以空壓機為代表的動(dòng)力中心是制造型企業(yè)非常重要的組成部分，也是企業(yè)能耗管理重點(diǎn)所在。正是因其特殊性和代表性，動(dòng)力中心的“智能化”升級，已被看作是傳統制造企業(yè)擁抱工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級轉型的第一步和最佳“切入點(diǎn)”。
“智慧氣站”解決方案的核心是基于數字化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的，集成了通訊、采集、計算、控制、存儲等功能的壓縮空氣全方位管理。有各種控制機柜部署在氣站現場(chǎng)，使用物聯(lián)工業(yè)網(wǎng)關(guān)適配器Aprus采集空壓機的控制器與電能表、管道的計算儀，用氣末端的壓力變送器等設備運行參數，再使用網(wǎng)線(xiàn)、Wifi或4G等方式，把采集到的運行參數上報到部署在控制機柜中的MixIOT平臺，通過(guò)MixIOT的動(dòng)態(tài)配載（Dynaload）功能運用科學(xué)的算法計算最優(yōu)空壓機組配載策略，控制空壓機運行狀態(tài)。MixIOT對氣站設備狀態(tài)進(jìn)行呈現、監控、統計、存儲、預警，通過(guò)大數據分析，對空壓機組優(yōu)化策略進(jìn)行更合理的調整和優(yōu)化。通過(guò)路由器將MixIOT平臺處理后的數據上報到云平臺，使用電腦、手機app對智慧氣站進(jìn)行遠程管理空壓機運行狀態(tài)。
某傳感器制造公司項目改造案例
實(shí)施前客戶(hù)氣站狀況：
主要有4個(gè)廠(chǎng)房，每個(gè)廠(chǎng)房獨立使用一臺變頻空壓機，一線(xiàn)、二線(xiàn)、三線(xiàn)廠(chǎng)房之間管道是互通的，廠(chǎng)房與廠(chǎng)房之間的管道中間裝有閥門(mén)，為常閉狀態(tài)。四線(xiàn)廠(chǎng)房完全獨立，因此，四個(gè)廠(chǎng)房可以默認為是相互獨立用氣。
空壓機產(chǎn)生壓縮空氣主要用于兩部分：
1、車(chē)間生產(chǎn)用氣，提供車(chē)間設備用氣，氣壓需保持在0.75MPa左右。2、給制氮機供氣，生產(chǎn)出氮氣供黑料罐和戊烷罐使用，末端氣壓基本只需保持在0.2MPa以上即可。
每個(gè)車(chē)間氣站主要由1臺空壓機+2個(gè)儲氣罐+1根生產(chǎn)用氣管道+1根制氮用氣管道組成，具體情況如下：
1、空壓機：4臺，功率：55kW。2、空壓機儲氣罐：4個(gè)，容積：2m3。3、氮氣儲氣罐：4個(gè)，容積：2m3。4、電能表：4個(gè)，一臺空壓機配一個(gè)電表。5、用氣末端壓力：分為生產(chǎn)用氣和氮氣，生產(chǎn)用氣直接使用壓縮空氣；氮氣是將壓縮空氣經(jīng)過(guò)制氮機后分離出用于黑料罐和戊烷罐。（1）生產(chǎn)用氣：壓力直接讀取空壓機排氣壓力。（2）氮氣末端：
●一線(xiàn)，直接讀取兩個(gè)黑料罐壓力；
●二線(xiàn)，增加壓力變送器，讀取戊烷罐末端壓力。
●三線(xiàn)，直接讀取三個(gè)黑料罐壓力，增加壓力變送器，讀取戊烷罐末端壓力。
●四線(xiàn)，增加壓力變送器，讀取黑料罐和戊烷罐共用主管道末端壓力。
使用壓縮空氣的主要生產(chǎn)設備：
1、雙帶機、帶鋸機、碼垛機、涼床，生產(chǎn)時(shí)開(kāi)機，停產(chǎn)時(shí)關(guān)機。2、戊烷罐、黑料罐，生產(chǎn)時(shí)開(kāi)機，停產(chǎn)時(shí)需保證罐內壓力不處于負壓狀態(tài)，因此需實(shí)時(shí)監控進(jìn)行補充壓縮空氣，接線(xiàn)圖如圖2。
每條線(xiàn)氣站主要耗電設備如表1。
