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    信然空壓機系統工程數字化進程加速
    發布時間:2020/12/10  瀏覽次數:6 次  來源:本站
    信然壓縮空氣智能化、數字化管理系統是如何通過邊緣數據采集器等設備,集中采集壓縮機設備的實時數據,專注于數據可視化呈現,對設備進行實時管控,精準分析用氣量、用氣壓力情況,快速查找存在浪費的原因。以江蘇信爾勝機械實際生產企業為對象,對通過實際使用空壓機數字化能源管理系統服務并切實解決目前壓縮空氣系統使用過程中存在的諸多問題,進行案例分析。當前工業實際生產應用中壓縮空氣系統存在較大的能耗浪費,以及粗獷的管理使用方式。該問題已成為所有設備管理人員、設備制造人員步入節能管理、智能制造以及精益化生產過程中必須考慮的問題,也是必然要去改進的問題。

    目前使用狀態下,壓縮空氣系統普遍存在以下問題:首先是空壓站數據缺乏監測和深入挖掘;其二是啟停靠人工控制;其三是空壓機系統使用過程中產生的較大能耗浪費。那么究竟得通過何種方式發現這些問題點?又如何對這些問題點進行合理的分析,最終提出有效的解決方案?如何達成真正的節能降耗的空壓機系統智慧能源管理?本文將依據此邏輯展開,以江蘇信爾勝生產企業為實際案例,第一部分將簡單介紹信然壓縮機數字化能源管理系統;第二部分將以信爾勝生產企業為例,介紹壓縮空氣系統使用過程中產生的具體問題,根據上述具體問題,介紹信然壓縮機提出并實施的解決方案;第三部分將分享并展現節能服務應用后的壓縮空氣系統現狀。

    02信然空壓機系統數字化能源管理系統
    2.1 壓縮空氣云能源管理系統簡介

    信然數字化能源管理系統是自主研發的邊緣數據采集器等設備,集中采集工廠設備的實時數據,專注于數據可視化呈現,對設備進行實時管控,精準分析產氣、用氣情況,快速查找存在浪費的原因。然后通過AI智能聯控技術,做到產氣壓力恒定、用氣適量供應、無人化管控等方式,大幅降低單位能耗、人工管理及設備保養成本。

    2.2 壓縮空氣云能源管理系統的基本架構

    系統基本架構分為4個層次,分別是終端層、設備層、業務層和拓展層。

    2.3 壓縮空氣云能源管理系統控制的實現方式

    信然空壓機通過自主研發的邊緣數據采集器,采集和控制空壓機等設備數據。依托于自主研發的壓縮空氣云能源管理系統,來呈現各類數據及應用。

    2.4 壓縮空氣云能源管理系統聯控功能

    系統在檢查設備狀態后,按照特殊的策略,判斷設備需要啟停、輪休、加卸載等要求,及時下發指令,進行遠程聯動。實現聯控主要經過以下幾個步驟:

    (1)錄入設備基本參數

    收集所有空壓機的基礎運行參數,參數分為2種,一種是空壓機的電氣化參數,包括額定電壓、額定電流、額定功率等;另一種是功能化參數,包括“標準產氣量”、“實際產氣量”、“終端用氣量”等。在此基礎上,錄入車間的其他輔助設備參數,如“車間壓力”、“流量”、“有功功率”等。

    (2)測試壓縮空氣到用氣終端的輸送時間:

    調整空壓機的產氣壓力,測試壓縮空氣經過漫長的管路輸送,到達各個分支終端所需的時間,方便后期的能動預判。

    (3)測試空壓機產氣端、管路輸送端、終端用氣的壓損:

    對空壓機進行產氣前、產氣后的壓損測試,對管路進行傳輸前、傳輸后的壓損測試,對終端用氣進行理論需要壓力、實際需要壓力進行測試。

    (4)試運行測試:

    確認所有固定參數后,運用AI算法及智能控制技術,結合實際產氣、用氣的動態變化,生成一系列合理的能動指令,下發給空壓機進行開機、關機等操作。

    (5)正式運行:

    反復的磨合、測試后,使產氣壓力在極小的區間波動,保持空壓機的0卸載、高加載率,實現節能聯控的要求

    2.5 壓縮空氣云能源管理系統實現的效果

    (1)減少用氣浪費,精確采集終端實時用氣量,用多少氣就產多少氣。

    (2)減少壓損浪費,檢查產氣端輸氣到用氣端,改造不合理的輸氣管路。

    (3)減少壓力浪費,避免用氣量的驟增、驟減,導致空壓機頻繁啟停。

    (4)減少故障浪費,實現智能啟停、智能輪休,避免設備超負荷、帶病運行。

    (5)減少人工浪費,通過PC端、手機App,實時掌控空壓站運行效率。

    (6)減少保養浪費,提前發布預警、報警,避免設備意外停機影響生產。

    (7)減少空載浪費,用氣量減少時,及時聯控空壓機進行停機。

    (8)減少后處理浪費,與空壓機進行聯動,跟隨啟停。

    (9)減少操作不當的浪費,用數據分析,對每個工人同時段用氣量、產量進行比對,發現浪費源頭。

    03用戶數據分析
    1、信爾勝公司空壓機站概況

    通過信然空壓機技術人員調查發現,該空壓站系統有1路輸氣管路,涉及8臺永磁變頻式空壓機及相關配套設備。平均每日開機時長為12小時。目前空壓站的主要節能技術就是變頻空壓機的使用(見圖6)。

