Roczne oszczędności energii elektrycznej przekraczają 900 000; dzielenie się praktyką inteligentnej transformacji układu wody chłodzącej proces drukowania!

Tradycyjny system chłodzenia wodą procesową w drukarni grupy autorskiej odpowiada głównie za chłodzenie szafki elektrycznej i silnika głównego dwóch niemieckich linii produkcyjnych maszyn wielkoformatowych MANN COLORMAN, które działają od prawie 20 lat i istnieje kilka nierozstrzygniętych problemów: jednostka chłodnicza Trane, pompa wodna i inny sprzęt pracują ze stałą mocą, a zużycie energii w powietrzu jest poważne; Błąd kontroli temperatury jest duży, a latem łatwo może wystąpić kondensacja, co wpływa na jakość druku i żywotność sprzętu oraz powoduje wiele problemów z działaniem i kapaniem; Chłodzenie latem w obszarach biurowych i produkcyjnych opiera się na niezależnych systemach hostów firmy Carrier, a ogólne zużycie energii pozostaje wysokie.

W tym celu, w oparciu o rzeczywistą produkcję, nasza fabryka rozpoczęła transformację systemu chłodzenia wody technologicznej opartej na sterownikach PLC-, osiągnęła precyzyjną kontrolę temperatury i inteligentne oszczędzanie energii dzięki algorytmowi sterowania PID oraz innowacyjnie rozszerzyła funkcję „oszczędność energii podczas chłodzenia druku zimą + chłodzenie biura w lecie”. Po transformacji błąd kontroli temperatury systemu jest mniejszy lub równy 0,5 stopnia, a kompleksowy współczynnik oszczędności energii sięga aż 30%, co nie tylko zapewnia przedsiębiorstwom solidne wsparcie w obniżaniu kosztów i zwiększaniu wydajności, ale także zapewnia powtarzalne doświadczenie praktyczne w zakresie modernizacji technologii-oszczędzania zielonej energii w przedsiębiorstwach poligraficznych.

Przeanalizuj obecną sytuację i wyjaśnij podstawowe potrzeby transformacji systemu chłodzenia

W procesie-szybkiej pracy sprzętu drukującego elektroniczne urządzenia sterujące, takie jak przetwornice częstotliwości w szafie elektrycznej, będą generować dużą ilość energii cieplnej, co bezpośrednio wpływa na żywotność sprzętu, a nawet powoduje awarię i przestoje sprzętu, co jest również głównym problemem do rozwiązania przez system chłodzenia wodą procesową.

Oryginalny system chłodzenia wodą procesową w naszej fabryce przyjmuje tradycyjny tryb konfiguracji „główny moduł chłodniczy + wieża chłodnicza + pompa wodna”, a podstawowe wyposażenie obejmuje dwie jednostki chłodnicze Trane chłodzone wodą-, dwie wieże chłodnicze o przepływie krzyżowym-, wiele pomp obiegowych, a także zwykłe zawory elektromagnetyczne, zawory sterujące i płytowe wymienniki ciepła. Chłodzenie powierzchni biurowej i produkcyjnej zapewnia osobno zestaw niezależnych, dużych, odśrodkowych klimatyzatorów centralnych Carrier. Po latach praktyki operacyjnej, system chłodzenia wodą procesową ujawnił trzy nierozstrzygnięte problemy.

(1) Niewystarczająca dokładność kontroli temperatury. Opierając się na bezpośrednim chłodzeniu zimnej wody z centralnej klimatyzacji, nie można elastycznie regulować temperatury w zależności od zapotrzebowania produkcyjnego, a błąd temperatury wody wylotowej jest duży, co utrudnia spełnienie wymagań urządzeń dotyczących temperatury wody procesowej.

(2) Zużycie energii pozostaje wysokie. Z jednej strony centralny klimatyzator do chłodzenia druku pracuje na pełnych obrotach przez cały rok, a wspomagająca go pompa wodna i wentylator nie posiadają inteligentnego mechanizmu regulacji prędkości. Z drugiej strony, chłodzenie powierzchni biurowej opiera się na oryginalnym, niezależnym, głównym systemie klimatyzacyjnym, a rzeczywiste zapotrzebowanie na chłodzenie znacznie spadło ze względu na zmniejszenie skali instalacji na późniejszym etapie, ale wydajność chłodnicza pierwotnego hosta nie została dopasowana i dostosowana, co spowodowało duże ilości strat energii i dalszy wzrost kosztów operacyjnych.

