應(yīng)用能源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)紡織企業(yè)碳足跡檢測(cè)研究

姜秀溪，賀小荷

(1.濟(jì)南市中小企業(yè)公共服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250010； 2.濟(jì)南市企業(yè)技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)中心，山東 濟(jì)南 250031)

紡織行業(yè)從原料的采集、紡紗、織布、染色一直到做成服裝，其消耗的能源費(fèi)用僅次于原料成本[1，2]。這期間經(jīng)歷的各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生能源消耗和碳排放，因此，紡織工業(yè)需建立和擁有“碳足跡”的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備庫(kù)及具備行業(yè)特點(diǎn)的降碳體系。

1 生產(chǎn)調(diào)度與能源管理系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 硬件配置

硬件設(shè)備的選型遵從工業(yè)用硬件的標(biāo)準(zhǔn)，具有容錯(cuò)和自診斷能力，以保證長(zhǎng)期運(yùn)行和擴(kuò)展的需要。設(shè)計(jì)上按照功能分為系統(tǒng)實(shí)時(shí)服務(wù)器和WEB發(fā)布服務(wù)器。為了保證系統(tǒng)連續(xù)可靠運(yùn)行，必須建立一套技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定的硬件平臺(tái)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸安全極為重要，所以通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以光纖網(wǎng)絡(luò)建立的TCP連接為基礎(chǔ)，組成一個(gè)廣域的實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各采集設(shè)備與控制中心系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)通訊。

在系統(tǒng)中，各計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成局域網(wǎng)，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)通過(guò)硬件防火墻和WEB服務(wù)器對(duì)外發(fā)布數(shù)據(jù)，保證了整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全；由前置服務(wù)器接收、解釋、換算從現(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)傳送來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；服務(wù)器負(fù)責(zé)處理、存儲(chǔ)、管理這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其他服務(wù)器和工作站作為客戶端訪問(wèn)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)和資源共享。

2 系統(tǒng)功能

能源管理系統(tǒng)的計(jì)量數(shù)據(jù)采集點(diǎn)遍布整個(gè)廠區(qū)，實(shí)時(shí)反映全廠生產(chǎn)設(shè)備和動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行管理的實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)全廠配電、空調(diào)、蒸汽、空壓、供水等動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)量、檢測(cè)、控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)能源系統(tǒng)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)施集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，完成出口紗的碳足跡統(tǒng)計(jì)和歷史數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。

2.1 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)檢測(cè)

2.1.1 生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

通過(guò)采集電能表的電流、電壓、電度數(shù)據(jù)，可判斷這些設(shè)備有幾臺(tái)是在正常運(yùn)行、幾臺(tái)在停車。再配合設(shè)備維修計(jì)劃，在系統(tǒng)圖上實(shí)時(shí)顯示這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。儲(chǔ)存一定時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)和動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行情況數(shù)據(jù)，在事后可進(jìn)行追溯和復(fù)原。

企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備大多配備大功率電機(jī)，根據(jù)廠區(qū)配電圖和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察，配線出線至配電柜，每一臺(tái)配電柜控制6～10臺(tái)型號(hào)、參數(shù)基本一致的設(shè)備。通過(guò)采集電能表的電流、電壓、電度數(shù)據(jù)，可判斷這些設(shè)備有幾臺(tái)是在正常運(yùn)行、幾臺(tái)在停車。生產(chǎn)和動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行情況在一定時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存，在事后均可進(jìn)行追溯和復(fù)原。

2.1.2 空調(diào)系統(tǒng)

企業(yè)現(xiàn)狀：11個(gè)空調(diào)室，紡部7個(gè)大空調(diào)，織部4個(gè)。正用的是6個(gè)(全部為紡部)，采用變頻控制?？照{(diào)部三班運(yùn)轉(zhuǎn)工，每個(gè)班對(duì)溫濕度進(jìn)行兩次監(jiān)測(cè)，再進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前全廠空調(diào)的調(diào)節(jié)方式為手動(dòng)方式。在車間定點(diǎn)安裝有37臺(tái)溫濕度計(jì)，工作人員定時(shí)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，然后手動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)設(shè)備的輸出?？刂品绞綔?，導(dǎo)致了調(diào)節(jié)車間溫濕度始終滯后于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件的變化，并且由此造成了空調(diào)設(shè)備的耗電量過(guò)大。

