Compartilhe a prática de transformação inteligente do sistema de água de resfriamento do processo de impressão, economizando mais de 900 mil em custos de eletricidade anualmente!

No processo de operação em alta-velocidade de equipamentos de impressão, equipamentos de controle eletrônico, como conversores de frequência no gabinete elétrico, gerarão uma grande quantidade de energia térmica, o que afeta diretamente a vida útil do equipamento e até mesmo causa falha e desligamento do equipamento, que também é o principal problema a ser resolvido pelo sistema de resfriamento de água de processo.

O sistema de resfriamento de água de processo original de nossa fábrica adota o modo de configuração tradicional de "host de refrigeração + torre de resfriamento + bomba de água", e o equipamento principal inclui dois hosts Trane resfriados a água, duas torres de resfriamento de fluxo cruzado, múltiplas bombas de circulação, bem como válvulas solenóides comuns, válvulas de controle e trocadores de calor de placas. O resfriamento das áreas de escritório e produção é fornecido separadamente por um conjunto de grandes aparelhos de ar condicionado centrífugos independentes da Carrier. Após anos de prática operacional, o sistema de resfriamento de água de processo expôs três problemas pendentes.

(1) Precisão de controle de temperatura insuficiente. Contando com o resfriamento direto da água fria do ar condicionado central, a temperatura não pode ser ajustada de forma flexível de acordo com a demanda de produção, e o erro de temperatura da água de saída é grande, dificultando o atendimento aos requisitos do equipamento para a temperatura da água do processo.

(2) O consumo de energia continua elevado. Por um lado, o ar condicionado central para resfriamento de impressão funciona em plena capacidade durante todo o ano, e a bomba d'água e o ventilador de suporte não possuem um mecanismo inteligente de regulação de velocidade. Por outro lado, o resfriamento da área de escritório depende do ar condicionado original independente da planta, e a demanda real de resfriamento diminuiu significativamente devido à redução da escala da planta no estágio posterior, mas a capacidade de resfriamento do host original não foi igualada e ajustada, resultando em uma grande quantidade de desperdício de energia e aumentando ainda mais os custos operacionais.

(3) Baixo grau de automação. A falta de funções perfeitas de monitoramento-em tempo real e de alarme de falhas, parâmetros importantes como temperatura e pressão precisam ser inspecionados e registrados manualmente, e a resposta a falhas do equipamento fica atrasada, o que não apenas aumenta os custos de mão de obra, mas também pode levar à interrupção da produção devido ao descarte prematuro.

Combinada com a produção real e os requisitos da política nacional-de economia de energia, essa transformação esclarece cinco necessidades principais.

(1) Controle preciso de temperatura. A faixa ajustável de temperatura da água de resfriamento é definida para 13 ~ 22 graus, e o erro de temperatura da água de saída é estritamente controlado em menor ou igual a 0,5 graus, o que resolve fundamentalmente o problema de geração de condensado.

(2) Conservação de energia e redução do consumo. Otimize o modo de operação do equipamento por meio de controle inteligente, reduzindo significativamente o consumo de energia de condicionadores de ar centrais, bombas de água e ventiladores.

(3) Monitoramento inteligente. Ele possui funções de exibição-em tempo real dos principais parâmetros, como temperatura e pressão, e também possui detecção automática de falhas e funções de prompt de alarme, o que é conveniente para os operadores compreenderem o status operacional do sistema a tempo.

(4) Estável e confiável. Ele oferece suporte à comutação de modo duplo-automática e manual, o que pode garantir a continuidade da produção por meio de operação manual quando o sistema falhar e evitar paralisações da linha de produção devido a falhas no equipamento.

(5) Adaptação económica. Não há necessidade de adicionar novos equipamentos-de grande escala e atualizar com base no sistema original para controlar ao máximo o custo de transformação e garantir que o projeto atinja uma situação vantajosa-de benefícios econômicos e sociais.

Atualização de hardware para construir um sistema de suporte de hardware para controle preciso de temperatura

A ideia central desta transformação é baseada no PLC como núcleo, controle PID como suporte de algoritmo, percepção inteligente como base, por meio de otimização de hardware e atualização de software, para construir um novo sistema de resfriamento de "controle preciso de temperatura + operação de economia de energia- + monitoramento inteligente", a ideia central é em torno de atualização de hardware, atualização de controle, otimização de algoritmo e inovação de modo, a seleção de hardware adere ao princípio de adaptabilidade e diversificação para garantir a operação coordenada e eficiente de cada componente.

