綠色智能工廠升級 實現節能及提高管理效率

面對制造數字化以及綠色制造趨勢，臺達與廚房衛浴設備金屬壓鑄產品制造商合作，在其大型新建廠區全面導入自動化生產系統，實現整體制造、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。
臺達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浴設備金屬壓鑄產品制造商合作，在其位于臺灣中部的新廠導入工廠設備與能源監控方案。此工廠預估投產后可再增加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，臺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：為生產設備打造可視化平臺，通過資料收集和分析呈現實時運轉狀態、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，在收集運行數據的同時，也可透過能源信息分析管理體系，規范能源使用的行為，降低能源消耗，提高能源使用效率。
對此，臺達階段性導入自動化驅動、控制、感測、監控等設備于各項廠務設備中，再將制程、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。通過數據收集和分析，可以實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。
項目開始實際執行時，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?設備信息與能耗可視化打下重要的基礎。
在項目執行的中、后期，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制程相關的信息，進行收集、統籌運用，并可以與各相關單位（例如生產、制程、財務等）針對整廠的各項能耗（包括電、水、空壓氣流、天然氣等）提供密度指針，以作為參考基準，藉此調整/優化運作及建立管理模式。
對此，臺達團隊善用在廠務、能源、可視化等層面多年導入經驗，整合全廠各項設施能耗密度指針、產能等各項信息，提供有效數據給相關單位，為日后管理及建設改造提供參考依據。



 
圖1 : 臺達的綠色智慧工廠解決方案，涵蓋制造、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，臺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臺。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、制程可視化及制程監控軟件平臺，可以精確地監視、控制生產過程，并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，在項目中提供安全系統、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、開放及安全的數據擷取，進而控制整個現場制程。
臺達智能解決方案部系統整合項目經理吳仲祥表示，為了協助客戶迅速掌握智慧工廠管理趨勢，并解決廠務難解的問題，制程參數、產能、良率、設備等信息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，能針對上述的制程、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工業圖控系統針對制程、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項目的一大重點，臺達針對「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，皆通過可程控器搭配電表，進行排程控和能耗資訊收集。此外，為解決部份裝設于特殊場域、拉線不易的用電設備，也協助安裝無線傳輸型的電表，通過無線工業以太網絡交換機，可遠程將用電信息回傳至DIAEnergie能源管理系統，確保各項設備用電信息皆可完整收集。



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

能源可視化管理
另一項值得一提的創意節能設計，是臺達應用在客戶電梯系統中的電能回饋方案。
一般的電梯系統對于電梯運行時，啟停、特定移動過程中產生的位能，主要是采用?車電阻將其轉換為熱能并散發抵消，以免因系統過熱、故障而給搭乘人員帶來危險。臺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，直接提供工廠或建筑中當下的用電。
此方案應用在該廠區的三臺電梯中，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信息上傳至能源管理系統，實現實時能耗可視化、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，并進行調整及改善，真正達到「能源可視化管理」。

實現效益分析
談到效益的實現，在此項目中，客戶的目標是在建廠同時，實踐智慧、科技、節能、環保等理念，并符合安全指標。因此，臺達針對此目標建置SCADA工業圖控系統（DIAView）和工業能源管理系統（DIAEnergie）。當建置完成后，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
臺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，并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，并且可進行運行數據的收集。
智慧電表的導入，更可以使所有設備的用電信息完全透明化，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.廠務設備信息自動實時搜集，快速掌握設備運轉動態和長期信息
提供實時數據以及歷史數據。實時數據可迅速提供異常追蹤、協助現場快速排除異常；而長期保留的歷史數據可供分析比對，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
通過實時監控和預警機制，確保設備正常運轉，減少設備停機時間，降低工廠管理成本并提升設備使用率。例如工廠的排水系統，通過監控設備以及平臺，實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.詳盡的設備信息，可供企業管理者隨時查閱
比較各設備溫度、流量、壓力、振動、電流性能趨勢等信息，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，實時監視全廠空壓出氣狀況，并依據現場需求調整出氣壓力設定值，也可遠程控制空壓機、干燥機等設備啟停，取得能耗與生產條件的平衡。
由于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后即能立刻登入系統，獲得詳細設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，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，快速排除異常
廠區所有系統警報儲存于警報數據庫，通過警報發布管理平臺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了解異常設備最新狀態，并快速處理、減少損失，也方便后續調查和追蹤。

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信息收集，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回路用電信息，有助于提供系統涵蓋需量控制所需的電力量測、需量預測。同時可根據各回路用電狀況，進行用電需量預測，當發覺超過默認目標時即發出警報信號，為值班主管提供卸除參考依據。
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，臺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信息頁面。對于客戶來說，臺達提供完整的一站式專屬服務，從開始的現場診斷、設備／平臺導入及設定、系統的測試運行與驗收、后續的維護和技術支持，臺達專業的服務團隊在耗時2年的過程中全程參與、?明并提供專業的技術支持，為客戶解決問題并創造價值、打造最切合需求的綠色智造工廠方案。


 
圖4 : 臺達一站式服務，從現場診斷、方案規劃／設計、施工／調試，到售后的保養／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能廠務系統后，各項數據獲得自動、實時的監測、分析，使廠務管理人力得以彈性運用。同時，系統提供了對于人員安全、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，后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。