CN110232503B - 一种基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，包括以下步骤：对空调箱对应区域工段设备的生产运行时间进行梳理，确立设备请求信号、物料存储量与实际生产状态的对应关系，生成空调调度需求模型；生成二次空调预测启动模型；对二次空调预测启动模型进行大数据计算，基于二次空调预测启动模型的预设初始参数，计算出每台空调箱的预热时间和开机时间；在多空调群控区域和高密封性的高架库区域计算冷热量和含湿量，建立动态群控模型，在生产工艺温湿度控制指标范围内，控制启停空调箱。本发明提高供能过程的可控性、减少动能线上人工的干预、即时正确地采集动能线数据，对空调系统进行智能化调度，达到节能减排的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，属于烟草在线物料环境控制与节能技术领域。
背景技术
1)近年来烟草行业的节能减排已引起国家的高度重视。一些科研单位和卷烟生产企业相继开展了能耗评价分析标准的制定和降低卷烟生产能耗技术的研究。这些研究工作虽然取得了一些成绩，但对行业整体的能源利用状况和节能研究现状来说，还缺乏经济有效且能够在行业推广实施的节能技术方案。目前，卷烟行业内多是针对空调箱的优化设计来进行空调节能改进，如采用变风量控制，设置双风道、双表冷降低空调系统除湿后再热的蒸汽消耗，高压微雾替代蒸汽加湿的使用等，确实有利于空调箱的节能降耗。目前我厂通过易地技改后，已具备以上的暖通技术优化改造，也运行良好。因此需要其他途径或技术创新来挖掘空调节能的潜力。
2)由于卷烟行业的信息化水平已在国内行业中处于领先地位，如果能利用好卷烟厂的信息化和自动化平台，实现信息和工控系统的深度融合，也是寻求空调系统整体节能的一个有效途径。所谓“两化融合”，就是将能源管理系统结合动力工业控制系统与能源信息交互系统，将自动化与信息化深度融合，在动力集控系统中，集成包括空调在内等动力控制应用。能源信息交互系统重点包括空调等设备运维查询系统、能源管控智能预测系统、互联网移动查询系统，通过各个应用的集成，系统间有效联动，支持能源管理链的协同和拓展，实现对能源管理的全覆盖，用户可对设备进行远程操作和管理。目前国内外烟草行业包括空调管控水平也就如此。而将空调管控与生产批次结合，与生产工艺设备启停融合，减少浪费已达到节能效果，目前行业内还未有人开发过。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，本发明提高供能过程的可控性、减少动能线上人工的干预、即时正确地采集动能线数据，对空调系统进行智能化调度，达到节能减排的目的。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的一种基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，包括以下步骤：
对空调箱对应区域工段设备的生产运行时间进行梳理(每个空调箱的温湿度控制区域覆盖制丝某个生产工段或工段中的几个设备，或前后工段的几个设备；空调箱必须保证在生产开始时物料的环境温湿度，批次结束时可立即关闭以节能，等下一批次生产时再开启控制；通过观察、整理、测试的方法，梳理出对应的工段设备和空调箱的对应关系)，通过确立设备请求信号、物料存储量与实际生产状态的对应关系，并根据生产区域温湿度控制指标，生成空调调度需求模型(为现有的模型，此处不再赘述)；
根据室外天气的温度湿度、每个空调区域的室内温度湿度及设定温度湿度和空调调度需求模型，生成二次空调预测启动模型；
根据历史数据对二次空调预测启动模型进行大数据计算，配置二次空调预测启动模型的初始参数，计算出每台空调箱的预热时间和开机时间；
在多空调群控区域和高密封性的高架库区域计算(现有计算方法，在控制软件中，利用焓湿图计算出冷热量和含湿量)冷热量和含湿量，根据加热阀、加湿阀及表冷阀的开度和急停及维修状态，建立(现有建立方法，根据加热阀、加湿阀和表冷阀的开度确定工况负荷的情况，在多空调群控区域进行空调箱的调度启停，以利节能)动态群控模型，在生产工艺温湿度控制指标范围内，控制启停空调箱。