(3) Niski stopień automatyzacji. Brak doskonałego monitorowania-w czasie rzeczywistym i funkcji alarmowania o usterkach, kluczowe parametry, takie jak temperatura i ciśnienie, muszą być ręcznie sprawdzane i rejestrowane, a reakcja sprzętu na awarie jest opóźniona, co nie tylko zwiększa koszty pracy, ale może również prowadzić do przerw w produkcji z powodu przedwczesnej utylizacji.

W połączeniu z rzeczywistą produkcją i wymogami krajowej polityki-oszczędności energii transformacja ta wyjaśnia pięć podstawowych potrzeb.

(1) Precyzyjna kontrola temperatury. Regulowany zakres temperatury wody chłodzącej jest ustawiony na 13 ~ 22 stopnie, a błąd temperatury wody wylotowej jest ściśle kontrolowany na poziomie mniejszym lub równym 0,5 stopnia, co zasadniczo rozwiązuje problem wytwarzania kondensatu.

(2) Oszczędność energii i redukcja zużycia. Zoptymalizuj tryb pracy sprzętu poprzez inteligentne sterowanie, znacznie zmniejsz zużycie energii przez centralne klimatyzatory, pompy wodne i wentylatory.

(3) Inteligentne monitorowanie. Posiada funkcje wyświetlania-w czasie rzeczywistym kluczowych parametrów, takich jak temperatura i ciśnienie, a także funkcje automatycznego wykrywania usterek i wyświetlania alarmów, co ułatwia operatorom szybkie zrozumienie stanu operacyjnego systemu.

(4) Stabilny i niezawodny. Obsługuje automatyczne i ręczne przełączanie-trybu podwójnego, co może zapewnić ciągłość produkcji poprzez ręczną obsługę w przypadku awarii systemu i uniknąć przestojów linii produkcyjnej z powodu awarii sprzętu.

(5) Adaptacja ekonomiczna. Nie ma potrzeby dodawania nowego-sprzętu na dużą skalę ani modernizacji w oparciu o oryginalny system, aby w jak największym stopniu kontrolować koszty transformacji i zapewnić, że projekt osiągnie-korzystną sytuację w postaci korzyści ekonomicznych i społecznych.

Aktualizacja sprzętu w celu zbudowania systemu wsparcia sprzętowego do precyzyjnej kontroli temperatury

Podstawowa idea tej transformacji opiera się na sterowniku PLC jako rdzeniu, sterowaniu PID jako wsparciu algorytmu, inteligentnej percepcji jako podstawie, poprzez optymalizację sprzętu i aktualizację oprogramowania, w celu zbudowania nowego systemu chłodzenia zapewniającego „precyzyjną kontrolę temperatury +-oszczędność energii + inteligentne monitorowanie”. Podstawowa idea dotyczy modernizacji sprzętu, aktualizacji sterowania, optymalizacji algorytmów i innowacji w trybach, a wybór sprzętu jest zgodny z zasadą możliwości adaptacji i dywersyfikacji, aby zapewnić skoordynowane i wydajne działanie każdego komponentu.

(1) Podstawowa jednostka sterująca wybiera główne produkty PLC- średniej klasy dostępne na rynku i może wybrać wiele marek, takich jak Siemens, Mitsubishi, Inovance i inne marki, zgodnie z rzeczywistymi potrzebami, z odpowiednimi analogowymi modułami wejściowymi, modułami wyjściowymi i zintegrowanymi modułami wejścia/wyjścia, aby w pełni zaspokoić potrzeby gromadzenia i sterowania sygnałami systemowymi. Transformacja ta wykorzystuje sterownik PLC serii Siemens S7-1200 jako rdzeń sterujący, wyposażony w procesor modelu 1214CDC/DC/DC i obsługuje 8 zewnętrznych modułów rozszerzeń, aby sprostać złożonym potrzebom sterowania. W połączeniu z modułem wejść/wyjść analogowych SM1231 AI 8×13BIT, modułem wyjść analogowych SM1232 AO 4×14BIT i modułem wejść/wyjść analogowych SM1234 AI/AO 4×13BIT/2×14BIT, odpowiada odpowiednio za odbiór sygnałów z czujników, wysyłanie sygnałów sterujących i poprawę elastyczności przetwarzania sygnałów.