通過(guò)更換安裝智能式傳感器，采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)值遠(yuǎn)傳至變頻器，由變頻器根據(jù)采集到的數(shù)值調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)等設(shè)備的輸出，改變了以往依靠人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人自動(dòng)調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度。

根據(jù)工段和設(shè)備分布安裝智能溫度和濕度傳感器，輸出電流信號(hào)。將所有傳感器的信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜傳送到空調(diào)間的控制柜，利用PLC的模擬量輸入功能采集現(xiàn)場(chǎng)溫濕度數(shù)據(jù)，自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.1.3 產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

企業(yè)紡部清花產(chǎn)量和最終產(chǎn)品包裝統(tǒng)計(jì)采用稱重計(jì)量，其余采用長(zhǎng)度計(jì)量；織部產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)采用長(zhǎng)度計(jì)量。目前采用人工統(tǒng)計(jì)方式，計(jì)量分散且不能夠?qū)崟r(shí)調(diào)用，不利于碳足跡數(shù)據(jù)采集。

在軟件系統(tǒng)設(shè)置人工錄入接口，工作人員可以將每個(gè)批次的產(chǎn)品按照不同的型號(hào)和班次錄入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行后臺(tái)計(jì)算，可以得出產(chǎn)品的累積產(chǎn)量和能量單耗，從而為進(jìn)行碳足跡計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及精確地進(jìn)行內(nèi)部考核。

2.2 能源管理檢測(cè)系統(tǒng)

2.2.1 概述

該企業(yè)綜合能源消費(fèi)量為1.5萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中80%消耗為電消耗。目前年消耗電力7600萬(wàn)千瓦時(shí)，原煤2360噸，汽柴油61噸，蒸汽3000噸。生產(chǎn)生活用水由自備井供應(yīng)。企業(yè)有2臺(tái)鍋爐(供氣量分別為4 t/h和2 t/h)用于生產(chǎn)和供暖。

2.2.2 電能量管理

企業(yè)目前年耗電7600萬(wàn) kWh，占企業(yè)耗能的80%。全廠建有1座35 kV/10 kV變電站和6座配電室，其中1#～5#配電室給紡部車間供電?？棽颗潆娛医o織布車間供電，一共安裝有100多臺(tái)電表計(jì)量全廠用電情況。目前采用人工抄表方式統(tǒng)計(jì)用電情況，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)滯后，不能夠?qū)崟r(shí)了解用電情況。

將電表全部更換為智能電表，在線實(shí)時(shí)計(jì)量生產(chǎn)設(shè)備用電。實(shí)時(shí)監(jiān)控各種用電設(shè)備的用電數(shù)據(jù)，并且實(shí)時(shí)計(jì)算用電單耗。實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)某一類設(shè)備的用電情況。由用電信息可以統(tǒng)計(jì)出每一個(gè)批次產(chǎn)品在各個(gè)工序的用電情況。為碳足跡統(tǒng)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

同時(shí)將全廠的用電情況分類統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)用電可按不同的工序、不同時(shí)段統(tǒng)計(jì)，將全廠的用電管理細(xì)致化，通過(guò)能源平衡原理，找出可能的節(jié)電點(diǎn)，輔助節(jié)電措施，達(dá)到管理節(jié)能的目的。

2.2.3 空壓系統(tǒng)管理

目前全廠使用壓縮空氣的工段有細(xì)紗、自絡(luò)和清鋼聯(lián)。共有5臺(tái)空壓機(jī)，每個(gè)空壓機(jī)房配備有1個(gè)儲(chǔ)氣罐用于儲(chǔ)存壓縮空氣。其中有4臺(tái)空壓機(jī)管路聯(lián)網(wǎng)，全部采用降壓?jiǎn)?dòng)方式。由于車間細(xì)紗等使用壓縮空氣的設(shè)備數(shù)量大，而且在生產(chǎn)的過(guò)程中無(wú)論現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行情況如何，空壓機(jī)都保持運(yùn)行狀態(tài)，因此空壓機(jī)的耗電較為嚴(yán)重。

