羅克韋爾自動(dòng)化提供的電力及能源管理解決方案(PEMS)使機(jī)器可在公共電力停止供電時(shí)保持運(yùn)行
.背景
每家生產(chǎn)工廠都很關(guān)注電力管理。
自主提供部分電能的工廠尤其關(guān)注這一點(diǎn)，特別是在工廠需要依靠電力實(shí)現(xiàn)持續(xù)運(yùn)行時(shí)。位于密歇根的一家造紙廠便是如此。
斷電可能導(dǎo)致停機(jī)、生產(chǎn)損失以及設(shè)備損壞，代價(jià)高昂。為緩解此問(wèn)題，電力質(zhì)量的重要性日漸凸顯;由于容差范圍窄，設(shè)備和制造過(guò)程中很難利用質(zhì)量差的供電。
造紙廠尤其受到此類(lèi)問(wèn)題的困擾。
在與羅克韋爾自動(dòng)化電力及能源管理解決方案小組(PEMS) 合作之前，該造紙廠一直在承受每年四至七次斷電帶來(lái)的負(fù)面影響。
為幫助像他們這樣每天依靠電力實(shí)現(xiàn)贏利的工廠，PEMS專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一套解決方案來(lái)連續(xù)監(jiān)測(cè)電力，并控制負(fù)載的自動(dòng)切換，以維持工廠的正常生產(chǎn)。除此之外，整套解決方案還能提供分析和培訓(xùn)，幫助工廠員工更深入地了解電力管理挑戰(zhàn)，以及如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
面臨的挑戰(zhàn)
面臨的挑戰(zhàn)是如何掌握電力使用情況，并在不中斷造紙過(guò)程的前提下切換電源。
該廠有兩臺(tái)造紙機(jī)專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)用作包裝材料的瓦楞紙板。工廠總負(fù)載的60%由現(xiàn)場(chǎng)的15兆瓦渦輪發(fā)電機(jī)承擔(dān)，其余部分則由當(dāng)?shù)毓搽娏μ峁?。過(guò)去，在當(dāng)?shù)毓搽娏νＶ构╇姇r(shí)，渦輪發(fā)電機(jī)就需要滿足整個(gè)工廠的負(fù)載需求，進(jìn)行導(dǎo)致其跳閘離線，斷電屢有發(fā)生。
這些電力故障造成整個(gè)工廠長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)、設(shè)備受損、生產(chǎn)受阻。之后，還需要耗費(fèi)大量精力使工廠恢復(fù)生產(chǎn)。
解決方案
在權(quán)衡PEMS解決方案的價(jià)值以及斷電造成的收益損失之后，該公司認(rèn)為這一投資物有所值，因此決定由PEMS開(kāi)發(fā)一套緊急負(fù)載卸載系統(tǒng)解決方案。
PEMS為該廠提供了一套負(fù)載管理及控制系統(tǒng)(LMCS)，其中配備的自動(dòng)切換系統(tǒng)可以快速?gòu)恼＿\(yùn)轉(zhuǎn)模式轉(zhuǎn)換到應(yīng)急模式，以滿足工廠中最關(guān)鍵的電力需求。PEMS解決方案基于成熟且極為可靠的Allen-Bradley可編程邏輯控制器和電力監(jiān)測(cè)器系列產(chǎn)品，可使渦輪發(fā)電機(jī)、鍋爐及關(guān)鍵設(shè)備持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證工廠造紙過(guò)程不被中斷。該系統(tǒng)能將非關(guān)鍵負(fù)載切換為離線狀態(tài)，并能在不到266ms或12個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)將工廠從公共電網(wǎng)中隔離出來(lái)。
LMCS可對(duì)電壓、電流及其它電力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。其中包含的緊急負(fù)載卸載算法可實(shí)現(xiàn)對(duì)非關(guān)鍵負(fù)載控制(卸載)的快速響應(yīng)。切換過(guò)程只需幾毫秒，因此，當(dāng)主要的公共電力中斷時(shí)，完全可以通過(guò)輔助電源維持關(guān)鍵負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而維持生產(chǎn)。LMCS還會(huì)提示和記錄異常事件(報(bào)警)，連續(xù)監(jiān)視公共電網(wǎng)提供的電力，在遇到緊急情況時(shí)幾乎可以瞬間自動(dòng)將負(fù)載切換為離線狀態(tài)，從而確保13.8kV母線的穩(wěn)定。
在構(gòu)建系統(tǒng)之前，PEMS首先進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和需求分析。他們制定了包含I/O及電力監(jiān)測(cè)器詳細(xì)列表的功能規(guī)范，確定了將要采用的通信網(wǎng)絡(luò)，并且明確了將所有功能整合在一起所需的硬件和軟件。
此外，他們還與工廠溝通確定了人機(jī)界面(HMI)站的配置，同時(shí)定義了將未來(lái)擴(kuò)展考慮在內(nèi)的自動(dòng)化控制算法和要求規(guī)范。
PEMS提供的解決方案中還整合了其它一些服務(wù)，例如軟件和硬件工程、設(shè)計(jì)和起草、面板裝配以及PLC編程。工廠驗(yàn)收試驗(yàn)也順利執(zhí)行。整個(gè)解決方案安裝到位后，工廠得到了一套最終文檔，從而完成了所有設(shè)計(jì)及操作知識(shí)的交接。
最后，由十分熟悉工廠及其人員狀況的羅克韋爾自動(dòng)化全球制造解決方案團(tuán)隊(duì)安排了啟動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)服務(wù)。
● LMCS包括以下硬件組件：
● 兩臺(tái)配備6200編程軟件的PLC-5/40可編程控制器
● 兩臺(tái)基于Pentium的桌面操作員界面站
● 29臺(tái)Allen-Bradley電力監(jiān)測(cè)器
● 連接現(xiàn)有分布式控制系統(tǒng)的接口
● 控制室和遠(yuǎn)程機(jī)殼
● 離散量輸入和輸出模塊
結(jié)果
在安裝緊急負(fù)載卸載系統(tǒng)之前，該造紙廠每年會(huì)經(jīng)歷三到六次斷電。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)不堪重負(fù)，致使整個(gè)工廠停機(jī)。在從停機(jī)到恢復(fù)生產(chǎn)的過(guò)程中，由停機(jī)、機(jī)器清潔、重新啟動(dòng)等所有相關(guān)因素導(dǎo)致的成本預(yù)計(jì)高達(dá)175,000美元。
安裝緊急負(fù)載卸載系統(tǒng)后的第一年，該系統(tǒng)彌補(bǔ)了三次斷電的損失。在每次斷電事件中，LMCS都允許工廠維護(hù)兩臺(tái)當(dāng)中較大一臺(tái)造紙機(jī)上進(jìn)行的生產(chǎn)，總計(jì)節(jié)省525,000美元，而這是LMCS開(kāi)發(fā)和調(diào)試成本的150%。憑借羅克韋爾自動(dòng)化解決方案，該公司實(shí)現(xiàn)了150%的投資回報(bào)率，并且會(huì)在將來(lái)的斷電事件中不斷享受這樣的收益。
下頁(yè)中的架構(gòu)描繪了羅克韋爾自動(dòng)化的信息化企業(yè)概念。棕色虛線括起來(lái)的區(qū)域代表當(dāng)前在本文檔中討論的工廠自動(dòng)化層級(jí)。其余部分說(shuō)明了羅克韋爾自動(dòng)化目前為實(shí)現(xiàn)車(chē)間與企業(yè)乃至更深層次的整合所能提供的解決方案。出于保密目的，該客戶希望以匿名形式出現(xiàn)。
（轉(zhuǎn)載）
