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案例研究:Mariah 肉类包装厂能耗监控———成本不断提升威胁肉类包装厂的生存,为此Holmes Energy公司基于Opto 22系统实施能源监测

2012-04-16美国OPTO 22公司上海代表处

背景

  北美肉类包装厂正在迅速倒闭,还有许多厂正遭受着财政危机。Mariah公司也不例外。数据表明肉类包装厂能耗是第三大经济消耗(排在原产品和员工之后),而肉厂对钱消耗在何处没有概念。事实上,费用支出如此巨大,Mariah公司已从本地电力机构,寻找到一个“无需成本”能源审查。而肉厂管理(包括厂长John Stadler)阅读到账单报告,却发现这个节约的建议只是照明系统中使用更多的能源节约灯泡,他们意识到这个账单在Mariah设备中对于复杂的系统毫无线索。每年的经费三分之二花费在电力上,这已清晰表明公司如果想挽回局面就需要减少电力开销。


  为了更好了解并控制能源账单,Mariah公司向Holmes Energy公司求助,该公司是能源消耗、系统运营、控制、维护方面的专家。Holmes Energy公司决定Marish肉类包装厂能源管理项目首先应该是探索。包括搜集设备清单、系统框架理图以及过去的电力、气体、水、污水相关设备故障及消耗的记录报告,。进一步的检测和讨论显示何时电力、制冷压缩机、冷却塔、空气压缩机、泵、照明及各种设备都在持续运行,并都认为消耗很多能源。问题是,能源用到哪里去了?


 
监测及数据采集
  为了回答这个问题,Holmes Energy公司设计并安装了AutoPilot Energy Information System(AutoPilot能源信息系统)进行监测、识别、管理,并最终减少Mariah公司的电力消耗。AutoPilot系统基于Opto 22硬件,在关键位置安装了多套Opto系统,包括贯穿工厂和机器及设备的IO、设备的电力表。与Mariah公司的独立机器和设备的连接,提供监测甚至微小的电力改变,以及精确识别大型能耗的能力。“只监测电表将显示何时电能消耗,但是Opto I/O被证明具有更多的好处,可精确追踪工厂内资金都流向了何处”,Holmes公司解释。


  因为Marish公司主要的设备大部分已拥有独立、正常工作的控制系统,工厂操作人员熟悉并能良好适应它们,AutoPilot系统设计的只是用于直接监测和数据采集的,。AutoPilot系统硬件也利用标准通信技术,允许Holmes公司远程接入及每天通过PC浏览能量数据,并提供不断的分析及建议。


  显示的是实际的工厂及设备实时及历史用户界面由系统提供,,因为信息由图标形式展现,Mariah公司操作及维护人员直观易懂。设备运行和消耗的报告不仅在能量单元可见,也可从资金消耗上获得。这种形式的数据报告允许厂长Stadler和其他人明白每个系统,每天每小时花费的资金。


  积累的数据不久就显示Mariah冷藏系统消耗了了工厂三分之二电力。很明显的,能源管理的努力应该从开始就聚焦于系统。这里揭示了一个长达30年之久的问题,总的成本可能达到数十万美金。


  能量监测系统安装后,当地电力公司的工业能源工程师致电Holmes公司,通知他们Mariah公司正面临着投资$100,000美元在新的变压设备中中,为在夏天之前添加更多的冷藏设备作准备。而Holmes公司了解到,数据显示该工厂已经拥有至少所需冷藏容量的两倍。经过会议讨论,工厂管理人员及工程师认识到,此举并不解决本质问题。


  “他们看到的是过去使用的情况,而我看到的是他们需要什么。”Holmes公司声明。“我们监测系统的数据,与工厂所需能源的模型相比较,显示即使在一年中最炎热的天气,工厂都有两至三倍冷藏空间,我们需要找到为何没有实现这点,而不是花费巨资在不必要的新的变压站或冷冻机等其他事情上。”

 

深度剖析
  最新获得数据提供了一个重新测试工厂热工的机会,并可能解释为何冷藏需求无法被满足的原因。举例,当250磅活猪送去工厂加工,每只动物的体温在103华氏度。管理条例要求在加工后,肉类温度在固定时间后,降低到冷却器或冷藏室的温度。使用工程物理学及肉类的比热,就可计算出工厂每天每只猪每小时需要降低的温度,以及由此而需的冷却。Mariah公司的冷藏系统可使温热的肉类进入不断冷却的状态。也需要去除从人群、灯光、发动机、用于清洗的滚烫热水获得的热量。在夏天,冷藏系统也要和穿透屋顶与墙壁,以及通过空气流入室内的热量抗衡。由于部分建筑已有75年悠久的历史,与外界隔绝措施并不完善,工人们自然会认为这是工厂冷藏肉类困难的主要原因。但无论是什么原因,实施起来,就整个工程能量平衡而言,“进热量”必须与“出热量”想等。Mariah公司员工明白这点,但依旧的问题是:为何在炎热的夏天无法充分的冷却?

