基于模型的先进过程控制有助于创建节能工厂

如果成本不是一个因素，可以利用多种技术来建造最节能的工厂。可以安装最新的熔炉、锅炉或热电联产设备。该设施可能有太阳能电池板或地热供暖。可以部署一种新的分布式过程控制系统(DCS)。

但这不是今天的现实。

经济现实要求制造商必须尽可能地节能，主要是利用现有的资产。约翰·内西，市场开发副总裁罗克韦尔自动化一家工厂自动化系统供应商承认，“就资本支出而言，我们正处于严格削减的阶段。”

内西说，仍然有一些技术可以使现有资产更节能。其中包括先进的过程控制(APC)，这是一种实时优化工厂流程的软件;变速控制，使齿轮和电机有效地调整速度;以及能源监控软件。

马萨诸塞州戴德姆(Dedham)的分析师艾弗里(Allen Avery)说。总部设在美国的分析公司ARC咨询小组，“技术是推动者，但改善能源管理主要是人、流程和组织承诺的问题。”

APC值

高级过程控制使用软件对过程中多个变量的相互作用进行建模，并与自动化硬件(如可编程逻辑控制器(PLC)或dcs)集成，以优化控制过程。APC项目历史上一直以产量为目标，但APC也可以优化能源使用。

为了部署APC，通常使用工厂测试，其中来自控制层的增量输入被馈送到软件中以构建模型。

公司销售工程经理Mike Tay说:“我们首先建立一个流程如何工作的模型馆该公司是罗克韦尔自动化(Rockwell Automation)的一个部门，提供APC服务。“这是一个虚拟的工厂，然后你可以优化以实现各种目标，比如最低成本、能源或排放。”

恒天然合作集团是一家总部位于新西兰奥克兰的乳制品制造商，使用APC已有十多年的历史。

恒天然高级过程控制集团经理特里斯坦•亨特(Tristan Hunter)表示:“我们在APC项目上有良好的业绩记录，业务人员了解APC可以做什么，以及它可以为业务提供什么。”

早期的一个项目旨在改善恒天然在新西兰怀托瓦工厂的锅炉操作。该网站有几台喷雾干燥机，可以生产一系列粉末状产品。为烘干机提供高压蒸汽的燃煤锅炉表现出不必要的变化，因此在1997年，该公司部署了Pavilion的模型预测控制APC解决方案，正如亨特解释的那样，“更智能地运行锅炉”。

更具体地说，APC减少了可变性，最大限度地减少了锅炉烟气中过量的氧气，并减少了高压蒸汽供应的可变性。该项目将锅炉烟气中的氧气变异性减少了50%，而高压蒸汽的变异性减少了至少60%。更重要的是，更稳定的运行使煤炭消耗减少了近4%。

亨特警告说，为了更好地工作，APC需要一个坚实的控制基础。

“你现有的控制系统需要运行良好，”他说。“你需要检查检测、校准和低级循环的调优。当APC运行时，工厂需要可靠地响应控制动作。”

多年来，恒天然建立了一个由10人组成的APC小组，在Pavilion的帮助下部署项目。亨特说，有了这些专业知识，项目可以更好地与公司目标保持一致，而不是专注于眼前的痛点。亨特表示:“我们现在更多地与业务战略保持一致，着眼于未来两到三年的发展方向。”

超出基本控制

在亚拉·贝尔·普莱恩APC是一家生产用于农产品的氨、颗粒尿素和硝酸铵(UAN)产品的制造商，通过实现一致的、更清洁的操作来节约能源。该公司位于加拿大萨斯喀彻温省Belle Plaine附近霍尼韦尔国际该公司的Profit Controller APC解决方案用于工厂内的硝酸处理单元。

该单位或“工厂”为现场的UAN生产提供饲料。APC解决方案可以最佳地控制离开工厂燃烧室的NOx排放量，同时最大限度地减少燃烧室燃料气体的消耗。

自2007年11月部署APC以来，燃烧室燃料消耗下降了5%，氮氧化物排放量保持在百万分之200，甲烷排放量下降了25%。

Yara Belle Plaine控制主管罗布•哈克尼斯(Rob Harkness)表示:“效益一直保持着。”“我们一直保持3%到5%的燃油减少改进。”

Yara Belle Plaine正在将其DCS升级到霍尼韦尔最新的Experion PKS系统，但APC超越了DCS一步，它能够在无需操作员干预的情况下建模和控制多个变量。APC与DCS集成，但运行在自己的服务器上。

“APC技术可以考虑整个工厂，”哈克尼斯说。“它着眼于所有的关键元素，而传统控制通常只有一个输入、一个控制器和一个输出，或者可能是级联控制安排。但使用APC，它可以在整个工厂中进行大量测量，并与所有测量人员一起优化整个过程，而不仅仅是过程的一部分。”

为什么节能是每个人的事

关注能量强度的度量。这一比例在加工制造商中尤其高，比如财富500强企业杜邦公司而且陶氏化学公司将能源项目提升到董事会层面的重要性。

ARC分析师艾弗里说:“加工制造商使用的能源总量令人吃惊……“对于一些国家来说，这比许多小国都要高，但当一个组织从上到下采用(能源管理)计划时，回报同样令人惊讶。”

艾伦说，ARC最近的一项研究发现，处于能源管理运动前沿的公司将其视为一项持续改进计划。

艾伦说:“这需要工厂的各个层面都参与进来，每个人都围绕着它。”“你必须给他们能见度、工具和权力，让他们有所作为。技术显然可以在这方面发挥作用。”

先进的过程控制、决策支持和实时性能管理软件是ARC调查中被认定为能源管理领导者的公司技术投资的前三大领域。

Allen说:“在现在这样的经济困难时期，供应商应该专注于帮助客户了解这些技术如何帮助他们节能。”

对工厂运行进行全面的能源评估，以确定在哪里消耗了多少能源，这是任何能源管理工作的起点。ARC发现，绝大多数被认定为领先企业的公司都进行了能源评估。与同行相比，这些公司执行审计的频率更高，间隔更短。

能源管理值得成为管理业务的核心原则，“因为潜在的回报是巨大的，”艾伦说。为了强调这一点，一家工艺制造商ARC声称在12年内节省了70亿美元的能源。

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