El ahorro anual de electricidad supera los 900.000; ¡Compartiendo la práctica de la transformación inteligente del sistema de agua de refrigeración del proceso de impresión!
El sistema de refrigeración por agua de proceso tradicional de la imprenta del grupo del autor es el principal responsable de enfriar el gabinete eléctrico y el motor principal de las dos líneas de producción de máquinas de gran formato MANN COLORMAN alemanas, que han estado en funcionamiento durante casi 20 años, y hay varios puntos débiles sobresalientes: el host de refrigeración, la bomba de agua y otros equipos de Trane funcionan a potencia fija, y el consumo de energía y aire es importante; El error de control de temperatura es grande y es fácil que se produzca condensación en verano, lo que afecta la calidad de impresión y la vida útil del equipo, y provocará muchos problemas de funcionamiento y goteo; La refrigeración de verano en oficinas y áreas de producción depende de sistemas host independientes de Carrier, y el consumo general de energía sigue siendo alto.
Con este fin, basándose en la producción real, nuestra fábrica lanzó la transformación del sistema de enfriamiento de agua de proceso basado en PLC-, logró un control preciso de la temperatura y un ahorro de energía inteligente a través del algoritmo de control PID, y amplió de manera innovadora la función de "ahorro de energía de enfriamiento de impresión en invierno + enfriamiento de oficina en verano". Después de la transformación, el error de control de temperatura del sistema es menor o igual a 0,5 grados y la tasa integral de ahorro de energía llega al 30%, lo que no solo brinda un apoyo sólido para que las empresas reduzcan costos y aumenten la eficiencia, sino que también brinda experiencia práctica replicable para la actualización de la tecnología de ahorro de energía-verde de las empresas de impresión.
Analizar la situación actual y aclarar las necesidades centrales de la transformación del sistema de refrigeración.
En el proceso de operación de alta-velocidad de los equipos de impresión, los equipos de control electrónico, como los convertidores de frecuencia en el gabinete eléctrico, generarán una gran cantidad de energía térmica, lo que afecta directamente la vida útil del equipo e incluso provoca fallas y paradas del equipo, que también es el problema principal que debe resolver el sistema de enfriamiento de agua de proceso.
El sistema de enfriamiento de agua de proceso original de nuestra fábrica adopta el modo de configuración tradicional de "host de refrigeración + torre de enfriamiento + bomba de agua", y el equipo principal incluye dos hosts Trane enfriados por agua-, dos torres de enfriamiento de flujo cruzado-, múltiples bombas de circulación, así como válvulas de solenoide, válvulas de control e intercambiadores de calor de placas comunes. La refrigeración de las zonas de oficinas y de producción se realiza por separado mediante un conjunto de aires acondicionados centrales centrífugos independientes de gran tamaño Carrier. Después de años de práctica operativa, el sistema de refrigeración por agua de proceso ha expuesto tres problemas pendientes.
(1) Precisión de control de temperatura insuficiente. Al depender del enfriamiento directo del agua fría del aire acondicionado central, la temperatura no se puede ajustar de manera flexible según la demanda de producción y el error de temperatura del agua de salida es grande, lo que dificulta cumplir con los requisitos del equipo para la temperatura del agua de proceso.
(2) El consumo de energía sigue siendo elevado. Por un lado, el aire acondicionado central para la refrigeración de la impresión funciona a plena capacidad durante todo el año, y la bomba de agua y el ventilador de apoyo carecen de un mecanismo inteligente de regulación de velocidad. Por otro lado, el enfriamiento del área de oficinas depende del host de aire acondicionado portador independiente original de la planta, y la demanda de enfriamiento real ha disminuido significativamente debido a la reducción de la escala de la planta en la etapa posterior, pero la capacidad de enfriamiento del host original no se ha igualado ni ajustado, lo que resulta en una gran cantidad de desperdicio de energía y eleva aún más los costos operativos.
(3) Bajo grado de automatización. La falta de funciones perfectas de monitoreo-en tiempo real y alarma de fallas, los parámetros clave como la temperatura y la presión deben inspeccionarse y registrarse manualmente, y la respuesta a fallas del equipo se retrasa, lo que no solo aumenta los costos de mano de obra, sino que también puede llevar a la interrupción de la producción debido a una eliminación inoportuna.
Combinada con la producción real y los requisitos de la política nacional-de ahorro de energía, esta transformación aclara cinco necesidades fundamentales.
(1) Control preciso de la temperatura. El rango ajustable de temperatura del agua de refrigeración se establece entre 13 y 22 grados, y el error de temperatura del agua de salida se controla estrictamente en menos o igual a 0,5 grados, lo que resuelve fundamentalmente el problema de la generación de condensado.
