Il risparmio annuale di energia elettrica supera i 900.000; condividere la pratica della trasformazione intelligente del sistema ad acqua di raffreddamento del processo di stampa!

Il tradizionale sistema di raffreddamento ad acqua di processo della tipografia del gruppo dell'autore è principalmente responsabile del raffreddamento dell'armadio elettrico e del motore principale delle due linee di produzione tedesche di macchine per grande formato MANN COLORMAN, che sono in funzione da quasi 20 anni, e ci sono diversi punti critici in sospeso: il sistema di refrigerazione Trane, la pompa dell'acqua e altre apparecchiature funzionano a potenza fissa e il consumo di energia e aria è notevole; L'errore di controllo della temperatura è elevato ed è facile che si formi condensa in estate, il che influisce sulla qualità di stampa e sulla durata dell'apparecchiatura e causerà molti problemi di funzionamento e gocciolamento; Il raffreddamento estivo negli uffici e nelle aree di produzione si affida a sistemi host Carrier indipendenti e il consumo energetico complessivo rimane elevato.

A tal fine, in base alla produzione effettiva, la nostra fabbrica ha lanciato la trasformazione del sistema di raffreddamento dell'acqua di processo basato su PLC-, ha ottenuto un controllo preciso della temperatura e un risparmio energetico intelligente tramite l'algoritmo di controllo PID e ha ampliato in modo innovativo la funzione di "risparmio energetico di raffreddamento della stampa invernale + raffreddamento dell'ufficio estivo". Dopo la trasformazione, l'errore di controllo della temperatura del sistema è inferiore o uguale a 0,5 gradi e il tasso di risparmio energetico complessivo arriva fino al 30%, il che non solo fornisce un solido supporto alle aziende per ridurre i costi e aumentare l'efficienza, ma fornisce anche un'esperienza pratica replicabile per l'aggiornamento della tecnologia di risparmio energetico verde-delle aziende di stampa.

Analizzare la situazione attuale e chiarire le esigenze principali della trasformazione del sistema di raffreddamento

Nel processo di funzionamento ad alta-velocità delle apparecchiature di stampa, le apparecchiature di controllo elettronico come i convertitori di frequenza nell'armadio elettrico generano una grande quantità di energia termica, che influisce direttamente sulla durata dell'apparecchiatura e causa persino guasti e arresti dell'apparecchiatura, che è anche il problema principale da risolvere dal sistema di raffreddamento ad acqua di processo.

Il sistema di raffreddamento dell'acqua di processo originale della nostra fabbrica adotta la modalità di configurazione tradizionale di "host di refrigerazione + torre di raffreddamento + pompa dell'acqua" e l'attrezzatura principale comprende due host Trane raffreddati ad acqua-, due torri di raffreddamento a flusso incrociato-, pompe di circolazione multiple, nonché normali elettrovalvole, valvole di controllo e scambiatori di calore a piastre. Il raffreddamento degli uffici e delle aree produttive è fornito separatamente da un set di condizionatori centrali centrifughi Carrier di grandi dimensioni indipendenti. Dopo anni di pratica operativa, il sistema di raffreddamento dell'acqua di processo ha messo in luce tre problemi in sospeso.

(1) Precisione del controllo della temperatura insufficiente. Facendo affidamento sul raffreddamento diretto dell'acqua fredda proveniente dall'aria condizionata centralizzata, la temperatura non può essere regolata in modo flessibile in base alla domanda di produzione e l'errore di temperatura dell'acqua in uscita è elevato, rendendo difficile soddisfare i requisiti delle apparecchiature per la temperatura dell'acqua di processo.

(2) Il consumo energetico rimane elevato. Da un lato, il condizionatore d'aria centrale per il raffreddamento della stampa funziona a piena capacità tutto l'anno, mentre la pompa dell'acqua e la ventola di supporto sono prive di un meccanismo intelligente di regolazione della velocità. D'altro canto, il raffreddamento dell'area uffici si basa sull'host di climatizzazione originale e indipendente dell'impianto e la domanda effettiva di raffreddamento è diminuita in modo significativo a causa della riduzione delle dimensioni dell'impianto nella fase successiva, ma la capacità di raffreddamento dell'host originale non è stata adattata e regolata, con conseguente grande spreco di energia e ulteriore aumento dei costi operativi.

