연간 전기 절감량은 900,000을 초과합니다. 인쇄 공정 냉각수 시스템의 지능적 전환 사례를 공유합니다!

저자 그룹 인쇄 공장의 전통적인 공정 수냉 시스템은 주로 20년 가까이 운영되어 온 독일 MANN COLORMAN 와이드 포맷 기계 생산 라인 2곳의 전기 캐비닛과 메인 모터 냉각을 담당하며 몇 가지 뛰어난 문제점이 있습니다. Trane 냉각 호스트, 워터 펌프 및 기타 장비는 고정 전력으로 작동하며 에너지 공기 소비가 심각합니다. 온도 조절 오류가 크고 여름에는 결로 현상이 발생하기 쉽기 때문에 인쇄 품질과 장비 수명에 영향을 미치며 많은 작동 및 떨어지는 문제가 발생합니다. 사무실 및 생산 구역의 여름 냉방은 독립적인 캐리어 호스트 시스템에 의존하며 전체 에너지 소비량은 여전히 ​​높습니다.

이를 위해 우리 공장은 실제 생산을 기반으로 PLC-기반 공정 수냉 시스템의 전환을 시작하고 PID 제어 알고리즘을 통해 정밀한 온도 제어와 지능형 에너지 절약을 달성했으며 '겨울철 인쇄 냉각 에너지 절약 + 여름 사무실 냉각' 기능을 혁신적으로 확장했습니다. 변환 후 시스템의 온도 제어 오류는 0.5도 이하이고 종합적인 에너지 절약율은 30%에 달합니다. 이는 기업이 비용을 절감하고 효율성을 높일 수 있도록 확실한 지원을 제공할 뿐만 아니라 인쇄 기업의 녹색 에너지 절약 기술 업그레이드를 위한 재현 가능한 실제 경험을 제공합니다-.

현재 상황을 분석하고 냉각 시스템 전환의 핵심 요구 사항을 명확히 합니다.

인쇄 장비의 고속 작동 과정에서-전기 캐비닛의 주파수 변환기와 같은 전자 제어 장비는 많은 양의 열 에너지를 생성합니다. 이는 장비의 수명에 직접적인 영향을 미치고 심지어 장비 고장 및 가동 중지를 초래합니다. 이는 공정 수냉 시스템이 해결해야 할 핵심 문제이기도 합니다.

우리 공장의 원래 공정 수냉 시스템은 "냉동 호스트 + 냉각탑 + 워터 펌프"의 전통적인 구성 모드를 채택하고 핵심 장비에는 수냉식 Trane 호스트 2개, 직교류 냉각 타워 2개, 다중 순환 펌프뿐만 아니라 일반 솔레노이드 밸브, 제어 밸브 및 판형 열 교환기가 포함됩니다. 사무실과 생산 구역의 냉각은 독립적인 대형 원심 캐리어 중앙 에어컨 세트에 의해 별도로 제공됩니다. 수년간의 운영 실습 끝에 공정 수냉 시스템은 세 가지 두드러진 문제를 드러냈습니다.

(1) 온도 제어 정확도가 부족합니다. 중앙 에어컨의 냉수 직접 냉각에 의존하면 생산 수요에 따라 온도를 탄력적으로 조정할 수 없으며 배출수의 온도 오차가 커서 공정 수온에 대한 장비의 요구 사항을 충족하기 어렵습니다.

(2) 에너지 소비가 여전히 높다. 한편, 인쇄 냉각을 위한 중앙 에어컨은 일년 내내 최대 용량으로 작동하며 보조 워터 펌프와 팬에는 지능형 속도 조절 메커니즘이 부족합니다. 한편, 사무실 공간의 냉각은 공장의 원래 독립 캐리어 에어컨 호스트에 의존하고 있으며, 후기 단계의 공장 규모 감소로 인해 실제 냉각 수요가 크게 감소했지만 원래 호스트의 냉각 용량이 일치 및 조정되지 않아 많은 양의 에너지 낭비가 발생하고 운영 비용이 더욱 상승합니다.