(1) A unidade de controle principal seleciona os principais produtos PLC de gama média-do mercado e pode escolher várias marcas, como Siemens, Mitsubishi, Inovance e outras marcas, de acordo com as necessidades reais, com módulos de entrada analógica correspondentes, módulos de saída e módulos integrados de entrada/saída para atender totalmente às necessidades de aquisição e controle de sinal do sistema. Esta transformação usa PLC da série Siemens S7-1200 como núcleo de controle, equipado com CPU modelo 1214CDC/DC/DC e suporta 8 módulos de expansão externos para atender a necessidades de controle complexas. Combinado com o módulo de entrada analógica SM1231 AI 8 × 13BIT, o módulo de saída analógica SM1232 AO 4 × 14BIT e o módulo de entrada / saída analógica SM1234 AI / AO 4 × 13BIT / 2 × 14BIT, é responsável por receber sinais de sensor, emitir sinais de controle e melhorar a flexibilidade de processamento de sinal, respectivamente.

(2) A interface de interação humano-computador adota uma tela de toque principal de 8 a 10- polegadas, que suporta comunicação com vários-dispositivos e funções de monitoramento-em tempo real, o que é conveniente para os operadores compreenderem intuitivamente o status operacional do sistema e o ajuste de parâmetros. A IHM usa a tela Siemens TP900 Comfort de 9{10}} polegadas, que suporta comunicação multi-PLC e funções de monitoramento em tempo real, facilitando aos operadores a compreensão intuitiva do status operacional do sistema e o ajuste dos parâmetros.

(3) A seleção de equipamentos de detecção e execução concentra-se na estabilidade e precisão, o sensor de temperatura seleciona produtos com uma faixa que cobre a faixa de temperatura do ambiente de produção e saída de sinal estável, o sensor de pressão se adapta com precisão às condições de pressão da tubulação, e o comprimento da haste da sonda é razoavelmente definido de acordo com o tamanho real da tubulação na área de fábrica (Nota: o comprimento da haste da sonda é metade do diâmetro da tubulação) para garantir a precisão dos dados de detecção.

(4) A válvula e o atuador são equipados com válvulas elétricas de três{1}}vias com velocidade de resposta rápida e alta precisão de controle e atuadores adaptados para ajustar com precisão a taxa de fluxo de água e garantir o efeito de controle de temperatura. O conversor de frequência seleciona produtos com potência adaptada a bombas d'água e ventiladores e suporta ajuste preciso de frequência, o que pode não apenas garantir a partida e parada suave do equipamento, mas também alcançar uma operação com economia de energia. Esta renovação adota atuadores da série Siemens SVB, com torque máximo de 1600N; A seleção do atuador elétrico precisa ser determinada em combinação com o corpo da válvula, tubo e pressão do tubo, ou seja, para atender ao "torque do atuador maior ou igual ao torque inicial máximo da válvula × fator de segurança (1,3 ~ 1,5)".

(5) Implementar o controle de ligação para o aquecedor de serpentina original da torre de resfriamento para evitar que a temperatura da água congele no inverno e afete a circulação do sistema; Os componentes do relé utilizam fontes de alimentação chaveadas, transformadores e relés com correspondência de tensão e potência para fornecer uma garantia sólida para a operação estável de todo o sistema de circuito.

A mesma marca deve ser selecionada tanto quanto possível para a seleção do equipamento, e a unidade e coordenação das diferentes combinações de componentes de marcas são ruins, o que é propenso a erros, o que acaba levando a um aumento na dificuldade de depuração e a um aumento no número de manutenção. A seguir estão três medidas principais para a transformação de hardware.

01/ Otimizar conexões de tubulação

(1) Os tubos de entrada e saída da torre de resfriamento são renovados em paralelo com os tubos de água gelada do ar condicionado central (conforme mostrado na Figura 1), e válvulas solenóides são instaladas para controlar o liga/desliga, e quando a temperatura externa é baixa no inverno, a água de resfriamento da torre de resfriamento pode ser usada diretamente para substituir a água gelada do ar condicionado central, o que reduz muito o tempo de funcionamento do host do ar condicionado e economiza energia.

Figura 1 Roteiro de renovação

(2) Renovar e otimizar as tubulações de ar condicionado e resfriamento na área original do escritório da fábrica e adicionar válvulas para cortar a tubulação de conexão entre a área do escritório e o ar condicionado central Carrier original, para que o ar condicionado central original possa manter operação independente e atender apenas aos cenários de adaptação originais, como oficinas de produção de jornais; A tubulação de resfriamento na área do escritório é conectada com precisão à tubulação de água gelada do ar condicionado central do sistema de resfriamento de impressão da planta existente, que pode usar diretamente a capacidade de resfriamento excedente do sistema de resfriamento de impressão para resfriar a área do escritório sem consumir energia adicional para gerar uma fonte fria, reduzindo significativamente o tempo de operação do ar condicionado central centrífugo da Carrier, reduzindo efetivamente o consumo de energia do equipamento, realizando uma reciclagem eficiente de energia e alcançando metas significativas de conservação de energia e redução de consumo.

