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设备负荷率如何优化——一键智控,告诉你答案
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设备负荷率如何优化——一键智控,告诉你答案

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【摘要】:如何保障各类粉碎机械高效、安全运行?面对此类复杂现场难题,智物联将工艺要点、设备运行机理、数学算法和智能调度与控制相结合,着力于解决流程制造中设备管理和优化难题。

粉碎,是流程工业中常见的工艺流程和加工手段,在饲料生产中,粮食等原料需要粉碎,在钢铁行业中,石灰石等原料需要粉碎,在火力发电中,煤炭需要撵磨、粉碎...

 

以饲料厂为例,粉碎分多级,多次,粉碎机不仅是饲料厂内主要装备之一,而且其能耗之大,也非常“可观”。在万吨级饲料厂中,各类粉碎机耗能约占整个工厂总耗能20%以上,在某些细分饲料制造领域,如粉状配合饲料加工,各类粉碎机耗能最高可以占到整厂总耗能的35%左右。同时粉碎成品的质量将直接影响到饲料成品的质量和畜牧消化吸收的情况,所以对粉碎工段的优化管理是相关企业必修的课题之一。

 

要想智能的优化粉碎工段,我们有必要充分了解设备运行机理和工业现场。

 

还是以饲料工厂为例(主要生产水产饲料),水产类饲料对生产中的原料粉碎工段有着更高的要求。

 

所以在该饲料厂中,食物等原料需经过初步粉碎和二次粉碎才能满足质量要求,在这儿,充当主力的分别是各类通用粉碎机(负责初步粉碎)和超微粉碎机(负责二次粉碎)。

饲料车间与如来方略柜组网示意图

 

粉碎类机械是通过高功率电机驱动机器内机构运行,对原料进行冲击、碰撞、剪切、研磨、分散等手段而实现。

 

电机在额定负荷运行效率最高,可达90%以上,相对能耗最小。在额定负荷50%状态下工作时,其效率会降低至70%,这也是饲料生产“高耗低能”的直接原因所在。

 

在饲料原料粉碎过程中,粉碎机负荷与粉碎机内物料量多少近似成比例关系,即与单位时间送料量(送料频率)成比例关系,传统饲料厂送料通常采用螺旋输送机送料,操作员工通过调整送料速度(即调整送料电机转速)以控制粉碎机负荷。

 

那么,要想使粉碎机保持额定负荷高效运行,员工是否只需将送料速度调节稳定在某一个合适区间,保证送料均匀,就能实现?

 

事实上,工业现场远没有想象中简单!

 

送料机在运行中因物料的变异性(物料种类、干湿度、物料聚合),加之螺旋送料在任一转速的单转周期内,送出物料呈周期性变化,如下图中S曲线所示,最大负荷约在3\4转处,致使粉碎机进料量产生较大的波动,进而影响粉碎机负荷的变化。

粉碎机负荷率与送料电机转速示意图

 

如图所示,在送料电机转速为n1时,粉碎机负荷率将会在b1到a1之间波动,所以为了避免机器超负荷运行,操作人员依靠经验常常不得不降低负荷(降低送料)使用,这种运行方式除了造成能源浪费、效能不高之外,还会大大的影响了设备使用寿命。

 

在某些情况下,即便是操作人员调整为保守的送料频率,也避免不了粉碎机出现堵机、塞料等故障,若不及时处理,粉碎电机长时间过载,会有烧坏电机的风险。

 

如何保障各类粉碎机械高效、安全运行?面对此类复杂现场难题,智物联将工艺要点、设备运行机理、数学算法和智能调度与控制相结合,着力于解决流程制造中设备管理和优化难题。

 

一键智控,自动优化负荷率


连接设备,优化设备管理:
通过在工业现场部署如来方略柜,将工业设备与现场控制器(PLC/DCS)与如来方略柜中的Aprus适配器相连接,实时采集设备运行和生产数据(如送料频率、粉碎电机电流等等),实现饲料生产全流程跟踪、生产进度实时掌控。

饲料车间设备管理截图

 

能耗优化、一键稳定负荷率:
基于适配器采集而来的设备数据,结合设备运行机理和工艺要求,我们建立了电机负荷优化综合模型,根据粉碎工段粉碎电机电流和其它相关参数波动动情况,实时调整送料机送料频率,在粉碎机出现异常事件时,如堵机、塞料,系统自动判断数据特征,将智能算法计算出来的最优调控策略下发至PLC控制器或DCS控制系统,实现对粉碎工段智能反馈控制协同,一键稳定粉碎电机负荷率。

 

在实际项目中,我们将该饲料车间中超微粉碎机平均负荷率提升至90%,相比之前的人为生产作业,大大提升生产效率。同时在出现电机电流过大时,自动降低送料频率或关停进料,有效降低电机损坏带来的停工停产风险。

负荷率智控和控制效果截图

 

值得一提的是,负荷智能优化还能解决饲料工厂特定工位,经验和知识无法持续传承和关键岗位招人难的问题。

 

针对流程工业的生产特性,如来方略柜不仅只是局限于单一设备的优化和控制,对整条产线甚至是整个车间智能控制与调度,优化生产节拍也是如来方略柜的“主战场”。

 

智能调度,生产节拍最优化:
饲料生产等流程工业中,生产作业有连续、大量等特性,某个生产环节的调整、延误反馈和处理不及时,极易造成链式反应,从而影响到其它生产环节,甚至是影响产品质量和生产进度。

 

随着流程工业的发展,自动化控制、DCS、MES等各类系统逐渐进入流程工业车间,其中优化生产节拍、保障生产连续性是企业信息化、自动化建设的目标之一,但就目前的情况来看,收效甚微。其根本原因就是自动化控制、DCS、MES这类系统本生就是一个“封闭”系统且并未真正触达设备和设备数据。

 

如来方略柜中内置的MixIOT智慧工业核心引擎是基于多源异构数据映射方法论的引擎工具,拥有数据抽象与映射能力,将不同种类设备与设备集合抽象为“物联对象”。

  • 向下兼容复杂现场的多源设备,自动化系统可实现无关设备种类型号的泛接入;
  • 向上兼容各类平台,支持与MES管理信息系统无缝对接,实现数据相互调用。

 如来方略柜参与工业现场自动化示意图

 

结合数学算法产品和优化运营策略,反向控制关键生产环节,实现各车间、各流程设备联控、智能调度,为达到智慧饲料车间的最终目标提供了坚实的底层基础。

 

未来,在更多的工业现场,如来方略柜将重新构建制造企业自动化、信息化层级结构,帮助企业实现智能制造的管理闭环,科学规划企业工业互联网建设的路径和方向,为推动制造业高质量发展贡献力量。

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MixIOT是智物联研发的“智慧工业核心引擎”,相当于“工业互联网的安卓”,为各工业垂直领域、场景提供一致的工业互联网基础平台,承担工业互联网的底层最基础最重要的工作,包括物联网数据接收、指令下发、数据存储、数据处理及数据应用接口。MixIOT支持大规模、高并发数据处理,支持多服务器级联;支持管理和配置各种复杂数据映射规则、计算方法和数据处理方法;支持云端独立部署,支持本地服务器部署。
“如来方略云”是MixIOT云端部署方式(公有云部署私有云部署)的一种产品展现形态。如来方略云主要应用于各种设备远程运维场景。
智物联依靠自主研发Aprus适配器、Apieco边缘计算控制器和核心板,已成功对接超过80+种工业设备,完成20万+台设备的数据采集工作,积累了丰富的设备对接和数据采集经验,能满足市场愈发复杂多变的工业设备采集场景。