所述工段设备包括卷烟厂的制丝线各生产工段上的各种设备，所述生产工段包括片烟工段、烘丝工段和掺配加香工段。
所述设备包括开包机、除杂机、加料机、切丝机、烘丝机、风选器、装箱站、加香机、预配柜和贮叶柜。
所述梳理方法如下：
每个空调箱的温湿度控制区域覆盖制丝某个生产工段或工段中的几个设备，或前后工段的几个设备；空调箱必须保证在生产开始时物料的环境温湿度，批次结束时可立即关闭以节能，等下一批次生产时再开启控制；通过观察、整理、测试的方法，梳理出对应的工段设备和空调箱的对应关系。
所述设备请求信号是指制丝线某个设备需要动力的除尘排潮风机启动的电气联锁信号，是制丝各工段PLC与除尘\排潮PLC之间的通讯信号。如A线一次加料机开启前发送请求启动信号，排潮系统得到该信号后马上启动对应的排潮风机，生产结束后关闭该请求启动信号，排潮风机就可停止工作，以按实际需求精确控制以利节能。
物料存储量指制丝线生产过程中各阶段在加工后需要一定时间存储的柜内物料量。如一次加料后的片烟进入预配柜，二次加料后进入贮叶柜等，存储区域均单独设置空调箱，保证温湿度恒定。如无物料量则该区域空调系统可不运行。
实际生产状态指当前批次物料是否实际在制丝线上进行生产加工，以实时批次生产工单为准。
生产区域温湿度控制指标指为确保生产过程中物料内含的水分及香精香料的稳定，技术部门制定的每个生产区域的温湿度要求范围，在生产过程中和储料区域有物料时空调系统温湿度控制必须在该范围内。
所述空调调度需求模型指所有相关制丝线的空调按照实时的生产进度进行调度启停，以在满足生产过程温湿度指标需求下精准供能。
所述二次空调预测启动模型具体的生成方法如下：
根据空调指标的温湿度含湿量和温度，比较启动前的该区域温湿度、室外温湿度和含湿量，测算出启动后多长时间能达到温湿度指标的中心值。
所述历史数据指的是保存的以前空调运行启动后多长时间达到温湿度指标中心值的时间，包括启动前的温湿度，达到中心值的时间和启动时间差。每个空调箱在各种季节(工况)、各种室内外温湿度下都有不同的到达时间。
所述大数据计算方法为：应用MATLAB对提取导出的历史数据进行数据分析、拟合和算法推导。
本发明空调调度供应与生产现场设备信号联动，减少非生产时间的空调供给，实现“按需、精准供能”的目标，达到节能降耗的目的；通过空调预测启动来精确计算空调开机提前量，保证正式生产前温湿度满足工艺控制指标，比提前定时开机更加机动灵活，开机提前量平均时间节约50％以上；多空调群控区域和高架库区域在保证其温湿度工艺控制指标要求的情况下，利用关闭部分空调箱，达到开启最少空调数；本发明减少空调系统运行操作人员的操作次数和工作强度，有利于控员增效，并提升车间工作的自动化、信息化水平。
附图说明
图1为本发明的一种基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法工作流程图；
图2为空调智能调度联控系统图；
图3为空调改造前曲线图；
图4为空调改造后曲线图；
图5为制丝生产流程监控画面；
图6为卷包生产流程监控画面。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明涉及基于生产驱动的空调节能智控调度，是一套独立开发的空调设备集成控制系统。也是行业内首次将动力能源单项管控流程整合为整体监控；考虑动能设备启停与制丝段生产批次能源管控直接无缝链接。涉及烟草在线物料环境控制与节能相关技术领域，具体涉及基于生产驱动的空调节能智控调度方法。
采用观察法、调查法对制丝线各工艺段与动力集控系统中制丝除尘/排潮请求信号之间的关系进行梳理，确定工艺段与各空调箱的温湿度控制区域对应关系。采用定性分析法，研究验证制丝工艺段的生产过程中物料的实时动态流向；采用跨学科研究法，利用暖通、自控、信息三个专业对大区域空调箱群控和舒适性空调调度控制进行研究，使区域温湿度控制，空调箱负荷变化研究和监控层软件开发融合在一起，实现该创新点的预期目标。
参见图1，本发明的一种基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，包括以下步骤：
