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智能工廠所關(guān)注的不僅僅是生產(chǎn)線上的機(jī)電設(shè)備，同時包括為工廠和辦公場所提供舒適環(huán)境的暖通空調(diào)、照明、變配電、壓縮空氣等系統(tǒng)的公共設(shè)施，目前，這些系統(tǒng)往往各自獨(dú)立，卻又消耗大量能源。如何將不同的系統(tǒng)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)有效結(jié)合到一起，優(yōu)化能源消耗，同時又提高整個智能工廠的可靠性和可用性，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)，延長各個系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備的使用生命周期，降低管控維護(hù)成本，這將是現(xiàn)代智能工廠不可或缺的一環(huán)。

圖1 基于IoT的ILC 2050 BI樓宇控制器及Emalytics智能樓宇能效管理系統(tǒng)

菲尼克斯電氣Emalytics智能樓宇能效管理系統(tǒng)（以下簡稱Emalytics系統(tǒng)）&ILC 2050 BI智能樓宇控制器是一整套全新的智能工廠樓宇系統(tǒng)解決方案，基于IoT最新技術(shù)（如OPC UA通訊、MQTT通訊、室內(nèi)導(dǎo)航、AR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、邊緣計算技術(shù)等），將為現(xiàn)代智能工廠帶來更多可能。在菲尼克斯電氣最新智能工廠，Emalytics助力其每年節(jié)省高達(dá)900萬人民幣的運(yùn)營成本。

菲尼克斯電氣智能工廠

菲尼克斯電氣最新智能工廠（以下簡稱全新智能工廠）位于德國西北部的Bad Pyrmont，總建筑面積為53440㎡，其中67.3%為生產(chǎn)區(qū)域，32.7%為辦公及研發(fā)區(qū)域， 整個智能工廠包含以下重要組成部分：

• 能源管理和供配電系統(tǒng)；

• HVAC暖通空調(diào)系統(tǒng)；

• 智能照明系統(tǒng)；

• 監(jiān)控和安防系統(tǒng)；
  

• 174kWp屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)；
  

• 壓縮空氣系統(tǒng)。

圖2 位于Bad Pyrmont的菲尼克斯電氣智能工廠

這些系統(tǒng)都與生產(chǎn)環(huán)境、能源供給息息相關(guān)，其控制系統(tǒng)的可靠性保證了整個工廠的有序運(yùn)行，環(huán)境溫濕度的精確控制保證了所生產(chǎn)電子產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。因此采用了39套ILC 2050 BI樓宇控制器，且全部是工業(yè)級模塊化設(shè)計，滿足工業(yè)級穩(wěn)定性和大規(guī)模系統(tǒng)應(yīng)用的要求。

全新智能工廠建成后，菲尼克斯電氣邀請了德國設(shè)施管理協(xié)會以及ROTERMUND.INGENIEURE等專業(yè)機(jī)構(gòu)對其做了綜合測評，包括能源消耗、技術(shù)樓宇管理（TBM）等幾方面，新工廠的運(yùn)營成本僅為28.08€/㎡，是德國通常標(biāo)準(zhǔn)（49.59€/㎡）的56%，53440㎡的廠房每年共節(jié)省115萬歐元（折合約900萬元人民幣）。這驚人的成績源自于數(shù)十年的工藝經(jīng)驗(yàn)和最新的IoT技術(shù)的完美結(jié)合。

圖3 第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)對菲尼克斯電氣智能工廠的評測結(jié)果

特殊工藝算法降低系統(tǒng)能耗

運(yùn)營成本的降低主要來自兩個方面，首先是優(yōu)化能源消耗。經(jīng)測算新工廠每年節(jié)省電能1184157.7kW·h，按照國內(nèi)工業(yè)電價平均0.85元/kW·h計算，每年節(jié)省成本超過100萬元人民幣。

圖4 菲尼克斯電氣智能工廠能源管控一體化平臺

智能工廠使用的Emalytics系統(tǒng)提供了許多特殊的節(jié)能工藝算法。比如，在Emalytics系統(tǒng)中有一個專門的Free Night Cooling（夜間系統(tǒng)節(jié)能）模式，在較為涼爽的夏季根據(jù)室內(nèi)外溫濕度自動判定系統(tǒng)啟動條件，可以讓室外較低溫度的新風(fēng)冷卻室內(nèi)的環(huán)境，這樣就可以節(jié)省制冷機(jī)系統(tǒng)啟動的能源。

圖5 Free Night Cooling（夜間系統(tǒng)節(jié)能）模式

Emalytics系統(tǒng)中還有一個工藝功能包，將空調(diào)機(jī)組的加熱單元、制冷單元、回風(fēng)閥單元以及熱回收輪放在一個工藝功能塊里連鎖控制，以便在寒冷的冬季或炎熱的夏季盡可能多的從室內(nèi)回風(fēng)中回收熱能或冷能，有效降低鍋爐或冷機(jī)系統(tǒng)的能耗。

