Дигитализация в технологията за сгъстен въздух

Терминът "Индустрия 4.0" е често използвана дума в наши дни, често без да се знае какво всъщност се крие зад него. И така, какво точно включва този термин и какви са възможностите за индустрията на сгъстения въздух?

Следващата статия описва актуалното състояние на цифровизацията в технологията за сгъстен въздух. Тя не претендира за изчерпателност; със сигурност има много други производители, които могат да предложат на клиентите си подобни или идентични технологии. Все пак, за да не се излиза извън обхвата на тази статия, вниманието е насочено към производителите, чиито системи се използват често в дървообработващата промишленост. Производството на сгъстен въздух винаги е било основен фактор за разходите в производството. В зависимост от вида и състоянието на системата се изчислява, че се консумира между 25 и 35 % от общата енергия, използвана в едно предприятие. При разглеждане на жизнения цикъл на нова система за сгъстен въздух в продължение на пет години, потреблението на енергия представлява около 80 процента от общите разходи, докато разходите за първоначална покупка представляват само около девет процента от разходите. Това високо потребление на енергия може да бъде значително намалено чрез модернизация или преоборудване на системата и компонентите, правилен дизайн на системата, подобрен контрол и целенасочена поддръжка. Тъй като съвременните компресори са с висока енергийна ефективност и добре проектираните системи с пръстеновидна линия предлагат малък потенциал за икономия на енергия, доставчиците все повече се фокусират върху оптимизирането на контрола на системите за сгъстен въздух.

Дигитализираната система за управление носи много предимства и дава възможност за предприемане на широкообхватни мерки за повишаване на ефективността. В допълнение към намаляването на потреблението на енергия и контролираната самооптимизация, с помощта на сензори може да се приложи форма на "прогнозна поддръжка". Това става възможно чрез събиране на данни и тяхното оценяване. Въз основа на тази оценка след това могат да се изведат мерки за превантивна поддръжка, които значително намаляват вероятността от повреда. Само тази възможност поставя технологията в контекста на визията "Индустрия 4.0", тъй като различните състояния се използват и обработват от сензорите. По този начин и двата възможни проблема могат да се съобщават в реално време, а потреблението на енергия може да се намали значително, което става все по-голям фокус на компаниите в производствената индустрия. Един от водещите световни производители на компресори и пионер в областта на цифровизацията е KAESER KOMPRESSOREN, базиран в Кобург, Бавария. Компанията се обръща назад към стогодишната си история и предлага системата за управление на сгъстения въздух "Sigma Air Manager 4.0" като цифрово решение. Това е централна система за управление, която регулира мощността на сгъстения въздух в зависимост от действителното търсене. Системата постоянно анализира различни параметри, като например връзката между ефективността на превключване и управление, и използва тази информация, за да изчисли предварително график за работа на системата без загуби. Вземане предвид на различни условия, като например намаляване на средното общо налягане. Обработката на тези състояния осигурява значително намаляване на енергийните нужди, тъй като сгъстеният въздух се генерира изцяло според търсенето и може да се избегне свръхпроизводството. Цялата инсталация се визуализира в диаграма на потока на тръбите и инструментите и осигурява най-важните параметри на инсталацията чрез дисплей. В допълнение към кривата на налягането и показването на параметрите могат да се показват текущото потребление на налягане, историческите стойности и разходите за енергия. Освен това всички събрани данни могат да се съхраняват в облака (KAESER, Sigma Smart Air). Това позволява на експертите да извършват дистанционна диагностика и да определят мерки за превантивна поддръжка, както и да предлагат подходящи услуги или резервни части. Общо системата може да наблюдава до 16 компресора, а събраните данни могат да се извличат в реално време от всеки мрежово съвместим терминал, независимо от местоположението.

