חיסכון באנרגיה בתהליכים תעשייתיים באמצעות רכישת נתונים מודרנית
אחד התהליכים התעשייתיים היעילים ביותר לשיפור הטכנולוגיות הם בקרת חיזוי מודל, רשתות נוירונים וטכנולוגיות חיישנים רכים. חברות ייצור מתקדמות טכנולוגית, המשתמשות במערכות ניהול וניטור תהליכים חדשניות, משיגות עלויות ייצור נמוכות ב-20-30% מאלו של מפעלים דומים בהם לא נעשה שימוש במערכות כאלה. הרעיון של עבודה זו הוא להעריך את הפוטנציאל של מערכות ניהול תהליכים תעשייתיים קוגניטיביים על מנת לייעל את פעילות החברה בהגברת יעילות האנרגיה ושימור משאבים. לשם כך נעשה שימוש בשיטות מתקדמות של ניתוח ואיסוף נתונים, ניטור, מערכות בקרה.
אופטימיזציה של תהליכים כוללת את השלבים הבאים:
רכישת נתונים ניתן לממש באמצעות טכניקות שונות. השיטה הנפוצה ביותר לרכישת נתונים היא שימוש בחיישני חומרה. זוהי הדרך הפשוטה ביותר לפקח על התהליך אם אין מערכת ניטור כלשהי. אם מערכת רכישת נתונים (לדוגמה SCADA) כבר מותקנת, אפשר להשתמש בנתונים שנרכשו ב-SCADA או, אם SCADA לא אוסף את כל הנתונים הנדרשים, אפשר לשלב נתונים שנרכשו ב-SCADA עם נתונים שנאספו עם חיישנים נוספים.
בדרך כלל יש להעביר נתונים שנרכשו להמשך עיבוד. ישנם שני סוגים עיקריים של סוגי העברת נתונים: קווית, אלחוטית ותוכנה. בדרך כלל מהירות העברת הנתונים אינה חשובה עבור מערכות Aquision, כי אין כמות גדולה של נתונים מעורבים. העברת נתונים חוטית ואלחוטית משמשת להעברת נתונים מחיישני חומרה. ניתן להעביר נתונים גולמיים וגם נתונים מעובדים לאיסוף. ניתן להשתמש בסוגים שונים של שיטות העברת נתונים במערכת אחת. קישורי תוכנה משמשים לאיסוף נתונים ממערכות אחרות שכבר מותקנות, כגון SCADA, תוך שימוש בפרוטוקולי העברת נתונים סטנדרטיים, כגון OPC ושקע DATA.
לעיבוד נתונים בעיקר נעשה שימוש בתוכנה סטנדרטית לעיבוד נתונים. התוכנה הפופולרית ביותר היא MatLab, פתרונות תוכנה נוספים הם Profisignal, LabView ותוכנות בהתאמה אישית שנוצרו עבור משימה ספציפית.
ישנם 2 סוגי אלגוריתמים עיקריים לשליטה במערכות מורכבות.
1. מודל בקרה חזויה.
2. בקרת תהליכים מתקדמת.
שליטה חזויה במודל מערכות (MPC) אוספות מידע על התהליך, לומדות רצף טיפוסי של פרמטרים משתנים, מנבאות אותם ומשנות פרמטרים של המערכת על מנת לשמור על תפוקת המערכת חלקה. MPC משמשים במערכות המנטרות ושולטות במספר משתנים.
בקרת תהליכים מתקדמת (APC) שולט בתהליכים מורכבים עם משתנים מנוטרים רבים ותפוקות מבוקרות. בהשוואה ל-MPC, APC כרוך בהרבה יותר עיבוד נתונים.
