Les économies annuelles d'électricité dépassent 900 000 ; partager la pratique de la transformation intelligente du système d'eau de refroidissement du processus d'impression !
Le système de refroidissement par eau de traitement traditionnel de l'imprimerie du groupe de l'auteur est principalement responsable du refroidissement de l'armoire électrique et du moteur principal des deux lignes de production de machines grand format allemandes MANN COLORMAN, qui sont en service depuis près de 20 ans, et il y a plusieurs points douloureux en suspens : l'hôte de réfrigération Trane, la pompe à eau et d'autres équipements fonctionnent à puissance fixe, et la consommation d'énergie de l'air est importante ; L'erreur de contrôle de la température est importante et la condensation se produit facilement en été, ce qui affecte la qualité d'impression et la durée de vie de l'équipement, et entraînera de nombreux problèmes de fonctionnement et d'égouttement ; Le refroidissement estival des bureaux et des zones de production repose sur des systèmes hôtes Carrier indépendants, et la consommation globale d'énergie reste élevée.
À cette fin, sur la base de la production réelle, notre usine a lancé la transformation du système de refroidissement par eau de procédé basé sur PLC-, a obtenu un contrôle précis de la température et des économies d'énergie intelligentes grâce à l'algorithme de contrôle PID, et a étendu de manière innovante la fonction « économie d'énergie de refroidissement d'impression en hiver + refroidissement de bureau en été ». Après la transformation, l'erreur de contrôle de la température du système est inférieure ou égale à 0,5 degré et le taux d'économie d'énergie global peut atteindre 30 %, ce qui non seulement fournit un soutien solide aux entreprises pour réduire les coûts et augmenter l'efficacité, mais fournit également une expérience pratique reproductible pour la mise à niveau de la technologie d'économie d'énergie verte des entreprises d'impression.
Analyser la situation actuelle et clarifier les besoins fondamentaux de la transformation du système de refroidissement
Dans le processus de fonctionnement à grande vitesse de l'équipement d'impression, les équipements de contrôle électronique tels que les convertisseurs de fréquence dans l'armoire électrique généreront une grande quantité d'énergie thermique, ce qui affecte directement la durée de vie de l'équipement, et provoque même une panne et un arrêt de l'équipement, ce qui est également le problème principal à résoudre par le système de refroidissement par eau de traitement.
Le système de refroidissement par eau de procédé d'origine de notre usine adopte le mode de configuration traditionnel « hôte de réfrigération + tour de refroidissement + pompe à eau », et l'équipement de base comprend deux hôtes Trane refroidis à l'eau, deux tours de refroidissement à flux croisés-, plusieurs pompes de circulation, ainsi que des électrovannes ordinaires, des vannes de régulation et des échangeurs de chaleur à plaques. Le refroidissement des bureaux et des zones de production est assuré séparément par un ensemble de grands climatiseurs centraux centrifuges indépendants Carrier. Après des années de pratique opérationnelle, le système de refroidissement par eau de procédé a révélé trois problèmes majeurs.
(1) Précision insuffisante du contrôle de la température. S'appuyant sur le refroidissement direct de l'eau froide de la climatisation centrale, la température ne peut pas être ajustée de manière flexible en fonction de la demande de production et l'erreur de température de l'eau de sortie est importante, ce qui rend difficile de répondre aux exigences de l'équipement en matière de température de l'eau de traitement.
(2) La consommation d'énergie reste élevée. D'une part, le climatiseur central pour le refroidissement de l'impression fonctionne à pleine capacité toute l'année, et la pompe à eau et le ventilateur de support ne disposent pas d'un mécanisme intelligent de régulation de vitesse. D'autre part, le refroidissement de la zone de bureaux repose sur l'hôte de climatisation indépendant d'origine de l'usine, et la demande réelle de refroidissement a considérablement diminué en raison de la réduction de la taille de l'usine à un stade ultérieur, mais la capacité de refroidissement de l'hôte d'origine n'a pas été adaptée et ajustée, ce qui a entraîné une grande quantité de gaspillage d'énergie et une augmentation supplémentaire des coûts d'exploitation.