(2) Interfejs interakcji człowiek-komputer wykorzystuje typowy ekran dotykowy o przekątnej 8–10- cali, który obsługuje komunikację z wieloma-urządzeniami i funkcje monitorowania-w czasie rzeczywistym, co ułatwia operatorom intuicyjne zrozumienie stanu działania systemu i regulacji parametrów. HMI HMI wykorzystuje 9-calowy wyświetlacz Siemens TP900 Comfort, który obsługuje komunikację między wieloma sterownikami PLC i funkcje monitorowania w czasie rzeczywistym, ułatwiając operatorom intuicyjne zrozumienie stanu pracy systemu i dostosowanie parametrów.

(3) Wybór sprzętu do wykrywania i wykonywania pomiarów skupia się na stabilności i dokładności, czujnik temperatury wybiera produkty z zakresu obejmującego zakres temperatur środowiska produkcyjnego i stabilny sygnał wyjściowy, czujnik ciśnienia dokładnie dostosowuje się do warunków ciśnieniowych rurociągu, a długość pręta sondy jest rozsądnie dobrana w zależności od rzeczywistego rozmiaru rurociągu na terenie fabryki (Uwaga: długość pręta sondy stanowi połowę średnicy rurociągu), aby zapewnić dokładność danych wykrywania.

(4) Zawór i siłownik są wyposażone w elektryczne zawory trójdrogowe-o szybkiej reakcji i dużej dokładności sterowania oraz przystosowane siłowniki do dokładnej regulacji natężenia przepływu wody i zapewnienia efektu kontroli temperatury. Przetwornica częstotliwości wybiera produkty o mocy dostosowanej do pomp wodnych i wentylatorów oraz umożliwia precyzyjną regulację częstotliwości, co może nie tylko zapewnić płynny start i zatrzymanie sprzętu, ale także zapewnić-energooszczędną pracę. W ramach tej renowacji zastosowano siłowniki serii Siemens SVB o maksymalnym momencie obrotowym 1600 N; Wybór siłownika elektrycznego należy określić w połączeniu z korpusem zaworu, ciśnieniem w rurze i rurze, to znaczy, aby spełnić „moment obrotowy siłownika większy lub równy maksymalnemu momentowi rozruchowemu zaworu × współczynnik bezpieczeństwa (1,3 ~ 1,5)”.

(5) Wdrożyć sterowanie łącznikiem oryginalnej nagrzewnicy wężownicy wieży chłodniczej, aby zapobiec zamarzaniu wody w zimie i wpływowi na cyrkulację systemu; W komponentach przekaźnika zastosowano zasilacze impulsowe, transformatory i przekaźniki z dopasowaniem napięcia i mocy, aby zapewnić solidną gwarancję stabilnej pracy całego układu obwodów.

Do wyboru sprzętu należy w miarę możliwości wybierać tę samą markę, a jedność i koordynacja kombinacji komponentów różnych marek jest słaba, co jest podatne na błędy, co ostatecznie prowadzi do wzrostu trudności debugowania i wzrostu liczby konserwacji. Poniżej przedstawiono trzy kluczowe miary transformacji sprzętu.

01/ Optymalizacja połączeń rurowych

(1) Rury wlotowe i wylotowe wieży chłodniczej są odnawiane równolegle z rurami wody lodowej centralnej klimatyzacji (jak pokazano na rysunku 1), a zawory elektromagnetyczne są instalowane w celu sterowania włączaniem/wyłączaniem, a gdy temperatura zewnętrzna jest niska w zimie, woda chłodząca wieży chłodniczej może być bezpośrednio wykorzystana do zastąpienia wody schłodzonej w centralnej klimatyzacji, co znacznie skraca czas pracy głównego urządzenia klimatyzacyjnego i zapewnia oszczędność energii.

Rysunek 1 Plan działania renowacji

(2) Wyremontować i zoptymalizować rury klimatyzacyjne i chłodzące w oryginalnej fabrycznej części biurowej oraz dodać zawory odcinające rurociąg łączący część biurową z oryginalnym centralnym klimatyzatorem Carrier, tak aby oryginalny centralny klimatyzator mógł działać niezależnie i służyć wyłącznie oryginalnym scenariuszom adaptacyjnym, takim jak warsztaty produkujące gazety; Rurociąg chłodzący w obszarze biurowym jest dokładnie podłączony do rurociągu wody lodowej centralnej klimatyzacji systemu chłodzenia druku istniejącego zakładu, który może bezpośrednio wykorzystać nadwyżkę wydajności chłodniczej systemu chłodzenia druku do chłodzenia obszaru biurowego bez zużywania dodatkowej energii do wytworzenia źródła chłodu, znacznie skracając w ten sposób czas pracy odśrodkowego centralnego klimatyzatora firmy Carrier, skutecznie zmniejszając zużycie energii przez sprzęt, realizując efektywny recykling energii i osiągając znaczące cele w zakresie oszczędzania i redukcji zużycia energii.

