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綠色智能工廠升級 實現節能及提高管理效率
[作者 台達電子機電事業群]   2021年08月06日 星期五 瀏覽人次: [2128]

面對製造數位化以及綠色製造趨勢,台達與廚房衛浴設備金屬壓鑄產品製造商合作,在其大型新建廠區全面導入自動化生產系統,實現整體製造、廠務、能源的可視化監控管理,達成綠色智慧工廠、提高企業的競爭力。


台達近年來不斷推動綠色智能製造概念,日前與台灣一家知名的廚房衛浴設備金屬壓鑄產品製造商合作,在其位於台灣中部的新廠導入工廠設備與能源監控方案。此工廠預估投產後可再增加17%-18%的產能,將成為客戶未來幾年營運成長的動能。


在整個導入的過程中,台達業務工程團隊經過多次實地診斷,精準掌握現場情況以及客戶需求:為生產設備打造視覺化平台,通過資料收集和分析呈現即時運轉狀態、能耗情況,確保生產正常;針對空調、照明、電梯等廠務設施同步導入節能、智慧監控管理方案,在收集運行資料的同時,也可透過能源資訊分析管理體系,規範能源使用的行為,降低能源消耗,提高能源使用效率。


對此,台達階段性導入自動化驅動、控制、感測、監控等設備於各項廠務設備中,再將製程、廠務設備串連至中央監控系統(SCADA工業圖控系統) 以及能源管理系統。通過資料收集和分析,可以即時監視廠區各設備的運轉狀態、耗能狀況,確保生產正常。在雙方的協同合作之下,一個專屬的綠色智慧工廠逐漸成形。


專案開始實際執行時,先依照客戶需求和規劃,首先進行設備節能,將變頻器、電能回饋裝置等提高能源使用效率的產品,導入在如空調、水處理等高能耗設備中,打造高效節能的廠務系統。其次,針對廠內主要的油、電、水、氣等相關能耗設施,包括照明、空調、水處理、電力監控等,安裝控制器及智慧電表,進行各項設備的運作控制、排程、以及用電量監測和收集等。這些設備的導入應用,為下一個階段?設備資訊與能耗可視化打下重要的基礎。


在專案執行的中、後期,大部分的設備和子系統陸續開始試運轉及試產,客戶希望在試運轉的過程就開始針對製程相關的資訊,進行收集、統籌運用,並可以與各相關單位(例如生產、製程、財務等)針對整廠的各項能耗(包括電、水、空壓氣流、天然氣等)提供密度指標,以作為參考基準,藉此調整/優化運作及建立管理模式。


對此,台達團隊善用在廠務、能源、視覺化等層面多年導入經驗,整合全廠各項設施能耗密度指標、產能等各項資訊,提供有效資料給相關單位,為日後管理及建設改造提供參考依據。



圖1 : 台達的綠色智慧工廠解決方案,涵蓋製造、廠務設備,實現節能、可視化效益等。
圖1 : 台達的綠色智慧工廠解決方案,涵蓋製造、廠務設備,實現節能、可視化效益等。

應用創新性、重點與難點問題及解決思路等分析

整個導入過程,台達以創新技術和自動化系統整合方案、產品,為客戶建置完整的監視與控制平台。舉例來說,在工廠管理的部分,為客戶建置一套現場資料存取、製程可視化及製程監控軟體平台,可以精確地監視、控制生產過程,並且能夠對生產事件快速反應,減少原料浪費、提高生產率,從而加快產品對市場反應速度,提高獲利能力。


在導入過程中,從安全性角度來為客戶考慮規劃,在專案中提供安全系統、電子簽名及記錄等功能,以確保系統的執行安全,同時可以快速獲取完整、準確、開放及安全的資料擷取,進而控制整個現場製程。


台達智能解決方案部系統整合專案經理吳仲祥表示,為了協助客戶迅速掌握智慧工廠管理趨勢,並解決廠務難解的問題,製程參數、產能、良率、設備等資訊的透明化是維持設備高效率生產運作的關鍵,也是確保人員、設備安全、以及提升事故災害應變能力的重要防線。因此,導入DIAView工業圖控系統,能針對上述的製程、廠務設備進行全面的監控和分析,解決最根本的整廠運作可視化問題。



圖2 : DIAView工業圖控系統針對製程、廠務設備,進行全面的監控和分析,實現整廠可視化管理。
圖2 : DIAView工業圖控系統針對製程、廠務設備,進行全面的監控和分析,實現整廠可視化管理。

節能和能源管理是此專案的一大重點,台達針對「設備節能」以及「能源可視化管理」兩大關鍵點著手。其中,空調、空壓、排氣、排水等一般常見的廠務設備,皆通過可程式控制器搭配電表,進行排程式控制和能耗資訊收集。此外,為解決部份裝設於特殊場域、拉線不易的用電設備,也協助安裝無線傳輸型的電表,通過無線工業乙太網路交換機,可遠端將用電資訊回傳至DIAEnergie能源管理系統,確保各項設備用電資訊皆可完整收集。



圖3 : DIAEnergie能源管理系統從各個設備的電表收集能耗資料,即時分析、視覺化呈現、發送異常警報,提供即時、及時的全方位用電資料,進而調整、改善能源策略。
圖3 : DIAEnergie能源管理系統從各個設備的電表收集能耗資料,即時分析、視覺化呈現、發送異常警報,提供即時、及時的全方位用電資料,進而調整、改善能源策略。

