Innowacyjne, zaprojektowane rozwiązanie montowane w szafie sterowniczej ułatwia producentom śledzenie zużycia energii i poprawę wydajności pracy ich maszyn.
Instalacje pneumatyczne zasilają wiele procesów na liniach przetwarzania i pakowania. Jednak jeśli działają one bez kontroli, może dojść do powstania wycieków sprężonego powietrza, a nieefektywne procesy mogą zużywać więcej energii niż tego wymagają.
Zazwyczaj dzieje się tak, gdy producenci nie mają dostępu do szczegółowych, lokalnych danych dotyczących ilości sprężonego powietrza zużywanego przez maszyny lub linie. Aby poprawić sprawność procesu, zredukować koszty energii i obsługiwać linie pakowania i przetwarzania w bardziej zrównoważony sposób firmy o różnej wielkości – od małych po duże, zaczęły monitorować zużycie sprężonego powietrza.
Niektórzy producenci dysponują zintegrowanymi technologiami cyfrowymi, które odblokowują dane z instalacji pneumatycznej na całej przestrzeni fabryki, następnie przetwarzają je na cenne informacje, które są później skalowane w chmurze. Razem technologie te są dostępne jako część prefabrykowanego rozwiązania szafy sterowniczej do monitorowania sprężonego powietrza, które zapewnia szczegółową analizę w czasie rzeczywistym dotyczącą sposobu zachowania zużycia sprężonego powietrza i jest łatwe w montażu, uruchomieniu i wdrożeniu.
Monitorowanie sprężonego powietrza pomaga firmom przezwyciężyć standardowe wyzwania instalacji pneumatycznej, w tym nieefektywne wykorzystanie powietrza, wycieki i wysokie koszty konserwacji.
W ten sposób szafa do monitorowania sprężonego powietrza umożliwia firmom szybkie i łatwe uzyskanie wglądu w rzeczywiste zużycie energii i lepszą kontrolę. Rozwiązanie to może być wykorzystywane od pojedynczej maszyny aż po całe linie, jak również od pojedynczej fabryki do nawet kilku zakładów. Dzięki ciągłemu monitorowaniu systemów pneumatycznych w czasie rzeczywistym operatorzy mogą wykrywać anomalie prowadzące do strat związanych z wyciekami, a także poprawiać wydajność procesu poprzez równoważenie urządzeń pneumatycznych i automatyzację zadań wykonywanych ręcznie.
Oszczędzanie energii poprzez wykrywanie wycieków na ich początkowym etapie
Dostęp do danych pneumatycznych w czasie rzeczywistym umożliwia producentom podejmowanie decyzji w oparciu o informacje i wdrożenie znaczących działań, które stale poprawiają sprawność procesu i jego zrównoważony rozwój. Generowanie sprężonego powietrza stanowi ok. 20-30% typowego zużycia prądu w zakładzie produkcyjnym. Bez monitorowania marnuje się maksymalnie 30% wygenerowanego sprężonego powietrza. To marnotrawienie powstaje z kilku powodów, w tym wycieków spowodowanych awariami połączeń przewodów pneumatycznych, narażenia na wibracje, czy też normalne zużycie komponentów na przestrzeni czasu.
Nieprzerwane monitorowanie pozwala operatorom wykryć wycieki i inne odchylenia na wczesnym etapie. Reagując na problemy pneumatyczne zanim te się rozwiną, firmy mogą zredukować zużycie sprężonego powietrza o 20–30%.
Mogą one skorzystać z poniższego wzoru, aby obliczyć potencjalne oszczędności energii:
A = roczny lub miesięczny koszt energii
A X 30% = B (koszt energii sprężonego powietrza)
B X 25% = C (koszt zmarnowanej energii)
C X 25% = D (miesięczne/roczne oszczędności)
D = uzyskane potencjalne oszczędności
Na przykład firma, która wydaje 1 milion USD rocznie na koszty energii, może zaoszczędzić maksymalnie 18 000 USD rocznie.
Tak działa wczesne wykrywanie wycieku. Monitorowanie sprężonego powietrza wykorzystuje technologie, które automatyzują lub cyfryzują każdy etap nieprzerwanej pętli, nazywanej cyklem Zobacz, Zdecyduj, Działaj (ang. See, Decide, Act).
Na etapie „Zobacz”, inteligentne czujniki przepływu mierzą wartości takie jak przepływ, ciśnienie, temperaturę, a za pomocą inteligentnych aplikacji takich jak aplikacja manager’a sprężonego powietrza firmy Emerson, można przeanalizować i obliczyć generowanie CO2 i zużycie energii.