02/ Adicionado circuito manual externo

Em caso de falha ou manutenção do sistema, os operadores podem controlar manualmente a operação das válvulas e bombas para garantir que a produção não seja afetada e melhorar a confiabilidade da operação do sistema.

03/ Melhorar a rede de monitoramento de percepção

Sensores de temperatura e pressão são instalados nas quatro posições principais de entrada de refrigeração, saída congelada, entrada de resfriamento e saída de resfriamento para realizar a coleta de dados de todo o processo do sistema de resfriamento, fornecer suporte de dados abrangente e preciso para controle preciso do PLC e garantir a realização de metas de controle de temperatura e economia de energia.

Otimização de software para criar programas centrais de controle inteligente

Nesta transformação, o design do software seleciona uma plataforma de desenvolvimento de software de controle de equipamentos convencional com funções integradas e operação conveniente, que precisa suportar uma variedade de linguagens de programação, o que pode simplificar o processo de escrita e depuração do programa, encurtar efetivamente o ciclo do projeto e fornecer suporte técnico para a operação estável do sistema. O design utiliza Siemens Botu V17 (TIA PORTAL V17), considerando que o software de design precisa ser compatível com hardware PLCs e telas sensíveis ao toque, portanto, são preferidos produtos da mesma marca.

O núcleo do design do programa de controle inteligente inclui três módulos: conversão de dados, controle de{0}modo duplo e alarme. O módulo de conversão de dados converte com precisão o sinal analógico de 4 ~ 20 mA coletado pelo sensor em valores de temperatura e pressão que podem ser reconhecidos pela unidade de controle por meio de instruções padronizadas NORM_X e instruções de escala SCALE_X. A largura de dados de cada canal analógico da Siemens é de 16 bits, e a faixa operacional fixa é ajustada para -27648 ~ 27648, correspondendo à tensão de entrada e saída ± 10 V, dos quais 5533 ~ 27648 corresponde à corrente de entrada e saída de 4 ~ 20 mA, e os dados de ponto flutuante de 0,0 ~ 1,0 são obtidos pela operação padronizada "OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)" e, em seguida, a operação escalonada "OUT=[VALUE×(MAX–MIN)]+MIN" Estabeleça uma correspondência com quantidades físicas reais para garantir a precisão da conversão de dados.

O controle de modo-duplo é a principal inovação deste design de software, que pode alternar automaticamente o modo de operação de acordo com a temperatura externa para maximizar a utilização de energia (Figura 2). No modo diário, quando a temperatura externa é alta (mais de 12 graus), o sistema liga o ar condicionado central, ajusta a abertura da válvula e a frequência do conversor de frequência em tempo real através do algoritmo de controle PID, controla com precisão a quantidade de água fria e a velocidade da bomba, e mantém a pressão e a temperatura constantes do sistema. Além disso, o algoritmo de controle PID otimiza automaticamente os parâmetros de ajuste comparando a temperatura definida, a diferença de pressão e o valor real de detecção, garantindo que a abertura da válvula e a velocidade da bomba estejam sempre no estado ideal, o que não só garante o efeito de resfriamento, mas também evita desperdício de energia.

Figura 2 Interface de controle de modo duplo-

No modo inverno, quando a temperatura externa é baixa (menor ou igual a 12 graus), o sistema desliga automaticamente a unidade de ar condicionado, abre a torre de resfriamento e as válvulas de conexão da tubulação de ar condicionado central e usa diretamente a água da torre de resfriamento para resfriamento. Neste momento, a velocidade do ventilador e a partida/parada do aquecedor são ajustadas através de um algoritmo de controle PID para evitar que a temperatura da água caia muito e cause congelamento que afeta a circulação do sistema, minimizando ao mesmo tempo o consumo de energia para alcançar uma operação eficiente do sistema de resfriamento de inverno.

O projeto do programa de alarme considera totalmente a segurança e a confiabilidade da operação do sistema. Ao definir limites para parâmetros-chave, como temperatura e pressão, quando os dados detectados excedem a faixa normal ou ocorre uma falha no dispositivo, o sistema aciona imediatamente um sinal de alarme e o exibe claramente na interface HMI, ao mesmo tempo que retorna ao módulo de entrada do CLP. Isso permite que os operadores identifiquem prontamente os problemas e respondam rapidamente. A interface homem-máquina da IHM foi projetada com diversas telas funcionais (Figura 3), suportando comutação com um-clique e pode exibir informações importantes em tempo real, incluindo o modo de operação do sistema, temperaturas e pressões de diversas tubulações e o grau de abertura da válvula. Ele também suporta operações de configuração de temperatura e reconhecimento de alarme, permitindo que os operadores entendam de forma abrangente e intuitiva o status de operação do sistema, reduzindo significativamente a dificuldade operacional e o risco de uso indevido e melhorando a eficiência geral da produção.