(3) Faible degré d’automatisation. L'absence de fonctions parfaites de surveillance-en temps réel et d'alarme de panne, les paramètres clés tels que la température et la pression doivent être inspectés et enregistrés manuellement, et la réponse aux pannes de l'équipement est en retard, ce qui non seulement augmente les coûts de main-d'œuvre, mais peut également conduire à une interruption de la production en raison d'une élimination intempestive.
Combinée à la production réelle et aux exigences de la politique nationale d'économie d'énergie-, cette transformation clarifie cinq besoins fondamentaux.
(1) Contrôle précis de la température. La plage réglable de température de l'eau de refroidissement est réglée entre 13 et 22 degrés et l'erreur de température de l'eau de sortie est strictement contrôlée à moins ou égale à 0,5 degrés, ce qui résout fondamentalement le problème de la génération de condensats.
(2) Conservation de l’énergie et réduction de la consommation. Optimisez le mode de fonctionnement des équipements grâce à un contrôle intelligent, réduisez considérablement la consommation d'énergie des climatiseurs centraux, des pompes à eau et des ventilateurs.
(3) Surveillance intelligente. Il dispose de fonctions d'affichage en temps réel - de paramètres clés tels que la température et la pression, ainsi que de fonctions de détection automatique des défauts et d'invite d'alarme, ce qui permet aux opérateurs de comprendre l'état de fonctionnement du système à temps.
(4) Stable et fiable. Il prend en charge la commutation double mode automatique et manuelle-, ce qui peut garantir la continuité de la production grâce à un fonctionnement manuel en cas de panne du système et éviter les temps d'arrêt de la ligne de production dus à une panne d'équipement.
(5) Adaptation économique. Il n'est pas nécessaire d'ajouter de nouveaux équipements-à grande échelle ni de mettre à niveau le système d'origine pour contrôler au maximum le coût de transformation et garantir que le projet génère une situation gagnant-gagnant en termes d'avantages économiques et sociaux.
Mise à niveau matérielle pour créer un système de support matériel pour un contrôle précis de la température
L'idée centrale de cette transformation est basée sur le PLC comme noyau, le contrôle PID comme support d'algorithme, la perception intelligente comme base, grâce à l'optimisation matérielle et à la mise à niveau logicielle, pour construire un nouveau système de refroidissement de "contrôle précis de la température + fonctionnement économe en énergie- + surveillance intelligente".
(1) L'unité de contrôle de base sélectionne les produits PLC de milieu de gamme - grand public sur le marché et peut choisir plusieurs marques telles que Siemens, Mitsubishi, Inovance et d'autres marques en fonction des besoins réels, avec des modules d'entrée analogiques, des modules de sortie et des modules intégrés d'entrée/sortie correspondants pour répondre pleinement aux besoins d'acquisition et de contrôle des signaux du système. Cette transformation utilise l'automate Siemens série S7-1200 comme noyau de contrôle, équipé d'un processeur modèle 1214CDC/DC/DC, et prend en charge 8 modules d'extension externes pour répondre aux besoins de contrôle complexes. Combiné avec le module d'entrée analogique SM1231 AI 8 × 13 bits, le module de sortie analogique SM1232 AO 4 × 14 bits et le module d'entrée/sortie analogique SM1234 AI/AO 4 × 13 bits/2 × 14 bits, il est responsable de la réception des signaux des capteurs, de la sortie des signaux de contrôle et de l'amélioration de la flexibilité du traitement du signal, respectivement.
(2) L'interface d'interaction humain-machine adopte un écran tactile grand public de 8 à 10-pouces, qui prend en charge la communication multi-appareils et les fonctions de surveillance-en temps réel, ce qui permet aux opérateurs de saisir intuitivement l'état de fonctionnement du système et le réglage des paramètres. L'IHM HMI utilise un écran Siemens TP900 Comfort de 9 - pouces, qui prend en charge la communication multi-automate et les fonctions de surveillance en temps réel, permettant aux opérateurs de saisir intuitivement l'état de fonctionnement du système et d'ajuster les paramètres.