(2) Conservación de energía y reducción del consumo. Optimice el modo de funcionamiento de los equipos mediante control inteligente, reduzca en gran medida el consumo de energía de los aires acondicionados centrales, bombas de agua y ventiladores.
(3) Monitoreo inteligente. Tiene funciones de visualización en tiempo real-de parámetros clave como temperatura y presión, y también tiene funciones de detección automática de fallas y aviso de alarma, lo cual es conveniente para que los operadores comprendan el estado operativo del sistema a tiempo.
(4) Estable y confiable. Admite el cambio de modo dual-automático y manual, lo que puede garantizar la continuidad de la producción mediante la operación manual cuando falla el sistema y evitar el tiempo de inactividad de la línea de producción debido a fallas del equipo.
(5) Adaptación económica. No es necesario agregar nuevos equipos a gran-escala ni actualizarlos según el sistema original para controlar el costo de transformación en la mayor medida posible y garantizar que el proyecto logre una situación de beneficios económicos y sociales en la que todos ganan-.
Actualización de hardware para construir un sistema de soporte de hardware para un control preciso de la temperatura
La idea central de esta transformación se basa en PLC como núcleo, control PID como soporte de algoritmo, percepción inteligente como base, a través de optimización de hardware y actualización de software, para construir un nuevo sistema de enfriamiento de "control de temperatura preciso + operación de ahorro de energía-+ monitoreo inteligente".
(1) La unidad de control central selecciona los principales productos PLC-de gama media del mercado y puede elegir varias marcas, como Siemens, Mitsubishi, Inovance y otras marcas, según las necesidades reales, con los correspondientes módulos de entrada analógica, módulos de salida y módulos integrados de entrada/salida para satisfacer plenamente las necesidades de adquisición y control de señales del sistema. Esta transformación utiliza el PLC de la serie Siemens S7-1200 como núcleo de control, equipado con una CPU modelo 1214CDC/DC/DC y admite 8 módulos de expansión externos para satisfacer necesidades de control complejas. Combinado con el módulo de entrada analógica SM1231 AI 8×13BIT, el módulo de salida analógica SM1232 AO 4×14BIT y el módulo de entrada/salida analógica SM1234 AI/AO 4×13BIT/2×14BIT, es responsable de recibir señales de sensores, emitir señales de control y mejorar la flexibilidad del procesamiento de señales, respectivamente.
(2) La interfaz de interacción humano-computadora adopta una pantalla táctil convencional de 8~10-pulgadas, que admite comunicación multi-dispositivo y funciones de monitoreo-en tiempo real, lo cual es conveniente para que los operadores comprendan intuitivamente el estado operativo del sistema y el ajuste de parámetros. El HMI HMI utiliza la pantalla Siemens TP900 Comfort de 9-pulgadas, que admite comunicación multiPLC y funciones de monitoreo en tiempo real, lo que facilita a los operadores comprender intuitivamente el estado operativo del sistema y ajustar los parámetros.
(3) La selección de equipos de detección y ejecución se centra en la estabilidad y precisión, el sensor de temperatura selecciona productos con un rango que cubre el rango de temperatura del entorno de producción y una salida de señal estable, el sensor de presión se adapta con precisión a las condiciones de presión de la tubería y la longitud de la varilla de la sonda se establece razonablemente de acuerdo con el tamaño real de la tubería en el área de la fábrica (Nota: la longitud de la varilla de la sonda es la mitad del diámetro de la tubería) para garantizar la precisión de los datos de detección.
(4) La válvula y el actuador están equipados con válvulas eléctricas de tres-vías con velocidad de respuesta rápida y alta precisión de control y actuadores adaptados para ajustar con precisión el caudal de agua y garantizar el efecto de control de temperatura. El convertidor de frecuencia selecciona productos con potencia adaptada a bombas de agua y ventiladores, y admite un ajuste de frecuencia preciso, lo que no solo puede garantizar un arranque y parada suaves del equipo, sino también lograr un funcionamiento con ahorro de energía-. Esta renovación adopta actuadores de la serie Siemens SVB, con un par máximo de 1600N; La selección del actuador eléctrico debe determinarse en combinación con el cuerpo de la válvula, la tubería y la presión de la tubería, es decir, para cumplir con el "par del actuador mayor o igual al par de arranque máximo de la válvula × factor de seguridad (1,3 ~ 1,5)".
(5) Implementar un control de conexión para el calentador de serpentín original de la torre de enfriamiento para evitar que la temperatura del agua se congele en invierno y afecte la circulación del sistema; Los componentes del relé utilizan fuentes de alimentación conmutadas, transformadores y relés con tensión y potencia coincidentes para proporcionar una garantía sólida para el funcionamiento estable de todo el sistema de circuito.
