智能工廠(chǎng)所關(guān)注的不僅僅是生產(chǎn)線(xiàn)上的機電設備，同時(shí)包括為工廠(chǎng)和辦公場(chǎng)所提供舒適環(huán)境的暖通空調、照明、變配電、壓縮空氣等系統的公共設施，目前，這些系統往往各自獨立，卻又消耗大量能源。如何將不同的系統與生產(chǎn)環(huán)節有效結合到一起，優(yōu)化能源消耗，同時(shí)又提高整個(gè)智能工廠(chǎng)的可靠性和可用性，實(shí)現預防性維護，延長(cháng)各個(gè)系統機電設備的使用生命周期，降低管控維護成本，這將是現代智能工廠(chǎng)不可或缺的一環(huán)。

圖1 基于IoT的ILC 2050 BI樓宇控制器及Emalytics智能樓宇能效管理系統

菲尼克斯電氣Emalytics智能樓宇能效管理系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)Emalytics系統）&ILC 2050 BI智能樓宇控制器是一整套全新的智能工廠(chǎng)樓宇系統解決方案，基于IoT最新技術(shù)（如OPC UA通訊、MQTT通訊、室內導航、AR虛擬現實(shí)技術(shù)、邊緣計算技術(shù)等），將為現代智能工廠(chǎng)帶來(lái)更多可能。在菲尼克斯電氣最新智能工廠(chǎng)，Emalytics助力其每年節省高達900萬(wàn)人民幣的運營(yíng)成本。

菲尼克斯電氣智能工廠(chǎng)

菲尼克斯電氣最新智能工廠(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)全新智能工廠(chǎng)）位于德國西北部的Bad Pyrmont，總建筑面積為53440㎡，其中67.3%為生產(chǎn)區域，32.7%為辦公及研發(fā)區域， 整個(gè)智能工廠(chǎng)包含以下重要組成部分：

• 能源管理和供配電系統；

• HVAC暖通空調系統；

• 智能照明系統；

• 監控和安防系統；
  

• 174kWp屋頂光伏發(fā)電系統；
  

• 壓縮空氣系統。

圖2 位于Bad Pyrmont的菲尼克斯電氣智能工廠(chǎng)

這些系統都與生產(chǎn)環(huán)境、能源供給息息相關(guān)，其控制系統的可靠性保證了整個(gè)工廠(chǎng)的有序運行，環(huán)境溫濕度的精確控制保證了所生產(chǎn)電子產(chǎn)品的質(zhì)量穩定。因此采用了39套ILC 2050 BI樓宇控制器，且全部是工業(yè)級模塊化設計，滿(mǎn)足工業(yè)級穩定性和大規模系統應用的要求。

全新智能工廠(chǎng)建成后，菲尼克斯電氣邀請了德國設施管理協(xié)會(huì )以及ROTERMUND.INGENIEURE等專(zhuān)業(yè)機構對其做了綜合測評，包括能源消耗、技術(shù)樓宇管理（TBM）等幾方面，新工廠(chǎng)的運營(yíng)成本僅為28.08€/㎡，是德國通常標準（49.59€/㎡）的56%，53440㎡的廠(chǎng)房每年共節省115萬(wàn)歐元（折合約900萬(wàn)元人民幣）。這驚人的成績(jì)源自于數十年的工藝經(jīng)驗和最新的IoT技術(shù)的完美結合。

圖3 第三方權威機構對菲尼克斯電氣智能工廠(chǎng)的評測結果

特殊工藝算法降低系統能耗

運營(yíng)成本的降低主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面，首先是優(yōu)化能源消耗。經(jīng)測算新工廠(chǎng)每年節省電能1184157.7kW·h，按照國內工業(yè)電價(jià)平均0.85元/kW·h計算，每年節省成本超過(guò)100萬(wàn)元人民幣。

圖4 菲尼克斯電氣智能工廠(chǎng)能源管控一體化平臺

智能工廠(chǎng)使用的Emalytics系統提供了許多特殊的節能工藝算法。比如，在Emalytics系統中有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的Free Night Cooling（夜間系統節能）模式，在較為涼爽的夏季根據室內外溫濕度自動(dòng)判定系統啟動(dòng)條件，可以讓室外較低溫度的新風(fēng)冷卻室內的環(huán)境，這樣就可以節省制冷機系統啟動(dòng)的能源。

圖5 Free Night Cooling（夜間系統節能）模式

Emalytics系統中還有一個(gè)工藝功能包，將空調機組的加熱單元、制冷單元、回風(fēng)閥單元以及熱回收輪放在一個(gè)工藝功能塊里連鎖控制，以便在寒冷的冬季或炎熱的夏季盡可能多的從室內回風(fēng)中回收熱能或冷能，有效降低鍋爐或冷機系統的能耗。