(3) Basso grado di automazione. Mancanza di un perfetto monitoraggio in tempo reale-e di funzioni di allarme guasti, parametri chiave come temperatura e pressione devono essere ispezionati e registrati manualmente e la risposta ai guasti delle apparecchiature è ritardata, il che non solo aumenta i costi di manodopera, ma può anche portare all'interruzione della produzione a causa dello smaltimento prematuro.

Combinata con la produzione effettiva e i requisiti della politica nazionale di risparmio energetico-, questa trasformazione chiarisce cinque esigenze fondamentali.

(1) Controllo preciso della temperatura. L'intervallo regolabile della temperatura dell'acqua di raffreddamento è impostato su 13~22 gradi e l'errore di temperatura dell'acqua in uscita è rigorosamente controllato su un valore inferiore o uguale a 0,5 gradi, il che risolve sostanzialmente il problema della generazione di condensa.

(2) Risparmio energetico e riduzione dei consumi. Ottimizza la modalità operativa delle apparecchiature attraverso il controllo intelligente, riduce notevolmente il consumo energetico di condizionatori d'aria centralizzati, pompe dell'acqua e ventilatori.

(3) Monitoraggio intelligente. Dispone di funzioni di visualizzazione-in tempo reale di parametri chiave come temperatura e pressione, oltre a funzioni di rilevamento automatico dei guasti e di segnalazione degli allarmi, utili per gli operatori per comprendere in tempo lo stato operativo del sistema.

(4) Stabile e affidabile. Supporta la commutazione doppia-modalità automatica e manuale, che può garantire la continuità della produzione attraverso il funzionamento manuale in caso di guasto del sistema ed evitare tempi di inattività della linea di produzione dovuti a guasti delle apparecchiature.

(5) Adattamento economico. Non è necessario aggiungere nuove apparecchiature su larga scala-e aggiornare in base al sistema originale per controllare al massimo i costi di trasformazione e garantire che il progetto raggiunga una situazione vantaggiosa per tutti di vantaggi economici e sociali.

Aggiornamento hardware per realizzare un sistema di supporto hardware per un controllo preciso della temperatura

L'idea centrale di questa trasformazione si basa sul PLC come nucleo, sul controllo PID come supporto dell'algoritmo, sulla percezione intelligente come base, attraverso l'ottimizzazione dell'hardware e l'aggiornamento del software, per costruire un nuovo sistema di raffreddamento di "controllo preciso della temperatura +-operazione di risparmio energetico + monitoraggio intelligente", l'idea centrale riguarda l'aggiornamento dell'hardware, l'aggiornamento del controllo, l'ottimizzazione dell'algoritmo e l'innovazione della modalità, la selezione dell'hardware aderisce al principio di adattabilità e diversificazione per garantire il funzionamento coordinato ed efficiente di ciascun componente.

(1) L'unità di controllo principale seleziona i principali prodotti PLC di fascia media- sul mercato e può scegliere più marchi come Siemens, Mitsubishi, Inovance e altri marchi in base alle esigenze effettive, con i corrispondenti moduli di ingresso analogico, moduli di uscita e moduli integrati di ingresso/uscita per soddisfare pienamente le esigenze di acquisizione e controllo del segnale del sistema. Questa trasformazione utilizza il PLC Siemens serie S7-1200 come nucleo di controllo, dotato di CPU modello 1214CDC/DC/DC e supporta 8 moduli di espansione esterni per soddisfare esigenze di controllo complesse. In combinazione con il modulo di ingresso analogico SM1231 AI 8×13BIT, il modulo di uscita analogica SM1232 AO 4×14BIT e il modulo di ingresso/uscita analogico SM1234 AI/AO 4×13BIT/2×14BIT, è responsabile rispettivamente della ricezione dei segnali dei sensori, dell'emissione dei segnali di controllo e del miglioramento della flessibilità di elaborazione dei segnali.

(2) L'interfaccia di interazione uomo-computer adotta un touch screen mainstream da 8~10-pollici, che supporta la comunicazione multi-dispositivo e funzioni di monitoraggio in tempo reale-, utile per gli operatori per comprendere in modo intuitivo lo stato operativo del sistema e la regolazione dei parametri. L'HMI HMI utilizza il display Siemens TP900 Comfort da 9-pollici, che supporta la comunicazione multi-PLC e le funzioni di monitoraggio in tempo reale, consentendo agli operatori di comprendere facilmente lo stato operativo del sistema e regolare i parametri.

