劉劍敏，胡小虎，余 數(shù)，朱明山，王小歡，孔 磊，張建利

(1.浙江中煙工業(yè)有限公司 寧波卷煙廠，浙江 寧波 315000；2.機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司 第四工程院，河南 鄭州 450007)

現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展受資源環(huán)境制約的問題越來越突出，國家煙草專賣局印發(fā)的煙草行業(yè)“十三五”節(jié)能減排工作方案，明確了行業(yè)節(jié)能減排總體目標(biāo)，要求行業(yè)內(nèi)各單位結(jié)合工作實際，采取切實可行措施，落實各項工作部署，以確保減排任務(wù)的完成[1-2].因此，節(jié)能減排、建設(shè)資源節(jié)約型工廠已成為寧波卷煙廠遷至奉化江畔的緊要工作[3].2017年，寧波卷煙廠耗電為3 675萬kWh，天然氣用量為441萬Nm3.這兩項共折合9 923 t標(biāo)準(zhǔn)煤.其中空調(diào)系統(tǒng)消耗3 027 t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全廠能耗的30%以上.因此，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能問題在整個節(jié)能減排工作中占有十分重要的位置[4-5].通常空調(diào)系統(tǒng)按天氣最熱、負(fù)荷最大進行設(shè)計，且預(yù)留了10%～20%的設(shè)計余量，而其實際運行中并不會達到滿負(fù)荷，存在較大的富余[6].同時，空調(diào)系統(tǒng)啟停和生產(chǎn)設(shè)備啟停未進行聯(lián)動控制.為確保生產(chǎn)的溫濕度環(huán)境符合工藝要求，工作時間內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)一直處于開啟狀態(tài)，而生產(chǎn)設(shè)備工作時間內(nèi)啟停存在不確定性，當(dāng)部分或全部生產(chǎn)線停機時，開啟的空調(diào)系統(tǒng)能耗幾乎照常.因此，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能潛力巨大.

“十二五”異地技改后，寧波卷煙廠已經(jīng)建立的動力實時監(jiān)控系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)，主要用于對前端制冷機組、空調(diào)機組進行控制，并對生產(chǎn)末端溫濕度環(huán)境進行監(jiān)視，但缺少對生產(chǎn)全局的監(jiān)控，且空調(diào)系統(tǒng)啟停與生產(chǎn)設(shè)備無關(guān)聯(lián)、不對接，無法對制絲和卷包等生產(chǎn)區(qū)域的空調(diào)終端服務(wù)進行精準(zhǔn)性、合理性和節(jié)能性管控，易造成空調(diào)系統(tǒng)冷量過早供給，過度供給，導(dǎo)致產(chǎn)品的整體能耗偏高[7-8].2017年1月，該廠單箱能源消耗曾高達3.46 kgce/萬支(ce指標(biāo)準(zhǔn)煤)，處于行業(yè)生產(chǎn)運行能耗較高水平.基于這一情況，寧波卷煙廠動力車間創(chuàng)新團隊以高度負(fù)責(zé)的態(tài)度，開展過程控制，加強全局監(jiān)控，采用自主開發(fā)模式，結(jié)合MES(Manufacturing Execution System)和集中監(jiān)控系統(tǒng)進行研發(fā)，對各設(shè)備的運行參數(shù)進行實時處理，并根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)對空調(diào)系統(tǒng)進行實時控制，以實現(xiàn)基于生產(chǎn)驅(qū)動的空調(diào)智能聯(lián)控，打造空調(diào)供應(yīng) “運行作業(yè)”管控信息命運共同體.

1 實施空調(diào)智能聯(lián)控的技術(shù)準(zhǔn)備

1.1 加熱閥過程控制

在空調(diào)系統(tǒng)開啟階段，尤其是冬季，蒸汽管道由冷態(tài)投入運行，如果蒸汽加熱閥開啟過快，則會引起水擊現(xiàn)象，并伴有振動和響聲，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致?lián)Q熱器破裂.安全起見，加熱閥通常由操作人員手動緩慢打開.動力車間創(chuàng)新團隊經(jīng)過研究，設(shè)計了一套新的更符合實際需求的加熱閥控制方法，即在原PLC程序控制的基礎(chǔ)上，對加熱閥進行PID控制.

加熱閥輸出開度為：

式中：t1為開機后累積運行時間；t2為限制時間；V1為加熱閥初始開度.

當(dāng)Vout小于原PLC程序算出的加熱閥開度時，控制系統(tǒng)按照Vout輸出；當(dāng)Vout大于原PLC程序算出的加熱閥開度時，控制系統(tǒng)按照原PLC程序算出的加熱閥開度輸出.

由于采用該控制方法時加熱閥是緩慢打開的，因此避免了水擊現(xiàn)象的發(fā)生.對加熱閥的過程控制為空調(diào)智能聯(lián)控創(chuàng)造了條件.

1.2 生產(chǎn)全局監(jiān)控

為了監(jiān)控卷煙生產(chǎn)所有環(huán)節(jié)，及時將反映車間生產(chǎn)狀況的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂剖?，為空調(diào)智能聯(lián)控提供技術(shù)支撐，動力車間創(chuàng)新團隊開發(fā)了生產(chǎn)全局監(jiān)控系統(tǒng).生產(chǎn)全局監(jiān)控系統(tǒng)利用iFIX平臺和WEB軟件接收并顯示數(shù)據(jù).該系統(tǒng)的制絲線動能供應(yīng)監(jiān)控畫面如圖1所示.