上述空壓機都是變頻空壓機，給各個(gè)車(chē)間提供生產(chǎn)用氣和氮氣原料輸入，車(chē)間不生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)用氣可關(guān)閉，但氮氣末端壓力，即使不生產(chǎn)時(shí)也需要保證末端壓力正常。因此，車(chē)間空壓機需保持24H開(kāi)啟，用于保證氮氣末端壓力正常，停產(chǎn)狀態(tài)下，黑料罐和戊烷罐消耗氮氣極少。車(chē)間7:50-19:00屬于上班時(shí)間，夜間不生產(chǎn)；并且車(chē)間換線(xiàn)時(shí)間較長(cháng)（大約1-2小時(shí)），以及白天不生產(chǎn)的情況。這些情況下，一直將空壓機保持開(kāi)啟狀態(tài)存在很大的能耗浪費。因此，實(shí)時(shí)監控氮氣末端壓力，壓力正常時(shí)關(guān)閉空壓機，接近異常時(shí)，開(kāi)啟空壓機，對于節能降耗有很大的幫助。
客戶(hù)氣站能耗分析如圖3。
圖3為項目實(shí)施前一線(xiàn)空壓機10天電量消耗和運行情況，可以很明顯地看出空壓機24小時(shí)都處于開(kāi)機運行狀態(tài)，即使夜間停產(chǎn)，為保證黑料罐、戊烷罐壓力正常，空壓機仍然開(kāi)啟著(zhù)，并且一直處于加載狀態(tài)，每小時(shí)大約有33kW·h的電量損耗。另外，從上圖還可以看出，白天生產(chǎn)時(shí)也有較多的時(shí)間處于換線(xiàn)或者停產(chǎn)狀態(tài)，但空壓機也是開(kāi)啟著(zhù)，并一直處于加載狀態(tài)，造成電量的浪費。根據現場(chǎng)了解到，停產(chǎn)或換線(xiàn)時(shí)，基本只需要保證黑料罐、戊烷罐壓力正常即可，生產(chǎn)不需要用氣，而黑料罐和戊烷罐在停產(chǎn)狀態(tài)下用氣量極少，只需偶爾補充氮氣罐氣體即可，但因為無(wú)法實(shí)時(shí)把控黑料罐和戊烷罐末端壓力，為保證安全和后續正常生產(chǎn)，所以只能一直將空壓機開(kāi)啟，保證充足供氣。另外換線(xiàn)或停產(chǎn)狀態(tài)下，產(chǎn)線(xiàn)沒(méi)有關(guān)閉生產(chǎn)用氣閥門(mén)的習慣，導致壓縮空氣一直經(jīng)過(guò)生產(chǎn)管道被排放，因此，管道壓力一直無(wú)法達到卸載壓力要求，空壓機一直處于加載狀態(tài)。
通常情況下，造成氣站有效利用率較低的原因一般分為以下四種：
1、空壓機本身配置參數不匹配原因；
2、設備維護不到位，或維保不及時(shí)導致；
3、設備、管道規劃不合理，及管道密封不好，有漏氣現象存在發(fā)生；
4、生產(chǎn)現場(chǎng)用氣與氣站機房人員無(wú)法實(shí)時(shí)確認現場(chǎng)用氣，以至供需不平衡導致。
根據現場(chǎng)情況和客觀(guān)條件限制，本次項目主要針對第四種原因制定具體解決方案。
針對該客戶(hù)的具體方案：
通過(guò)上述分析，要優(yōu)化當前氣站提高利用率，主要需解決一個(gè)方面的問(wèn)題，即供需不平衡導致的浪費問(wèn)題。增加系統自動(dòng)控制功能，實(shí)時(shí)監控每個(gè)氣站黑料罐、戊烷罐的末端壓力，當產(chǎn)線(xiàn)停產(chǎn)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉空壓機，當監控到黑料罐、戊烷罐的末端壓力接近最低值時(shí)，系統自動(dòng)開(kāi)啟空壓機，及時(shí)補充末端氮氣，保證末端壓力正常。
由此形成的針對該客戶(hù)的具體控制策略如表2。
項目實(shí)施后節能效果：
