公司占地450亩,总体建设规划为:12条热镀锌钢管生产线、5条钢塑复合管生产线、16条直缝焊管生产线和6条螺旋钢管生产线。
公司位于唐山市丰南沿海工业区,紧临205国道、唐津高速、京沈高速、沿海公路、沿海高速和唐曹高速,距天津国际机场60公里,距唐山火车站40公里,距天津港30公里,距曹妃甸港50公里,形成辐射广阔、便利快捷的陆海空立体交通运输网络。丰南区政府在距公司8公里处拟建港口和汉曹铁路货场,为产品储运提供了便利。
唐山地区是国内最大的板材、中宽带、窄带钢生产基地,唐山友发和正元管业焊管母材——带钢均来自当地国内知名企业,其物理性能、几何尺寸、表面光洁度等指标均居国内一流。公司在借鉴国内知名钢管企业生产工艺的基础上,进行升级改造。这就从材料和工艺上确保焊接钢管与深加工产品品质。
公司有友发集团和当地政府、金融机构的大力支持,以实力雄厚的唐山友发为支撑,发展后劲充足;公司筹建之初,通过了包括土地、立项、环评、规划在内的一切行政审批程序,持续发展潜能巨大。
我公司属于设备产品上云中的智能化设备和产品上云。企业通过设备上云,借力众升物联云平台汇聚各产线实时数据,从而实现数据统一存储与分析,提高数据利用率减少数据孤岛为上层个业务系统提供有效数据支撑;同时形成设备统一监控与管理,提高设备利用率同时为设备运维提供数据支撑。
目前正元管业厂内专业设备种类与数量多并涵盖生产制造、质量检验多环节等,产生的数据涉及专业广范围大、数据采集与管理复杂,同时这些现场数据对生产过程以及生产组织优化又极为重要,因此规划建设厂级数据采集平台,汇聚各车间生产实时数据,从而实现数据统一存储与分析,提高数据利用率减少数据孤岛为上层个业务系统提供有效数据支撑;同时形成设备统一监控与管理,提高设备利用率同时为设备运维提供数据支撑。
1. 背景
目前厂内专业设备种类与数量多并涵盖生产制造、质量检验等多环节,产生的数据涉及专业广范围大、数据采集与管理复杂,同时这些现场数据对生产过程以及生产组织优化又极为重要,因此通过设备上云,借力众升物联云平台汇聚各产线实时数据,从而实现数据统一存储与分析,提高数据利用率减少数据孤岛为上层个业务系统提供有效数据支撑;同时形成设备统一监控与管理,提高设备利用率同时为设备运维提供数据支撑。
2. 上云实践
2.1方案设计
2.1.1焊管车间配电室接入方案
焊管车间配电室的供电是高压转换成低压的模式,由变压器将10KV的高压电转换为380V的低压给设备供电。每条生产线都有一路单独的总开关控制。对配电线路进行改造,增加多功能电表测量电量参数。在总开关下口的动力电缆A/B/C相分别增加共3个电流互感器,接入到多功能电表中,同时动力电缆的A/B/C三相分别并联出一路经保险接入到多功能电表中,通过多功能电表的内部计算,能够对整个电路中的电流、电压、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、能耗等参数进行监测。多功能电表支持MODBUS通讯功能,可以与边缘计算网关进行通讯,将数据传输到云平台。
变压器本身支持MODBUS通讯功能,可以与边缘计算网关通讯将变压器的运行参数传输到云平台。变压器没有本体的温度参数,需增加贴片式温度传感器来测量变压器的温度,温度参数直接通过模拟量的形式进行采集。
多功能电表接入改造示意图如下:
图1 多功能电表改造示意图
2.1.2焊管车间生产线设备接入方案
焊管车间的生产线共分为纵剪、上料、拖动、焊接、飞锯、调直、平头、打包8个工位,每个工位对应设备的运行信号和设备参数都需要采集。设备的运行状态需要确认每个工位配电柜内是否预留运行状态的点位,如果有预留直接采集DI信号,如果没有预留运行状态点位,则需要确认接触器的型号来选取辅助触点的型号。设备的运行参数有些存储在PLC中,而现场大部分PLC的通讯口都被占用,需增加协议转换模块,模块能扩展以太网接口,边缘计算网关通过以太网与PLC进行数据通信。电机温度的采集通过在电机表面增加贴片式温度传感器来测量,温度参数直接通过模拟量的形式进行采集。
