2021-09-07

智慧气站APP解决方案

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一、企业概况

深圳市智物联网络有限企业(简称“智物联”)成立于2014年,是提供智慧必威体育核心引擎和必威体育数据算法产品的国家高新技术企业。智物联作为国家betway体育亚洲版入口标准委员会成员,参与制定了国家信通院betway体育亚洲版入口相关协议和多个必威体育标准,是第一批入选广东省(工信厅)betway体育亚洲版入口生态供给资源池企业,是广东省“上云上平台”试点示范供应商。

智物联坚持以物联网、数据分析、算法和边缘计算在安全生产、节能减排、增产增效、精细管理四个维度上为客户提供可“计算”的价值。智物联致力于推动制造业高质量发展。

智物联服务于设备生产商、必威体育现场(工厂、矿山等)及物联网集成商,客户案例包括西门子(中国)中石油济柴、葛洲坝、富邦股份、立升净水、博瑞特、江南冶金、依丝特、瑞升华等行业龙头企业。智物联多个客户获国家工信部或省市工信部门认定的“智能制造标杆案例”。

智物联是国内最早一批进入必威体育物联网领域的企业,自2014年起,已经完成100多种设备种类,30多万台设备的接入,累计申请发明专利100多项,各项常识产权近300项,并持续快速增加。智物联在山东、河南、江苏、福建、湖南等地设有办事处,客户已辐射遍布华南、华东、华北等地区,销售收入连年持续攀升。在空压机、锅炉、发电机组等垂直领域占有率领先。

二、必威体育APP概况

(一)、问题定位

空压机作为必威体育现场动力输出核心设备,在各行各业中都有广泛应用。据相关数据统计,在国内必威体育用电中,空压机耗电占比近20%。在空压机运营中,电费成本在整个运行成本中占比约85%~90%,优化运营成为企业降本增效的重要途径,通常在设计中,企业设计容量都要比实际需要高出很多,容易形成“大马拉小车”的现象,造成电能的大量浪费。传统控制系统的线性调节逻辑,并不能使气站“绝对”节能,造成电能的大量浪费。同时传统空压站还存在数据计量不准确、气源安全无保障、气站管理难度大等核心问题。智慧气站APP解决方案通过如来方略柜的现场部署实现,如来方略柜集成通讯、采集、计算、控制、存储等核心功能,并部署了全智能压缩机组动态配载系统(Dynaload)。基于采集到的空压站内关键设备数据,结合实际生产需求,Dynaload系统运用科学的算法计算最优空压机组动态配载策略,反向控制各台空压机运行状态,在满足实际需求情况下,进行设备动态组合,实时动态调配,尽可能降低各机组负载或减少开机机组,减少空压机组的耗电量5%以上,运维成本降低10%以上。

(二)、创新点

1.全智能压缩机组动态配载系统(Dynaload)运用科学的算法计算出现场工况下空压机组动态配载最优值,并同时进行实时调节,使系统趋近该最优值,以实现节能降耗。

2.以“物联对象”理论定义现场数据采集,实时进行数据采集,统计计算,并有效的过滤掉各类噪波数据、干扰数据,能够准确无误的计算出空压站及各台机组气电比、耗电量等运营关键数据。

3.实现对在管理的空压机的整体监控,线上巡检代替人工巡检,降低售后成本,提高售后效率。

(三)、功能先容

1.全智能压缩机组动态配载系统(Dynaload)

通过Aprus适配器采集设备运行相关参数与即时用气情况,结合数学模型,计算出现场工况下空压机组动态配载最优值,并同时进行实时调节,使系统趋近该最优值,以实现节能降耗。

Dynaload 运行界面右侧部分是各个空压机优化后的实时状态列表,当空压机是工频空压机时,空压机状态为加载或卸载,当空压机为变频空压机时,显示的状态就是设定频率(单位为 Hz)。左侧部分是重要参数,例如气电比、总功率等实时和历史数据展示。