02/ Dodano zewnętrzny obwód ręczny

W przypadku awarii lub konserwacji systemu operatorzy mogą ręcznie sterować działaniem zaworów i pomp, aby zapewnić, że nie będzie to miało wpływu na produkcję i poprawić niezawodność działania systemu.

03/ Usprawnij sieć monitorowania percepcji

Czujniki temperatury i ciśnienia są instalowane w czterech kluczowych pozycjach: wlocie chłodzenia, wylocie zamrożonego, wlocie chłodzenia i wylocie chłodzenia, aby umożliwić gromadzenie danych z całego procesu w systemie chłodzenia, zapewnić kompleksowe i dokładne wsparcie danych dla precyzyjnego sterowania PLC oraz zapewnić realizację celów w zakresie kontroli temperatury i-oszczędności energii.

Optymalizacja oprogramowania w celu stworzenia inteligentnych programów sterujących

W ramach tej transformacji projekt oprogramowania wybiera główną platformę programistyczną do sterowania sprzętem ze zintegrowanymi funkcjami i wygodną obsługą, która musi obsługiwać różne języki programowania, co może uprościć proces pisania i debugowania programu, skutecznie skrócić cykl projektu i zapewnić wsparcie techniczne dla stabilnego działania systemu. W projekcie wykorzystano Siemens Botu V17 (TIA PORTAL V17), biorąc pod uwagę, że oprogramowanie do projektowania musi być kompatybilne ze sprzętowymi sterownikami PLC i ekranami dotykowymi, dlatego preferowane są produkty tej samej marki.

Rdzeń inteligentnego programu sterującego obejmuje trzy moduły: konwersję danych, sterowanie w dwóch-trybach i alarmowanie. Moduł konwersji danych dokładnie przetwarza sygnał analogowy 4~20mA zebrany przez czujnik na wartości temperatury i ciśnienia, które mogą być rozpoznawane przez jednostkę sterującą za pomocą standardowych instrukcji NORM_X i instrukcji skalowania SCALE_X. Szerokość danych każdego kanału analogowego Siemensa wynosi 16 bitów, a stały zakres działania jest ustawiony na -27648 ~ 27648, co odpowiada napięciu wejściowemu i wyjściowemu ± 10 V, z czego 5533 ~ 27648 odpowiada prądowi wejściowemu i wyjściowemu 4 ~ 20 mA, a dane zmiennoprzecinkowe 0,0 ~ 1,0 są uzyskiwane w standardowej operacji „OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)”, a następnie operacja skalowania „OUT=[VALUE×(MAX–MIN)]+MIN” Ustal zgodność z rzeczywistymi wielkościami fizycznymi, aby zapewnić dokładność konwersji danych.

Podstawową innowacją tego oprogramowania jest sterowanie w dwóch-trybach, które umożliwia automatyczne przełączanie trybu pracy w zależności od temperatury zewnętrznej, aby zmaksymalizować wykorzystanie energii (rysunek 2). W trybie dziennym, gdy temperatura zewnętrzna jest wysoka (powyżej 12 stopni), system uruchamia centralną klimatyzację, reguluje otwarcie zaworów i częstotliwość przetwornicy w czasie rzeczywistym poprzez algorytm sterowania PID, dokładnie kontroluje ilość zimnej wody i prędkość pompy oraz utrzymuje stałe ciśnienie i temperaturę instalacji. Dodatkowo algorytm regulacji PID automatycznie optymalizuje parametry regulacji porównując ustawioną temperaturę, różnicę ciśnień i rzeczywistą wartość detekcji, zapewniając, że otwarcie zaworu i prędkość pompy są zawsze w optymalnym stanie, co nie tylko zapewnia efekt chłodzenia, ale także pozwala uniknąć strat energii.

Rysunek 2 Interfejs sterowania w trybie podwójnym-

W trybie zimowym, gdy temperatura zewnętrzna jest niska (mniejsza lub równa 12 stopni), system automatycznie wyłącza jednostkę klimatyzacyjną, otwiera wieżę chłodniczą i zawór komunikacyjny rurociągu centralnej klimatyzacji oraz bezpośrednio wykorzystuje wodę z wieży chłodniczej do chłodzenia. W tym momencie prędkość wentylatora i włączenie/wyłączenie nagrzewnicy są regulowane za pomocą algorytmu sterowania PID, aby zapobiec zbyt niskiemu spadkowi temperatury wody i powodowaniu zamarznięcia wpływającego na cyrkulację systemu, jednocześnie minimalizując zużycie energii w celu zapewnienia wydajnego działania zimowego układu chłodzenia.