(3) 자동화 수준이 낮습니다. 완벽한 실시간- 모니터링 및 결함 경보 기능이 부족하고, 온도 및 압력과 같은 주요 매개변수를 수동으로 검사하고 기록해야 하며, 장비 결함 대응이 뒤쳐져 인건비가 증가할 뿐만 아니라 시기 적절하지 않은 폐기로 인해 생산이 중단될 수도 있습니다.

실제 생산과 국가 에너지 절약 정책의 요구사항이 결합된- 이러한 변화는 5가지 핵심 요구사항을 명확히 합니다.

(1) 정확한 온도 조절. 냉각수 온도 조절 범위를 13~22도로 설정하고, 출구수의 온도 오차를 0.5도 이하로 엄격하게 제어하여 응축수 발생 문제를 근본적으로 해결하였습니다.

(2) 에너지 절약 및 소비 감소. 지능형 제어를 통해 장비의 작동 모드를 최적화하고 중앙 에어컨, 워터 펌프 및 팬의 에너지 소비를 크게 줄입니다.

(3) 지능형 모니터링. 온도 및 압력과 같은 주요 매개변수의 실시간 표시 기능이 있고 -자동 오류 감지 및 경보 프롬프트 기능이 있어 운영자가 시스템 작동 상태를 적시에 파악하는 데 편리합니다.

(4) 안정적이고 신뢰할 수 있습니다. 자동 및 수동 이중-모드 전환을 지원하여 시스템 장애 시 수동 작업을 통해 생산 연속성을 보장하고 장비 장애로 인한 생산 라인 가동 중단 시간을 방지할 수 있습니다.

(5) 경제적 적응. 새로운 대규모 장비를 추가할 필요가 없으며-원래 시스템을 기반으로 업그레이드하여 변환 비용을 최대한 제어하고 프로젝트가 경제적, 사회적 이익의 윈{3}}상황을 달성하도록 보장합니다.

정밀한 온도 제어를 위한 하드웨어 지원 시스템 구축을 위한 하드웨어 업그레이드

이 변환의 핵심 아이디어는 PLC를 핵심으로, PID 제어를 알고리즘 지원으로, 지능형 인식을 기반으로 하드웨어 최적화 및 소프트웨어 업그레이드를 통해 "정확한 온도 제어 + 에너지{1}}절약 작동 + 지능형 모니터링"의 새로운 냉각 시스템을 구축하는 것입니다. 핵심 아이디어는 하드웨어 업그레이드, 제어 업그레이드, 알고리즘 최적화 및 모드 혁신에 관한 것이며, 하드웨어 선택은 적응성과 다양화 원칙을 준수하여 각 구성 요소의 조화롭고 효율적인 작동을 보장합니다.

(1) 핵심 제어 장치는 시장에서 주류 중급 PLC 제품을 선택하고 실제 필요에 따라 Siemens, Mitsubishi, Inovance 및 기타 브랜드와 같은 여러 브랜드를 선택할 수 있으며, 해당 아날로그 입력 모듈, 출력 모듈 및 입/출력 통합 모듈을 사용하여 시스템 신호 획득 및 제어 요구를 완전히 충족할 수 있습니다. 이 변환에서는 1214CDC/DC/DC 모델 CPU가 장착된 Siemens S7-1200 시리즈 PLC를 제어 코어로 사용하고 8개의 외부 확장 모듈을 지원하여 복잡한 제어 요구 사항을 충족합니다. SM1231 AI 8×13BIT 아날로그 입력 모듈, SM1232 AO 4×14BIT 아날로그 출력 모듈, SM1234 AI/AO 4×13BIT/2×14BIT 아날로그 입력/출력 모듈과 결합되어 각각 센서 신호 수신, 제어 신호 출력 및 신호 처리 유연성 향상을 담당합니다.

(2) 인간-컴퓨터 상호 작용 인터페이스는 8~10-인치 메인스트림 터치 스크린을 채택하여 다중 장치 통신과 실시간-모니터링 기능을 지원하며, 이는 운영자가 시스템 작동 상태 및 매개변수 조정을 직관적으로 파악하는 데 편리합니다. HMI HMI는 다중 PLC 통신 및 실시간 모니터링 기능을 지원하는 Siemens TP900 Comfort 9{10}}인치 디스플레이를 사용하므로 운영자가 시스템의 작동 상태를 직관적으로 파악하고 매개변수를 쉽게 조정할 수 있습니다.

