綠色智能工廠升級 實現(xiàn)節(jié)能及提高管理效率

面對制造數(shù)字化以及綠色制造趨勢，臺達(dá)與廚房衛(wèi)浴設(shè)備金屬壓鑄產(chǎn)品制造商合作，在其大型新建廠區(qū)全面導(dǎo)入自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)整體制造、廠務(wù)、能源的可視化監(jiān)控管理，達(dá)成綠色智慧工廠、提高企業(yè)的競爭力。
臺達(dá)近年來不斷推動綠色智能制造概念，日前與臺灣一家知名的廚房衛(wèi)浴設(shè)備金屬壓鑄產(chǎn)品制造商合作，在其位于臺灣中部的新廠導(dǎo)入工廠設(shè)備與能源監(jiān)控方案。此工廠預(yù)估投產(chǎn)后可再增加17%-18％的產(chǎn)能，將成為客戶未來幾年營運成長的動能。

在整個導(dǎo)入的過程中，臺達(dá)業(yè)務(wù)工程團(tuán)隊經(jīng)過多次實地診斷，精準(zhǔn)掌握現(xiàn)場情況以及客戶需求：為生產(chǎn)設(shè)備打造可視化平臺，通過資料收集和分析呈現(xiàn)實時運轉(zhuǎn)狀態(tài)、能耗情況，確保生產(chǎn)正常；針對空調(diào)、照明、電梯等廠務(wù)設(shè)施同步導(dǎo)入節(jié)能、智慧監(jiān)控管理方案，在收集運行數(shù)據(jù)的同時，也可透過能源信息分析管理體系，規(guī)范能源使用的行為，降低能源消耗，提高能源使用效率。
對此，臺達(dá)階段性導(dǎo)入自動化驅(qū)動、控制、感測、監(jiān)控等設(shè)備于各項廠務(wù)設(shè)備中，再將制程、廠務(wù)設(shè)備串連至中央監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA工業(yè)圖控系統(tǒng)） 以及能源管理系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)收集和分析，可以實時監(jiān)視廠區(qū)各設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)、耗能狀況，確保生產(chǎn)正常。在雙方的協(xié)同合作之下，一個專屬的綠色智慧工廠逐漸成形。
項目開始實際執(zhí)行時，先依照客戶需求和規(guī)劃，首先進(jìn)行設(shè)備節(jié)能，將變頻器、電能回饋裝置等提高能源使用效率的產(chǎn)品，導(dǎo)入在如空調(diào)、水處理等高能耗設(shè)備中，打造高效節(jié)能的廠務(wù)系統(tǒng)。其次，針對廠內(nèi)主要的油、電、水、氣等相關(guān)能耗設(shè)施，包括照明、空調(diào)、水處理、電力監(jiān)控等，安裝控制器及智慧電表，進(jìn)行各項設(shè)備的運作控制、排程、以及用電量監(jiān)測和收集等。這些設(shè)備的導(dǎo)入應(yīng)用，為下一個階段?設(shè)備信息與能耗可視化打下重要的基礎(chǔ)。
在項目執(zhí)行的中、后期，大部分的設(shè)備和子系統(tǒng)陸續(xù)開始試運轉(zhuǎn)及試產(chǎn)，客戶希望在試運轉(zhuǎn)的過程就開始針對制程相關(guān)的信息，進(jìn)行收集、統(tǒng)籌運用，并可以與各相關(guān)單位（例如生產(chǎn)、制程、財務(wù)等）針對整廠的各項能耗（包括電、水、空壓氣流、天然氣等）提供密度指針，以作為參考基準(zhǔn)，藉此調(diào)整/優(yōu)化運作及建立管理模式。
對此，臺達(dá)團(tuán)隊善用在廠務(wù)、能源、可視化等層面多年導(dǎo)入經(jīng)驗，整合全廠各項設(shè)施能耗密度指針、產(chǎn)能等各項信息，提供有效數(shù)據(jù)給相關(guān)單位，為日后管理及建設(shè)改造提供參考依據(jù)。



