Dacă ați stat vreodată în mijlocul unei fabrici la 2 dimineața, urmărind roboții zbârnâind, transportoarele și motoarele funcționează la viteză maximă chiar și atunci când o linie de producție este în gol, știți asta: consumul de energie din fabrică nu este doar o factură de utilități – este un cost ascuns care poate consuma 20 până la 30 la sută din bugetul operațional al unei fabrici, conform Administrației SUA pentru Informații Energetice. În calitate de furnizor de sisteme de automatizare a fabricilor, am petrecut ani de zile ajutând producătorii să reducă aceste deșeuri fără a încetini producția, iar nucleul acestei lucrări este construirea de sisteme de automatizare care nu controlează doar mașinile, ci le ascultă, se adaptează nevoilor lor și elimină tipul de energie inutilă care afectează chiar și cele mai bine conduse fabrici. Întrebarea nu este dacă automatizarea poate optimiza consumul de energie, ci este cum să o faci într-un mod care funcționează pentru ritmul unic al fiecărei fabrici.
Să începem cu deșeurile cele mai mari și care pot fi evitate: suprasolicitarea echipamentelor atunci când nu este nevoie. De exemplu, luați procesele de bobinare, care sunt esențiale pentru orice, de la textile la fabricarea metalelor și la ambalaje. Un sistem de înfășurare standard obișnuia să ruleze la o viteză fixă 24/7, chiar și atunci când bobinele se schimbau sau materialele erau încărcate neuniform - risipă de putere cu un cuplu excesiv și frecare care se adună într-o singură schimbare. Aici intervine automatizarea de precizie legată de datele de proces în timp real. Când integrăm sisteme de control inteligente într-un dispozitiv de înfășurare (/factory-automation-system/winding-device.html), îl programăm pentru a regla cuplul, viteza și tensiunea în mod dinamic pe măsură ce bobina se umple sau se golește. Dacă sistemul detectează o pată subțire în materialul care este înfășurat, reduce automat ușor tensiunea pentru a evita întinderea acestuia sau pierderea puterii suplimentare pentru rezistența la luptă. Anul trecut, un client al meu de textile a trecut de la bobinaj cu viteză fixă la acest model automat și și-a redus consumul de energie legat de bobinaj cu 28% în șase luni, fără nicio scădere a calității produsului.
Dar optimizarea energetică a automatizării nu se oprește la mașinile individuale – este vorba despre conectarea fiecărei părți a liniei de producție, astfel încât acestea să funcționeze în sincronizare, nu în scopuri transversale. Multe instalații funcționează în silozuri: linia de înfășurare funcționează în timp ce transportorul care îi livrează materialele este în gol, sau alimentatorul care furnizează materii prime pentru etapa următoare funcționează la viteză maximă chiar și atunci când mașina din aval este oprită. Aici este locul în care Modificarea liniei de producție (/factory-automation-system/production-line-modification.html) folosind automatizarea integrată face toată diferența. Nu schimbăm doar mașinile vechi, ci construim o platformă centrală de control care partajează date între fiecare activ de pe linie. Pentru un client de producție de lână de rocă, le-am modificat linia, astfel încât alimentatorul cu două șuruburi pentru linia de producție de lână de rocă (/factory-automation-system/twin-screw-feeder-for-rock-wool-production.html) își ajustează viteza de avans în timp real pe baza semnalelor atât de la senzorul de ieșire al alimentatorului, cât și de la sistemul de verificare a calității din etapa următoare. Dacă cuptorul din aval are nevoie de un volum puțin mai mic de materie primă pentru schimbarea lotului, alimentatorul încetinește instantaneu în loc să funcționeze gol. Acea mică sincronizare a redus consumul total de energie al liniei lor cu 22 la sută și a redus și risipa de materiale, ceea ce este un câștig dublu pentru rezultatul lor.
O altă zonă adesea trecută cu vederea este echipamentele auxiliare: transportoare, colectoare de praf, alimentatoare și sisteme de ventilație care nu sunt nucleul producției, dar funcționează în mod constant pentru a o susține. În industria lânii de stâncă, de exemplu, praful de vată de stâncă este un produs secundar al prelucrării, astfel încât instalațiile se bazează pe transportoare de praf și sisteme de colectare care funcționează în mod tradițional la viteză maximă toată ziua, indiferent de cât de mult praf este generat efectiv. De aceea, am proiectat și instalat soluții personalizate, cum ar fi transportorul spiralat pentru praf de lână de rocă (/factory-automation-system/rock-wool-dust-spiral-conveyor.html) care se sincronizează cu senzorii de generare a prafului din linia de producție. Dacă linia funcționează la jumătate din capacitate în timpul unei schimbări a lotului, transportorul în spirală încetinește, reducând viteza motorului și consumul de energie cu până la 40% atunci când cererea este scăzută. Asociem acest lucru cu variatoare de frecvență (VFD) care funcționează cu fiecare transportor, alimentator și motor de pe linie, ajustând puterea pentru a se potrivi cu sarcina reală în loc de o viteză fixă - ceva ce nici măcar VFD-urile vechi nu pot face dacă nu sunt integrate cu sistemul de control central al liniei.