圖6 空調(diào)機(jī)組（AHU）的智能連鎖調(diào)節(jié)工藝功能塊

在新智能工廠中有大量的如注塑機(jī)這樣的生產(chǎn)設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)與能耗也納入了Emalytics系統(tǒng)，這樣不但可以監(jiān)測到生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況及能耗，同時也可以根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況及發(fā)熱量，對暖通系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，優(yōu)化熱能回收。

圖7 Emalytics智能樓宇能效管理系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)IoT功能

在新工廠的建筑照明系統(tǒng)中，室內(nèi)燈光可以根據(jù)光照度和人體感應(yīng)探頭自動調(diào)節(jié)燈光開關(guān)和亮度，同時在辦公區(qū)域的燈光可以根據(jù)時間自動調(diào)節(jié)色溫，在早上和午后使用冷白色的燈光，激勵室內(nèi)人員工作；在中午和下班后使用溫暖的燈光，讓人體感到放松。這些燈光的調(diào)節(jié)都是通過DALI照明總線直接接入ILC 2050 BI控制系統(tǒng)，不但便于布線，還可以實(shí)現(xiàn)燈光調(diào)節(jié)，并且數(shù)萬盞LED燈具的狀態(tài)也可直接監(jiān)測到，大大降低了維護(hù)成本。每年通過調(diào)光節(jié)省的電能高達(dá)24896.84kW·h。

圖8 舒適且節(jié)能的智能照明系統(tǒng)及相關(guān)工藝算法功能塊

實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)防性維護(hù)

運(yùn)營成本降低的另一個方面是因?yàn)榻档土思夹g(shù)樓宇管理（TBM）成本?，F(xiàn)代大型智能工廠和樓宇中的機(jī)電設(shè)備龐雜，這就大大增加了管控維護(hù)成本，傳統(tǒng)的控制方式是通過開關(guān)量和模擬量來控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，并不注重設(shè)備的狀態(tài)，不便于維護(hù)。而全新智能工廠中大量使用了帶總線通訊的智能設(shè)備，這樣不但減少了施工布線成本，而且智能設(shè)備的工作狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)以及故障信息都可發(fā)送到控制系統(tǒng)。

圖9 IoT的控制系統(tǒng)連接智能的現(xiàn)場設(shè)備

ILC 2050 BI支持多種協(xié)議：BAC net/IP ，Modbus TCP，Modbus RTU，LON，KNX/IP，SNMP， DALI等，可輕松集成各種智能設(shè)備。同時Emalytics軟件系統(tǒng)針對不同設(shè)備配備了各種軟件模型，可將設(shè)備信息完整的顯示出來。如圖10所示，變頻風(fēng)機(jī)的功能塊可完整的顯示風(fēng)機(jī)狀態(tài)和各種可能的故障信息。

在Emalytics一體化平臺中，不但可以監(jiān)控到各個智能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和能耗數(shù)據(jù)，同時各設(shè)備的狀態(tài)和診斷信息也一應(yīng)俱全，對于一些重要參數(shù)（如運(yùn)行溫度、震動、扭矩、運(yùn)行時間等值）會做比對和記錄，如果發(fā)現(xiàn)某臺設(shè)備連續(xù)出現(xiàn)極限值時，會做出智能判斷并報出警告。

圖10 預(yù)防性維護(hù)建立在針對智能設(shè)備信息模型的大量數(shù)據(jù)分析上

當(dāng)出現(xiàn)警報時系統(tǒng)不但會在一體化平臺上顯示，而且會根據(jù)警報的級別自動發(fā)郵件或短信到維護(hù)人員的智能終端上。這樣就實(shí)現(xiàn)了預(yù)防性維護(hù)，而且當(dāng)故障發(fā)生時，系統(tǒng)會直接提醒故障信息，避免了沒出故障靠巡檢，出了故障不知道怎么處理的情況。

IoT功能帶來無限可能

基于IoT的Emalytics系統(tǒng)還支持OPC UA、MQTT之類的通訊協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)更多IoT的功能。

• 通過郵件系統(tǒng)預(yù)定室內(nèi)暖通、照明系統(tǒng)啟停，可實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)排產(chǎn)計劃的對接。
  

• 與屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)及電動汽車充電樁系統(tǒng)集成。
  

• 通過Emalytics系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)AR操作，助力打造智能工廠。
  

菲尼克斯電氣智能工廠樓宇控制系統(tǒng)，擁有經(jīng)典的工業(yè)級模塊化設(shè)計，支持眾多行業(yè)通訊協(xié)議，結(jié)合德國工匠數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)的獨(dú)特算法工藝包，將幫助用戶的智能工廠和樓宇實(shí)現(xiàn)真正的能源優(yōu)化和預(yù)防性維護(hù)，從而大大節(jié)約運(yùn)營成本，基于IoT的眾多功能將為各行業(yè)用戶的智能工廠創(chuàng)造無限可能。

摘自《自動化博覽》2020年1月刊