(1)对制丝、卷包车间的49台套空调箱对应区域、工段、设备的生产运行时间进行梳理，确立设备请求信号、物料存储量与实际生产状态的对应关系，结合生产区域温湿度控制指标(附图)，生成空调调度需求模型；
(2)对室外天气、温度、湿度、每个空调区域的室内温度、湿度、设定温度、湿度以及空调调度需求模型，生成二次空调预测启动模型；
(3)结合大量历史数据对空调预测启动模型进行大数据计算，配置初始模型参数，计算出每台空调箱的预热时间和开机时间；
(4)在多空调群控区域和密封性较好的高架库区域计算冷热量和含湿量，结合加热阀、加湿阀、表冷阀的开度和急停、维修等状态建立动态群控模型，在生产工艺温湿度控制指标范围内，控制启停部分空调箱。
本发明全方位覆盖制丝车间和卷包车间，基于制丝车间不规律不连续的工段生产模式，通过对接MES系统，依附于全厂能源工业网实现分区域数据通信，实现全厂信息数据的有效整合，读取系统信息，实时采集生产工单，对生产流水线所对应的空调区域设备提前发出启停信号，提供全自动化一体式操作模式。同时该系统会根据空调负荷调整空调设备的运行台数及运行频率，实现应对空调负荷的自我调节。根据温湿度焓值等参数对空调进行更加精确的PID调节，并通过对时间的定制，智能启停，既满足生产需求又节省能源。
参见图2，本发明系统的加入使空调系统的运行从被动服务转变成主动服务，解决了现场温湿度保障与能耗输出之间的矛盾，用最少的设备投入，满足生产所需要求。同时该系统的全方位覆盖也有效地解决了空调设备区域分布广难以管理的问题，实现了空调智能调度的初步展现。
如空调箱K_37优化前：运行30-60分钟后达到温湿度要求，关闭空调箱，不到30分钟会再次启动，12小时内，启停频率高达15次，运行时间占比60-70％。
参见图3，K_37优化后：运行90-150分钟后达到稳定关机条件，关闭空调箱，距离下一次开机可达3个小时以上，24小时内，启停频率只有3次，运行时间占比20-30％。
参见图4，提升高架库极差控制水平，为了满足工艺需求，确保成品烟吸味稳定性，尽可能地减少不同高度贮存区域温度阶差，车间通过科学的研究和改进，采取三层空调送风系统，两层回风管将库内气流充分扰动，减少了气流死角，保障了库内温湿度的均匀性，极差<2℃，提高对成品烟丝水份稳定性的把控度。实现了烟丝库温湿度的精确控制。
通过生产流程能源管控iFIX视图的开发研究，为逐步建立起智能空调管控调度系统平台提供基础保障。生产流程能源管控iFIX视图的开发，将统计过程控制方法应用于能源管理中，运用精益管理方法深入应用与创新，与自动化控制系统的无缝动态连接，实现对动力终端的跟踪节能监控，并在空调监控系统操作终端中试行，优化升级自动化功能。完全采用自主开发编程调试的模式进行研发。再造动能供应生产作业流程。
生产全局监控画面充分利用iFIX平台开发，满足车间管理人员和操作人员对能源使用部门整体动能供给情况的掌握与把控。实现WEB同步实时发布，具体画面详见图5、图6，可以实现以下功能：
主要实现的功能如下：
1)页面展示能源使用部门的所有生产工艺流程，并将每个工艺段上所使用的动能体现出来，例如排潮的负压和频率、除尘的负压和频率、压缩空气、蒸汽等，并根据实际分布情况，将空调区域划分并表示出实时的温湿度；展现工艺设备实时的启停状态以及贮柜内存料的数量等信息并与生产批次作业启停融合控制。
2)根据请求信号，判断用不同颜色表示工艺段的启停状态；用黄底黑字表示开启，用白底灰字停用来显示空调箱的启停，方便操作人员对能源使用部门空调箱的实时把控。
3)每个贮料柜都能实时显示柜内的存料，并用颜色体积表示贮料在柜内的百分比，方便操作人员对贮柜区域空调箱启停的判断，减少多页面切换查看信息的操作步骤。
4)每个工段都能实时显示正在生产的牌号，以及当前该工段的进展状况。
5)页面左下角显示今日和明日的生产排产安排，并显示了每个班次等联系方式。
6)工艺段(或设备)展现动能供应情况，包括区域空调温湿度、除尘排潮的负压和频率、压缩空气、蒸汽供应量等信息。展示空调设备实时的启停状态，方便操作人员对能源使用部门空调系统供能的精准把控。
7)开展能源供应分区控制实验成为了可能。为更加精准的提供能源，做到按需供应，消除不必要的浪费，本流程监控可开展能源供应分区控制实验。如在卷包车间滤棒生产控制区域滤棒区域进行K_37优化空调分区控制实验。最终基本实现自动预测控制。
