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02信然空壓機系統(tǒng)數(shù)字化能源管理系統(tǒng)
2.1 壓縮空氣云能源管理系統(tǒng)簡介
2.2 壓縮空氣云能源管理系統(tǒng)的基本架構
系統(tǒng)基本架構分為4個層次，分別是終端層、設備層、業(yè)務層和拓展層。
信然空壓機通過自主研發(fā)的邊緣數(shù)據(jù)采集器，采集和控制空壓機等設備數(shù)據(jù)。依托于自主研發(fā)的壓縮空氣云能源管理系統(tǒng)，來呈現(xiàn)各類數(shù)據(jù)及應用。
2.4 壓縮空氣云能源管理系統(tǒng)聯(lián)控功能
系統(tǒng)在檢查設備狀態(tài)后，按照特殊的策略，判斷設備需要啟停、輪休、加卸載等要求，及時下發(fā)指令，進行遠程聯(lián)動。實現(xiàn)聯(lián)控主要經(jīng)過以下幾個步驟：
（1）錄入設備基本參數(shù)
收集所有空壓機的基礎運行參數(shù)，參數(shù)分為2種，一種是空壓機的電氣化參數(shù)，包括額定電壓、額定電流、額定功率等；另一種是功能化參數(shù)，包括“標準產(chǎn)氣量”、“實際產(chǎn)氣量”、“終端用氣量”等。在此基礎上，錄入車間的其他輔助設備參數(shù)，如“車間壓力”、“流量”、“有功功率”等。
（2）測試壓縮空氣到用氣終端的輸送時間：
調(diào)整空壓機的產(chǎn)氣壓力，測試壓縮空氣經(jīng)過漫長的管路輸送，到達各個分支終端所需的時間，方便后期的能動預判。
（3）測試空壓機產(chǎn)氣端、管路輸送端、終端用氣的壓損：
對空壓機進行產(chǎn)氣前、產(chǎn)氣后的壓損測試，對管路進行傳輸前、傳輸后的壓損測試，對終端用氣進行理論需要壓力、實際需要壓力進行測試。
（4）試運行測試：
確認所有固定參數(shù)后，運用AI算法及智能控制技術，結合實際產(chǎn)氣、用氣的動態(tài)變化，生成一系列合理的能動指令，下發(fā)給空壓機進行開機、關機等操作。
（5）正式運行：
反復的磨合、測試后，使產(chǎn)氣壓力在極小的區(qū)間波動，保持空壓機的0卸載、高加載率，實現(xiàn)節(jié)能聯(lián)控的要求
2.5 壓縮空氣云能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)的效果
（1）減少用氣浪費，精確采集終端實時用氣量，用多少氣就產(chǎn)多少氣。
（2）減少壓損浪費，檢查產(chǎn)氣端輸氣到用氣端，改造不合理的輸氣管路。
（3）減少壓力浪費，避免用氣量的驟增、驟減，導致空壓機頻繁啟停。
（4）減少故障浪費，實現(xiàn)智能啟停、智能輪休，避免設備超負荷、帶病運行。
（5）減少人工浪費，通過PC端、手機App，實時掌控空壓站運行效率。
（6）減少保養(yǎng)浪費，提前發(fā)布預警、報警，避免設備意外停機影響生產(chǎn)。
（7）減少空載浪費，用氣量減少時，及時聯(lián)控空壓機進行停機。
（8）減少后處理浪費，與空壓機進行聯(lián)動，跟隨啟停。
（9）減少操作不當?shù)睦速M，用數(shù)據(jù)分析，對每個工人同時段用氣量、產(chǎn)量進行比對，發(fā)現(xiàn)浪費源頭。
03用戶數(shù)據(jù)分析
1、信爾勝公司空壓機站概況
通過信然空壓機技術人員調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該空壓站系統(tǒng)有1路輸氣管路，涉及8臺永磁變頻式空壓機及相關配套設備。平均每日開機時長為12小時。目前空壓站的主要節(jié)能技術就是變頻空壓機的使用（見圖6）。
2.信爾勝公司空壓機站使用信然空壓機系統(tǒng)狀態(tài)分析
原有的空壓機管理方式經(jīng)過信然檢測論證后，主要分為空壓站數(shù)據(jù)缺乏監(jiān)測和深入挖掘、啟?？咳斯た刂啤⒛芎睦速M三個維度的問題，具體分析如下：
2.1 目前空壓站數(shù)據(jù)缺乏監(jiān)測和深入挖掘，故而存在以下問題：
1）所有設備都未并入互聯(lián)網(wǎng)，只能在站房現(xiàn)場、設備的控制面板上查看實時參數(shù)。
2）設備預警、報警出現(xiàn)時，無法告知負責人處理，導致產(chǎn)氣壓力大幅波動，影響生產(chǎn)。
3）缺少24小時全天候的設備監(jiān)控，缺少系統(tǒng)性的運行數(shù)據(jù)，無法做實時分析和事后追溯。
4）缺乏整站的輸出氣體質(zhì)量和能耗監(jiān)測，存在盲目產(chǎn)氣、用氣浪費、含水含油量等雜質(zhì)超標等情況。