能源視覺化管理

另一項值得一提的創意節能設計,是台達應用在客戶電梯系統中的電能回饋方案。


一般的電梯系統對於電梯運行時,啟停、特定移動過程中產生的位能,主要是採用?車電阻將其轉換為熱能並散發抵消,以免因系統過熱、故障而給搭乘人員帶來危險。台達為了實現電梯節能,導入電能回饋單元REG2000系列,能夠將起重機、電梯等上下運行設備產生的位能,轉換為可利用電能,直接提供工廠或建築中當下的用電。


此方案應用在該廠區的三台電梯中,再搭配控制器將用電資訊回饋給管理平台,優化電梯的用電效率,實現節約用電的目的。同時,通過電表將電梯的用電資訊上傳至能源管理系統,實現即時能耗可視化、再加上長時間的資料分析統計,可根據不同的時段、區間分析電梯系統的使用和能耗情況具體呈現,並進行調整及改善,真正達到「能源視覺化管理」。


實現效益分析

談到效益的實現,在此專案中,客戶的目標是在建廠同時,實踐智慧、科技、節能、環保等理念,並符合安全指標。因此,台達針對此目標建置SCADA工業圖控系統(DIAView)和工業能源管理系統(DIAEnergie)。當建置完成後,實際運作效益主要為:


1.創新高效自動化設備,打造綠色智慧廠務設備


台達針對多項高能耗廠務設備,如水處理、電力、氣體、化學品、空調、照明等,提供高能源使用效率的產品,以及節能和能源回饋方案,並通過控制器的排程功能,讓整體設備運作更加自動化、有效率,並且可進行運行資料的收集。


智慧電表的導入,更可以使所有設備的用電資訊完全透明化,進而通過資料分析掌握關鍵因素、改善能源策略。以空調和空壓系統為例,通過高效省能的自動化產品導入,搭配優化運轉模式,可達到節能成效22%,顯著降低工廠日常用電費用。


2.廠務設備資訊自動即時搜集,快速掌握設備運轉動態和長期資訊


提供即時資料以及歷史資料。即時資料可迅速提供異常追蹤、協助現場快速排除異常;而長期保留的歷史資料可供分析比對,從而找出設備運作問題和盲點,進而提高設備管理效率,延長設備壽命。


3.維持設備最佳運轉狀態


通過即時監控和預警機制,確保設備正常運轉,減少設備停機時間,降低工廠管理成本並提升設備使用率。例如工廠的排水系統,通過監控設備以及平台,即時監視全廠給排水水泵運轉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生。


4.詳盡的設備資訊,可供企業管理者隨時查閱


比較各設備溫度、流量、壓力、振動、電流性能趨勢等資訊,持續優化操作條件。以客戶工廠中的空壓設備為例,人員可通過DIAView工業圖控系統,即時監視全廠空壓出氣狀況,並依據現場需求調整出氣壓力設定值,也可遠端控制空壓機、乾燥機等設備啟停,取得能耗與生產條件的平衡。


由於DIAView工業圖控系統支持Web瀏覽器瀏覽,使用者只需上線輸入網址後即能立刻登入系統,獲得詳細設備狀況和即時能耗資料;同時提供適用於智慧型可攜裝置的操作系統,提供管理人員隨時隨地掌握能源最新資訊與異常狀況。


5.即時警報系統,快速排除異常


廠區所有系統警報儲存於警報資料庫,通過警報發佈管理平台將警報通過電子郵件、手機簡訊通知值班或管理人員;值班或管理人員得以瞭解異常設備最新狀態,並快速處理、減少損失,也方便後續調查和追蹤。


6.掌握完整能耗資訊、擬定優化能源策略


以DIAEnergie能源管理系統搭配電表資訊收集,監看多廠區的用水、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迴路用電資訊,有助於提供系統涵蓋需量控制所需的電力量測、需量預測。同時可根據各迴路用電狀況,進行用電需量預測,當發覺超過預設目標時即發出警報信號,為值班主管提供卸載參考依據。


此外,DIAEnergie能源管理系統還能分析各設備、各時段、各季節能源的消耗資料。一旦發現能源不合理使用狀況,可進行有效的管理和電力調配,提高系統效率及節省能源費用。


案例意義概述

除了導入廠務監控和能源管理方案,台達也協助客戶建置監控中心,針對客戶日常運作需求呈現專屬的資訊頁面。對於客戶來說,台達提供完整的一站式專屬服務,從開始的現場診斷、設備/平台導入及設定、系統的測試運行與驗收、後續的維護和技術支援,台達專業的服務團隊在耗時2年的過程中全程參與、?明並提供專業的技術支援,為客戶解決問題並創造價值、打造最切合需求的綠色智造工廠方案。



圖4 : 台達一站式服務,從現場診斷、方案規劃/設計、施工/調試,到售後的保養/維護、教育訓練等服務皆一手包辦,打造專屬的綠色智造工廠方案,同時節省客戶開發、建置時間。
圖4 : 台達一站式服務,從現場診斷、方案規劃/設計、施工/調試,到售後的保養/維護、教育訓練等服務皆一手包辦,打造專屬的綠色智造工廠方案,同時節省客戶開發、建置時間。

此外,整體方案效益高,除了空調系統和空壓系統節能達22%、降低用電成本外,最重要的是在導入智慧廠務系統後,各項資料獲得自動、即時的監測、分析,使廠務管理人力得以彈性運用。同時,系統提供了對於人員安全、設備安全保護的機制,使產線生產順利,異常發生時可迅速掌握狀況,大幅減少停線時間。


在管理方面,也可每日自動產出相關報表,管理效率提升30%以上。整體系統靈活度高、擴充性佳,後續如果客戶要擴充廠區或調整配置,亦可無縫整合、迅速完成,提高整體方案的附加價值。


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