  周一上午2点收集的数据,当室外温度是–20华氏度,冷藏系统显示所提供的400吨的制冷。运行需要大约600千瓦(KW)。一千瓦时(kWh)5分钱,成本是一小时30美元,或者一天720美元。但在上午2点,工厂没开灯也没有工人。在周五之后没有产品可进入冷藏系统。在同一天,所有产品需要清洁并审核。只有冷藏系统在运行。

 


 
揭露问题
  最终,他们意识到了问题。冷藏室的冷却悬管具有自动解冻系统。解冻剂进入冷却悬管,因此表层的冰会融化并蒸发。来自冷藏室悬管的热蒸汽,以及之前每段悬管的自动值控制着解冻进程。如果之前的数值无法使系统正常工作,热蒸汽不断泄露进入冷藏室悬管,将产生巨大的热量。为了与此对抗,冷藏系统需更多运行(使用自身出力用以支持自身需求),可能不足以支持工厂剩余的冷藏。

 

  为了探究可行性,工程师调查工厂每段线管,并开始手动调近数值。AutoPilot监测系统立即显示每台压缩机的用电量,整个冷藏系统降低运行。(例如,冷藏系统以600kW启动,最后突然降低到30kW)。当完成后,工厂冷藏装载峰值低于200吨(从大约550开始下降),因此证实了Holmes Energy公司的观点,即提供的冷藏液比所需的多了两倍。

 
  揭露的数值问题也证实了Mariah公司不需要花费100,000美元用于新变压器(或者用于冷藏设备成千上万的经费)。这避免了成本对Mariah公司的巨大利益影响。通过修改冷却悬管的数值,可消除冷藏系统的错误导入,每天每小时减少工厂600kWh的电量消耗,每年可节省250,000美元。这个数值多余Mariah公司每年成本的25%。


  此外,许多工人叙述Mariah公司冷藏问题已经存在近30年了。这意味着那些错误的数值可能已经导致超过250万美元的电力成本。还有许多Mariah雇员的士气损失,他们经常与保持环境安全、设备正常工作、面临调整方针相抗衡,所有这些都被透支的冷藏系统所妨碍。

 

  这些信息由基于Opto 22的AutoPilot监测系统所提供,它由Holmes Energy公司设计并安装,不仅减少了Mariah公司的运营成本,也有助于该公司提升利润,基于工厂现状,帮公司作出决定性的商务决策,而不是评估或推测。宁可用精确的管理系统揭示Mariah公司工程中的缺陷,而不是白白将钱花在没有问题的地方。一旦辨别错误后,将对它进行改正,而面临资金流失并倒闭的工厂也将有能力继续经营,并将前所未有的繁荣发展。


  通过大量涌入的与能量相关的,实时的数据,资金周转是有可能的。Mariah公司提供的有效能耗监测信息无法通过其他方式获得。工程师们可立即从电脑屏幕或报告中读到数据,获得足够信息了解之前的神秘问题。这是管理层需要授权的数据,并下拨一定的资金。这不仅是问题的立即补救办法,也可取消的不必要的支出,以新的高效能源模式,整个工厂再评估与改组以提升利益。


  “了解我们工厂成本与特定系统及区域的关系,帮助我们确定在行业内不再有竞争力”Mariah总经理Joe Brands说。“当数据显示成本与我们运营有关,并且程度是新工厂的两倍,那需要改善的需求非常清晰。”
“缺少监测系统的数据,我们无法了解并解决问题,”Holmes说。“完整、精确的信息,便于使用,这是非常关键的;它是以持续进行为基础,创造和保存能量的关键。在尝试解决问题前先了解问题,是非常好并且有效的方法,实时数据是确保能量系统正常操作、维护的关键,以最低总成本控制生产。 关于Holmes Energy公司 Holmes Energy公司始建于1979年,创始人Bill Holmes,一个开发工程师、机械系统设计师、热力学专家,电力系统及能源存储专家,毕业于Purdue大学。Holmes公司的知名客户包括General Electric,Dupont ,Honda,GenCorp和Hoover,而他本人被印第安纳州能源工程师协会、美国能源组织授予许多奖项与认证。欲知更多信息,请关注www.holmesenergy.com。