Figura 3 Interface IHM

A contabilização do consumo de energia destaca a eficácia da conservação de energia e da transformação da redução de emissões

A contabilização do consumo de energia é baseada nas condições reais de produção da gráfica, o sistema de refrigeração da água do processo funciona 24 horas por dia, 365 dias por ano, e o período de operação no modo inverno concentra-se de dezembro a fevereiro do ano seguinte, num total de 90 dias; O preço da eletricidade industrial é calculado em 0,7 yuan/kWh.

O host de refrigeração da água de processo é o principal elo-de economia de energia dessa transformação. Antes da transformação, o consumo anual de energia do host de refrigeração atingia 1.822.100 kWh, e após a transformação, o host de refrigeração foi parado por 90 dias no inverno, e o consumo anual de energia caiu para 1.479.300 kWh, economizando 342.800 kWh de eletricidade por ano.

Em termos de transformação de resfriamento da área de escritório, o resfriamento da área de escritório é incorporado ao sistema de resfriamento de água do processo de impressão por meio de acoplamento de tubulação, e o sistema de ar condicionado central Carrier original só é aberto no horário de produção matinal da oficina, e o tempo de inicialização-é reduzido para um-terço do original, o que melhora muito a eficiência de utilização do host de ar condicionado do sistema de resfriamento de água do processo de impressão e pode economizar 16 horas de consumo de energia operacional do sistema de ar condicionado central Carrier (um host Carrier, duas bombas de circulação e um ventilador da torre de resfriamento) todos os dias. O ar condicionado na área de escritórios é utilizado principalmente durante 4 meses (120 dias no total) na primavera e no verão, economizando 857.000 kWh de consumo de energia por ano após a reforma.

O consumo total anual de energia das três bombas de circulação de 18,5 kW antes da transformação era de 486.200 kWh e, após a transformação, a frequência média de operação foi reduzida para 40 Hz, o consumo de energia foi reduzido em 20% e o consumo anual total de energia das três bombas foi reduzido para 388.900 kWh, economizando 97.200 kWh de eletricidade por ano.

Após uma contabilidade abrangente, descobriu-se que a empresa economizou 1,297 milhão de kWh de eletricidade e cerca de 907.900 yuans em contas de eletricidade por ano. Ao mesmo tempo, o erro de controle de temperatura do sistema após a transformação é menor ou igual a 0,5 grau, o que resolve completamente o problema de condensação e reduz bastante a taxa de falhas do equipamento de impressão. Todo o processo é monitorizado automaticamente e o tempo de resposta a falhas é reduzido para menos de 5 minutos, tendo em conta a eficácia técnica, os benefícios económicos e os benefícios de gestão.

Resuma as perspectivas e aprofunde o caminho de transformação verde e inteligente da indústria gráfica

A transformação técnica do sistema de resfriamento de água de processo de equipamentos de impressão baseado em PLC é uma prática importante para praticar a estratégia de "duplo carbono" e promover a transformação inteligente e verde, e também é uma medida eficaz para praticar o código aberto e reduzir despesas sob o declínio da lucratividade da indústria de impressão de jornais. A transformação segue o princípio de "transformação sob-demanda, custo-efetivo e eficiente", não adiciona equipamentos de grande-escala e otimiza e explora profundamente o potencial do equipamento por meio do controle PLC e do algoritmo PID, que não apenas controla estritamente o custo da transformação, mas também garante a adaptação estável do sistema. A taxa abrangente de economia de energia e o efeito significativo de redução de emissões de cerca de 30% verificam a viabilidade da tecnologia inteligente na transformação-de economia de energia da indústria de impressão e fornecem caminhos técnicos e experiência prática para empresas semelhantes aprenderem.

No futuro, nossa fábrica continuará a aprofundar a inovação tecnológica e a promover a atualização iterativa do sistema de resfriamento de água do processo de impressão na direção de "mais inteligente, com mais economia de energia-e mais eficiente". A empresa sempre terá em mente sua missão, tomará a inovação tecnológica como o principal motor, tomará o desenvolvimento verde como a orientação fundamental, cultivará profundamente o campo da atualização inteligente da indústria gráfica, continuará a explorar novos caminhos para o desenvolvimento verde e de baixo-carbono, contribuirá ativamente para a realização da meta nacional de "duplo carbono" e promoverá o desenvolvimento de alta-qualidade da indústria cultural, e assumirá a liderança e dará o exemplo no processo de praticar o conceito de desenvolvimento verde e liderar a transformação e modernização da indústria.