„Fast tracking” sűrített levegő felügyelet
Az intelligens, IIoT-csatlakozású légáramlás-figyelő eszközök – előre konfigurált digitális analitikai megoldással kombinálva – segítettek a vállalatnak azonosítani és megoldani a túlzott fogyasztást, ami gyors és folyamatos megtakarítást eredményezett.
Írta: Jan Edler, Emerson
A sűrített levegő felhasználása jelentős energiaköltséget jelent számos gyártóüzem számára, mivel a pneumatikát gépek, berendezések, szerszámok és egyebek működtetésére használják. Sajnos a szivárgást és az áramlási fojtópontokat nehéz pontosan behatárolni, mégis megnövelik a költségeket és az idő múlásával folyamatosan csökkentik a termelékenységet.
A nyers módszer az, hogy egyszerűen folyamatosan növelik a kapacitást új légkompresszorok és túlméretezett csővezetékek formájában, de ez nagy tőke- és/vagy üzemeltetési költségeket igényel, és nem kezeli a kiváltó okokat. Jobb megoldás a bemenő és felhasználási adatok gondos összegyűjtése és elemzése a rendszerben.
A szabványos nyomás- és áramlási műszerek telepítése jó kezdet, de ezek az intézkedések önmagukban ritkán elegendőek a probléma megoldásához. Ehelyett a vállalatok számára jobb megoldást jelent az intelligens légáramlás-felügyeleti eszközök stratégiai telepítése, amelyek az ipari dolgok internetének (IIoT) összekapcsolhatóságával rendelkeznek, egy olyan szoftverrel együtt, amely a korrekciós intézkedések irányításához szükséges betekintést nyújt.
Ez a cikk elmagyarázza, hogyan telepítettek egy üzemben intelligens levegő felügyeleti hardvert és szoftvert a működési költségek csökkentése, a használat optimalizálása és a szükségtelen tőkekiadások elkerülése érdekében.
Az adatok kinyerése és elemzése kulcsfontosságú
Noha a felhasználók sokféleképpen kezelhetik vagy javíthatják az ipari folyamatokat, általánosan elfogadott nézet, hogy a legmegbízhatóbb megközelítések az adatalapú megközelítések, amelyek átfogó mérési és elemzési technikákon alapulnak. A megfelelő információkkal és eszközökkel a felhasználók azonosíthatják a problémákat, korrekciós intézkedéseket hozhatnak létre, és ellenőrizhetik az eredményeket – ami folyamatos fejlődési ciklusokat eredményez.
Az új telepítésű gépekbe nagyobb valószínűséggel építik be a szükséges felügyeleti és számítástechnikai rendszereket – amelyek túlmutatnak az alapvető ellenőrzésen -, hogy támogassák az optimalizálási erőfeszítéseket. Ezeknek a képességeknek a hatékony utólagos integrálása a meglévő örökölt létesítményekbe általában nagyobb kihívásokat jelent.
Az energiafelhasználás és a termelés hatékonyságának javítását célzó kezdeményezések beindítása érdekében a felhasználók használatra kész hardver- és szoftvermegoldásokat keresnek, amelyek a Floor-to-Cloud™ kapcsolatot biztosítják. Egyes felhasználók megpróbálhatnak különféle IIoT-érzékelőket, edge gatewayeket és szoftvereket összeállítani és egyedileg konfigurálni, miközben eredményeket keresnek, de ez a megközelítés problémás lehet, mivel jelentős rendszerintegrációs munkát igényel.
Jobb megoldás az automatikusan konfigurált érzékelők és előre konfigurált számítástechnikai hardverek és szoftverek tesztelt portfóliója, az iparági szabványos kommunikációs módszerek alkalmazásával. Ez a fajta megközelítés legyőzi az integráció akadályait, csökkenti a kockázatokat és a telepítési időket, és képessé teszi a szervezetet arra, hogy kicsiben kezdjen, majd növelje sikereit.
A megfelelő eszközök alkalmazása a munka elvégzéséhez
A professzionális szerszámmárkák, mint például a Ridgid, Greenlee és Klauke jól ismertek az építőiparban, és néhány márka már több mint 100 éve létezik. Az Emerson Professional Tools 11 gyártóegységet működtet ezeknek és más márkáknak. Példa erre a sissach-i svájci üzem, amely préstermékeket és tartozékokat, például akkumulátoros hidraulikus szerszámokat, valamint a hozzájuk tartozó pofákat és gyűrűket gyárt. A 45 000 négyzetméteres létesítményben 80 alkalmazott és 24 CNC gép dolgozik. A termelés nagymértékben automatizált, egyes berendezések világítás nélküli körülmények közt működnek.