Se debe seleccionar la misma marca tanto como sea posible para la selección de equipos, y la unidad y coordinación de las combinaciones de componentes de diferentes marcas son deficientes, lo que es propenso a errores, lo que en última instancia conduce a un aumento en la dificultad de depuración y un aumento en el número de mantenimiento. Las siguientes son tres medidas clave para la transformación del hardware.
01/ Optimizar conexiones de tuberías
(1) Las tuberías de entrada y salida de la torre de enfriamiento se renuevan en paralelo con las tuberías de agua fría del aire acondicionado central (como se muestra en la Figura 1), y se instalan válvulas de solenoide para controlar el encendido/apagado, y cuando la temperatura exterior es baja en invierno, el agua de enfriamiento de la torre de enfriamiento se puede usar directamente para reemplazar el agua fría del aire acondicionado central, lo que reduce en gran medida el tiempo de funcionamiento del sistema de aire acondicionado y logra ahorro de energía.
Figura 1 Hoja de ruta de renovación
(2) Renovar y optimizar las tuberías de aire acondicionado y refrigeración en el área original de la oficina de la fábrica, y agregar válvulas para cortar la tubería de conexión entre el área de la oficina y el aire acondicionado central original de Carrier, de modo que el aire acondicionado central original pueda mantener un funcionamiento independiente y solo sirva para los escenarios de adaptación originales, como los talleres de producción de periódicos; La tubería de enfriamiento en el área de la oficina está conectada con precisión a la tubería de agua fría del aire acondicionado central del sistema de enfriamiento de impresión de la planta existente, que puede usar directamente la capacidad de enfriamiento excedente del sistema de enfriamiento de impresión para enfriar el área de la oficina sin consumir energía adicional para generar una fuente de frío, reduciendo así en gran medida el tiempo de funcionamiento del aire acondicionado central centrífugo de Carrier, reduciendo efectivamente el consumo de energía del equipo, logrando un reciclaje eficiente de energía y logrando importantes objetivos de conservación y reducción del consumo de energía.
02/ Circuito manual externo agregado
En caso de falla o mantenimiento del sistema, los operadores pueden controlar manualmente el funcionamiento de válvulas y bombas para garantizar que la producción no se vea afectada y mejorar la confiabilidad del funcionamiento del sistema.
03/ Mejorar la red de seguimiento de la percepción
Los sensores de temperatura y presión se instalan en las cuatro posiciones clave de entrada de refrigeración, salida de congelado, entrada de refrigeración y salida de refrigeración para realizar la recopilación de datos de todo el proceso del sistema de refrigeración, proporcionar soporte de datos completo y preciso para el control preciso del PLC y garantizar el logro de los objetivos de control de temperatura y ahorro de energía-.
Optimización de software para crear programas centrales de control inteligente.
En esta transformación, el diseño del software selecciona una plataforma de desarrollo de software de control de equipos convencional con funciones integradas y operación conveniente, que debe admitir una variedad de lenguajes de programación, lo que puede simplificar el proceso de escritura y depuración del programa, acortar efectivamente el ciclo del proyecto y brindar soporte técnico para el funcionamiento estable del sistema. El diseño utiliza Siemens Botu V17 (TIA PORTAL V17), considerando que el software de diseño debe ser compatible con PLC de hardware y pantallas táctiles, por lo que se prefieren productos de la misma marca.
El núcleo del diseño del programa de control inteligente incluye tres módulos: conversión de datos, control de modo dual-y alarma. El módulo de conversión de datos convierte con precisión la señal analógica de 4 ~ 20 mA recopilada por el sensor en valores de temperatura y presión que la unidad de control puede reconocer mediante las instrucciones estandarizadas NORM_X y las instrucciones de escala SCALE_X. El ancho de datos de cada canal analógico de Siemens es de 16 bits, y el rango operativo fijo se ajusta a -27648~27648, correspondiente al voltaje de entrada y salida ±10 V, de los cuales 5533~27648 corresponde a la corriente de entrada y salida de 4~20 mA, y los datos de coma flotante de 0,0~1,0 se obtienen mediante la operación estandarizada. "OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)", y luego la operación escalada "OUT=[VALUE×(MAX–MIN)]+MIN" Establezca una correspondencia con las cantidades físicas reales para garantizar la precisión de la conversión de datos.
El control de modo dual-es la principal innovación de este diseño de software, que puede cambiar automáticamente el modo de funcionamiento según la temperatura exterior para maximizar la utilización de energía (Figura 2). En el modo diario, cuando la temperatura exterior es alta (más de 12 grados), el sistema enciende el aire acondicionado central, ajusta la apertura de la válvula y la frecuencia del convertidor de frecuencia en tiempo real a través del algoritmo de control PID, controla con precisión la cantidad de agua fría y la velocidad de la bomba, y mantiene la presión y temperatura constantes del sistema. Además, el algoritmo de control PID optimiza automáticamente los parámetros de ajuste comparando la temperatura establecida, la diferencia de presión y el valor de detección real, asegurando que la apertura de la válvula y la velocidad de la bomba estén siempre en el estado óptimo, lo que no solo garantiza el efecto de enfriamiento, sino que también evita el desperdicio de energía.