(3) 감지 및 실행 장비의 선택은 안정성과 정확성에 중점을 두고, 온도 센서는 생산 환경의 온도 범위와 안정적인 신호 출력을 포괄하는 범위를 가진 제품을 선택하고, 압력 센서는 파이프라인의 압력 조건에 정확하게 적응하며, 프로브 로드의 길이는 공장 영역의 파이프라인 실제 크기에 따라 합리적으로 설정됩니다(참고: 프로브 로드의 길이는 파이프라인 직경의 절반입니다). 이는 감지 데이터의 정확성을 보장합니다.

(4) 밸브와 액츄에이터에는 빠른 응답 속도와 높은 제어 정확도를 갖춘 전기 3방향 밸브와 적응된 액츄에이터가 장착되어 물 유량을 정확하게 조정하고 온도 제어 효과를 보장합니다. 주파수 변환기는 워터 펌프 및 팬에 적합한 전력을 갖춘 제품을 선택하고 정밀한 주파수 조정을 지원하여 장비의 원활한 시작 및 정지를 보장할 뿐만 아니라 에너지 절약 작동도 달성합니다.- 이 혁신은 최대 토크가 1600N인 Siemens SVB 시리즈 액추에이터를 채택합니다. 전동 액츄에이터의 선택은 밸브 본체, 파이프 및 파이프 압력과 결합하여 결정되어야 합니다. 즉, "액추에이터 토크는 밸브의 최대 시동 토크 × 안전율(1.3~1.5) 이상"을 충족해야 합니다.

(5) 겨울철 수온이 동결되어 시스템 순환에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 냉각탑의 원래 코일 히터에 대한 연결 제어를 구현합니다. 계전기 구성 요소는 스위칭 전원 공급 장치, 변압기 및 전압과 전력이 일치하는 계전기를 사용하여 전체 회로 시스템의 안정적인 작동을 확실하게 보장합니다.

장비 선택은 가능한 한 동일한 브랜드를 선택해야 하며, 서로 다른 브랜드 구성 요소 조합의 통일성 및 조정이 부족하여 오류가 발생하기 쉽고 궁극적으로 디버깅의 어려움이 증가하고 유지 관리 횟수가 증가하게 됩니다. 다음은 하드웨어 전환을 위한 세 가지 주요 조치입니다.

01/ 파이프 연결 최적화

(1) 냉각탑 입구 및 출구 배관을 중앙 공조 냉수관과 병렬로 개조하고 (그림 1 참조) 솔레노이드 밸브를 설치하여 ON / OFF를 제어하고 겨울철 실외 온도가 낮을 ​​때 냉각탑 냉각수를 중앙 공조 냉수로 직접 교체하여 공조 호스트의 가동 시간을 크게 단축하고 에너지 절약을 실현합니다.

그림 1 혁신 로드맵

(2) 원래 공장 사무실 구역의 에어컨 및 냉각 파이프를 개조 및 최적화하고 사무실 구역과 원래 Carrier 중앙 에어컨 사이의 연결 파이프라인을 차단하는 밸브를 추가하여 원래 중앙 에어컨이 독립적인 작동을 유지하고 신문 제작 작업장과 같은 원래 적응 시나리오에만 서비스를 제공할 수 있도록 합니다. 사무실 공간의 냉각 파이프라인은 기존 공장의 인쇄 냉각 시스템의 중앙 공조 냉수 파이프라인과 정확하게 연결되어 있으며, 이는 인쇄 냉각 시스템의 잉여 냉각 용량을 직접 사용하여 추가 에너지를 소비하지 않고 사무실 공간을 냉각하여 냉원을 생성할 수 있습니다. 이를 통해 Carrier의 원심 중앙 에어컨의 작동 시간을 크게 줄이고 장비 에너지 소비를 효과적으로 줄이고 효율적인 에너지 재활용을 실현하며 상당한 에너지 절약 및 소비 절감 목표를 달성할 수 있습니다.