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Dynaload运行界面

参数

单位

说明

气电比

计算周期内的气电比

总功率

kW

气站总功率

瞬时流量

m3/h

用气端瞬时流量

压力

Mpa

用气端末端压力

2.实时监控

将通过Aprus适配器采集到的空压机组工作数据和动态配载策略、优化统计上报到MixIOT,最终由MixIOT进行数据运算和呈现、统计。

(1)详细显示各种当前状态数据和历史状态数据。

(2)统计终端客户空压机的每天耗电量、总耗电量、每日压缩气体的流量、累计总流量。

(3)显示并可控制空压机(如开关机,加卸载,等)。

(4)显示当前报警和历史报警。

(5)显示售后对异常事件、报警的处理记录。

(6)显示空压机详细运行数据,包括实施数据和历史数据。

(7)用户参数、厂家参数、维保参数等参数远程设定。

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实时监控界面

3.空压机远程故障诊断

应用系统能根据预设数据模型,自动产生故障告警。监控中心及时得到提醒,并采取有效办法,将故障信息及时反馈给管理人员和维护人员。减少因人为因素导致的故障排除错误及响应不及时的损失。

4.数据记录分析:提供设备用气量、电量等能耗报表分析,实时计算每个气站的气电比。

5.空压机生命周期管理

压缩空气站远程监测云服务平台提供的设备生命周期管理工具,能迅速应对不同客户的不同需求,根据实际情况配置对应的“设备”,如“油滤器、油分器、润滑油”等核心配件使用时间自动倒计时,到达设定阈值后自动推动预警信息。

(四)、功能和技术指标优势

指标1:实现空压机组的动态调配载,降低气站5%~15%的电能成本  ,相关描述:实现空压机组的动态调配,在保证提供足够的供气量的情况下,对空压机组下的各台设备进行动态组合,减少空压机组的耗电量5%以上,延长空压机的设备寿命。

指标2: 提高设备点检、报表生成效率60-85% ,相关描述:可实时显示并统计空压机的每天耗电量、累计总耗电量、每天使用压缩气体的流量、累计气体流量。达到节能项目有依据可寻。

指标3: 运维成本降低10%以上,相关描述: 实现对在管理的空压机的整体监控,报警信息、预警信息及时推送,及时发现警情和维保信息,提高服务质量,运维成本降低10%以上。

三、技术方案说明

(一)、必威体育APP架构

1.方案架构

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智慧气站方案架构

全智能压缩机组动态配载系统主要由部署在如来方略柜服务器的DynaloadApp与MixIOT平台组成。其中DynaloadApp根据Aprus适配器采集设备运行相关参数与即时用气情况,并用动态配载算法模型计算出相应的配载运行策略,基于该策略控制空压机的运行状态,实时调节产气量,最终在满足生产的前提下,实现节能减排。DynaloadApp实时展示空压机的运行参数,通过动态配载优化后的空压机节能效果,并且将这些数据上报MixIOT平台,进行设备运行参数、设备节能效果的展示,与设备集中管理和策略优化。

2.系统架构

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图系统架构

智慧气站APP依托MixIOT智慧必威体育核心引擎,MixIOT平台处于必威体育物联网分层架构体系中的数据采集、数据处理和应用使能三个层面。它向下通过可编程的适配器Aprus,边缘计算控制器,连接各种类型的必威体育设备和传感器。中间MIXIOT的核心层则对采集上来的各种数据进行路由、分类和存储。向上则提供了标准的数据开放接口和适配典型行业场景的开发套件,可方便进行行业应用开发,同时MixIOT还提供了各种基础的数据分析和边缘计算的工具包,可帮助使用者进一步挖掘必威体育物联网系统的客户价值和数据价值。

在整个MixIOT系统架构中,边缘优化产品是其中的一部分,而Dynaload系统又是边缘优化产品中的一员。

3.智慧气站中Dynaload系统示意图

智慧气站通过如来方略柜的Dynaload系统建立了科学合理的数学模型,对采集到的气站设备数据进行分析、计算、显示、存储、告警等处理,并可根据客户的选择,将处理后的设备数据上报至云平台进行远程管理。

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智慧气站中Dynaload系统示意图

4.如来方略柜连接气站设备的示意图

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如来方略柜连接气站设备的示意图

如来方略柜Rolacab R1200(或R2000)集成采集、通讯、控制、存储等设备,如Aprus适配器、路由器、网络交换机和服务器等,并部署了全智能压缩机组动态配载系统(Dynaload)和必威体育物联网平台(MixIOT)。首先将如来方略柜安装在气站现场,用RS485信号线将空压机的控制器与电能表、管道的流量计、温度与压力变送器或积算仪等模块连接到Aprus适配器上,Aprus适配器再使用网线连接到网络交换机,把采集到空压机组的运行参数、空压机出口数据和用气末端数据上报给服务器,服务器部署了Dynaload系统和MixIOT平台,Dynaload系统运用科学的算法计算最优空压机组动态配载策略,反向控制空压机运行状态。如果空压机配有气罐,Dynaload系统可以根据实际需要采集气罐的温度与压力变送器,并将气罐数据纳入计算中,能够更加精细地进行空压机控制。Aprus适配器采集的数据以及Dynaload系统计算结果上传到MixIOT平台,MixIOT平台对气站设备状态进行呈现、监控、统计、存储、预警,通过大数据分析,对空压机组优化策略进行更合理的调整和优化,并且提供标准的数据开放接口,用于开发各种应用。根据客户的选择,还可以通过路由器将MixIOT平台处理后的数据上报到云平台,使用电脑、手机app对智慧气站进行远程管理。

