智能工厂如何通过预测与控制实现降本增效

微信扫码，打开到小程序

1 实现降本增效 By ：施耐德电气 梅峰 建材及矿业能力中心经理 如何通过预测与控制 智能工厂 智能工厂建设目标： 5 个方向 故障维修 预防维护 人工操作 机器操作 事后统计 质量预控 人工经验 智能决策 资源效率 安环第一 人 机 料 法 环 3 战略决策 持续发展 设备效率 业务运营 能效管理 生产工艺控制 设备级 生产级 控制级 企业级 更好的决策 运营级 更高的效率 更少的故障 机器人、智能设 备、现场总线、 执行器、传感器 等 Security Management 工业以太网 PAC UPS Local HMI Power Monitoring 中低压配电及保护 生产操作 数采据采集 存储服务器 运营监控 专家优化 控制系统 ERP ( 企业 资源规划） 决策支持 商务智能 PAC 视频摄像头 门禁控制 MES 能 源 管 理 在线诊断 安全防护 与视频 MV LV Cabinet IMCC 智能工厂 4 层架构 生 产 管 理 质 量 管 理 设 备 管 理 物 流 管 理 原 料 管 理 数 字 矿 山 实时性 4 层架 构 智能化的三层深度 数字化 3 2 1 • 信息的记录、存储、查询、汇总、展示 • 移动 APP 访问信息 • 便于数据的追溯、比对、分析、总结 •智能预测 •智能分析 •智能决策 •让机器替代人形成强大劳动力 信息化 智能化 物理工厂 人的经验 经验知识化 知识模型化 模型算法化 算法代码化 代码软件化 软件使用 • 质量 • 生产 • 能源 • 设备 • 物流 • 书面信息数字化 • 智能设备 自 动 数 据 采 集 • 自 动取样 • 在线分析 • 自 动感知 人 智 ” 到 “ 智机 3 层深 度 5 APC 智能预测与控制 6 借助于智能控制，可以消除人与人的差别 操作员不同，造成成本和质量上的差异 288 万 每月能耗成本节约 24 万 每年能耗节约 288 万 CO2 减排 8400 吨 / 年 3% 最优和最差的操作员，能耗相比差了 3% 每年有大量的钱浪费在能耗上 7 三类优化控制： 1 ） PID 控制 和 2 ）模糊控制 • PID 控制 • 比例、微分、积分调节 • 引入 DV 以体现干扰 • 基于专家经验、模糊逻辑 • 采用大量规则，进行情境处理 • 依据专家经验，形成模糊矩阵 基于：输入变量 e ，偏差变化率 de ，输出变量 u 建立隶属度函数和规则矩阵 8 3 ） APC 先进控制 •基于内模模型的控制 • MPC 多变量预测模型 • 基于历史 / 当前值预测变量未来趋势 • 预控式多变量最优调节                    N 0 i k i i M k i i L 0 i k i i R 0 i k i i k 1 d . u3 c . u2 b . u1 1y. a 1y 长周期优化 MPC 多变量预测模型 CV's MV's CV's SimSci APC 数据库 动作信号 测量信号 规则控制器 最小代价函数 优化后的设定点数值 和 操作变量 MV 输出值 现场 9 智能控制特点一： MPC 多变量模型预测控制  利用操作变量（ MV ） / 前馈变量（ FFW ）在当 前 / 历史的测量值，通过模型预测出被控变量 （ CV ）在将来时段的变化趋势  通过计算操作变量（ MV ）合理的控制方式 （ Move Plan) ，来抵消未来时刻 CV 对于其 SP 的偏离，提高控制品质： 确保变量控得住，波动小！工艺过程更稳定！ C5A 温度 人工控制时段 APC 自 动控制时 段 CDC 喂煤手动给定 CDC 喂煤 APC 控制 10 智能控制特点二：结合大数据分析技术预测质量参数 Introduction - 10 生料细度预测值和化验值误差大多数 <0.5 （绝对值） 依据细度预测值可最及时调整选粉机 转速、循环风机频率、喂料量，实现 最优生产 达到出磨生料细度更稳定 生产吨生料的电耗更低 煤粉预测值绝对偏差大多数 <0.2 11 PA 大数据工具（ Predicative Analytics ） 预测分析 机器学习 优化模型 Predictive Analytics 工具 简化建模到部署的流程 历史数据 数据处理 变量降维 数据采样 创建模型 评分校验 解释模型 部署模型 简化 自 动 自 动 简化 APC 内 置 Python APC 控制 12 特点三：挖掘数据潜能 实现智能寻优控制 Introduction - 12 最佳设定值不是来自 专家的经验 而是来自 “工厂数据的经验” ——“操作秘籍” 与能管系统联动，实现智能自 动 寻优 APC ：自适应控制，保证最优的实现 EMS ：历史数据挖掘 找出最优参数集 13 特点四：简单！ 配置式编程 便于维护与更新  按照 APC 项目的实施 步骤进行配置操作  集成化的软件平台 数据采集 模型辨识 控制器开发 离线模拟 参数整定 软仪表开发 …  强大的功能及友好的 用户界面 GUI 自 动 阶跃测试 内置线性优化功能 快速 数据分析便利 灵活性 14 特点五：专家团队实施项目 事实验证效果 先进的技术原理 模型预测控制 智能算法 成熟的软件平台 配置式编程 模型自 动识别 智能化的控制 质量实时预测 自 动 寻优 效果有保证 专业队伍 品牌背书 15 祁连山漳县 2# 生产线 - 回转窑及篦冷机专家优化系统 生产线规模 日产熟料 4500 吨 项目收益 • 降 低 能 源 成 本 ： 降 低 熟 料 标 煤 耗 1.23kg (1.81% ） • 熟料工序电耗降低 0.78 度 / 吨。 • 提 升 质 量 ： 游 离 钙 标 准 偏 差 下 降 率 达 到 10.71% ； • 熟料三天强度提高 1.2MPa ； • 熟料 28 天强度提高了 0.8MPa 。 案例效果展示 16 成功案例 项目名称 项目范围 实施年份 徐州中联水泥 #2 窑 （ 1 万吨） 2015 祁连山漳县水泥 窑 & 水泥磨（辊压机 + 球磨） 2016 承德金隅水泥 窑（ + 工业固废） 2017 祁连山成县水泥 窑 & 水泥磨（辊压机 + 球磨） 2018 祁连山青海水泥 窑 & 水泥磨（辊压机 + 球磨） 2018 祁连山古浪水泥 窑 & 水泥磨（辊压机 + 球磨） 2018 赞皇金隅水泥 生料磨 & 煤磨 & 窑（ + 生活垃圾） 2018