Projekt programu alarmowego w pełni uwzględnia bezpieczeństwo i niezawodność działania systemu. Ustawiając progi dla kluczowych parametrów, takich jak temperatura i ciśnienie, gdy wykryte dane przekraczają normalny zakres lub wystąpi awaria urządzenia, system natychmiast wyzwala sygnał alarmowy i wyraźnie wyświetla go na interfejsie HMI, jednocześnie przesyłając sygnał zwrotny do modułu wejściowego PLC. Dzięki temu operatorzy mogą szybko identyfikować problemy i szybko reagować. Interfejs człowiek{{3}maszyna HMI zawiera wiele funkcjonalnych ekranów (rysunek 3), umożliwia przełączanie jednym-kliknięciem i może wyświetlać kluczowe informacje w czasie rzeczywistym, w tym tryb pracy systemu, temperatury i ciśnienia w różnych rurociągach oraz stopień otwarcia zaworu. Obsługuje również operacje ustawiania temperatury i potwierdzania alarmów, umożliwiając operatorom kompleksowe i intuicyjne zrozumienie stanu działania systemu, znacznie zmniejszając trudności operacyjne i ryzyko niewłaściwego użycia oraz poprawiając ogólną wydajność produkcji.

Rysunek 3 Interfejs HMI

Rachunek zużycia energii podkreśla skuteczność transformacji w zakresie oszczędzania energii i redukcji emisji

Rozliczenie zużycia energii opiera się na rzeczywistych warunkach produkcyjnych drukarni, system chłodzenia wody technologicznej pracuje 24 godziny na dobę, 365 dni w roku, a okres pracy w trybie zimowym koncentruje się od grudnia do lutego następnego roku, łącznie 90 dni; Cenę energii elektrycznej dla przemysłu oblicza się na 0,7 juana/kWh.

Centrala chłodnicza wody procesowej jest głównym-energooszczędnym ogniwem tej transformacji. Przed transformacją roczne zużycie energii przez stację chłodniczą osiągnęło 1 822 100 kWh, po transformacji jednostka chłodnicza została zatrzymana na 90 dni w okresie zimowym, a roczne zużycie energii spadło do 1 479 300 kWh, oszczędzając 342 800 kWh energii elektrycznej rocznie.

Jeśli chodzi o transformację chłodzenia powierzchni biurowej, chłodzenie powierzchni biurowej jest włączane do systemu chłodzenia wodą w procesie drukowania poprzez dokowanie rurociągu, a oryginalny system centralnej klimatyzacji Carrier jest otwarty tylko we wczesnych godzinach porannych w godzinach produkcyjnych warsztatu, a czas rozruchu jest skrócony do jednej- oryginalnej, co znacznie poprawia efektywność wykorzystania hosta klimatyzacji systemu chłodzenia wodą w procesie drukowania i może zaoszczędzić 16 godzin zużycia energii operacyjnej przez system centralnej klimatyzacji Carrier (jeden host Carrier, dwa pompy obiegowe i jeden wentylator wieży chłodniczej) codziennie. Klimatyzator w części biurowej jest używany głównie przez 4 miesiące (łącznie 120 dni) wiosną i latem, po remoncie oszczędzając 857 000 kWh zużycia energii rocznie.

Całkowity roczny pobór mocy trzech pomp obiegowych o mocy 18,5 kW przed transformacją wyniósł 486 200 kWh, po transformacji zmniejszono średnią częstotliwość pracy do 40 Hz, zużycie energii zmniejszono o 20%, a całkowity roczny pobór mocy trzech pomp zmniejszono do 388 900 kWh, oszczędzając 97 200 kWh energii elektrycznej rocznie.

Po kompleksowym rozliczeniu ustalono, że firma zaoszczędziła 1,297 mln kWh energii elektrycznej i około 907 900 juanów na rachunkach za energię elektryczną rocznie. Jednocześnie błąd kontroli temperatury układu po transformacji mniejszy lub równy 0,5 stopnia, co całkowicie rozwiązuje problem kondensatu i znacznie zmniejsza awaryjność sprzętu drukującego. Cały proces jest automatycznie monitorowany, a czas reakcji na awarię skraca się do poniżej 5 minut, biorąc pod uwagę efektywność techniczną, korzyści ekonomiczne i korzyści zarządcze.