(3) La sélection des équipements de détection et d'exécution se concentre sur la stabilité et la précision, le capteur de température sélectionne les produits avec une plage couvrant la plage de température de l'environnement de production et une sortie de signal stable, le capteur de pression s'adapte avec précision aux conditions de pression du pipeline et la longueur de la tige de sonde est raisonnablement réglée en fonction de la taille réelle du pipeline dans la zone de l'usine (Remarque : la longueur de la tige de sonde est la moitié du diamètre du pipeline) pour garantir l'exactitude des données de détection.
(4) La vanne et l'actionneur sont équipés de vannes électriques à trois voies-avec une vitesse de réponse rapide et une précision de contrôle élevée et des actionneurs adaptés pour ajuster avec précision le débit d'eau et assurer l'effet de contrôle de la température. Le convertisseur de fréquence sélectionne des produits dont la puissance est adaptée aux pompes à eau et aux ventilateurs, et prend en charge un réglage précis de la fréquence, ce qui peut non seulement garantir le démarrage et l'arrêt en douceur de l'équipement, mais également réaliser un fonctionnement économe en énergie. Cette rénovation adopte les actionneurs Siemens de la série SVB, avec un couple maximum de 1 600 N ; La sélection de l'actionneur électrique doit être déterminée en combinaison avec le corps de la vanne, le tuyau et la pression du tuyau, c'est-à-dire pour respecter le « couple de l'actionneur supérieur ou égal au couple de démarrage maximum de la vanne × facteur de sécurité (1,3 ~ 1,5) ».
(5) Mettre en œuvre un contrôle de liaison pour le chauffage à serpentin d'origine de la tour de refroidissement afin d'empêcher la température de l'eau de geler en hiver et d'affecter la circulation du système ; Les composants du relais utilisent des alimentations à découpage, des transformateurs et des relais avec adaptation de tension et de puissance pour fournir une garantie solide pour le fonctionnement stable de l'ensemble du système de circuit.
La même marque doit être sélectionnée autant que possible pour la sélection des équipements, et l'unité et la coordination des combinaisons de composants de différentes marques sont médiocres, ce qui est sujet aux erreurs, ce qui conduit finalement à une augmentation de la difficulté de débogage et à une augmentation du nombre de maintenance. Voici trois mesures clés pour la transformation matérielle.
01/ Optimiser les raccordements de canalisations
(1) Les tuyaux d'entrée et de sortie de la tour de refroidissement sont rénovés en parallèle avec les tuyaux d'eau glacée de la climatisation centrale (comme le montre la figure 1), et des électrovannes sont installées pour contrôler la marche/arrêt, et lorsque la température extérieure est basse en hiver, l'eau de refroidissement de la tour de refroidissement peut être directement utilisée pour remplacer l'eau glacée de la climatisation centrale, ce qui réduit considérablement la durée de fonctionnement de l'hôte de climatisation et réalise des économies d'énergie.
Figure 1 Feuille de route de rénovation
(2) Rénover et optimiser les tuyaux de climatisation et de refroidissement dans la zone des bureaux de l'usine d'origine, et ajouter des vannes pour couper le pipeline de connexion entre la zone des bureaux et le climatiseur central Carrier d'origine, afin que le climatiseur central d'origine puisse maintenir un fonctionnement indépendant et servir uniquement aux scénarios d'adaptation d'origine tels que les ateliers de production de journaux ; La canalisation de refroidissement dans la zone des bureaux est connectée avec précision à la canalisation d'eau glacée de la climatisation centrale du système de refroidissement d'impression de l'usine existante, qui peut utiliser directement la capacité de refroidissement excédentaire du système de refroidissement d'impression pour refroidir la zone de bureau sans consommer d'énergie supplémentaire pour générer une source froide, réduisant ainsi considérablement la durée de fonctionnement du climatiseur central centrifuge de Carrier, réduisant efficacement la consommation d'énergie de l'équipement, réalisant un recyclage d'énergie efficace et atteignant des objectifs significatifs d'économie d'énergie et de réduction de la consommation.
