Растущая энергетическая проблема в промышленном холодильном хозяйстве

Промышленное холодильное оборудование — одна из самых энергоёмких операционных областей на предприятиях пищевой промышленности. На типичных предприятиях по производству замороженных продуктов холодильные системы потребляют до 70% всей электроэнергии.

Исторически инженеры предприятий управляли компрессорными установками и чиллерами исключительно исходя из потребности в охлаждении, а не из максимальной энергоэффективности. Операторы сталкиваются с существенными ограничениями при управлении динамическими колебаниями нагрузки, изменениями температуры окружающей среды и сложными преобразователями частоты (VFD) в режиме реального времени.

Автономная оптимизация на основе современной архитектуры DCS

Для устранения этих неэффективных процессов Rockwell Automation совместно с партнёром по системной интеграции Actemium разработала решение для автономной оптимизации. Это современное приложение, получившее название Real-Time Coefficient of Performance (RtCOP), работает непосредственно на распределённой системе управления (DCS) PlantPAx® компании Rockwell.

RtCOP функционирует как непрерывный виртуальный оператор в сети предприятия. Система одновременно оценивает эксплуатационные возможности, состояние оборудования, тепловую эффективность и условия окружающей среды. Кроме того, она динамически выбирает и задаёт наиболее энергоэффективные рабочие уставки для компрессоров, испарителей и вентиляторов конденсаторов.

Ключевой технический момент: DCS PlantPAx обеспечивает высокоскоростную детерминированную связь между контроллерами и бесшовное подключение к промышленному IoT, гарантируя низкую задержку между выводом AI-модели и выполнением контура управления в реальном времени.

Измеримая экономия энергии и эксплуатационные преимущества

Первые внедрения на крупном предприятии по производству замороженного картофеля фри дали немедленные и измеримые результаты:

Кроме того, общезаводские KPI-панели позволяют инженерам в режиме реального времени сравнивать показатели коэффициента производительности (COP) на нескольких географически распределённых объектах.

Мнение эксперта: переход к автономной автоматизации предприятий

С точки зрения специалиста по промышленной автоматизации этот проект демонстрирует важную тенденцию: сближение классического управления технологическими процессами и современного искусственного интеллекта на периферии сети.

Традиционные программируемые логические контроллеры (PLC) и платформы DCS отлично справляются с детерминированными защитными блокировками и регулированием контуров пропорционально-интегрально-дифференциального (PID) типа. Однако линейное PID-управление с трудом оптимизирует нелинейные многопараметрические тепловые системы.

Запуская модели оптимизации в реальном времени на основе AI параллельно с детерминированными уровнями управления, инженеры обеспечивают замкнутую оптимизацию энергопотребления без ущерба для стабильности процесса и стандартов функциональной безопасности, таких как IEC 61508 / IEC 61511.

Практический сценарий: модернизация многоступенчатого промышленного аммиачного чиллера

Чтобы показать, как эта система работает на реальном предприятии, рассмотрим типичную крупномасштабную операцию по замораживанию продуктов питания:

1. Оценка исходного состояния: На многоступенчатом промышленном аммиачном холодильном предприятии используются пять винтовых компрессоров мощностью 500 HP и четыре испарительных конденсатора.
2. Интеграция с DCS: Инженеры устанавливают программный уровень RtCOP на существующую DCS PlantPAx, подключая технологические приборы через сети EtherNet/IP.
3. Сбор данных: AI-модель обрабатывает в режиме реального времени давление всасывания, давление нагнетания, температуру по смоченному термометру, данные счётчиков энергопотребления и влажность окружающего воздуха.
4. Автономное управление уставками: Вместо работы трёх компрессоров с фиксированной нагрузкой 80% RtCOP автономно регулирует скорости VFD, переводя четыре компрессора в оптимальную зону 58%, что значительно снижает общее энергопотребление (кВт/тонну), сохраняя при этом строгий температурный режим замораживания продукта.

Об авторе

Zhang Wei — ведущий архитектор промышленных систем автоматизации и управления с более чем 15-летним практическим опытом работы на объектах. Он специализируется на крупномасштабных распределённых системах управления (DCS), программируемых логических контроллерах (PLC), системах измерения и управления турбомашинами (TSI), а также защите промышленных электросетей на предприятиях технологических отраслей по всему миру.