 
圖1 : 臺達(dá)的綠色智慧工廠解決方案，涵蓋制造、廠務(wù)設(shè)備，實現(xiàn)節(jié)能、可視化效益等。

應(yīng)用創(chuàng)新性、重點與難點問題及解決思路等分析
整個導(dǎo)入過程，臺達(dá)以創(chuàng)新技術(shù)和自動化系統(tǒng)整合方案、產(chǎn)品，為客戶建置完整的監(jiān)視與控制平臺。舉例來說，在工廠管理的部分，為客戶建置一套現(xiàn)場資料存取、制程可視化及制程監(jiān)控軟件平臺，可以精確地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過程，并且能夠?qū)ιa(chǎn)事件快速反應(yīng)，減少原料浪費、提高生產(chǎn)率，從而加快產(chǎn)品對市場反應(yīng)速度，提高獲利能力。
在導(dǎo)入過程中，從安全性角度來為客戶考慮規(guī)劃，在項目中提供安全系統(tǒng)、電子簽名及記錄等功能，以確保系統(tǒng)的執(zhí)行安全，同時可以快速獲取完整、準(zhǔn)確、開放及安全的數(shù)據(jù)擷取，進(jìn)而控制整個現(xiàn)場制程。
臺達(dá)智能解決方案部系統(tǒng)整合項目經(jīng)理吳仲祥表示，為了協(xié)助客戶迅速掌握智慧工廠管理趨勢，并解決廠務(wù)難解的問題，制程參數(shù)、產(chǎn)能、良率、設(shè)備等信息的透明化是維持設(shè)備高效率生產(chǎn)運作的關(guān)鍵，也是確保人員、設(shè)備安全、以及提升事故災(zāi)害應(yīng)變能力的重要防線。因此，導(dǎo)入DIAView工業(yè)圖控系統(tǒng)，能針對上述的制程、廠務(wù)設(shè)備進(jìn)行全面的監(jiān)控和分析，解決最根本的整廠運作可視化問題。


 
圖2 : DIAView工業(yè)圖控系統(tǒng)針對制程、廠務(wù)設(shè)備，進(jìn)行全面的監(jiān)控和分析，實現(xiàn)整廠可視化管理。

節(jié)能和能源管理是此項目的一大重點，臺達(dá)針對「設(shè)備節(jié)能」以及「能源可視化管理」兩大關(guān)鍵點著手。其中，空調(diào)、空壓、排氣、排水等一般常見的廠務(wù)設(shè)備，皆通過可程控器搭配電表，進(jìn)行排程控和能耗資訊收集。此外，為解決部份裝設(shè)于特殊場域、拉線不易的用電設(shè)備，也協(xié)助安裝無線傳輸型的電表，通過無線工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，可遠(yuǎn)程將用電信息回傳至DIAEnergie能源管理系統(tǒng)，確保各項設(shè)備用電信息皆可完整收集。



 
圖3 : DIAEnergie能源管理系統(tǒng)從各個設(shè)備的電表收集能耗資料，實時分析、可視化呈現(xiàn)、發(fā)送異常警報，提供實時、及時的全方位用電數(shù)據(jù)，進(jìn)而調(diào)整、改善能源策略。