    2.信爾勝公司空壓機站使用信然空壓機系統狀態分析

    原有的空壓機管理方式經過信然檢測論證后,主要分為空壓站數據缺乏監測和深入挖掘、啟停靠人工控制、能耗浪費三個維度的問題,具體分析如下:

    2.1 目前空壓站數據缺乏監測和深入挖掘,故而存在以下問題:

    1)所有設備都未并入互聯網,只能在站房現場、設備的控制面板上查看實時參數。

    2)設備預警、報警出現時,無法告知負責人處理,導致產氣壓力大幅波動,影響生產。

    3)缺少24小時全天候的設備監控,缺少系統性的運行數據,無法做實時分析和事后追溯。

    4)缺乏整站的輸出氣體質量和能耗監測,存在盲目產氣、用氣浪費、含水含油量等雜質超標等情況。

    5)現場改善難。重要參數沒有存儲歷史數據,只能憑人工經驗進行判斷。

    2.2 目前空壓站啟停仍靠人工控制,故而也存在以下關鍵問題:

    1)班次交接或生產換線時,需要安排專門的人員在空壓站現場手動啟停設備。

    2)設備啟停、加卸載缺乏合理地控制策略配合。

    3)從產氣到輸送到用氣終端存在一定的延遲,導致人工控制效果不佳。

    4)缺乏全面的整站監控,人工控制的合理性、經濟性、有效性缺乏數據論證。

    2.3 通過數據采集匠心智聯分析發現存在的能耗浪費問題:

    1)管網用氣的變化頻繁,導致設備同時頻繁加卸載或者空載,控制效果差。

    2)變頻設備未能及時升頻、降頻,使用效果差。

    3)設備的設計能效與產氣、用氣要求不匹配,產生浪費。

    4)設備在用氣需求減少時,未能及時停機導致出現空載,產生浪費。

    5)設備在產氣端壓力波動頻次過高、波動幅度過大,產生浪費。

    6)用氣終端壓力波動頻次過高、波動幅度過大,產生浪費。

    04解決方案
    依據上述的種種問題,信然技術工程師與信爾勝公司進行了深入的技術交流,啟聯動控制節能方案。以下是相關的解決方案分享:

    3.1 升級為智能數字化空壓站

    (1)實現全流程監測。加裝傳感設備,監測從產氣到用氣的全程數據,包含站房溫濕度、官網壓力、流量、末端用氣壓力、后處理設備壓降、峰谷尖電、電氣比等。

    (2)實現數據可視化。各類數據經過處理、匯總,形成看板、組態、報表等內容,供用戶查看。

    (3)豐富的應用終端。支持臺式電腦(Windows系統、Linux系統等)、平板電腦、手機(App端,包括安卓Android和蘋果iOS系統),可隨時查看。

    (4)便捷的web瀏覽操作。無須安裝,只需使用瀏覽器即可聯網查看。

    (5)軟件、硬件聯動。發生預報警時,支持手機短信提醒、頁面游字提醒,以及現場的報警燈的提醒。

    (6)實現虛擬2D空壓站展示。將現場設備及管道結構,模擬到組態圖中,可以在辦公室隨時觀測到站房實況。

    (7)支持查看歷史數據,提供流量、壓力、電量、電氣比等多種數據報表。

    (8)支持聯控分析、能耗分析等多種異常結果溯源分析,從多個頁面中將各種相關參數的曲線進行疊加,多緯度剖析異常的原因(見圖7)。

    3.2 智能數字化控制

    3.2.1 全方位監控實時狀態

    所有與空壓機正常運行有關的參數,包括空壓機的震動、內壓,空濾的負壓,接觸器的溫度保護,電機軸、冷卻水的溫度,冷卻水的壓力、流量、電動閥門等,均可以通過硬件、軟件相結合的方式實現數據的采集、保存和處理,實時監控空壓機的運行狀態。

    3.2.2 精準自動控制

    通過安裝邊緣數據采集器,與空壓機的控制板相連,將空壓機的實時信息上傳至管控系統。系統經過參數分析、工況分析、用氣需求分析等多種工具,自動發送指令給空壓機,按要求實現遠程啟停、輪休、切換用氣管路等精準控制功能。