圖4是對一線(xiàn)夜間空壓機自動(dòng)控制后的電量曲線(xiàn)圖。
控制前，空壓機夜間每小時(shí)耗電大約33kW·h，控制后，空壓機夜間每小時(shí)耗電大約2kW·h左右。大約平均每小時(shí)減少30kW·h的耗電。一般夜間停產(chǎn)時(shí)間大約為10-12個(gè)小時(shí)，取平均值11小時(shí)。因此，一臺空壓機一晚可節約用電30×11=330kW·h，一臺空壓機一個(gè)月僅夜間可節約電量近10000kW·h。
圖5是一線(xiàn)空壓機狀態(tài)和氮氣末端壓力曲線(xiàn)圖，系統根據夜間氮氣末端壓力，自動(dòng)對空壓機進(jìn)行開(kāi)關(guān)機控制，保證氮氣末端壓力保持在正常范圍。
通過(guò)系統的自動(dòng)控制，大大減少了空壓機的運行時(shí)間，有效的保證了氮氣末端壓力的正常，在安全和節能上達到統一。
二、三、四線(xiàn)節能前與一線(xiàn)情況一樣，將自動(dòng)控制擴展至二、三、四線(xiàn)后，停產(chǎn)狀態(tài)下的節能效果也有了較大的提升，解決了空壓機在停產(chǎn)狀態(tài)下依舊要持續運行來(lái)保證氮氣末端壓力正常的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)時(shí)監測和自動(dòng)控制，做到了既保證氮氣末端壓力正常，且減少空壓機無(wú)效做功的問(wèn)題。以下為其它三條線(xiàn)節能后的效果曲線(xiàn)圖。
本項目未實(shí)施前，每臺空壓機日耗電量大約在1000kW·h，即4臺空壓機月耗電約120000kW·h。項目實(shí)施后，每臺空壓機每日大約可節電330kW·h，即4臺空壓機月節電可達40000kW·h，節電率約30%。
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以空壓機為代表的動(dòng)力中心是制造型企業(yè)非常重要的組成部分，也是企業(yè)能耗管理重點(diǎn)所在。正是因其特殊性和代表性，動(dòng)力中心的“智能化”升級，已被看作是傳統制造企業(yè)擁抱工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級轉型的第一步和最佳“切入點(diǎn)”。
“智慧氣站”解決方案的核心是基于數字化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的，集成了通訊、采集、計算、控制、存儲等功能的壓縮空氣全方位管理。有各種控制機柜部署在氣站現場(chǎng)，使用物聯(lián)工業(yè)網(wǎng)關(guān)適配器Aprus采集空壓機的控制器與電能表、管道的計算儀，用氣末端的壓力變送器等設備運行參數，再使用網(wǎng)線(xiàn)、Wifi或4G等方式，把采集到的運行參數上報到部署在控制機柜中的MixIOT平臺，通過(guò)MixIOT的動(dòng)態(tài)配載（Dynaload）功能運用科學(xué)的算法計算最優(yōu)空壓機組配載策略，控制空壓機運行狀態(tài)。MixIOT對氣站設備狀態(tài)進(jìn)行呈現、監控、統計、存儲、預警，通過(guò)大數據分析，對空壓機組優(yōu)化策略進(jìn)行更合理的調整和優(yōu)化。通過(guò)路由器將MixIOT平臺處理后的數據上報到云平臺，使用電腦、手機app對智慧氣站進(jìn)行遠程管理空壓機運行狀態(tài)。
某傳感器制造公司項目改造案例
實(shí)施前客戶(hù)氣站狀況：
主要有4個(gè)廠(chǎng)房，每個(gè)廠(chǎng)房獨立使用一臺變頻空壓機，一線(xiàn)、二線(xiàn)、三線(xiàn)廠(chǎng)房之間管道是互通的，廠(chǎng)房與廠(chǎng)房之間的管道中間裝有閥門(mén)，為常閉狀態(tài)。四線(xiàn)廠(chǎng)房完全獨立，因此，四個(gè)廠(chǎng)房可以默認為是相互獨立用氣。
