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节能有方法——贝加莱全方位节能方案

时间:2021-10-25 13:00:19来源:贝加莱工业自动化(中国)有限公司

导语:​“双碳”计划使得人们关注于能源节省及温室气体排放,这不仅仅是政府的担当与 承诺,对于企业来说,这也不仅意味着环保的政策执行,也是企业成本效率的诉求。

  1 能耗是一个积分运算

  在工业生产中,能源消耗是一个时间的积分,它在每一个周期中的能耗都显得微不足道,但是,它在时间上的积分往往是巨大的。对于重资产、连续生产的高能耗场景尤其如此,细微处的节省,都是利润,1%对于大型企业来说,甚至都意味着千万级的能源节省。

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图 1 节能的三个主要途径

  如图1所示,节能主要有三个方向,首先,工艺节能就是在产品制造中,选择更为有效的工艺控制模型与方法,以达到低的能耗,其次是设备节能,采用更节能的变频技术、伺服传动以获得高能效,第三种则是基于PDCA循环的管理节能,贝加莱的系统设计有非常多的精彩之处,能够为企业提供高能源效率,让我们为您细细道来。

  2 设计——长远能耗考量

  节能首先在于规划,在机器设计阶段就要考虑这个问题,工程师不仅要完成机器的功能设计,同样也要评估能源效率,因为这是您的机器竞争力的一部分,这同样需要科学方法与工具支撑,电机选型就是一个环节,传统上,很多机器制造商习惯于“铭牌”选型,即,参考他方的电机参数来选型,殊不知,这些电机本身就是被放了余量,又往往被保守的设计思想继续放余量,这就使得电机功率往往选的较大,而电机就其生命周期而言,采购成本通常只占很少的比例(不超过5%),它的成本主要是在能耗环节,因此,选择一个好的电机,既满足动态响应的要求,又能够满足节能的要求。

  在Automation Studio中有内嵌的ServoSoft它能够针对不同的运动场景(连续与往复运动、各种传动链下的运动)的选型,当然,如果我们需要更为精准的动态性能下选型,可以采用MapleSim对机械结构进行建模仿真,以获得最佳的电机匹配,这样的电机精准满足动态响应要求,又不会产生功率浪费,如图2所示。

  例:贝加莱在全电动注塑机的开合模机构传动设计中, 采用了MapleSim进行了其传动链的建模与仿真,并获得最有效的满足动态性能的传动设计,通过这一设计方法,可以最为精准的选择伺服电机,因为,在这种设计中能够获得最为精准的电机,避免过大的功率消耗。

  3 算法精妙——同样节能

  对于很多需要加热的场景例如吹瓶、注塑的温区控制,如果能够获得最有效的温度控制性能,那么,就可以避免过与不及,贝加莱的温度控制具有非常好的控制特性:

  • 严格的斜坡跟踪能力:确保在设备的不同加热阶段, 能够严格遵循加热工艺曲线来实现加热,这就能确保最优的品质同时,又获得能源节省;

  • 参数自适应(如图3所示)。

  图 2 注塑机合模机构选型.png

图 2 例 : 注塑机合模机构选型

图 3 精准温控降低能耗.png  

图 3 精准温控降低能耗

 图 4 ACOPOSmulti 共直流母线驱动技术.png 

图 4 ACOPOSmulti 共直流母线驱动技术

图 5 mappEnergy 的模块关系.png  

图 5 mappEnergy 的模块关系

  4 设备节能

  贝加莱的ACOPOSmulti伺服驱动系统,采用了共直流母线技术(Common DC-Bus),简单的理解就是一个电机它在运行时处于电动机状态,而当它处于制动时,则处于发电机状态,ACOPOSmulti伺服系统可以将这些制动产生的能源通过汇流二极管回到再生线圈,并产生电流供应到直流母线排上,这些电流通过DC-AC转换又可以供应给其它处于运动状态的轴,对于那些经常出现大功率、往复运动的场景,这种驱动技术可以为机器提供节能,如图4所示为ACOPOSmulti伺服驱动系统的路径,它特别适合于多轴运动控制系统。

  当然,这一节能措施不仅可以节能,在很多设备中, 它也是掉电停车的保障,在贝加莱的光伏晶片多线切割系统中,即采用了ACOPOSmulti这样的驱动系统,据统计,一天的运行中,相较于其它机器,可以节省超过50度电的消耗。同样,它也被广泛应用于轮转印刷机传动系统、多轴向经编机、饮料灌装系统中。

图 6 APROL EnMon 针对工厂的能源管理架构.png  

图 6 APROL EnMon 针对工厂的能源管理架构

  图 7 APROL EnMon 中的能源监测画面.png

图 7 APROL EnMon 中的能源监测画面

  5 单机能源监控

  对于工厂来说,小批量、多品种是比较显著的特征,因此,成本精准合算就需要更小的数据粒度。即,能源精准计量、能源的综合分析都是用以提升生产运营效率的重要因素,除了mappControl、mappOEE、mappTweet等mapp 模块,贝加莱的mappEnergy则为单机在软件上提供了能源计量的手段。图5中是mappEnergy和mappMotion中的轴进行连接,并可以提供给UI接口来做能源数据的呈现。

图 8 APROL EnMon 中的能源趋势分析.png  

图 8 APROL EnMon 中的能源趋势分析

  mapp的能源模块赋予了机器本身的精确能源计量,也能够通过OPC UA被管理系统访问,它体现了贝加莱在机器的每个细节的雕琢,以用户为中心的功能设计。

  6 工厂级管理节能

  对于工厂级的节能而言,其设计思想基于PDCA循环,即通过不断的能源监测,并不断去获得持续改善,因此,首先要解决的是能源监测问题,以获得管理视角的能源优化。工厂的能源管理包括电力系统如变压器,以及动力消耗如空气压缩机、冷水/热泵机组、加热装置等,都是能源大户,通过分布在现场的总线仪表,能源消耗被采集、计算,并通过能源分析(如比对分析、精准计量)来为工厂经理提供决策支持。如图6所示为贝加莱APROL EnMon所提供的能源管理架构,其中EnMon提供了能源分析以及计算,能源电子仪表盘呈现、能源计量报表,以及远程的Web发布等功能。

  图7与图8可以看到在APROL的能源管理中针对数据的呈现,以及能源状态的趋势分析,当然,它也可以提供直观的数据报表。

 图 9 X20AP 能源监测模块.png 

图 9 X20AP 能源监测模块

  在现场,贝加莱的AP模块提供对电力的数据采集,如图9所示,但是,它也同时包括了对电力信号的处理,并提供给管理系统。

  它能够实现以下功能:

  • 无功功率补偿,正常>0.90

  • 补偿值与负载的均衡

  • 测有功/无功/视在/相序/相位及累积值

  • 谐波分析(X20AP-31次谐波测量)

  • 三相不均衡,电压不平衡度<2%

  • 中线电流值

  不仅包括电力信号,对于液体与气体流量的计量与数据转化,本身也遵循ISO5167孔板、文丘里喷嘴、文丘里管的标准进行计算,通过APROL EnMon可以将来自于手动表格、总线数据采集、直接I/O采集的数据经由标准化数据转化为统一的能源消耗,并提供给决策支持,以实现全局的能源优化,其实现方式可以是错峰、甩负荷、I/O远程控制等多种方式对现场设备进行调度和配置。

  综上所述,贝加莱在节能领域所涵盖的解决方案从机器设计到工艺、设备的节能、软件中的能源分析,以及针对管理节能的APROL EnMon平台,几乎覆盖了能源消耗的每个环节。


标签: 伺服驱动器

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