能源可視化管理
另一項值得一提的創(chuàng)意節(jié)能設(shè)計，是臺達(dá)應(yīng)用在客戶電梯系統(tǒng)中的電能回饋方案。
一般的電梯系統(tǒng)對于電梯運行時，啟停、特定移動過程中產(chǎn)生的位能，主要是采用?車電阻將其轉(zhuǎn)換為熱能并散發(fā)抵消，以免因系統(tǒng)過熱、故障而給搭乘人員帶來危險。臺達(dá)為了實現(xiàn)電梯節(jié)能，導(dǎo)入電能回饋單元REG2000系列，能夠?qū)⑵鹬貦C(jī)、電梯等上下運行設(shè)備產(chǎn)生的位能，轉(zhuǎn)換為可利用電能，直接提供工廠或建筑中當(dāng)下的用電。
此方案應(yīng)用在該廠區(qū)的三臺電梯中，再搭配控制器將用電信息回饋給管理平臺，優(yōu)化電梯的用電效率，實現(xiàn)節(jié)約用電的目的。同時，通過電表將電梯的用電信息上傳至能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)實時能耗可視化、再加上長時間的資料分析統(tǒng)計，可根據(jù)不同的時段、區(qū)間分析電梯系統(tǒng)的使用和能耗情況具體呈現(xiàn)，并進(jìn)行調(diào)整及改善，真正達(dá)到「能源可視化管理」。

實現(xiàn)效益分析
談到效益的實現(xiàn)，在此項目中，客戶的目標(biāo)是在建廠同時，實踐智慧、科技、節(jié)能、環(huán)保等理念，并符合安全指標(biāo)。因此，臺達(dá)針對此目標(biāo)建置SCADA工業(yè)圖控系統(tǒng)（DIAView）和工業(yè)能源管理系統(tǒng)（DIAEnergie）。當(dāng)建置完成后，實際運作效益主要為：
1.創(chuàng)新高效自動化設(shè)備，打造綠色智慧廠務(wù)設(shè)備
臺達(dá)針對多項高能耗廠務(wù)設(shè)備，如水處理、電力、氣體、化學(xué)品、空調(diào)、照明等，提供高能源使用效率的產(chǎn)品，以及節(jié)能和能源回饋方案，并通過控制器的排程功能，讓整體設(shè)備運作更加自動化、有效率，并且可進(jìn)行運行數(shù)據(jù)的收集。
智慧電表的導(dǎo)入，更可以使所有設(shè)備的用電信息完全透明化，進(jìn)而通過資料分析掌握關(guān)鍵因素、改善能源策略。以空調(diào)和空壓系統(tǒng)為例，通過高效省能的自動化產(chǎn)品導(dǎo)入，搭配優(yōu)化運轉(zhuǎn)模式，可達(dá)到節(jié)能成效22%，顯著降低工廠日常用電費用。

2.廠務(wù)設(shè)備信息自動實時搜集，快速掌握設(shè)備運轉(zhuǎn)動態(tài)和長期信息
提供實時數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)可迅速提供異常追蹤、協(xié)助現(xiàn)場快速排除異常；而長期保留的歷史數(shù)據(jù)可供分析比對，從而找出設(shè)備運作問題和盲點，進(jìn)而提高設(shè)備管理效率，延長設(shè)備壽命。

3.維持設(shè)備最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)
通過實時監(jiān)控和預(yù)警機(jī)制，確保設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，減少設(shè)備停機(jī)時間，降低工廠管理成本并提升設(shè)備使用率。例如工廠的排水系統(tǒng)，通過監(jiān)控設(shè)備以及平臺，實時監(jiān)視全廠給排水水泵運轉(zhuǎn)狀況及水槽液位高度警報，藉此判斷水泵運作是否正常，避免水位溢出或供水不足的狀況發(fā)生。

4.詳盡的設(shè)備信息，可供企業(yè)管理者隨時查閱
比較各設(shè)備溫度、流量、壓力、振動、電流性能趨勢等信息，持續(xù)優(yōu)化操作條件。以客戶工廠中的空壓設(shè)備為例，人員可通過DIAView工業(yè)圖控系統(tǒng)，實時監(jiān)視全廠空壓出氣狀況，并依據(jù)現(xiàn)場需求調(diào)整出氣壓力設(shè)定值，也可遠(yuǎn)程控制空壓機(jī)、干燥機(jī)等設(shè)備啟停，取得能耗與生產(chǎn)條件的平衡。
由于DIAView工業(yè)圖控系統(tǒng)支持Web瀏覽器瀏覽，使用者只需上線輸入網(wǎng)址后即能立刻登入系統(tǒng)，獲得詳細(xì)設(shè)備狀況和實時能耗資料；同時提供適用于智能型可攜裝置的操作系統(tǒng)，提供管理人員隨時隨地掌握能源最新信息與異常狀況。