02/ 외부 수동회로 추가

시스템 오류나 유지 관리가 발생하는 경우 운영자는 밸브와 펌프의 작동을 수동으로 제어하여 생산에 영향을 미치지 않도록 하고 시스템 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.

03/ 인식 모니터링 네트워크 개선

온도 및 압력 센서는 냉장 입구, 냉동 출구, 냉각 입구 및 냉각 출구의 네 가지 주요 위치에 설치되어 냉각 시스템의 전체 프로세스에 대한 데이터 수집을 실현하고 PLC 정밀 제어를 위한 포괄적이고 정확한 데이터 지원을 제공하며 온도 제어 및 에너지 절약 목표 실현을 보장합니다.{0}}

지능형 제어 핵심 프로그램 생성을 위한 소프트웨어 최적화

이러한 변화에서 소프트웨어 설계는 다양한 프로그래밍 언어를 지원해야 하는 통합 기능과 편리한 작동을 갖춘 주류 장비 제어 소프트웨어 개발 플랫폼을 선택합니다. 이를 통해 프로그램 작성 및 디버깅 프로세스를 단순화하고 프로젝트 주기를 효과적으로 단축하며 시스템의 안정적인 작동을 위한 기술 지원을 제공할 수 있습니다. 디자인은 Siemens Botu V17(TIA PORTAL V17)을 사용하는데, 디자인 소프트웨어가 하드웨어 PLC 및 터치스크린과 호환되어야 한다는 점을 고려하여 동일한 브랜드 제품을 선호합니다.

지능형 제어 프로그램 설계의 핵심은 데이터 변환, 듀얼{0}}모드 제어 및 경보의 세 가지 모듈로 구성됩니다. 데이터 변환 모듈은 센서에서 수집한 4~20mA 아날로그 신호를 NORM_X 표준화 명령어와 SCALE_X 스케일링 명령어를 통해 제어 장치가 인식할 수 있는 온도 및 압력 값으로 정확하게 변환합니다. Siemens 아날로그의 각 채널의 데이터 폭은 16 비트이고 고정 작동 범위는 입력 및 출력 전압 ±10V에 해당하는 -27648~27648로 조정됩니다. 그 중 5533~27648은 4~20mA의 입력 및 출력 전류에 해당하고 0.0~1.0의 부동 소수점 데이터는 표준화된 연산으로 얻습니다. "OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)" 및 스케일링 작업 "OUT=[VALUE×(MAX–MIN)]+MIN" 데이터 변환의 정확성을 보장하기 위해 실제 물리량과의 대응을 설정합니다.

듀얼-모드 제어는 이 소프트웨어 설계의 핵심 혁신으로, 실외 온도에 따라 작동 모드를 자동으로 전환하여 에너지 활용도를 극대화할 수 있습니다(그림 2). 일일 모드에서는 실외 온도가 높을 때(12도 이상) 중앙 에어컨을 가동하고 PID 제어 알고리즘을 통해 밸브 개방도와 주파수 변환기 주파수를 실시간으로 조정하며 냉수량과 펌프 속도를 정확하게 제어하고 시스템의 압력과 온도를 일정하게 유지합니다. 또한 PID 제어 알고리즘은 설정 온도, 압력 차이 및 실제 감지 값을 비교하여 조정 매개 변수를 자동으로 최적화하여 밸브 개방도와 펌프 속도가 항상 최적의 상태에 있도록 보장하여 냉각 효과를 보장할 뿐만 아니라 에너지 낭비도 방지합니다.

그림 2 듀얼-모드 제어 인터페이스

겨울 모드에서는 실외 온도가 낮을 ​​때(12도 이하) 시스템이 자동으로 에어컨 장치를 끄고 냉각탑과 중앙 에어컨 파이프라인 통신 밸브를 열고 냉각탑 물을 직접 사용하여 냉각합니다. 이때, PID 제어 알고리즘을 통해 팬 속도와 히터 ON/OFF를 조절하여 수온이 너무 낮아져 시스템 순환에 영향을 미치는 결빙을 방지하고, 에너지 소비를 최소화하여 동절기 냉방 시스템의 효율적인 운영을 실현합니다.