(3) La selezione delle apparecchiature di rilevamento ed esecuzione si concentra su stabilità e precisione, il sensore di temperatura seleziona prodotti con un intervallo che copre l'intervallo di temperature dell'ambiente di produzione e un'uscita del segnale stabile, il sensore di pressione si adatta accuratamente alle condizioni di pressione della tubazione e la lunghezza dell'asta della sonda è ragionevolmente impostata in base alle dimensioni effettive della tubazione nell'area della fabbrica (Nota: la lunghezza dell'asta della sonda è metà del diametro della tubazione) per garantire l'accuratezza dei dati di rilevamento.

(4) La valvola e l'attuatore sono dotati di valvole elettriche a tre-vie con velocità di risposta rapida ed elevata precisione di controllo e attuatori adattati per regolare con precisione la portata dell'acqua e garantire l'effetto di controllo della temperatura. Il convertitore di frequenza seleziona prodotti con potenza adatta a pompe dell'acqua e ventilatori e supporta una regolazione precisa della frequenza, che non solo può garantire l'avvio e l'arresto regolari dell'apparecchiatura, ma anche ottenere un funzionamento a risparmio energetico-. Questo rinnovamento adotta attuatori Siemens della serie SVB, con una coppia massima di 1600N; La selezione dell'attuatore elettrico deve essere determinata in combinazione con il corpo della valvola, il tubo e la pressione del tubo, ovvero per soddisfare la "coppia dell'attuatore maggiore o uguale alla coppia di avvio massima della valvola× fattore di sicurezza (1,3~1,5)".

(5) Implementare il controllo del collegamento per il riscaldatore a serpentina originale della torre di raffreddamento per evitare che la temperatura dell'acqua si congeli in inverno e influenzi la circolazione del sistema; I componenti relè utilizzano alimentatori a commutazione, trasformatori e relè con adattamento di tensione e potenza per fornire una solida garanzia per il funzionamento stabile dell'intero sistema di circuiti.

Per quanto riguarda la scelta dell'attrezzatura, dovrebbe essere selezionata il più possibile la stessa marca e l'unità e il coordinamento delle combinazioni di componenti di diverse marche sono scadenti, il che è soggetto a errori, il che alla fine porta ad un aumento della difficoltà di debug e ad un aumento del numero di interventi di manutenzione. Di seguito sono riportate tre misure chiave per la trasformazione dell'hardware.

01/ Ottimizzare le connessioni dei tubi

(1) I tubi di ingresso e uscita della torre di raffreddamento sono rinnovati in parallelo con i tubi dell'acqua refrigerata dell'aria condizionata centrale (come mostrato nella Figura 1), e sono installate elettrovalvole per controllare l'accensione/spegnimento e, quando la temperatura esterna è bassa in inverno, l'acqua di raffreddamento della torre di raffreddamento può essere utilizzata direttamente per sostituire l'acqua refrigerata dell'aria condizionata centrale, riducendo notevolmente il tempo di funzionamento dell'host di condizionamento dell'aria e realizzando un risparmio energetico.

Figura 1 Roadmap di ristrutturazione

(2) Rinnovare e ottimizzare i tubi di condizionamento e raffreddamento nell'area uffici originale della fabbrica e aggiungere valvole per interrompere la tubazione di collegamento tra l'area uffici e il condizionatore d'aria centrale originale Carrier, in modo che il condizionatore d'aria centrale originale possa mantenere un funzionamento indipendente e servire solo gli scenari di adattamento originali come i laboratori di produzione di giornali; La tubazione di raffreddamento nell'area degli uffici è accuratamente collegata alla tubazione dell'acqua refrigerata dell'aria condizionata centrale del sistema di raffreddamento della stampa dell'impianto esistente, che può utilizzare direttamente la capacità di raffreddamento in eccesso del sistema di raffreddamento della stampa per raffreddare l'area dell'ufficio senza consumare energia aggiuntiva per generare una fonte di freddo, riducendo così notevolmente il tempo di funzionamento del condizionatore d'aria centrale centrifugo di Carrier, riducendo efficacemente il consumo energetico delle apparecchiature, realizzando un riciclaggio efficiente dell'energia e raggiungendo obiettivi significativi di risparmio energetico e riduzione dei consumi.