5）現(xiàn)場改善難。重要參數(shù)沒有存儲歷史數(shù)據(jù)，只能憑人工經(jīng)驗進行判斷。
2.2 目前空壓站啟停仍靠人工控制,故而也存在以下關鍵問題：
1）班次交接或生產(chǎn)換線時，需要安排專門的人員在空壓站現(xiàn)場手動啟停設備。
2）設備啟停、加卸載缺乏合理地控制策略配合。
3）從產(chǎn)氣到輸送到用氣終端存在一定的延遲，導致人工控制效果不佳。
4）缺乏整站監(jiān)控，人工控制的合理性、經(jīng)濟性、有效性缺乏數(shù)據(jù)論證。
2.3 通過數(shù)據(jù)采集匠心智聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)存在的能耗浪費問題：
1）管網(wǎng)用氣的變化頻繁，導致設備同時頻繁加卸載或者空載，控制效果差。
2）變頻設備未能及時升頻、降頻，使用效果差。
3）設備的設計能效與產(chǎn)氣、用氣要求不匹配，產(chǎn)生浪費。
4）設備在用氣需求減少時，未能及時停機導致出現(xiàn)空載，產(chǎn)生浪費。
5）設備在產(chǎn)氣端壓力波動頻次過高、波動幅度過大，產(chǎn)生浪費。
6）用氣終端壓力波動頻次過高、波動幅度過大，產(chǎn)生浪費。
04解決方案
依據(jù)上述的種種問題，信然技術工程師與信爾勝公司進行了深入的技術交流，啟聯(lián)動控制節(jié)能方案。以下是相關的解決方案分享：
3.1 升級為智能數(shù)字化空壓站
（1）實現(xiàn)全流程監(jiān)測。加裝傳感設備，監(jiān)測從產(chǎn)氣到用氣的全程數(shù)據(jù)，包含站房溫濕度、官網(wǎng)壓力、流量、末端用氣壓力、后處理設備壓降、峰谷尖電、電氣比等。
（2）實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。各類數(shù)據(jù)經(jīng)過處理、匯總，形成看板、組態(tài)、報表等內(nèi)容，供用戶查看。
（3）豐富的應用終端。支持臺式電腦（Windows系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)等）、平板電腦、手機（App端，包括安卓Android和蘋果iOS系統(tǒng)），可隨時查看。
（4）便捷的web瀏覽操作。無須安裝，只需使用瀏覽器即可聯(lián)網(wǎng)查看。
（5）軟件、硬件聯(lián)動。發(fā)生預報警時，支持手機短信提醒、頁面游字提醒，以及現(xiàn)場的報警燈的提醒。
（6）實現(xiàn)虛擬2D空壓站展示。將現(xiàn)場設備及管道結構，模擬到組態(tài)圖中，可以在辦公室隨時觀測到站房實況。
（7）支持查看歷史數(shù)據(jù)，提供流量、壓力、電量、電氣比等多種數(shù)據(jù)報表。
（8)支持聯(lián)控分析、能耗分析等多種異常結果溯源分析，從多個頁面中將各種相關參數(shù)的曲線進行疊加，多緯度剖析異常的原因（見圖7）。
3.2 智能數(shù)字化控制
3.2.1 監(jiān)控實時狀態(tài)
所有與空壓機正常運行有關的參數(shù)，包括空壓機的震動、內(nèi)壓，空濾的負壓，接觸器的溫度保護，電機軸、冷卻水的溫度，冷卻水的壓力、流量、電動閥門等，均可以通過硬件、軟件相結合的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、保存和處理，實時監(jiān)控空壓機的運行狀態(tài)。
3.2.2 精準自動控制
通過安裝邊緣數(shù)據(jù)采集器，與空壓機的控制板相連，將空壓機的實時信息上傳至管控系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)過參數(shù)分析、工況分析、用氣需求分析等多種工具，自動發(fā)送指令給空壓機，按要求實現(xiàn)遠程啟停、輪休、切換用氣管路等精準控制功能。
3.2.3 能耗自動分析
實時顯示空壓站總管路、分支管路的流量、壓力、露點、電量等能耗情況，可以從多個統(tǒng)計時間維度，如10分鐘、1小時、1天、1個月、1年，分析對應的用電量、用氣量等原始數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)算法，自動計算電氣比，生成壓力曲線。提供能耗對比，自主選擇已經(jīng)過去的2個時間段，系統(tǒng)即可自動篩選出相應數(shù)據(jù)，進行并行比較，找出用電、用氣異常點。
3.2.3 主動報警信息