Podczas etapu „Zdecyduj” czujnik wysyła zebrane dane do urządzenia Edge Gateway, które przez cały czas gromadzi i transmituje dane do oprogramowania analitycznego. Oprogramowanie rozpatruje i prezentuje dane czujnika przepływu jako statystyki i trendy, zapewniając wgląd w bieżące i dawne zużycie. Dodatkowo zapisane dane generują szczegółowe analizy, które dostarczają informacje na temat zużycia energii oraz ilości wyprodukowanego dwutlenku węgla, jak również obliczają czas, przez jaki maszyna pracuje na biegu jałowym. Ta wartość pokazuje wartość procentową czasu, w którym sprężone powietrze jest generowane, nawet jeśli maszyna jest zatrzymana. Operatorzy mogą wykorzystać tę informację do podjęcia szybkich decyzji i wdrożenia odpowiedniego działania.
Podczas etapu „Działaj” oprogramowanie analityczne udostępnia informacje, które gromadzi za pomocą różnych innych platform, takich jak rozwiązanie HMI/SCADA lub system realizacji produkcji (MES), przy użyciu standardowego złącza. Operatorzy i zespoły Utrzymania Ruchu mogą wykorzystać te informacje do redukcji czasu przestoju maszyny, zaplanowania działań konserwacyjnych w celu naprawy wycieków i optymalizacji zużycia sprężonego powietrza.
Technologie monitorowania sprężonego powietrza wykorzystują cykl „Zobacz, Zdecyduj, Działaj” (ang. See, Decide, Act), aby automatyzować lub cyfryzować wykrywanie wycieków.
Poprawa wydajności procesu poprzez wyważenie automatyzacji oraz pneumatyki
Stałe monitorowanie sprężonego powietrza może również pomóc producentom znacznie zredukować koszty konserwacyjne, skrócić nieplanowany czas przestoju o 20% i poprawić ogólną wydajność wyposażenia (OEE) o 5–10%.
Średnio 76% firm przeprowadza ręczne testy pod kątem wycieków sprężonego powietrza w swoich zakładach. Często wymaga to usługi innej firmy lub doświadczonego personelu wewnętrznego, aby sprawdzić każdą maszynę. Te okresowe audyty mogą kosztować średnio 46 000 USD na maszynę rocznie z powodu inwestycji w usługę, sprzęt i szkolenie, a w okresie między nimi wycieki mają czas się rozwinąć.
Dla porównania monitorowanie sprężonego powietrza nieprzerwanie mierzy strumień powietrza w czasie rzeczywistym, identyfikuje odchylenia na wczesnym etapie i wysyła odpowiednie powiadomienia do pracowników. Dzięki całodobowemu dostępowi do stanu instalacji pneumatycznej operatorzy na bieżąco mogą śledzić parametry, które odbiegają od wartości podstawowych, badać możliwe przyczyny, planować czynności konserwacyjne i szybko reagować na potencjalne usterki zanim staną się one dużymi problemami. W ten sposób automatyczne wykrywanie wycieków może pomóc firmom zaoszczędzić znaczną ilość czasu i kosztów konserwacji w porównaniu z ręcznymi audytami oraz zminimalizować wynikające z nich awarie i czasy przestoju.
Reagując na potencjalne problemy w momencie ich wystąpienia, firmy nie tylko mogą zwiększyć dostępność maszyn, a w rezultacie poprawić całkowitą efektywność wyposażenia (OEE). Średnio większość sprzętu pakującego zazwyczaj działa przy ok. 65% OEE. Oznacza to, że istnieje ogromny potencjał na poprawę i lepszą wydajność. Jednym ze sposobów jest wykorzystanie monitorowania sprężonego powietrza do optymalizowania urządzeń pneumatycznych, takich jak siłowniki.
Każde urządzenie pneumatyczne ma optymalny stosunek strumienia powietrza do ciśnienia. Jeśli ten stosunek jest prawidłowy, procesy przebiegają efektywnie i wydajnie. Jeśli w urządzeniu występuje zbyt duży strumień powietrza, procesy marnują energię. Jeśli w urządzeniu występuje zbyt mały strumień powietrza, procesy działają w sposób nieefektywny i może to wpływać negatywnie na jakość produktu. Używając danych otrzymanych z monitorowania sprężonego powietrza, operatorzy mogą odpowiednio wyważać urządzenia pneumatyczne.
Szybkie i łatwe rozpoczęcie monitorowania sprężonego powietrza
Innowacje w technologii cyfrowej sprawiają, że rozpoczęcie monitorowania instalacji pneumatycznej przez producentów jest łatwiejsze niż kiedykolwiek wcześniej. Zamiast łączyć czujniki oraz oprogramowanie od różnych dostawców i samodzielnie projektować większy system, firmy mogą po prostu pozyskać pojedyncze, zintegrowane rozwiązanie.