02/ Aggiunto circuito manuale esterno

In caso di guasto o manutenzione del sistema, gli operatori possono controllare manualmente il funzionamento di valvole e pompe per garantire che la produzione non venga compromessa e migliorare l'affidabilità del funzionamento del sistema.

03/ Migliorare la rete di monitoraggio della percezione

I sensori di temperatura e pressione sono installati nelle quattro posizioni chiave di ingresso di refrigerazione, uscita di congelamento, ingresso di raffreddamento e uscita di raffreddamento per realizzare la raccolta dati dell'intero processo del sistema di raffreddamento, fornire un supporto dati completo e accurato per il controllo preciso del PLC e garantire la realizzazione del controllo della temperatura e degli obiettivi di risparmio energetico-.

Ottimizzazione del software per creare programmi core di controllo intelligente

In questa trasformazione, la progettazione del software seleziona una piattaforma di sviluppo software di controllo delle apparecchiature mainstream con funzioni integrate e funzionamento conveniente, che deve supportare una varietà di linguaggi di programmazione, che possono semplificare il processo di scrittura e debug del programma, abbreviare efficacemente il ciclo del progetto e fornire supporto tecnico per il funzionamento stabile del sistema. Il progetto utilizza Siemens Botu V17 (TIA PORTAL V17), considerando che il software di progettazione deve essere compatibile con PLC hardware e touch screen, quindi sono preferibili prodotti dello stesso marchio.

Il nucleo della progettazione del programma di controllo intelligente comprende tre moduli: conversione dei dati, controllo a doppia modalità- e allarme. Il modulo di conversione dati converte accuratamente il segnale analogico da 4~20 mA raccolto dal sensore nei valori di temperatura e pressione che possono essere riconosciuti dall'unità di controllo tramite le istruzioni standardizzate NORM_X e le istruzioni di scalatura SCALE_X. La larghezza dei dati di ciascun canale analogico Siemens è di 16 bit e l'intervallo operativo fisso è regolato su -27648~27648, corrispondente alla tensione di ingresso e di uscita ±10 V, di cui 5533~27648 corrisponde alla corrente di ingresso e di uscita di 4~20 mA, e i dati in virgola mobile di 0,0~1,0 sono ottenuti mediante il funzionamento standardizzato "OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)", quindi l'operazione in scala "OUT=[VALUE×(MAX–MIN)]+MIN" Stabilisce una corrispondenza con le quantità fisiche effettive per garantire l'accuratezza della conversione dei dati.

Il controllo a doppia modalità- è l'innovazione principale di questo software, che può cambiare automaticamente la modalità operativa in base alla temperatura esterna per massimizzare l'utilizzo dell'energia (Figura 2). In modalità giornaliera, quando la temperatura esterna è elevata (più di 12 gradi), il sistema avvia l'aria condizionata centralizzata, regola l'apertura della valvola e la frequenza del convertitore di frequenza in tempo reale attraverso l'algoritmo di controllo PID, controlla accuratamente la quantità di acqua fredda e la velocità della pompa e mantiene costanti la pressione e la temperatura del sistema. Inoltre, l'algoritmo di controllo PID ottimizza automaticamente i parametri di regolazione confrontando la temperatura impostata, la differenza di pressione e il valore di rilevamento effettivo, garantendo che l'apertura della valvola e la velocità della pompa siano sempre nello stato ottimale, il che non solo garantisce l'effetto di raffreddamento, ma evita anche sprechi di energia.

Figura 2 Interfaccia di controllo in modalità doppia-

In modalità invernale, quando la temperatura esterna è bassa (inferiore o uguale a 12 gradi), il sistema spegne automaticamente l'unità di condizionamento dell'aria, apre la torre di raffreddamento e la valvola di comunicazione della tubazione dell'aria condizionata centrale e utilizza direttamente l'acqua della torre di raffreddamento per il raffreddamento. In questo momento, la velocità della ventola e l'accensione/spegnimento del riscaldatore vengono regolati tramite un algoritmo di controllo PID per evitare che la temperatura dell'acqua scenda troppo bassa e causi congelamento che influenzi la circolazione del sistema, riducendo al minimo il consumo di energia per ottenere un funzionamento efficiente del sistema di raffreddamento invernale.