空壓機產(chǎn)生壓縮空氣主要用于兩部分：
1、車(chē)間生產(chǎn)用氣，提供車(chē)間設備用氣，氣壓需保持在0.75MPa左右。2、給制氮機供氣，生產(chǎn)出氮氣供黑料罐和戊烷罐使用，末端氣壓基本只需保持在0.2MPa以上即可。
每個(gè)車(chē)間氣站主要由1臺空壓機+2個(gè)儲氣罐+1根生產(chǎn)用氣管道+1根制氮用氣管道組成，具體情況如下：
1、空壓機：4臺，功率：55kW。2、空壓機儲氣罐：4個(gè)，容積：2m3。3、氮氣儲氣罐：4個(gè)，容積：2m3。4、電能表：4個(gè)，一臺空壓機配一個(gè)電表。5、用氣末端壓力：分為生產(chǎn)用氣和氮氣，生產(chǎn)用氣直接使用壓縮空氣；氮氣是將壓縮空氣經(jīng)過(guò)制氮機后分離出用于黑料罐和戊烷罐。（1）生產(chǎn)用氣：壓力直接讀取空壓機排氣壓力。（2）氮氣末端：
●一線(xiàn)，直接讀取兩個(gè)黑料罐壓力；
●二線(xiàn)，增加壓力變送器，讀取戊烷罐末端壓力。
●三線(xiàn)，直接讀取三個(gè)黑料罐壓力，增加壓力變送器，讀取戊烷罐末端壓力。
●四線(xiàn)，增加壓力變送器，讀取黑料罐和戊烷罐共用主管道末端壓力。
使用壓縮空氣的主要生產(chǎn)設備：
1、雙帶機、帶鋸機、碼垛機、涼床，生產(chǎn)時(shí)開(kāi)機，停產(chǎn)時(shí)關(guān)機。2、戊烷罐、黑料罐，生產(chǎn)時(shí)開(kāi)機，停產(chǎn)時(shí)需保證罐內壓力不處于負壓狀態(tài)，因此需實(shí)時(shí)監控進(jìn)行補充壓縮空氣，接線(xiàn)圖如圖2。
每條線(xiàn)氣站主要耗電設備如表1。
上述空壓機都是變頻空壓機，給各個(gè)車(chē)間提供生產(chǎn)用氣和氮氣原料輸入，車(chē)間不生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)用氣可關(guān)閉，但氮氣末端壓力，即使不生產(chǎn)時(shí)也需要保證末端壓力正常。因此，車(chē)間空壓機需保持24H開(kāi)啟，用于保證氮氣末端壓力正常，停產(chǎn)狀態(tài)下，黑料罐和戊烷罐消耗氮氣極少。車(chē)間7:50-19:00屬于上班時(shí)間，夜間不生產(chǎn)；并且車(chē)間換線(xiàn)時(shí)間較長(cháng)（大約1-2小時(shí)），以及白天不生產(chǎn)的情況。這些情況下，一直將空壓機保持開(kāi)啟狀態(tài)存在很大的能耗浪費。因此，實(shí)時(shí)監控氮氣末端壓力，壓力正常時(shí)關(guān)閉空壓機，接近異常時(shí)，開(kāi)啟空壓機，對于節能降耗有很大的幫助。
客戶(hù)氣站能耗分析如圖3。
圖3為項目實(shí)施前一線(xiàn)空壓機10天電量消耗和運行情況，可以很明顯地看出空壓機24小時(shí)都處于開(kāi)機運行狀態(tài)，即使夜間停產(chǎn)，為保證黑料罐、戊烷罐壓力正常，空壓機仍然開(kāi)啟著(zhù)，并且一直處于加載狀態(tài)，每小時(shí)大約有33kW·h的電量損耗。另外，從上圖還可以看出，白天生產(chǎn)時(shí)也有較多的時(shí)間處于換線(xiàn)或者停產(chǎn)狀態(tài)，但空壓機也是開(kāi)啟著(zhù)，并一直處于加載狀態(tài)，造成電量的浪費。