2.1.3镀锌车间生产线设备接入方案
镀锌车间整个工艺流程的大多数数据都是由中控室的两台PLC(西门子S7300PLC和欧姆龙PLC)集中进行采集控制,边缘计算网关只需与两台主控PLC进行通讯即可采集数据上云。不过现场两台主控PLC都只有一个通讯接口,且通讯接口已被占用,需增加协议转换模块,模块能扩展出以太网口可与边缘计算网关进行通讯。根据对现场的了解,两台主控PLC控制着镀锌车间所有生产线的生产,而现场改造需摘除PLC通讯接口上现有的扩展设备,有可能会对生产造成影响。为了保障镀锌车间的安全生产,最好能够安排几个小时的时间专门用来进行设备改造。
2.2数据统计分析
2.2.1能耗平衡报告
能耗平衡报告提供包括:年度平衡报表、电平衡报表、水平衡报表、蒸汽平衡报表等。也可以对能耗平衡报告进行分区管理,提供区域或建筑楼宇能耗平衡报告。如下图展示能耗平衡报告(含整体、分区域、局部、功能、时间等维度展示),可提供日报、班报、周报、月报、季报、年报等丰富报告。
能耗平衡报告
2.2.2能耗仪表管理
能耗管理系统支持所采集的所有能耗计量仪表的综合管理和维护。
如下图所示:系统所有站点可供统一管理(添加、删除、录入等操作)
站点管理
2.2.3能耗信息管理
能耗消耗预测
系统能耗消耗预测主要包括水、电、蒸汽等消耗预测。
根据建筑楼宇水、电、蒸汽的历史能耗数据和能耗使用趋势(包括年/季/月/日),可指导能耗
使用计划的制定,并向能耗使用计划提供能耗预测数据;通过分析对应时间段内的能耗使用情况,从而预测未来时间段内的能耗使用情况。
如下图系统展示了建筑楼宇水、电、蒸汽在当月的能耗数据(可选择年/季/月/日等)
建筑楼宇水、电、蒸汽在当月的能耗
如下图系统直观展示了水、电、蒸汽在当月的实际功耗数据和计划功耗数据(可选择年/季/月/日等)
水、电、蒸汽在当月的实际功耗
如下图系统展示了水、电、蒸汽在 5 天内的历史趋势(可选择年/季/月/日等)
水、电、蒸汽在 5 天内的历史趋势
可根据系统能已有的生产计划、能耗预测、检修计划数据自动计算出能耗计划,输出的能耗计划表时间维度为年/季/月,区域维度为建筑楼宇/车间
生产计划、检修计划允许手工输入或以固定格式导入,并被系统保存生成的能耗计划报表可手动修改,并允许保存和输出为 Excel 文件
能耗计划数据可被能耗计量统计模块使用,如下图展示了水、电、蒸汽计划与实际能耗的报表;并含当月和上一月的对比,可根据需求选择不同时间段,生成对应的水、电、蒸汽对比报表,从而得到能耗使用计划以及相关设备计划。
水、电、蒸汽计划与实际能耗的报表
能耗计量统计
(1) 如下图能耗同比和环比数据(可选择班次、日、月、季度、年等)
能耗同比和环比数据
(2) 如下图直观展示了各生产工艺(各环节)实际能耗和计划能耗
生产工艺(各环节)实际能耗和计划能耗
上面通过能量计量的详细统计,从而实现建筑楼宇能耗流程中各环节计量统计信息的搜集汇总和计算分析,如实反映建筑楼宇能耗系统流程的数量关系和平衡状况,为建筑楼宇生产、经营管理者提供能耗统计信息和有效的能耗管理决策依据。
3. 应用成效
1)生产数字化,高效协同
车间生产中通过本平台边缘计算网关与工段大屏看板,实现各个工段高效联动,并且生产调度可以根据看板数据进行生产节拍优化,从而提高生产效率;同时平台能够自动生成报表并提供更为精准的统计分析数据,帮助生产调度实现科学决策。
2)品质管理,提高良品率
车间生产过程中通过平台接入质量检测工段读取不合格与合格产品数量,实现班组实时统计产品良品率,为产品的品质改善提供决策依据。
3)能源管理,降本增效
平台通过边缘计算网关获取各工段设备电量消耗,实现设备能耗数据分析,并通过能耗分析数据来优化工段工艺,从而实现降低能耗节能管理;同时可以根据单品生产完成时间为节点,统计单品能耗,从而实现更精准的成本核算。
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