02/ Ajout d'un circuit manuel externe
En cas de panne ou de maintenance du système, les opérateurs peuvent contrôler manuellement le fonctionnement des vannes et des pompes pour garantir que la production n'est pas affectée et améliorer la fiabilité du fonctionnement du système.
03/ Améliorer le réseau de veille de perception
Des capteurs de température et de pression sont installés dans les quatre positions clés de l'entrée de réfrigération, de la sortie congelée, de l'entrée de refroidissement et de la sortie de refroidissement pour réaliser la collecte de données sur l'ensemble du processus du système de refroidissement, fournir une prise en charge complète et précise des données pour un contrôle précis de l'API et garantir la réalisation des objectifs de contrôle de la température et d'économie d'énergie.
Optimisation du logiciel pour créer des programmes de base de contrôle intelligents
Dans cette transformation, la conception du logiciel sélectionne une plate-forme de développement de logiciels de contrôle d'équipement grand public avec des fonctions intégrées et un fonctionnement pratique, qui doit prendre en charge une variété de langages de programmation, ce qui peut simplifier le processus d'écriture et de débogage du programme, raccourcir efficacement le cycle de projet et fournir un support technique pour le fonctionnement stable du système. La conception utilise Siemens Botu V17 (TIA PORTAL V17), étant donné que le logiciel de conception doit être compatible avec les automates matériels et les écrans tactiles, les produits de la même marque sont donc préférés.
Le cœur de la conception d'un programme de contrôle intelligent comprend trois modules : la conversion des données, le contrôle bimode-et l'alarme. Le module de conversion de données convertit avec précision le signal analogique 4 ~ 20 mA collecté par le capteur en valeurs de température et de pression qui peuvent être reconnues par l'unité de contrôle par les instructions standardisées NORM_X et les instructions de mise à l'échelle SCALE_X. La largeur des données de chaque canal analogique Siemens est de 16 bits et la plage de fonctionnement fixe est ajustée à -27648 ~ 27648, correspondant à la tension d'entrée et de sortie ± 10 V, dont 5533 ~ 27648 correspond au courant d'entrée et de sortie de 4 ~ 20 mA, et les données à virgule flottante de 0,0 ~ 1,0 sont obtenues par l'opération standardisée. "OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)", puis l'opération mise à l'échelle "OUT=[VALUE×(MAX–MIN)]+MIN" Établissez une correspondance avec les quantités physiques réelles pour garantir l'exactitude de la conversion des données.
Le contrôle à double mode-est l'innovation principale de cette conception logicielle, qui peut changer automatiquement le mode de fonctionnement en fonction de la température extérieure afin de maximiser l'utilisation de l'énergie (Figure 2). En mode quotidien, lorsque la température extérieure est élevée (plus de 12 degrés), le système démarre la climatisation centrale, ajuste l'ouverture des vannes et la fréquence du convertisseur de fréquence en temps réel grâce à l'algorithme de contrôle PID, contrôle avec précision la quantité d'eau froide et la vitesse de la pompe et maintient la pression et la température constantes du système. De plus, l'algorithme de contrôle PID optimise automatiquement les paramètres de réglage en comparant la température réglée, la différence de pression et la valeur de détection réelle, garantissant que l'ouverture de la vanne et la vitesse de la pompe sont toujours dans l'état optimal, ce qui garantit non seulement l'effet de refroidissement, mais évite également le gaspillage d'énergie.
Figure 2 Interface de contrôle bimode-
En mode hiver, lorsque la température extérieure est basse (inférieure ou égale à 12 degrés), le système arrête automatiquement l'unité de climatisation, ouvre la tour de refroidissement et la vanne de communication du pipeline de climatisation centrale et utilise directement l'eau de la tour de refroidissement pour le refroidissement. À ce moment-là, la vitesse du ventilateur et la mise en marche/arrêt du chauffage sont ajustées via un algorithme de contrôle PID pour empêcher la température de l'eau de descendre trop bas et de provoquer un gel affectant la circulation du système, tout en minimisant la consommation d'énergie pour obtenir un fonctionnement efficace du système de refroidissement hivernal.