במאמר זה אנו משפרים את היעילות של תהליכים תעשייתיים ביצרן נייר עיסת על ידי שיפור מערכת האוויר הדחוס בקו אריזה של מוצרים. מערכת זו מכילה 3 מדחסי אוויר ו-217 משתמשים (מפעילים, שסתומים וכו'). הלחץ במערכת מוגדר להיות בין 6,5 ל-7,9 בר. לחץ ממוצע במערכת – 7,2 בר. סטיית הלחץ במערכת היא ± 0.7 בר. המשתמשים הדורשים ביותר בלחץ דורשים לחץ אוויר של 6 בר.
שיפור היעילות מכיל את השלבים הבאים:
1. ניתוח מערכת קיימת.
2. ניטור מערכת אוויר דחוס באמצעות לוגר נתונים.
3. ניתוח נתונים מאוגר נתונים.
4. שדרוג מערכת אוויר דחוס עם בקרים נוספים, חיישנים (במידת הצורך) ויצירת APC.
5. יצירת אלגוריתם עבור APC.
לוגר נתונים מודרני ועם חיישני זרם, לחץ, נקודת טל וצריכה משמש לניטור תהליכים תעשייתיים זמניים. הנתונים שנאספו משמשים למציאת נקודות תורפה במערכת אוויר דחוס, יצירת רשימת שדרוגי מערכת נחוצים ויצירת אלגוריתם בקרה יעיל לבקר שיותקן בשלב הבא. תוצאות הבדיקה הראו שכל תפוקת המערכת הייתה בממוצע של 39.2% מהפרודוקטיביות המקסימלית שלה.
הלחצים במערכת מעל 6 בר גבוהים שלא לצורך. זה מגדיל את כמות האוויר הדלפת מהמערכת, בלאי רכיבי המערכת הפנאומטיים וצריכת האנרגיה.
כדי לשפר את מערכת האוויר הדחוס בוצעו השיפורים הבאים:
1. התקן בבקר APC של המערכת.
2. התקנת חיישני לחץ וזרימה.
3. התקנת בקרי מדחסי אוויר.
התקנת בקר APC למערכת אוויר דחוס תעניק גמישות רבה יותר בשליטה על כל פרמטרי המערכת ותגביר ביעילות.
במערכת המקורית למדחסי אוויר לא הייתה שליטה ישירה, ניתן היה להפעיל אותם רק ב-100% תפוקה או כבוי. הוספנו לבקרי מערכת שיכולים לגרום למדחס האוויר לעבוד בין 20%-100% מהתפוקה הכוללת. עדכון זה יגדיל את גמישות השליטה והיעילות של מערכת האוויר הדחוס.
עבור הפעלת מבחן מערכת משודרגת ראשונה הופעלו בקר ונוספו חיישנים, בקרי משאבת אוויר דחוס הושבתו, לחץ המערכת הוגדר ל-7,2 בר עם שינויים אפשריים של ± 0,1 בר, כך שהסטייה נמוכה פי 7 מהמקור המקורי. המערכת, בעוד שהיעד של לחץ המערכת נותר זהה להגדרת הבסיס. המערכת תפקדה היטב ובהשוואה למערכת המקורית, הושג חיסכון של 2.1% בחשמל.
בניסוי המבחן השני הופעלו בקרי מדחס אוויר, לחץ המערכת נקבע ל-6,25 בר עם סטייה של ±0,1 בר. תוצאות הבדיקה יציבות מאוד ועם חיסכון בחשמל של 15.1% בהשוואה למערכת המקורית.
המערכת שהושלמה היא מאוד קומפקטית. ההערכה היא שאורך החיים של רכיבי מערכת שונים יגדל ב-5-10%. מערכת המשתמשת בבקר APC תהיה לחסוך 15% אנרגיה ו-5-10% בלאי חומרה. ניתן לתחזק מערכות APC של Allso מרחוק כך שהן חוסכות כסף בעלויות השירות. החיסכון הכולל במערכת הוא לפחות 25%. מערכת APC מעוצבת ומותקנת תקנה תוך פחות מ-6 חודשים.