安裝多種傳感器，實現(xiàn)空壓機、空濾壓差報警，電機、主機震動報警，電機、接觸器溫度報警等功能，及時診斷設備健康狀況，確定是否需要檢修，減少事故發(fā)生，保障設備安全。
3.2.4 自動發(fā)送報警信息
通過手機App、電子郵件、短信息等方式，通知到相應維修人員，具體方式可由客戶自主確定。
3.2.5 制定保養(yǎng)計劃
提前制定并實施天、月、季度、年的保養(yǎng)計劃，提醒負責人按時保養(yǎng)。
3.2.6 生命周期監(jiān)控
監(jiān)控空壓機及各類配件的使用壽命，當壽命即將耗盡時發(fā)布預警，提示更換配件。同時，在配件的使用過程中，會生成配件使用報告，記錄配件的使用情況。
3.2.7 壓力恒定
通過AI算法，設置上下限壓力區(qū)間，使主管網(wǎng)壓力波動小于等于0.015MPa，壓降小于等于0.03MPa（見圖8）。
3.2.8 報表管理
大部分的數(shù)據(jù)可以形成報表，供用戶導出查看，如電氣比、流量壓力數(shù)據(jù)，故障報表、能耗報表等。
3.2.9 故障管理
設備的預警、故障信息可以實時查看，并匯集成表。新的預警或者故障信息會顯示在首頁滾動播出。
3.2.10 設備組態(tài)圖
根據(jù)項目現(xiàn)狀的進行設計，自定義組合、擺放設備的位置，系統(tǒng)提供多樣的模塊供用戶選擇，如更改圖標的類型、管道的顏色等（見圖9）。
3.3 故障處理能力
3.3.1 處理流程
保全記錄：系統(tǒng)出現(xiàn)預警、報警等故障后，所有的具體信息都會在設備保全里面進行列表展示，并顯示故障的持續(xù)時間、當前的處理狀態(tài)。
預警、報警配置：對需要實時監(jiān)測的重要參數(shù)，對其設置預警、報警閾值。一旦超過限制，系統(tǒng)將預報警內(nèi)容以短信的形式，發(fā)送并提醒對應的負責人進行處理。
保養(yǎng)處理能力
配置計劃保全：生成保全計劃，明確各類設備的保養(yǎng)項目、保養(yǎng)周期。
3.3.2.保全提醒
系統(tǒng)在保全記錄里，各自周期的保全記錄都會有到期提醒，比如周保全是1星期觸發(fā)1次，月保全1個月觸發(fā)1次。
3.3.3 保全日歷
每臺設備每個月的保養(yǎng)計劃，都可以統(tǒng)一展示，方便維修人員提前查看保養(yǎng)要求，做好配件準備。
3.3.4 點檢能力
使用系統(tǒng)自帶的App版本，掃描設備的二維碼，即可查看當前設備需要操作的任務，并按要求進行拍照或文字編輯。當對應的流程操作結束后，PC端就可以查看到具體的處理結果。
自此，信爾勝公司已經(jīng)通過信然智聯(lián)的產(chǎn)品形成了自己數(shù)字化設備運維體系
3.4 用氣趨勢分析
3.4.1 總體的用電情況
從峰期、谷期、尖期三個方面，采集并匯總實施的電度數(shù)，并折算成電費數(shù)，用電情況一目了然。
3.4.2 浪費分析
包含兩個方面，一個是效率浪費，另一個是系統(tǒng)浪費。
（1）效率浪費：監(jiān)測設備的用電量、用氣量，并計算電氣比；分析的維度包含年、月、日、小時和分鐘。
（2）空載浪費：設備空載時不產(chǎn)氣，導致存在電力浪費。
（3）空壓機壓力浪費：空壓機在產(chǎn)氣端壓力波動過大導致浪費，系統(tǒng)將超出正常壓力的部分進行統(tǒng)計匯總，計算出了浪費值。
（4）假性需求壓力浪費：用氣終端壓力波動過大導致浪費，系統(tǒng)將超出正常壓力的部分進行統(tǒng)計匯總，計算出了浪費值。
05節(jié)能收益
以2020年的數(shù)據(jù)分析，6月起開始應用管理系統(tǒng)；8月用電數(shù)據(jù)截止至撰文日期30日，用電趨勢詳見
因此，上述兩個月由于產(chǎn)能受限，不能充分體現(xiàn)壓縮空氣云能源管理系統(tǒng)帶來的節(jié)能收益。我們以8月份為例，來分析具體的能耗情況。從8月3日開始，正式開啟系統(tǒng)聯(lián)控，具體見圖13。
接下來，我們?nèi)?月24日至29日、7月6日至11日、6月8日至13日共3個區(qū)間進行對比，每個區(qū)間均為周一至周日，具體數(shù)據(jù)見。
從數(shù)據(jù)報告及數(shù)據(jù)柱狀圖可以很清晰地看到開聯(lián)控前后數(shù)據(jù)的對比，從而得出以下試用結論
從表中計算得知，如應用壓縮空氣云能源管理系統(tǒng)，按目前已經(jīng)實現(xiàn)的節(jié)能比例，節(jié)能比例約為16.94%；其中依據(jù)項目現(xiàn)狀還存在一定的節(jié)能空間，預計節(jié)能率達到21.4%左右。