生產(chǎn)全局監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：①其監(jiān)控畫面能顯示所有生產(chǎn)工藝流程、工藝設(shè)備的啟停狀態(tài)及貯柜內(nèi)存料的數(shù)量等；②其監(jiān)控畫面上可實時顯示生產(chǎn)線上產(chǎn)品牌號、當(dāng)前各工段的狀況和生產(chǎn)進度；③通過該系統(tǒng)，生產(chǎn)動能供應(yīng)情況(包括空調(diào)出風(fēng)口溫濕度、除塵/排潮的電機工作頻率、壓縮空氣和蒸汽供應(yīng)量等信息)可顯示在監(jiān)控畫面上.

2 空調(diào)智能聯(lián)控系統(tǒng)

基于生產(chǎn)驅(qū)動的空調(diào)智能聯(lián)控系統(tǒng)是動力車間創(chuàng)新團隊自主開發(fā)的一套空調(diào)設(shè)備集成控制系統(tǒng).該系統(tǒng)的控制區(qū)域覆蓋制絲車間和卷包車間.它針對制絲車間不規(guī)律且不連續(xù)的作業(yè)模式，通過對接MES來實現(xiàn)廠內(nèi)各區(qū)域的數(shù)據(jù)通信，并對全廠信息進行有效整合.此外，它通過實時采集生產(chǎn)線作業(yè)信息，能提前發(fā)出相應(yīng)區(qū)域空調(diào)設(shè)備的啟停信號，而且可根據(jù)空調(diào)負(fù)荷及時調(diào)整空調(diào)設(shè)備的運行臺數(shù)及運行頻率，實現(xiàn)空調(diào)負(fù)荷的自我調(diào)節(jié)[9].

空調(diào)智能聯(lián)控系統(tǒng)的集中顯示界面如圖2所示.

通過空調(diào)智能聯(lián)控系統(tǒng)，在保證滿足生產(chǎn)現(xiàn)場溫濕度要求的同時，可降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，以最少的投入滿足生產(chǎn)需求，也可有效解決空調(diào)設(shè)備因分布區(qū)域廣而難以管理的問題，實現(xiàn)全廠空調(diào)系統(tǒng)的智能控制.

3 實施空調(diào)智能聯(lián)控的節(jié)能效果分析

為說明基于生產(chǎn)驅(qū)動的空調(diào)智能聯(lián)控系統(tǒng)在運行經(jīng)濟性、節(jié)能減排方面的優(yōu)勢，本文對該系統(tǒng)實施前(2017年7月)和實施后(2018年7月)的空調(diào)系統(tǒng)電耗和氣耗數(shù)據(jù)進行對比分析(圖3).2017年7月空調(diào)系統(tǒng)耗電為164.4 萬kWh，耗汽為591.6 t，兩項折合標(biāo)準(zhǔn)煤為256.1 t；2018年7月空調(diào)系統(tǒng)耗電為162.5 萬kWh，耗汽為656.5 t，兩項折合標(biāo)準(zhǔn)煤為259.7 t.從表面上看，2018年7月比2017年7月的空調(diào)系統(tǒng)耗能多.但根據(jù)空調(diào)智能聯(lián)控系統(tǒng)實施前后空調(diào)系統(tǒng)日均電耗、氣耗對比(圖4)可知，2017年7月生產(chǎn)時間為19 d，2018年7月生產(chǎn)時間為22 d，以工作日為基準(zhǔn)，通過實施空調(diào)智能聯(lián)控，2018年7月份空調(diào)系統(tǒng)日均電耗減少12 663 kWh，同比下降14.6%，汽耗減少1.3 t，同比下降4.2%，兩項折合每天節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1 675 kg， 節(jié)能降耗效果明顯.

圖3 實施空調(diào)智能聯(lián)控前后兩個7月份的電耗、汽耗對比曲線

圖4 空調(diào)智能聯(lián)控系統(tǒng)實施前后空調(diào)系統(tǒng)日均電耗、汽耗對比

減少空調(diào)系統(tǒng)運行電耗和汽耗，意味著降低電廠燃煤所產(chǎn)生的SO2、NOx和CO2的排放[10]，達到節(jié)能減排的目的.寧波卷煙廠實施空調(diào)智能聯(lián)控后，以每年生產(chǎn)運行250 d計，節(jié)約能耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤418.8 t ，減少投資272.6萬元；同時減少1 115.55 t CO2、9.38 t SO2和3.77 t NOx的排放，減排效果顯著(表1).

表1 實施空調(diào)智能聯(lián)控的減排效果 t/年

4 結(jié) 論

基于生產(chǎn)驅(qū)動的空調(diào)智能聯(lián)控系統(tǒng)，能夠提高空調(diào)系統(tǒng)的自動化程度，減輕操作人員的工作負(fù)擔(dān)；使空調(diào)系統(tǒng)與生產(chǎn)工藝無縫對接，徹底解決空調(diào)系統(tǒng)冷量過早供給、過度供給的難題；降低空調(diào)系統(tǒng)的運行費用；減少SO2、NOx以及CO2等污染物的排放.