경보 프로그램 설계는 시스템 작동의 안전성과 신뢰성을 충분히 고려합니다. 온도 및 압력과 같은 주요 매개변수에 대한 임계값을 설정함으로써 감지된 데이터가 정상 범위를 초과하거나 장치 오류가 발생하는 경우 시스템은 즉시 경보 신호를 트리거하고 이를 HMI 인터페이스에 명확하게 표시하는 동시에 PLC 입력 모듈에도 피드백합니다. 이를 통해 운영자는 문제를 즉각적으로 식별하고 신속하게 대응할 수 있습니다. HMI 휴먼{3}}머신 인터페이스는 여러 기능 화면(그림 3)으로 설계되어 원클릭 전환을 지원하고-시스템 작동 모드, 다양한 파이프라인의 온도 및 압력, 밸브 개방도를 포함한 주요 정보를 실시간으로 표시할 수 있습니다. 또한 온도 설정 및 경보 확인 작업을 지원하여 운영자가 시스템 작동 상태를 포괄적이고 직관적으로 이해할 수 있도록 하여 작동 어려움과 오용 위험을 크게 줄이고 전반적인 생산 효율성을 향상시킵니다.

그림 3 HMI 인터페이스

에너지 소비 회계는 에너지 보존 및 배출 감소 변환의 효율성을 강조합니다.

에너지 소비 회계는 인쇄 공장의 실제 생산 상황을 기준으로 하며 공정 수냉 시스템은 365일 24시간 가동되며 겨울 모드 운영 기간은 12월부터 다음 해 2월까지 총 90일로 집중됩니다. 공업용 전기 가격은 0.7위안/kWh로 계산된다.

공정수 냉각 호스트는 이러한 변화의 핵심 에너지 절약 링크입니다.- 전환 전 냉동 호스트의 연간 전력 소비량은 1,822,100kWh에 이르렀고, 전환 후 냉동 호스트는 겨울철 90일 동안 정지되었으며, 연간 전력 소비량은 1,479,300kWh로 감소하여 연간 342,800kWh의 전기를 절약했습니다.

사무실 공간 냉각 변환 측면에서 사무실 공간 냉각은 파이프라인 도킹을 통해 인쇄 프로세스 수냉 시스템에 통합되고 원래 Carrier 중앙 에어컨 시스템은 작업장의 이른 아침 생산 시간에만 개방되며 시작-시간은 원래의 1/3로 단축됩니다-. 이는 인쇄 프로세스 수냉 시스템의 에어컨 호스트의 활용 효율성을 크게 향상시키고 Carrier 중앙 에어컨 시스템(캐리어 호스트 1개, 순환 2개)의 작동 에너지 소비를 16시간 절약할 수 있습니다. 펌프, 냉각탑 팬 1개)를 매일 사용합니다. 사무실 공간의 에어컨은 주로 봄과 여름에 4개월(총 120일) 동안 사용되며, 리모델링 후 연간 857,000kWh의 에너지 소비를 절감했습니다.

전환 전 18.5kW 순환펌프 3대의 연간 총 소비전력은 486,200kWh였으며, 전환 후 평균 운전빈도는 40Hz로 감소하고 에너지 소비량은 20% 절감되었으며, 펌프 3대의 연간 총 소비전력은 388,900kWh로 감소하여 연간 97,200kWh의 전력을 절감하게 되었다.

종합회계 결과, 회사는 연간 129.7만kWh의 전력을 절감하고 약 907,900위안의 전기요금을 절감한 것으로 나타났다. 동시에 변형 후 시스템의 온도 제어 오류가 0.5도 이하로 응축수 문제를 완전히 해결하고 인쇄 장비의 고장률을 크게 줄입니다. 전체 프로세스가 자동으로 모니터링되며 기술적 효율성, 경제적 이점 및 관리 이점을 고려하여 오류 응답 시간을 5분 미만으로 단축합니다.