Desigur, toate aceste instrumente funcționează numai dacă aveți date pentru a spune când au loc deșeuri și aici intervin senzorii inteligenți și analiza predictivă. Sistemele moderne de automatizare a fabricilor nu sunt doar comutatoare, ci sunt colectoare de date care urmăresc consumul de energie, sarcina și eficiența fiecărei mașini în timp real. De exemplu, alimentatorul nostru cu elicoidal dublu de înaltă eficiență (/factory-automation-system/high-efficiency-twin-screw-feeding-machine.html) are senzori încorporați care măsoară curentul motorului, debitul de material și cuplul. Dacă senzorul detectează o creștere de 10 la sută a curentului care nu corespunde unei modificări a ratei de alimentare, o semnalează ca o problemă potențială - cum ar fi o alimentare înfundată sau o piesă uzată - care ar putea risipi energie cu mult înainte de a provoca o defecțiune. Un client de procesare a alimentelor a folosit aceste date pentru a constata că alimentatoarele lor funcționau cu 15% peste capacitate în timpul schimbului de noapte, când cererea era mai mică, și a ajustat setările pentru a se potrivi, reducând consumul de energie legat de alimentator cu 19% fără niciun impact asupra producției de produs.
Ceea ce face ca acest lucru să funcționeze nu este doar tehnologia, ci este capacitatea de a o adapta la nevoile specifice ale unei plante, nu de a aplica o soluție unică. O fabrică de hârtie va avea puncte de deșeuri diferite de energie decât o fabrică de ștanțare a metalelor, iar provocările unui producător de lână de rocă sunt total diferite de cele ale unui producător farmaceutic. De aceea abordarea noastră față de automatizare începe cu un audit energetic complet al fabricii: mapăm consumul de energie al fiecărei mașini, identificăm blocajele în care apar deșeurile și proiectăm un sistem care conectează numai activele care contează, mai degrabă decât să adăugăm complexitate inutilă. De exemplu, o fabrică de ambalare a pieselor mici cu care am lucrat nu a trebuit să înlocuiască fiecare linie de transport – doar am integrat un mic sistem de control care sincronizează mașinile de ambalare, transportoarele și alimentatoarele de materiale, reducând consumul total de energie cu 17%, cu o rentabilitate a investiției în mai puțin de 18 luni.
Am văzut prea multe fabrici cumpărând singure mașini „eficiente din punct de vedere energetic”, doar pentru a constata că acele mașini încă risipesc energie pentru că nu fac parte dintr-un sistem conectat. Un motor care funcționează cu o eficiență de 90 la sută este grozav, dar dacă pornește atunci când nu este nevoie, acea eficiență nu contează. Automatizarea transformă mașinile individuale eficiente într-un sistem întreg care nu irosește aproape deloc energie. De asemenea, reduce timpul de neașteptare neașteptat, care este un cost ascuns al energiei - atunci când o mașină se defectează, fabricile rulează adesea alte linii la viteze mai mari pentru a compensa producția pierdută, risipind mai multă energie în proces. Caracteristicile noastre de întreținere predictivă, încorporate în fiecare sistem de automatizare, detectează probleme înainte ca acestea să provoace timpi de nefuncționare, astfel încât liniile rulează constant la viteze optime, nu la viteze de urgență.
La sfârșitul zilei, optimizarea consumului de energie din fabrică prin automatizare este despre trei lucruri simple: potrivirea consumului de energie cu nevoile reale de producție, conectarea fiecărui activ astfel încât să funcționeze sincronizat și utilizarea datelor pentru a captura deșeurile înainte ca aceasta să devină o problemă. Nu este vorba de a forța o instalație să funcționeze mai repede sau de a folosi mai puțină putere, ci de a face ca fiecare watt să conteze. Dacă doriți să reduceți costurile cu energie ale fabricii dvs. fără a sacrifica performanța sau doriți să aflați mai multe despre cum funcționează soluțiile de automatizare personalizate pentru linia dvs., vă putem ajuta să vă auditați sistemul actual și să construiți un plan care se potrivește nevoilor dumneavoastră.
Referințe
- Administrația SUA pentru Informații Energetice. (2023). Prezentare generală a consumului de energie în producție. Washington, DC: Departamentul de Energie al SUA.
- Agenția Internațională pentru Energie. (2022). Eficiența energetică în industrie: tendințe și tehnologii cheie. Paris: Editura IEA.
- Asociația pentru Avansarea Automatizării. (2023). Impactul automatizării fabricii asupra reducerii energiei industriale. Ann Arbor, MI: A3.
- Institutul Național de Standarde și Tehnologie. (2022). Managementul energiei pentru sistemele inteligente de producție. Gaithersburg, MD: NIST.