生产全局流程监控画面的开发，融合了生产工艺流程，提取了实时的生产状态，为基于生产驱动的空调智能调度联控打通了技术壁垒。
通过本发明再造，注重建立起开展卷烟厂生产物料环境温湿度过程质量控制，突出输送能源质量安全管控的新理念。在卷烟制造企业中，卷烟成品品质的优劣直接决定了企业的发展高度与市场前景，结合烟草行业自身制造工艺的特点，卷烟成品的规格档次与辨识度，消费者不仅关注包装的美观高雅，还更关注烟丝的吸位品质稳定性。从烟草化学的角度分析，动力车间作为卷烟生产中内在烟丝成型介质的生产供应源头，动力源的稳定与质量，直接影响烟草工艺的水份、温度、甚至于流量的稳定性，是卷烟生产不可或缺的组成部分，车间的能源产品(水、电、气、汽等主要产品)的质量直接关系到企业的最终产品的质量，尤其是吸味的稳定性。通过自主创新开发本系统发明，引入“智能化管理与控制的理念”，强化对动能空调系统的全过程管理和持续改进，确保系统的稳定性和可靠性，同时不断加强“软实力”建设，全面提升预知性空调系统(防差错)管控能力，全方位对系统各介质能源转换、传输过程进行全面监控，并根据顾客评价反馈不断优化各项生产服务。
基本实现基于生产驱动的智能空调智能联控，使动力对终端设备能源精益管理实现智能化，实现智能动力的新突破。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
对空调箱对应区域工段设备的生产运行时间进行梳理，梳理出工段设备和空调箱的对应关系；确立设备请求信号、物料存储量与实际生产状态的对应关系，并根据生产区域温湿度控制指标，生成空调调度需求模型；
根据室外天气的温度湿度、每个空调区域的室内温度湿度及设定温度湿度和所述空调调度需求模型，生成二次空调预测启动模型；所述二次空调预测启动模型具体的生成方法如下：
根据空调指标的温湿度含湿量和温度，比较启动前的该区域温湿度、室外温湿度和含湿量，测算出启动后多长时间能达到温湿度指标的中心值；
根据历史数据对所述二次空调预测启动模型进行大数据计算，基于二次空调预测启动模型的预设初始参数，计算出每台空调箱的预热时间和开机时间；
在多空调群控区域和高密封性的高架库区域计算冷热量和含湿量，根据加热阀、加湿阀及表冷阀的开度和急停及维修状态，建立动态群控模型，在生产工艺温湿度控制指标范围内，控制启停空调箱。
2.根据权利要求1所述的基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，其特征在于，所述工段设备包括卷烟厂的制丝线各生产工段上的各种设备，所述生产工段包括片烟工段、烘丝工段和掺配加香工段。
3.根据权利要求2所述的基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，其特征在于，所述设备包括开包机、除杂机、加料机、切丝机、烘丝机、风选器、装箱站、加香机、预配柜和贮叶柜。
4.根据权利要求1所述的基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，其特征在于，所述设备请求信号为制丝线某个设备需要动力的除尘排潮风机启动的电气联锁信号，是制丝各工段PLC与除尘\排潮PLC之间的通讯信号。
5.根据权利要求1所述的基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，其特征在于，所述实际生产状态为当前批次物料是否实际在制丝线上进行生产加工，以实时批次生产工单为准。
6.根据权利要求1所述的基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，其特征在于，所述历史数据包括启动前的温湿度，达到中心值的时间和启动时间差。
7.根据权利要求1所述的基于生产驱动一体化空调节能智控的调度方法，其特征在于，所述大数据计算方法为：应用MATLAB对提取导出的历史数据进行数据分析、拟合和算法推导。
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