La conception du programme d'alarme prend pleinement en compte la sécurité et la fiabilité du fonctionnement du système. En définissant des seuils pour des paramètres clés tels que la température et la pression, lorsque les données détectées dépassent la plage normale ou qu'un défaut de l'appareil se produit, le système déclenche immédiatement un signal d'alarme et l'affiche clairement sur l'interface HMI, tout en retournant également au module d'entrée PLC. Cela permet aux opérateurs d’identifier rapidement les problèmes et de réagir rapidement. L'interface homme-machine-machine de l'IHM est conçue avec plusieurs écrans fonctionnels (Figure 3), prenant en charge la commutation en un seul clic-, et peut afficher des informations clés en temps réel, notamment le mode de fonctionnement du système, les températures et pressions de divers pipelines et le degré d'ouverture des vannes. Il prend également en charge les opérations de réglage de la température et d'accusé de réception des alarmes, permettant aux opérateurs de comprendre de manière complète et intuitive l'état de fonctionnement du système, réduisant considérablement les difficultés opérationnelles et les risques de mauvaise utilisation, et améliorant l'efficacité globale de la production.
Figure 3 Interface IHM
La comptabilité de la consommation d'énergie met en évidence l'efficacité de la transformation des économies d'énergie et de la réduction des émissions
La comptabilité de la consommation d'énergie est basée sur les conditions de production réelles de l'imprimerie, le système de refroidissement par eau de traitement fonctionne 24 heures sur 24, 365 jours par an et la période de fonctionnement en mode hiver est concentrée de décembre à février de l'année suivante, soit un total de 90 jours ; Le prix de l'électricité industrielle est calculé à 0,7 yuan/kWh.
L'hôte de réfrigération de l'eau de procédé est le principal-maillon d'économie d'énergie de cette transformation. Avant la transformation, la consommation électrique annuelle de l'hôte réfrigérant atteignait 1 822 100 kWh, et après la transformation, l'hôte réfrigérant a été arrêté pendant 90 jours en hiver, et la consommation électrique annuelle est tombée à 1 479 300 kWh, économisant 342 800 kWh d'électricité par an.
En termes de transformation du refroidissement de l'espace de bureau, le refroidissement de l'espace de bureau est intégré au système de refroidissement par eau du processus d'impression via une connexion par pipeline, et le système de climatisation central Carrier d'origine n'est ouvert que tôt le matin, au moment de la production de l'atelier, et le temps de démarrage est réduit à un-tiers de l'original, ce qui améliore considérablement l'efficacité d'utilisation de l'hôte de climatisation du système de refroidissement par eau du processus d'impression et peut économiser 16 heures de consommation d'énergie de fonctionnement du système de climatisation central Carrier (un hôte Carrier, deux circulations). pompes et un ventilateur de tour de refroidissement) chaque jour. Le climatiseur de la zone des bureaux est principalement utilisé pendant 4 mois (120 jours au total) au printemps et en été, économisant ainsi 857 000 kWh de consommation d'énergie par an après la rénovation.
La consommation électrique annuelle totale des trois pompes de circulation de 18,5 kW avant la transformation était de 486 200 kWh, et après la transformation, la fréquence de fonctionnement moyenne a été réduite à 40 Hz, la consommation d'énergie a été réduite de 20 % et la consommation électrique annuelle totale des trois pompes a été réduite à 388 900 kWh, économisant ainsi 97 200 kWh d'électricité par an.
Après une comptabilité complète, il a été constaté que l'entreprise a économisé 1,297 million de kWh d'électricité et environ 907 900 yuans de factures d'électricité par an. Dans le même temps, l'erreur de contrôle de la température du système après la transformation est inférieure ou égale à 0,5 degré, ce qui résout complètement le problème de la condensation et réduit considérablement le taux de défaillance des équipements d'impression. L'ensemble du processus est automatiquement surveillé et le temps de réponse aux pannes est réduit à moins de 5 minutes, en tenant compte de l'efficacité technique, des avantages économiques et des avantages en matière de gestion.