那些欧洲智慧工厂的节能“瘦身术”

2017年03月07日

目前工业4.0的浪潮下，越来越多的企业走上了“信息化管理+智能化生产”的道路，也逐渐转型为智能工厂。但是日夜工作的智能化机器将消耗巨大的能源，因此，智能工厂的日后发展，还需要不断的探索最大限度降低能源消耗。那应该如何为工厂节能“瘦身”？我们来看下来自意大利的RAMAPLAST公司是如何做的。

RAMAPLAST公司在米兰南部有一家工厂生产用于医药和化妆品的塑料容器。除了电力外，他们还需要热能和冷却能等，用来冷却机器以及用于压缩机或者空气干燥器。在公司自有的电厂中，气体被用作主要能源。通过使用带IO-Link接口的传感器，不仅可以保证工厂透明性，还能确保最大生产效率。让我们来看看来自RAMAPLAST的应用案例。

意大利公司RAMAPLAST的负责人决定在自有电厂使用燃气发电机发电，同时通过热电联供系统提供热能和冷却能。该方案的实施提升了效率，消耗的能源成本（气体）要远低于电能。

电厂利用生产过程气体产生的热能和冷却能源来发电

RAMAPLAST的IT经理GianlucaStella说道：“经验表明，能量密集型运营（特别是在塑料行业中）可以实现巨大的能源节省。RAMAPLAS早期投资了密集能源管理系统，以期在未来占据有利位置。我们需要创新性的系统解决方案，让我们能够从生态学视角成功实现设定的节能目标，所有过程参数的控制是高效能源管理的基础。”

传感器监测过程

在联合热电厂中，不同的过程传感器会监测温度、压力和流量。所有传感器都配备IO-Link通信接口，以便将测量值作为数字值传输。通过带IO-Link功能的AS-i模块，它们可以在现场总线级互连。利用这些模块，测量值可以通过1 km长的Profinet光纤环网传输到控制室。

通过IO-Link模块，数字测量值被传输到AS-i总线，然后通过Profinet光纤环网传输到控制室

Gianluca Stella总结了各种网络技术的优势：“AS-i 能够实现简单快速的布线，凭借带Profinet的IO-Link，我们可以充分利用光纤环网的冗余性。此外，在PLC和SCADA系统中实施非常简单，使得传感器监测过程值的效率得到有效提高。”Gianluca Stella解释道：“由冷却设备、压缩机、泵、吸收器、阀门和内燃机组成的生产设备，以及现场采集的数据量是我们选择成熟、灵活和可扩展技术的原因。传感器检测现场的模拟信号，如阀门位置、温度、压力和流量，以及地下水质量和天气数据（如光照、雨水和湿度），所有数据都会被PLC用于控制发电。通过历史数据，我们可以确定最经济高效的发电方法。利用这个现代化能源管理系统来优化冷却设备技术和注塑成型机的功耗以及使用热能进行加热，无需再布置RAMAPLAST的节能工作台。”

通过IO-Link访问测量值

热能和冷却能生产的所有优化都是基于测量值的分析进行的，为了便于将测量值传输到控制器，使用数字通信协议（如AS-i和Profinet）以及数字通道（如光纤等），直接使用带数字通信接口IO-Link的传感器是十分理想的选择。

温度传感器通过IO-Link将数字测量值传输到控制室

由于现代传感器的运行都由内部微处理器控制，并且传感器中的测量值都基本可用数字格式，将这些测量值传输到控制器看上去是显而易见的解决方案。相比于模拟信号的常规传输，不再需要两次转换（传感器中的数模转换和外部模块中的模数转换），这有助于提高测量精度。即使是敏感模拟信号所需的量程校准，在数字传输则不再需要。通过IO-Link通信相比于通过电流或者电压信号的模拟通信，抗噪性和EMC（电磁兼容性）更佳。

参数设置

IO-Link的另一个优势是可以通过控制器进行传感器的参数设置：在更改过程参数时，可以在控制室通过鼠标点击将传感器手动设置为新值，或将其自动设置为新值；用户无需到现场操作传感器来更改参数（如开关点）。对于一些安装在非常困难才能到的地方的传感器，也再不用爬上爬下来设定这些传感器。

所有传感器参数都存储在控制器中：当更换设备时，它们会通过IO-Link自动传输到新传感器，这可避免错误参数设置导致的故障。此外，更换传感器无需专家知识，因为它们是即插即用的。与其他传感器一样，连接通过标准M12连接器完成，无需屏蔽电缆。IO-Link传感器可向下兼容，即可以作为备选方案，按照以前方式通过开关或模拟信号使用。

工厂的数字化图像

覆盖到传感器级别的工厂数字化确保了所有过程的最佳透明度，工厂可在控制室的屏幕上作为数字化图像显示。错误也可以立即显示在屏幕上，并且诊断可达到传感器层级。测量值的评估和IO-Link传感器的诊断信息能够实现基于状态的监控，确保更长的正常运行时间。

借助IO-Link，每个传感器的参数都可以在控制室设置 - 通过鼠标点击手动设置或者通过控制器自动设置

在系统中，参数的更改（例如配置文件的修改）会立即在屏幕上显示，并被自动优化。这能够实现长期的过程优化以及所有传感器数据在公司ERP系统上的归档。借助IO-Link，工厂离工业4.0更近了一步。

IO-Link释放了传感器的所有潜能，是开启工业4.0的大门的一把金色钥匙。易福门（ifm）作为全球自动化领域领导者之一，ifm目前所有的传感器都集成了IO-Link（无需额外费用），为前瞻性的智慧工厂奠定了基础。同时，为了让工业领域更加了解IO-Link的“魅力”，易福门将参加207.9.5-8在上海新国际博览中心E5-E7馆举办的第十一届上海国际工业装配与传输技术展览会（AHTE 2017），展示最前沿的自动化解决方案。

作为亚洲最大的展示装配技术，传输技术，机器人集成，供料及连接技术解决方案，驱动-控制-测试技术的行业盛会，上海国际工业装配与传输技术展览会（AHTE）也将重点展示全面的自动化系统集成解决方案，为行业打造了一个自动化世界，促进新产品、新技术和新理念的广泛应用，使企业的生产过程更系统、更高效、更智能、成本更低！从而推动国内汽车、3C电子、家电制造、食品包装、新能源、日化、医疗机械、陶瓷、压铸及铸造、玻璃、文具、制药、制砖、电梯、烟草、光伏、通讯等行业的智能制造发展，并加快其转型升级。

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