圖6 空調機組（AHU）的智能連鎖調節工藝功能塊

在新智能工廠(chǎng)中有大量的如注塑機這樣的生產(chǎn)設備，其運行狀態(tài)與能耗也納入了Emalytics系統，這樣不但可以監測到生產(chǎn)設備的運行情況及能耗，同時(shí)也可以根據生產(chǎn)設備的運行情況及發(fā)熱量，對暖通系統進(jìn)行預調節，優(yōu)化熱能回收。

圖7 Emalytics智能樓宇能效管理系統與生產(chǎn)設備的結合，實(shí)現IoT功能

在新工廠(chǎng)的建筑照明系統中，室內燈光可以根據光照度和人體感應探頭自動(dòng)調節燈光開(kāi)關(guān)和亮度，同時(shí)在辦公區域的燈光可以根據時(shí)間自動(dòng)調節色溫，在早上和午后使用冷白色的燈光，激勵室內人員工作；在中午和下班后使用溫暖的燈光，讓人體感到放松。這些燈光的調節都是通過(guò)DALI照明總線(xiàn)直接接入ILC 2050 BI控制系統，不但便于布線(xiàn)，還可以實(shí)現燈光調節，并且數萬(wàn)盞LED燈具的狀態(tài)也可直接監測到，大大降低了維護成本。每年通過(guò)調光節省的電能高達24896.84kW·h。

圖8 舒適且節能的智能照明系統及相關(guān)工藝算法功能塊

實(shí)現設備預防性維護

運營(yíng)成本降低的另一個(gè)方面是因為降低了技術(shù)樓宇管理（TBM）成本?，F代大型智能工廠(chǎng)和樓宇中的機電設備龐雜，這就大大增加了管控維護成本，傳統的控制方式是通過(guò)開(kāi)關(guān)量和模擬量來(lái)控制設備運轉，并不注重設備的狀態(tài)，不便于維護。而全新智能工廠(chǎng)中大量使用了帶總線(xiàn)通訊的智能設備，這樣不但減少了施工布線(xiàn)成本，而且智能設備的工作狀態(tài)，運行參數以及故障信息都可發(fā)送到控制系統。

圖9 IoT的控制系統連接智能的現場(chǎng)設備

ILC 2050 BI支持多種協(xié)議：BAC net/IP ，Modbus TCP，Modbus RTU，LON，KNX/IP，SNMP， DALI等，可輕松集成各種智能設備。同時(shí)Emalytics軟件系統針對不同設備配備了各種軟件模型，可將設備信息完整的顯示出來(lái)。如圖10所示，變頻風(fēng)機的功能塊可完整的顯示風(fēng)機狀態(tài)和各種可能的故障信息。

在Emalytics一體化平臺中，不但可以監控到各個(gè)智能設備的運行狀態(tài)和能耗數據，同時(shí)各設備的狀態(tài)和診斷信息也一應俱全，對于一些重要參數（如運行溫度、震動(dòng)、扭矩、運行時(shí)間等值）會(huì )做比對和記錄，如果發(fā)現某臺設備連續出現極限值時(shí)，會(huì )做出智能判斷并報出警告。

圖10 預防性維護建立在針對智能設備信息模型的大量數據分析上

當出現警報時(shí)系統不但會(huì )在一體化平臺上顯示，而且會(huì )根據警報的級別自動(dòng)發(fā)郵件或短信到維護人員的智能終端上。這樣就實(shí)現了預防性維護，而且當故障發(fā)生時(shí)，系統會(huì )直接提醒故障信息，避免了沒(méi)出故障靠巡檢，出了故障不知道怎么處理的情況。

IoT功能帶來(lái)無(wú)限可能

基于IoT的Emalytics系統還支持OPC UA、MQTT之類(lèi)的通訊協(xié)議，可以實(shí)現更多IoT的功能。

• 通過(guò)郵件系統預定室內暖通、照明系統啟停，可實(shí)現與生產(chǎn)排產(chǎn)計劃的對接。
  

• 與屋頂光伏發(fā)電系統及電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統集成。
  

• 通過(guò)Emalytics系統實(shí)現AR操作，助力打造智能工廠(chǎng)。
  

菲尼克斯電氣智能工廠(chǎng)樓宇控制系統，擁有經(jīng)典的工業(yè)級模塊化設計，支持眾多行業(yè)通訊協(xié)議，結合德國工匠數十年經(jīng)驗的獨特算法工藝包，將幫助用戶(hù)的智能工廠(chǎng)和樓宇實(shí)現真正的能源優(yōu)化和預防性維護，從而大大節約運營(yíng)成本，基于IoT的眾多功能將為各行業(yè)用戶(hù)的智能工廠(chǎng)創(chuàng )造無(wú)限可能。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年1月刊