选择OPTO 22公司 SNAP PAC系统的 六大理由

    1       简单易操作 SNAP PAC系统由四个部分统一整合而成:软件、控制器、智能处理器和I/O。系统建立、调试程序,以及故障维护都更简便,大大减少了系统开发及投入运行的时间。   2       更低的长期成本 SNAP PAC系统的成本低于许多PLC系统,并且由于软件是免费的,您不需要投入高昂的费用,便可投入使用该系统。我们为您提供免费的培训以及技术支持,因此对于设备的整个使用期来测试,系统成本会大幅降低。   3       适用于多类自动应用的SNAP PAC系统 SNAP PAC系统功能强大。一套系统,便可用于多个自动化项目中,帮助您完成过程控制、离散自动化、能耗管理、数据采集,甚至远程集中监控。 分布式智能,帮助您随时随地方便地添加I/O。拥有了有线/无线控制器及I/O,您就可根据实际所需,将有线网络转换到无线网络,或者立即实现两个网络的通讯。 灵活的硬件让您无需浪费更多的投资,节省了金钱及时间。   4       高级编程工具 SNAP PAC系统的编程方式采用直观的流程图,也可运用更高级的脚本语言,或者结合两者一起使用。这两种方法所包括的指令,用于标准的过程控制以及离散自动化的功能块、浮点型数字、串行处理、排列、子程序、指针变量等,其他的高级工具用于复杂的应用。 5       连接到第三方软件及设备 SNAP PAC控制器及智能处理器,支持OPC、Modbus/TCP、EtherNet/IP。可简易地将数据导入到SQL数据库系统,并直接从硬件发送邮件。该系统也可以简单地使用Modbus、DNP、BACnet、CAN或任意基于串口的设备、仪器,进行通讯。   6       业界最好的I/O 凭借着业内最佳的保障:多数SNAP I/O模块终身保用。每个模块出厂前都经过独立测试,而不是抽样测试。SNAP PAC系统可以配置从几个I/O点到数千个I/O点。您可按需,根据信号类型,选择高可靠性的模拟量、数字量、串口模块。电压、电流、交流、直流、热电偶、RTD、电源检测器、RS-232、RS-485、Profibus、运动控制、应变测试等等,都可与SNAP PAC系统一同连接。         关于SNAP PAC系统 SNAP PAC系统是Opto 22公司出品,软硬件集成的系统,用于工业控制、远程监控、数据采集等应用。简化了对自动化系统了解、选择和采购的复杂过程,SNAP PAC系统由以下四部分组成:   PAC Project 软件套件----简单易用的基于流程图的编程方式、HMI(人机界面)、可选的OPC客户端以及数据库连接软件。   SNAP PAC控制器----独立式和基于机架式的工业控制器;有线/无线模块可选。   SNAP PAC智能处理器----智能I/O处理器,用于分布式控制。也可选择有线/无线模块。   SNAP I/O----模拟量、数字量、串口量、特殊功能I/O模块,可与现场设备、仪器、传感器相连接。所有I/O模块可交替与标准的以及有线/无线智能处理器一同工作。   这四个简单,又具有很大灵活性的系统组成部件,可处理任何情况,从最基本的设备监控到完整的工厂自动化。         通讯网络及协议 SNAP PAC系统自带Ethernet网络协议,因此您无需担心成本,以及额外添加网络通讯卡的麻烦。系统中的分布式I/O可运行在以太网或串行网络,也可同时运行于两个网络。另外,您可以与大量的串行设备通讯,例如条形码阅读器、RFID阅读器、串口显示器、modem等。   由于SNAP PAC系统运行于标准的Ethernet网络,可直接与计算机、基于Ethernet的设备相互通讯,使用标准的协议包括TCP/IP、UDP/IP、邮件传输协议SMTP、网络管理协议SNMP、Modbus/TCP、及用于Allen-Bradley PLC系统的EtherNet/IP等。         关于OPTO 22 Opto 22公司研发并制造应用于工业自动化、能耗管理、远程监控、数据采集的软硬件设备。Opto 22的产品是标准化的,用于商业网络及计算机技术中,以简单易用、创新、高品质、高可靠性而闻名世界。Opto 22的输入/输出以及控制系统,允许客户从所有的设备、电子仪器仪表监测、控制、采集数据,这些都是项目运行的关键。Opto 22产品适用于自动化终端用户、OEM,信息技术及操作人员已经为全球10,000套设备安装了该产品。公司始建与1974年,总部位于美国加州的Temecula。Opto 22的产品通过全球网络的分销商及系统集成商出售。预知更多信息,请联系Opto 22上海代表处,电话:021-58358249,邮箱:optochina@opto22.com。网址:www.opto22.com.cn。

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