, da takoj prepoznajo težave in se hitro odzovejo. Vmesnik HMI človek-stroj je zasnovan z več funkcionalnimi zasloni (slika 3), ki podpirajo preklapljanje z enim-klikom, in lahko prikaže ključne informacije v realnem času, vključno z načinom delovanja sistema, temperaturami in tlaki različnih cevovodov ter stopnjo odprtosti ventila. Podpira tudi postopke nastavitve temperature in potrditve alarma, kar operaterjem omogoča celovito in intuitivno razumevanje statusa delovanja sistema, kar močno zmanjša težave pri delovanju in tveganje zlorabe ter izboljša splošno učinkovitost proizvodnje.

Slika 3 Vmesnik HMI

Računovodstvo porabe energije poudarja učinkovitost preoblikovanja varčevanja z energijo in zmanjševanja emisij

Obračun porabe energije temelji na dejanskih proizvodnih pogojih tiskarne, sistem za hlajenje tehnološke vode deluje 24 ur na dan, 365 dni v letu, zimski režim obratovanja pa je zgoščen od decembra do februarja naslednjega leta, skupaj 90 dni; Cena industrijske električne energije je izračunana na 0,7 juana/kWh.

Hladilni sistem tehnološke vode je ključna povezava-za varčevanje z energijo te preobrazbe. Pred transformacijo je letna poraba energije hladilnega hosta dosegla 1.822.100 kWh, po transformaciji pa je bil hladilni host pozimi ustavljen za 90 dni, letna poraba pa je padla na 1.479.300 kWh, s čimer smo prihranili 342.800 kWh električne energije na leto.

Kar zadeva preoblikovanje hlajenja pisarniškega prostora, je hlajenje pisarniškega prostora vključeno v sistem za hlajenje vode tiskarskega procesa prek priklopa cevovoda, originalni centralni klimatski sistem Carrier pa je odprt samo v zgodnjem jutranjem proizvodnem času delavnice, čas zagona-se skrajša na eno-tretjino prvotnega, kar močno izboljša učinkovitost uporabe gostitelja klimatske naprave sistema za hlajenje vode tiskarskega procesa in lahko prihrani 16 ur obratovalna poraba energije centralnega klimatskega sistema Carrier (en Carrier host, dve obtočni črpalki in en ventilator hladilnega stolpa) vsak dan. Klimatska naprava v pisarniškem delu se večinoma uporablja 4 mesece (skupaj 120 dni) spomladi in poleti, s čimer po prenovi prihranimo 857.000 kWh porabe energije na leto.

Skupna letna poraba električne energije treh 18,5kW obtočnih črpalk pred transformacijo je bila 486.200 kWh, po transformaciji pa se je povprečna delovna frekvenca znižala na 40Hz, poraba energije je bila zmanjšana za 20 %, skupna letna poraba električne energije treh črpalk pa je bila zmanjšana na 388.900 kWh, s čimer smo prihranili 97.200 kWh električne energije na leto.

Po celovitem računovodstvu je bilo ugotovljeno, da je podjetje prihranilo 1,297 milijona kWh električne energije in približno 907.900 juanov na računih za elektriko na leto. Hkrati je napaka nadzora temperature sistema po transformaciji manjša ali enaka 0,5 stopinje, kar popolnoma reši problem kondenzata in močno zmanjša stopnjo napak tiskarske opreme. Celoten proces je samodejno nadzorovan, odzivni čas na napako pa je skrajšan na manj kot 5 minut, ob upoštevanju tehnične učinkovitosti, ekonomskih koristi in koristi upravljanja.