    3.2.3 能耗自動分析

    實時顯示空壓站總管路、分支管路的流量、壓力、露點、電量等能耗情況,可以從多個統計時間維度,如10分鐘、1小時、1天、1個月、1年,分析對應的用電量、用氣量等原始數據,并通過大數據算法,自動計算電氣比,生成壓力曲線。提供能耗對比,自主選擇已經過去的2個時間段,系統即可自動篩選出相應數據,進行并行比較,找出用電、用氣異常點。

    3.2.3 主動報警信息

    安裝多種傳感器,實現空壓機、空濾壓差報警,電機、主機震動報警,電機、接觸器溫度報警等功能,及時診斷設備健康狀況,確定是否需要檢修,減少事故發生,保障設備安全。

    3.2.4 自動發送報警信息

    通過手機App、電子郵件、短信息等方式,通知到相應維修人員,具體方式可由客戶自主確定。

    3.2.5 制定保養計劃

    提前制定并實施天、月、季度、年的保養計劃,提醒負責人按時保養。

    3.2.6 生命周期監控

    監控空壓機及各類配件的使用壽命,當壽命即將耗盡時發布預警,提示更換配件。同時,在配件的使用過程中,會生成配件使用報告,記錄配件的使用情況。

    3.2.7 壓力恒定

    通過AI算法,設置上下限壓力區間,使主管網壓力波動小于等于0.015MPa,壓降小于等于0.03MPa(見圖8)。

    3.2.8 報表管理

    大部分的數據可以形成報表,供用戶導出查看,如電氣比、流量壓力數據,故障報表、能耗報表等。

    3.2.9 故障管理

    設備的預警、故障信息可以實時查看,并匯集成表。最新的預警或者故障信息會顯示在首頁滾動播出。

    3.2.10 設備組態圖

    根據項目現狀的進行設計,自定義組合、擺放設備的位置,系統提供多樣的模塊供用戶選擇,如更改圖標的類型、管道的顏色等(見圖9)。

    3.3 故障處理能力

    3.3.1 處理流程

    保全記錄:系統出現預警、報警等故障后,所有的具體信息都會在設備保全里面進行列表展示,并顯示故障的持續時間、當前的處理狀態。

    預警、報警配置:對需要實時監測的重要參數,對其設置預警、報警閾值。一旦超過限制,系統將預報警內容以短信的形式,發送并提醒對應的負責人進行處理。

    保養處理能力

    配置計劃保全:生成保全計劃,明確各類設備的保養項目、保養周期。

    3.3.2.保全提醒

    系統在保全記錄里,各自周期的保全記錄都會有到期提醒,比如周保全是1星期觸發1次,月保全1個月觸發1次。

    3.3.3 保全日歷

    每臺設備每個月的保養計劃,都可以統一展示,方便維修人員提前查看保養要求,做好配件準備。

    3.3.4 點檢能力

    使用系統自帶的App版本,掃描設備的二維碼,即可查看當前設備需要操作的任務,并按要求進行拍照或文字編輯。當對應的流程操作結束后,PC端就可以查看到具體的處理結果。

    自此,信爾勝公司已經通過信然智聯的產品形成了自己數字化設備運維體系

    3.4 用氣趨勢分析

    3.4.1 總體的用電情況

    從峰期、谷期、尖期三個方面,采集并匯總實施的電度數,并折算成電費數,用電情況一目了然。

    3.4.2 浪費分析

    包含兩個方面,一個是效率浪費,另一個是系統浪費。

    (1)效率浪費:監測設備的用電量、用氣量,并計算電氣比;分析的維度包含年、月、日、小時和分鐘。

    (2)空載浪費:設備空載時不產氣,導致存在電力浪費。

    (3)空壓機壓力浪費:空壓機在產氣端壓力波動過大導致浪費,系統將超出正常壓力的部分進行統計匯總,計算出了浪費值。

    (4)假性需求壓力浪費:用氣終端壓力波動過大導致浪費,系統將超出正常壓力的部分進行統計匯總,計算出了浪費值。

    05節能收益
    以2020年的數據分析,6月起開始應用管理系統;8月用電數據截止至撰文日期30日,用電趨勢詳見

    因此,上述兩個月由于產能受限,不能充分體現壓縮空氣云能源管理系統帶來的節能收益。我們以8月份為例,來分析具體的能耗情況。從8月3日開始,正式開啟系統聯控,具體見圖13。

    接下來,我們取8月24日至29日、7月6日至11日、6月8日至13日共3個區間進行對比,每個區間均為周一至周日,具體數據見。

    從數據報告及數據柱狀圖可以很清晰地看到開聯控前后數據的對比,從而得出以下試用結論

    從表中計算得知,如應用壓縮空氣云能源管理系統,按目前已經實現的節能比例,節能比例約為16.94%;其中依據項目現狀還存在一定的節能空間,預計節能率達到21.4%左右。

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