5.优化原理

为实现对空压机组的动态配载,系统需要考虑空压机的用气模块、产气模块和安全模块。用气模块主要考虑的是空压机的用气量,只有恰当的衡量了用气量,才能最大的保障生产需求,保证产能。产气模块主要衡量空压机的产气量,要调节合适的条件下产生足够量的气,来满足需求。安全模块首先保证设备的稳定运行,同时保证各个空压机的运行时间的平均,平衡各个空压机的运行状态,降低空压机维修频率。根据各个模块进行讨论。即可得到一个空压机的配载算法。

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Dynaload算法模块关系

(1)空压机的用气模块

用气模块主要衡量用气端的使用情况,包括用气量、用气压力等等,根据现场的用气情况,合理分配产气端的空压机产气情况。

(2)空压机的产气模块

对于产气部分来说,有两种不同类型空压机,一种是定频空压机,另一种是变频空压机。他们的参数不相同,故配载方式不同,产气模块是计算衡量出各个空压机的产气量,并计算出每个空压机如何控制,可以达到用气标准。

(3)空压机的安全模块

安全模块主要考虑的是空压机组的稳定运行,考虑以下参数:排气温度、供气压力、前轴承温度、卸载压力、瞬时流量、功率等等。由此估量一个设备的稳定值,并映射到 0~100,在稳定值在风险界限以上时配载系统不进行调控,并发出警报。 在配载算法产生多个建议的时候,优先选择与当前时刻空压机状态相近,保证稳定的配载方案。 

(二)、必威体育APP关键技术

1.海量多源异构数据联网感知。项目从数据接入传感器设备,智能数据终端方面开发大数据接入软硬件,制定设备数据接入规范,有效快速解决各设备连接不兼容,实现各种设备轻松接入。

2.必威体育大数据分析。项目研究一套融合数据合理性分析、脉搏分析、关联干扰分析、关联作用矩阵分析以及多种数据模型的数据计算方法,能够支撑对采集数据进行数学分析并给出分析结论。

3.控制与调度。支撑根据数据分析结果和调度算法,生成控制策略并下发。

四、应用情况描述

(一)、应用场景描述

本方案面向空压机气站、工厂等场景下多台空压机联控,适用于对变频、定频、有储气罐、无储气罐等各类型的空气压缩设备。智慧气站的如来方略柜App系统建立了科学合理的数学模型,对采集到的气站设备数据进行分析、计算、显示、存储、告警等处理,并可根据客户的选择,将处理后的设备数据上报至云平台进行远程管理。

智慧气站在保证提供足够的供气量的情况下,结合实际生产需求,对空压机组下的各台设备进行动态组合,智能调控空压机组的配载,减少空压机组的耗电量,延长空压机的设备寿命,为企业实现安全生产、节能减排、增产增效、精细管理的目标。

(二)商业化情况

浙江气老板节能技术有限企业(以下简称“气老板”)是一家新型的压缩空气节能服务企业。专注于压缩空气系统,凭借多年的行业经验及资源,立足于规模必威体育用气企业,从简单的买卖到节能分享,从赚贸易差价到帮助客户省钱,从满足表层需求转变为服务交付。

气老板是智物联在空压机领域重要的合作伙伴,也是国内最专业的压缩空气节能服务联盟,其管理运营项目覆盖全国,为用气企业提供产权不转移的压缩气体节能服务,通过建设科学的空压站,改造现场管网和用气点优化等一些列措施,给客户带去省电、省气、省心的节能服务体验。

为保障气源稳定,气老板通常为客户配置备用机组,其气站设计容量都要比实际需要高,传统控制系统的线性调节逻辑,并不能使气站“绝对”节能,造成电能的大量浪费。同时传统空压站还存在数据计量不准确、气源安全无保障、气站管理难度大等核心问题。比起传统的单台空压机的节能,气老板更加关注整座空压站节能的问题。打造集节能、高效、智慧为一体的智慧气站已势在必行。