Szafy sterownicze do monitorowania sprężonego powietrza oferowane przez firmę Emerson to prefabrykowane, gotowe do instalacji rozwiązania, które są w pełni zmontowane i obejmują cały hardware oraz oprogramowanie analityczne. Sprawia to, że są łatwe do ustawienia oraz konfiguracji i można je szybko wdrożyć. Wiele inteligentnych czujników przepływu powietrza można w łatwy sposób bezpośrednio podłączyć, skonfigurować i uruchomić, sprawiając, że rozwiązanie można dokładnie skalować.
W firmie Emerson zastosowaliśmy podejście typu from Floor to Cloud™, aby opracować nasze rozwiązanie szafy sterowniczej. Obejmuje ono nasze czujniki przepływu powietrza marki AVENTICS™ serii AF2, które gromadzą dane pneumatyczne na terenie całej fabryki, oraz urządzenia Edge Gateway marki PACSystems™ oraz zaawansowane oprogramowanie analityczne, które przekształca dane w cenne informacje, które są skalowane w chmurze. Podczas gdy urządzenie Edge Gateway gromadzi, przetwarza i weryfikuje dane, wygenerowane informacje i uwagi można przesyłać do systemów wiodących, takich jak rozwiązania MES, HMI/SCADA za pomocą odpowiednich interfejsów, takich jak OPC UA.
Rozwiązanie szafy obejmuje również przemysłowe zasilanie SolaHD™ w celu stabilnego i bezpiecznego zasilania indywidualnych komponentów oraz przełącznik zasilania urządzeń sieciowych za pomocą kabla LAN (PoE), który dostarcza moc do inteligentnych czujników strumienia powietrza za pośrednictwem istniejącego kabla Ethernet.
Rozwiązanie szafy sterowniczej firmy Emerson obejmuje czujniki przepływu marki AVENTICS™ serii AF2, urządzenie Edge Gateway marki PACSystems™ oraz przemysłowe zasilanie napięciem marki SolaHD™.
Kluczowym elementem monitorowania sprężonego powietrza jest wykorzystywana aplikacja oprogramowania. Dzięki OPC UA aplikacja manager’a sprężonego powietrza firmy Emerson oferuje standardowy interfejs znany na poziomie całego przemysłu, za pomocą którego można wymieniać dane z systemami innych firm. Aplikacja jest wstępnie zainstalowana na urządzeniu Edge Gateway, płynnie łączy się z czujnikiem przepływu AF2 i zapewnia automatyczną parametryzację i konfigurację. Centralny wyświetlacz panelu sterowania wyświetla zarówno indywidualne zużycie maszyny, jak również całkowite zużycie powietrza na linii lub w całej fabryce. Użytkownicy mogą zobaczyć kluczowe wskaźniki efektywności (KPI) oraz pomiary, takie jak strumień powietrza, ciśnienie, koszt energii i emisja CO2 oraz czas, w którym maszyna pracuje na biegu jałowym, i zużycie sprężonego powietrza, gdy maszyna nie jest używana.
Wykorzystując aplikację manager’a sprężonego powietrza, użytkownicy mogą uzyskać bezpośredni dostęp i kontrolować podłączone czujniki przepływu serii AF2 z dowolnego miejsca. Umożliwia to firmom stałe monitorowanie danych zużycia powietrza, trendów i kosztów z poziomu indywidualnej maszyny aż po całą linię lub zakład oraz dostarczanie zespołom spostrzeżeń w czasie rzeczywistym, które napędzają ciągłą poprawę. W ten sposób firmy mogą zwiększyć oszczędności energii, wprowadzić inicjatywny zrównoważonego rozwoju i zmniejszyć intensywność konserwacji i audytów powietrza. Wraz z rozwojem aplikacji użytkownicy będą czerpać korzyści z przyszłych aktualizacji oraz obecnych funkcji.
Lepsza widoczność dla lepszych wyników
Zintegrowane rozwiązania szafy sterowniczej bardziej niż kiedykolwiek przyspieszają i ułatwiają podjęcie pierwszego kroku w kierunku monitorowania sprężonego powietrza. Kompletne rozwiązanie szafy sterowniczej oferuje firmom rozwiązanie gotowe do użycia, które można szybko i łatwo uruchomić bez dużego, dodatkowego wysiłku, szczególnie w przypadku typowych czynników takich jak zasilanie, okablowanie przełącznika, obudowa ze stopniem ochrony (IP) oraz instalacja oprogramowania i konfiguracja.
Monitorując sprężone powietrze, producenci mogą zyskać lepszy wgląd w jego stan oraz uzyskać cenne informacje, które mogą poprawić wydajność procesów, zredukować koszty coraz to droższej energii elektrycznej i w rezultacie osiągnąć lepszy poziom zrównoważonego rozwoju.
autor: Marek Szymański, Automation & IIoT Sales Specialist w firmie Emerson