5.實時警報系統(tǒng)，快速排除異常
廠區(qū)所有系統(tǒng)警報儲存于警報數(shù)據(jù)庫，通過警報發(fā)布管理平臺將警報通過電子郵件、手機(jī)簡訊通知值班或管理人員；值班或管理人員得以了解異常設(shè)備最新狀態(tài)，并快速處理、減少損失，也方便后續(xù)調(diào)查和追蹤。

6.掌握完整能耗資訊、擬定優(yōu)化能源策略
以DIAEnergie能源管理系統(tǒng)搭配電表信息收集，監(jiān)看多廠區(qū)的用水、電力、空壓氣體、天然氣等四大能源消耗狀況，長時間的記錄分析各回路用電信息，有助于提供系統(tǒng)涵蓋需量控制所需的電力量測、需量預(yù)測。同時可根據(jù)各回路用電狀況，進(jìn)行用電需量預(yù)測，當(dāng)發(fā)覺超過默認(rèn)目標(biāo)時即發(fā)出警報信號，為值班主管提供卸除參考依據(jù)。
此外，DIAEnergie能源管理系統(tǒng)還能分析各設(shè)備、各時段、各季節(jié)能源的消耗資料。一旦發(fā)現(xiàn)能源不合理使用狀況，可進(jìn)行有效的管理和電力調(diào)配，提高系統(tǒng)效率及節(jié)省能源費用。

案例意義概述
除了導(dǎo)入廠務(wù)監(jiān)控和能源管理方案，臺達(dá)也協(xié)助客戶建置監(jiān)控中心，針對客戶日常運作需求呈現(xiàn)專屬的信息頁面。對于客戶來說，臺達(dá)提供完整的一站式專屬服務(wù)，從開始的現(xiàn)場診斷、設(shè)備／平臺導(dǎo)入及設(shè)定、系統(tǒng)的測試運行與驗收、后續(xù)的維護(hù)和技術(shù)支持，臺達(dá)專業(yè)的服務(wù)團(tuán)隊在耗時2年的過程中全程參與、?明并提供專業(yè)的技術(shù)支持，為客戶解決問題并創(chuàng)造價值、打造最切合需求的綠色智造工廠方案。


 
圖4 : 臺達(dá)一站式服務(wù)，從現(xiàn)場診斷、方案規(guī)劃／設(shè)計、施工／調(diào)試，到售后的保養(yǎng)／維護(hù)、教育訓(xùn)練等服務(wù)皆一手包辦，打造專屬的綠色智造工廠方案，同時節(jié)省客戶開發(fā)、建置時間。

此外，整體方案效益高，除了空調(diào)系統(tǒng)和空壓系統(tǒng)節(jié)能達(dá)22％、降低用電成本外，最重要的是在導(dǎo)入智能廠務(wù)系統(tǒng)后，各項數(shù)據(jù)獲得自動、實時的監(jiān)測、分析，使廠務(wù)管理人力得以彈性運用。同時，系統(tǒng)提供了對于人員安全、設(shè)備安全保護(hù)的機(jī)制，使產(chǎn)線生產(chǎn)順利，異常發(fā)生時可迅速掌握狀況，大幅減少停線時間。
在管理方面，也可每日自動產(chǎn)出相關(guān)報表，管理效率提升30%以上。整體系統(tǒng)靈活度高、擴(kuò)充性佳，后續(xù)如果客戶要擴(kuò)充廠區(qū)或調(diào)整配置，亦可無縫整合、迅速完成，提高整體方案的附加價值。