根據現場(chǎng)了解到，停產(chǎn)或換線(xiàn)時(shí)，基本只需要保證黑料罐、戊烷罐壓力正常即可，生產(chǎn)不需要用氣，而黑料罐和戊烷罐在停產(chǎn)狀態(tài)下用氣量極少，只需偶爾補充氮氣罐氣體即可，但因為無(wú)法實(shí)時(shí)把控黑料罐和戊烷罐末端壓力，為保證安全和后續正常生產(chǎn)，所以只能一直將空壓機開(kāi)啟，保證充足供氣。另外換線(xiàn)或停產(chǎn)狀態(tài)下，產(chǎn)線(xiàn)沒(méi)有關(guān)閉生產(chǎn)用氣閥門(mén)的習慣，導致壓縮空氣一直經(jīng)過(guò)生產(chǎn)管道被排放，因此，管道壓力一直無(wú)法達到卸載壓力要求，空壓機一直處于加載狀態(tài)。
通常情況下，造成氣站有效利用率較低的原因一般分為以下四種：
1、空壓機本身配置參數不匹配原因；
2、設備維護不到位，或維保不及時(shí)導致；
3、設備、管道規劃不合理，及管道密封不好，有漏氣現象存在發(fā)生；
4、生產(chǎn)現場(chǎng)用氣與氣站機房人員無(wú)法實(shí)時(shí)確認現場(chǎng)用氣，以至供需不平衡導致。
根據現場(chǎng)情況和客觀(guān)條件限制，本次項目主要針對第四種原因制定具體解決方案。
針對該客戶(hù)的具體方案：
通過(guò)上述分析，要優(yōu)化當前氣站提高利用率，主要需解決一個(gè)方面的問(wèn)題，即供需不平衡導致的浪費問(wèn)題。增加系統自動(dòng)控制功能，實(shí)時(shí)監控每個(gè)氣站黑料罐、戊烷罐的末端壓力，當產(chǎn)線(xiàn)停產(chǎn)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉空壓機，當監控到黑料罐、戊烷罐的末端壓力接近最低值時(shí)，系統自動(dòng)開(kāi)啟空壓機，及時(shí)補充末端氮氣，保證末端壓力正常。
由此形成的針對該客戶(hù)的具體控制策略如表2。
項目實(shí)施后節能效果：
圖4是對一線(xiàn)夜間空壓機自動(dòng)控制后的電量曲線(xiàn)圖。
控制前，空壓機夜間每小時(shí)耗電大約33kW·h，控制后，空壓機夜間每小時(shí)耗電大約2kW·h左右。大約平均每小時(shí)減少30kW·h的耗電。一般夜間停產(chǎn)時(shí)間大約為10-12個(gè)小時(shí)，取平均值11小時(shí)。因此，一臺空壓機一晚可節約用電30×11=330kW·h，一臺空壓機一個(gè)月僅夜間可節約電量近10000kW·h。
圖5是一線(xiàn)空壓機狀態(tài)和氮氣末端壓力曲線(xiàn)圖，系統根據夜間氮氣末端壓力，自動(dòng)對空壓機進(jìn)行開(kāi)關(guān)機控制，保證氮氣末端壓力保持在正常范圍。
通過(guò)系統的自動(dòng)控制，大大減少了空壓機的運行時(shí)間，有效的保證了氮氣末端壓力的正常，在安全和節能上達到統一。
二、三、四線(xiàn)節能前與一線(xiàn)情況一樣，將自動(dòng)控制擴展至二、三、四線(xiàn)后，停產(chǎn)狀態(tài)下的節能效果也有了較大的提升，解決了空壓機在停產(chǎn)狀態(tài)下依舊要持續運行來(lái)保證氮氣末端壓力正常的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)時(shí)監測和自動(dòng)控制，做到了既保證氮氣末端壓力正常，且減少空壓機無(wú)效做功的問(wèn)題。以下為其它三條線(xiàn)節能后的效果曲線(xiàn)圖。
本項目未實(shí)施前，每臺空壓機日耗電量大約在1000kW·h，即4臺空壓機月耗電約120000kW·h。項目實(shí)施后，每臺空壓機每日大約可節電330kW·h，即4臺空壓機月節電可達40000kW·h，節電率約30%。
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