ALMiG Kompressoren GmbH е друга компания с дългогодишни традиции и също толкова 100-годишна история. Тази компания разчита на модулната система "Air Control" за управление и наблюдение на цялата система за подаване на сгъстен въздух. Moser GmbH в Хаслах, Баден, който се намира между Офенбург и Фрайбург, използва точно тази технология в своето производство. Фирмата произвежда прозорци и врати, както и висококачествено вътрешно обзавеждане. Особено в областта на вътрешното обзавеждане се използват огромни количества от скъпия сгъстен въздух. Това се прави основно в областта на повърхностната обработка. При шлайфането трябва да се издухват прах и фини стружки, а всички клапани и цилиндри на машините също се управляват със сгъстен въздух. Сгъстеният въздух е също така важна среда в процеса на боядисване надолу по веригата: Както почистването и предварителната обработка, така и самият процес на боядисване изискват големи количества сгъстен въздух. "С оглед на постоянно растящите разходи за енергия, ние искаме да проучим къде точно можем да ги намалим", обяснява управляващият директор Томас Мозер. Работното налягане на цифрово контролираната система се регулира безстепенно в диапазона от 5 до 13 бара. "Във фазата на стартиране пускаме всяка машина при налягане от осем бара и го намаляваме с 0,1 бара, докато достигнем оптималното. Защото на един бар се падат около седем процента от разходите за енергия", казва регионалният търговец на ALMiG Фолкер Грашке. Благодарение на системата "Air Control" компресорите се управляват в зависимост от потреблението и по този начин могат да работят много по-енергийно ефективно при постоянно налягане. "Ако потреблението се увеличи към максималния обем на подаване на дадена система, се включва втори компресор. Поддържа се резерв на скоростта, така че при включването и изключването на компресорите да не възникват колебания в налягането и станцията да работи икономично", обяснява Грейшке. Следователно по време на основния период на производство двете системи работят синхронно с една и съща скорост. Във фазите на ниско натоварване, когато производството е по-ниско, работи само един компресор. По този начин автоматично се адаптира към профила на потребление. "Ще успеем да спестим значителни енергийни и експлоатационни разходи годишно", убеден е Мозер.

Оптимизираният подход за цифрово управление е известен не само в Германия. Тайванският производител на компресори DYNA, който продава продуктите си основно в Китай и Югоизточна Азия, предлага софтуер за управление, базиран на облак, за дигитализиране на производството на сгъстен въздух. На показаната снимка червените линии показват колебанията в подаването на сгъстен въздух без (А) и с (Б) техния нов софтуер на различно управляваните инсталации. С помощта на софтуера DYNA е в състояние да контролира и оптимизира потока на сгъстения въздух в сложни системи. В допълнение към наблюдението на различни параметри и маркирането на потенциала за икономии, софтуерът допринася за значително повишаване на стабилността на подаването на сгъстен въздух. Нестабилното подаване на сгъстен въздух може да намали производителността на машините и в най-лошия случай да доведе до тяхната повреда. Следователно стабилизирането на подаването на сгъстен въздух може да намали вероятността от повреда на цели фабрики. Интегрираната функция за мониторинг позволява събирането на данни от всички инсталирани сензори и осигурява ясен преглед на състоянието на цялата система. В началото на миналата година компанията DYNA започна сътрудничество с клиент в Южен Китай и успя да намали разходите му за подаване на сгъстен въздух с около десет процента. В същото време стабилността на подаването на сгъстен въздух беше значително увеличена чрез система за саморегулиране. В момента китайското правителство насърчава компаниите, които инвестират в цифрови решения.

Предприятията в Германия също могат да получат субсидия за енергийно ефективни компресори - това е субсидия от BAFA (Федералната служба за икономика и контрол на износа). Наред с някои други производители компанията RENNER GmbH Kompressoren предлага продукти, които отговарят на критериите на Федералната служба. В зависимост от необходимостта се предлагат компресори, които се администрират и оптимизират чрез надписаното управление "RENNERconnect". Подобно на описаните по-горе решения, "RENNERconnect" позволява разширено наблюдение на налягането в системата. Това осигурява възможно най-голяма икономия на енергия (до 40 %) чрез избягване на скъпоструващи периоди на празен ход, дължащи се на цикли на превключване на натоварване/бездействие, оптимизиране на налягането и максимално намаляване на налягането. Освен това могат да се интегрират и наблюдават множество допълнителни компоненти на системата за сгъстен въздух, като например изсушители, сепаратори, сензори за точката на оросяване и допълнителни сензори за налягане. Интелигентното свързване на компонентите в мрежа позволява комуникация между производството и обработката на сгъстения въздух, както и оптималното им координиране за постигане на максимална ефективност. С помощта на уеб сървър, в допълнение към достъпа до данни в реално време, се предлага цялостен пакет от онлайн оценки, например на работното поведение, изчисляване на енергията и разходите и много други параметри.

По този начин напредналата цифровизация на технологията за сгъстен въздух се наблюдава при много производители. По този начин клиентът получава сравнително лесно въведение в цифровизацията на производствения процес на сгъстен въздух. Тази дигитализация предоставя на производителя възможността значително да намали енергийните си разходи по време на работа. Понастоящем не са налични представителни проучвания за пряко сравнение на различни цифровизирани системи с конвенционални компресори и системи за управление, поради което понастоящем не може да се даде ясна препоръка. Въпреки това цифровизацията на производството на сгъстен въздух със сигурност помага да се направи прозрачен и контролируем един скъп и сложен процес.

Автор: Марчин Белкот, магистър по производствен инженеринг и мениджмънт, работещ като консултант за SCHULER Consulting от 2015 г.