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智慧气站解决方案通过如来方略柜的现场部署实现,如来方略柜集成通讯、采集、计算、控制、存储等核心功能,并部署了全智能压缩机组动态配载系统(Dynaload)和必威体育物联网平台(MixIOT)。将如来方略柜部署安装在空压站现场,用RS485信号线将空压机的控制器与电能表、管道的流量计、温度与压力变送器或积算仪等模块连接到Aprus适配器上,Aprus适配器再使用网线连接到网络交换机,把采集到空压机组的运行参数、空压机出口数据和用气末端数据上报给服务器,服务器的Dynaload系统运用科学的算法计算最优空压机组动态配载策略,反向控制空压机运行状态。MixIOT平台对气站设备状态进行呈现、监控、统计、存储、预警,通过大数据分析,对空压机组优化策略进行更合理的调整和优化,并且提供标准的数据开放接口,用于开发各种应用。

方案特点:

1.设备状态一手掌握,运营数据准确无误

传统的空压站运营数据主要以人工抄表、人工计算+定期上传的形式去统计。由于场景较复杂,运营成本高,且数据错误率较高,运行报表反馈不及时。对气老板来说,空压站的计量数据(气电比、耗电量)是其收益的重要依据,计量的准确性、稳定性和实时性对它至关重要。

基于MixIOT智慧必威体育核心引擎的智慧气站解决方案,以“物联对象”理论定义现场数据采集,实时进行数据采集,统计计算,并有效的过滤掉各类噪波数据、干扰数据,能够准确无误的计算出空压站及各台机组气电比、耗电量等运营关键数据,在降低人工成本、减少运营人员的基础上大大提升数据的准确性和报表实时性。

2.智能调节降成本,科学运营增收益

传统空压站根据管道压力变化,采用人工经验或空压机内控制器进行线性调控,此类方法无法合理平衡用气需求和每台机组功率之间对应关系,在一定程度上造成了压缩空气和电费的浪费。

智慧气站集成部署了全智能压缩机组动态配载系统(Dynaload)。基于采集到的空压站内关键设备数据,结合实际生产需求,Dynaload系统运用科学的算法计算最优空压机组动态配载策略,反向控制各台空压机运行状态,在满足实际需求情况下,进行设备动态组合,实时动态调配,尽可能降低各机组负载或减少开机机组,从而大幅降低压缩空气浪费和电能损失。同时,调控不需要人为参与,解决了人为调节效率低下的问题。此外,如果空压机配有气罐,Dynaload系统还可以根据实际需要采集气罐数据,并将气罐数据纳入计算中,能够更加精细地进行空压机控制。

3.气源稳定有保障,设备安全零担忧

面向多台机组的空压站,传统空压站仅通过空压机控制器调节,会导致空压机长期在低频,或者长期在高频工作,这些情况不仅会产生浪费,还会导致因长期高频运行、高负载造成的设备劳损或长期低频运作造成的气源不稳定、频繁启停等现象。长期不健康的运行状态会大幅缩短机组或零配件的生命周期,增加气老板管理成本。

智慧气站适用于各类复杂场景,适用于对变频、定频、有储气罐、无储气罐等各类别空压站。在Dynaload系统进行智能调控的同时,智慧气站根据历史大数据分析空压机组的设备风险界限,实时监控设备整体情况,根据设备的排气温度、供气压力、前轴承温度、卸载压力、瞬时流量、功率等估量设备稳定值,当稳定值在风险界限以上时,配载系统根据安全策略进行动态调控,并发出警报,以保证设备安全平稳健康运行。

对传统空压站来说,空压机台数越多,用气波动越大,其省电节能的空间越多,智物联智慧气站解决方案通过数字化运营管理、智能化组合调控,提高设备点检、报表生成效率60-85%、降低气站5%~15%的电能成本。目前该方案正联合气老板在全国各地逐步推广并实施落地,为气老板模式带去新的收益点,为用气企业带去更加高效、稳定的用气体验。

应用效果:

在气老板客户浙江某电池厂的项目实施中,其空压站内4台空压机组,并且低峰用气的时间超过平均每天2小时。方案实施前母管压力波动在6.5~7.5bar。方案实施后母管压力波动在6.5~7.0bar之间,月均节约电能3万余元,配合气老板专业的节能服务,该客户月均电能成本降低7~8万元。同时原有两名专职管理人员也调整为一人,在降低人工成本的前提下,还提升气站管理效率,报表准确性和及时性。

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