La progettazione del programma di allarme considera pienamente la sicurezza e l'affidabilità del funzionamento del sistema. Impostando le soglie per parametri chiave come temperatura e pressione, quando i dati rilevati superano l'intervallo normale o si verifica un guasto del dispositivo, il sistema attiva immediatamente un segnale di allarme e lo visualizza chiaramente sull'interfaccia HMI, restituendolo anche al modulo di ingresso PLC. Ciò consente agli operatori di identificare tempestivamente i problemi e rispondere rapidamente. L'interfaccia uomo-macchina dell'HMI è progettata con più schermate funzionali (Figura 3), supporta la commutazione con un-clic e può visualizzare informazioni chiave in tempo reale, tra cui la modalità operativa del sistema, le temperature e le pressioni di varie tubazioni e il grado di apertura della valvola. Supporta inoltre le operazioni di impostazione della temperatura e riconoscimento degli allarmi, consentendo agli operatori di comprendere in modo completo e intuitivo lo stato operativo del sistema, riducendo notevolmente le difficoltà operative e il rischio di uso improprio e migliorando l'efficienza complessiva della produzione.

Figura 3 Interfaccia HMI

La contabilità del consumo energetico evidenzia l’efficacia della trasformazione del risparmio energetico e della riduzione delle emissioni

La contabilità del consumo energetico si basa sulle effettive condizioni di produzione dell'impianto di stampa, il sistema di raffreddamento dell'acqua di processo funziona 24 ore al giorno, 365 giorni all'anno e il periodo di funzionamento in modalità invernale è concentrato da dicembre a febbraio dell'anno successivo, per un totale di 90 giorni; Il prezzo dell'elettricità industriale è calcolato a 0,7 yuan/kWh.

L'host di refrigerazione dell'acqua di processo è il principale anello di risparmio energetico-di questa trasformazione. Prima della trasformazione, il consumo energetico annuale dell'host di refrigerazione ha raggiunto 1.822.100 kWh e, dopo la trasformazione, l'host di refrigerazione è stato fermato per 90 giorni in inverno e il consumo energetico annuale è sceso a 1.479.300 kWh, risparmiando 342.800 kWh di elettricità all'anno.

In termini di trasformazione del raffreddamento dell'area ufficio, il raffreddamento dell'area ufficio è incorporato nel sistema di raffreddamento ad acqua del processo di stampa attraverso l'aggancio della tubazione, e il sistema di condizionamento d'aria centrale originale Carrier è aperto solo nelle prime ore del mattino, durante l'orario di produzione dell'officina, e il tempo di avvio- è ridotto a un-terzo dell'originale, il che migliora notevolmente l'efficienza di utilizzo dell'host di condizionamento dell'aria del sistema di raffreddamento ad acqua del processo di stampa e può far risparmiare 16 ore di consumo energetico operativo del sistema di condizionamento d'aria centrale Carrier (un host Carrier, due circolatori pompe e un ventilatore della torre di raffreddamento) ogni giorno. Il condizionatore della zona uffici viene utilizzato principalmente per 4 mesi (120 giorni in totale) in primavera ed estate, risparmiando 857.000 kWh di consumo energetico all'anno dopo la ristrutturazione.

Il consumo energetico annuo totale delle tre pompe di circolazione da 18,5 kW prima della trasformazione era di 486.200 kWh e, dopo la trasformazione, la frequenza operativa media è stata ridotta a 40 Hz, il consumo energetico è stato ridotto del 20% e il consumo energetico annuo totale delle tre pompe è stato ridotto a 388.900 kWh, risparmiando 97.200 kWh di elettricità all'anno.

Dopo una contabilità approfondita, si è scoperto che l'azienda ha risparmiato 1.297 milioni di kWh di elettricità e circa 907.900 yuan in bollette elettriche all'anno. Allo stesso tempo, l'errore di controllo della temperatura del sistema dopo la trasformazione è inferiore o uguale a 0,5 gradi, il che risolve completamente il problema della condensa e riduce notevolmente il tasso di guasto delle apparecchiature di stampa. L'intero processo viene monitorato automaticamente e il tempo di risposta al guasto viene ridotto a meno di 5 minuti, tenendo conto dell'efficacia tecnica, dei vantaggi economici e dei vantaggi gestionali.