Figura 2 Interfaz de control de modo dual-
En el modo invierno, cuando la temperatura exterior es baja (menor o igual a 12 grados), el sistema apaga automáticamente la unidad de aire acondicionado, abre la torre de enfriamiento y la válvula de comunicación de la tubería de aire acondicionado central y utiliza directamente el agua de la torre de enfriamiento para enfriar. En este momento, la velocidad del ventilador y el encendido/apagado del calentador se ajustan a través de un algoritmo de control PID para evitar que la temperatura del agua baje demasiado y cause congelación que afecte la circulación del sistema, mientras se minimiza el consumo de energía para lograr un funcionamiento eficiente del sistema de enfriamiento de invierno.
El diseño del programa de alarma considera plenamente la seguridad y confiabilidad del funcionamiento del sistema. Al establecer umbrales para parámetros clave como la temperatura y la presión, cuando los datos detectados exceden el rango normal o ocurre una falla en el dispositivo, el sistema activa inmediatamente una señal de alarma y la muestra claramente en la interfaz HMI, al mismo tiempo que retroalimenta al módulo de entrada del PLC. Esto permite a los operadores identificar rápidamente los problemas y responder rápidamente. La interfaz hombre-máquina HMI está diseñada con múltiples pantallas funcionales (Figura 3), que admiten conmutación con un-clic y puede mostrar información clave en tiempo real, incluido el modo de operación del sistema, las temperaturas y presiones de varias tuberías y el grado de apertura de la válvula. También admite operaciones de configuración de temperatura y reconocimiento de alarmas, lo que permite a los operadores comprender de manera integral e intuitiva el estado de operación del sistema, lo que reduce en gran medida la dificultad operativa y el riesgo de uso indebido y mejora la eficiencia general de la producción.
Figura 3 interfaz HMI
La contabilidad del consumo de energía destaca la eficacia de la transformación de la conservación de energía y la reducción de emisiones
La contabilidad del consumo de energía se basa en las condiciones reales de producción de la planta de impresión, el sistema de enfriamiento de agua de proceso funciona las 24 horas del día, los 365 días del año, y el período de operación en modo invierno se concentra de diciembre a febrero del año siguiente, un total de 90 días; El precio de la electricidad industrial se calcula en 0,7 yuanes/kWh.
El host de refrigeración del agua de proceso es el eslabón principal-de ahorro de energía de esta transformación. Antes de la transformación, el consumo de energía anual del sistema de refrigeración alcanzó 1.822.100 kWh, y después de la transformación, el sistema de refrigeración se detuvo durante 90 días en invierno y el consumo de energía anual se redujo a 1.479.300 kWh, ahorrando 342.800 kWh de electricidad por año.
En términos de transformación de la refrigeración del área de oficinas, la refrigeración del área de oficinas se incorpora al sistema de refrigeración por agua del proceso de impresión a través del acoplamiento de tuberías, y el sistema de aire acondicionado central original de Carrier solo está abierto en el horario de producción del taller temprano en la mañana, y el tiempo de inicio-se reduce a un-tercio del original, lo que mejora en gran medida la eficiencia de utilización del host de aire acondicionado del sistema de refrigeración por agua del proceso de impresión y puede ahorrar 16 horas de consumo de energía operativa del sistema de aire acondicionado central de Carrier (un host de Carrier, dos sistemas de circulación). bombas y un ventilador de torre de enfriamiento) todos los días. El aire acondicionado de la zona de oficinas se utiliza principalmente durante 4 meses (120 días en total) en primavera y verano, ahorrando 857.000 kWh de consumo de energía al año tras la renovación.
El consumo de energía anual total de las tres bombas de circulación de 18,5 kW antes de la transformación era de 486 200 kWh, y después de la transformación, la frecuencia operativa promedio se redujo a 40 Hz, el consumo de energía se redujo en un 20 % y el consumo de energía anual total de las tres bombas se redujo a 388 900 kWh, ahorrando 97 200 kWh de electricidad por año.
Después de una contabilidad exhaustiva, se descubrió que la empresa ahorró 1.297 millones de kWh de electricidad y alrededor de 907.900 yuanes en facturas de electricidad al año. Al mismo tiempo, el error de control de temperatura del sistema después de la transformación es inferior o igual a 0,5 grados, lo que resuelve completamente el problema del condensado y reduce en gran medida la tasa de fallas del equipo de impresión. Todo el proceso se monitorea automáticamente y el tiempo de respuesta a fallas se reduce a menos de 5 minutos, teniendo en cuenta la efectividad técnica, los beneficios económicos y los beneficios de gestión.