在壓縮空氣管路設(shè)置壓力變送器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮空氣使用情況和相應(yīng)的管道壓力。實(shí)時(shí)記錄空壓機(jī)出氣和設(shè)備用氣數(shù)據(jù)，得出壓縮空氣的使用效率。通過(guò)計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)管道壓力，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓縮空氣的漏氣以及供氣不足等故障，從而得以迅速解決。通過(guò)以上舉措，可以使壓縮空氣得到最大化的應(yīng)用，并且通過(guò)光纜將流量和壓力等數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度中心。

2.2.4 蒸汽計(jì)量管理

目前全廠使用壓縮空氣的工段有細(xì)紗、自絡(luò)和清鋼聯(lián)。共有5臺(tái)空壓機(jī)，每個(gè)空壓機(jī)房配備有1個(gè)儲(chǔ)氣罐用于儲(chǔ)存壓縮空氣。其中有4臺(tái)空壓機(jī)管路聯(lián)網(wǎng)，全部采用降壓?jiǎn)?dòng)方式。由于車間細(xì)紗等使用壓縮空氣的設(shè)備數(shù)量大，而且在生產(chǎn)的過(guò)程中無(wú)論現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行情況如何，空壓機(jī)都保持運(yùn)行狀態(tài)，因此空壓機(jī)的耗電現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

在壓縮空氣管路上安裝壓力變送器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道壓力，確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行。并且可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓縮空氣的漏氣以及供氣不足等故障，從而得以迅速解決。通過(guò)以上舉措，可以使壓縮空氣得到最大化的應(yīng)用，通過(guò)屏蔽電纜將壓力數(shù)值傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集裝置處，并且通過(guò)光纜將壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度中心。

2.2.5 供水管理

目前全廠只有一臺(tái)總進(jìn)水水表。供水設(shè)備有2臺(tái)深井泵(功率均為3 kW)和8臺(tái)淺井泵(功率均為22 kW)，其中深井泵采用變頻方式控制，其余水泵為普通降壓?jiǎn)?dòng)方式，由于沒(méi)有相應(yīng)的計(jì)量系統(tǒng)，容易導(dǎo)致自來(lái)水利用率不高和資源浪費(fèi)現(xiàn)象。

安裝智能遠(yuǎn)傳水表，實(shí)時(shí)計(jì)量供水和用水量，以及相應(yīng)的管道壓力。通過(guò)以上數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)用水的精細(xì)化管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管路漏水以及水泵出水故障，從而保護(hù)電機(jī)裝置，節(jié)約水資源。

3 建立碳足跡數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)紡織企業(yè)生產(chǎn)管理特點(diǎn)和能源消耗情況，針對(duì)產(chǎn)品碳足跡的要求，建立企業(yè)出口紗碳足跡數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.1 主要生產(chǎn)的能耗品種

生產(chǎn)設(shè)備直接消耗的電力、蒸汽等，直接計(jì)量統(tǒng)計(jì)；輔助生產(chǎn)的能耗和介質(zhì)，如空調(diào)消耗的電力、織布消耗的壓縮空氣等按車間(工序)分?jǐn)偂?/p>

3.2 跟蹤每個(gè)產(chǎn)品規(guī)格批次

對(duì)各個(gè)工序的生產(chǎn)能耗進(jìn)行計(jì)量，對(duì)輔助生產(chǎn)能耗進(jìn)行分?jǐn)?，完成每個(gè)產(chǎn)品規(guī)格批次的能耗統(tǒng)計(jì)。

3.3 生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)與能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)

以生產(chǎn)計(jì)劃為依據(jù)，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行的產(chǎn)品規(guī)格批次、使用的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)的起止時(shí)間、產(chǎn)品產(chǎn)量，自動(dòng)生成每個(gè)產(chǎn)品批次的能耗，單件產(chǎn)品能耗和碳排放數(shù)量。

4 結(jié)語(yǔ)

紡織行業(yè)要建立和擁有“碳足跡”的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備庫(kù)，根據(jù)紡織企業(yè)生產(chǎn)管理特點(diǎn)和能源消耗情況，建設(shè)生產(chǎn)調(diào)度與能源管理系統(tǒng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能減排、安全生產(chǎn)都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。