Az üzemi csapat azonban kevés információval rendelkezett a tényleges levegőfogyasztási igényekről, és amikor a műhelyi gépek bővítését tervezték, azt feltételezték, hogy új légkompresszorra is szükség lehet. A valós igények jobb megértése érdekében vállalaton belüli projekt indult a levegőfogyasztás monitorozására és elemzésére.
Ennek érdekében az Emerson AVENTICS™ AF2 sorozatú áramlásisebesség-érzékelőt (1. ábra) a sűrítettlevegő-felhasználás körülbelül 20 legjelentősebb helyére telepítették, hogy a sűrített levegő felhasználásának körülbelül 70%-át rögzítse. Az AF2 egy intelligens áramlásisebesség-érzékelő, amely széles áramlási és nyomástartományban képes mérni különféle gáz halmazállapotú közegeket, és helyi kijelzőt is tartalmaz.
1. ábra: Az Emerson AVENTICS™AF2 sorozatú áramlásisebesség-érzékelő egy intelligens eszköz, amely képes figyelni, számlálni és naplózni a mért paramétereket – például áramlást, nyomást és hőmérsékletet –, majd számításokat végez ezeken az értékeken, és továbbítja azokat a adattároló rendszerekbe és a felhőbe.
A szabványos statisztikák (min, max és átlag), számlálás (térfogat, tömeg és energia) és naplózás (választható időkeretekkel) közvetlenül az eszközben vannak beépítve, és az eszközök ipari Ethernet-protokollok – beleértve a TCP/IP-t, az OPC UA-t és az MQTT-t – vagy IO-Link-en vagy hagyományos analóg jelen keresztül kommunikálhatnak az adattároló rendszerekkel. A paraméterek széles skálája figyelhető meg és továbbítható, mint például:
- térfogatáram (l/perc)
- nyomás (bar)
- hőmérséklet (°C)
- tömeg-áramlási sebesség (kg/h)
- áramlási sebesség (m/s)
- térfogat (l)
- tömeg (kg)
- energia (kWh)
Az áramlásisebesség-érzékelő rugalmas csatlakozási lehetőségeinek köszönhetően az integrációs csapat képes volt kihasználni a meglévő IT-infrastruktúrát, és gyorsan telepíteni tudta az érzékelőket a rövid ütemezett leállások során. Ennél az alkalmazásnál az áramlásisebesség-érzékelőket Ethernet-en keresztüli tápellátás (PoE) működteti, ami tovább egyszerűsíti a telepítést.
Minden áramlásisebesség-érzékelő beépített webes felületet tartalmaz (2. ábra), és az érzékelők adatokat is továbbítanak – megfelelő biztonsági hitelesítő adatok segítségével – egy előre konfigurált felhőszolgáltatásnak, a Compressed Air Managernek (CAM). Ez a fajta átfogó megoldás tetszőleges számú áramlásisebesség-érzékelőre méretezhető.
2. ábra: A webes felület úgy konfigurálható, hogy megjelenítse az összes lehetséges mérést, és minden eszközprotokoll és beállítás könnyen elérhető.
Az MQTT különösen előnyös protokoll egy olyan IIoT-projekthez, mint amilyen ez is, hogy terepi értékeket közöljenek egy helyszíni vagy felhő alapú számítástechnikai megoldással. Az adatok könnyen és biztonságosan továbbíthatók egy brókerhez összesítés és tárolás céljából, valamint létesítményenként és projektenként rendezhetők.
A CAM-alkalmazás előkonfigurálva van, hogy helyben fusson egy edge gatewayen. A felhasználók ezt felhő alapú élményre is kiterjeszthetik az integrált OPC-UA kiszolgálóval, amely hozzáférést biztosít az összes csatlakoztatott eszköz kombinált adataihoz. Szabványos vezérlőpultok állnak rendelkezésre az egyes áramlásérzékelők, illetve az eszközök fizikai vagy funkcionális csoportjainak átfogó megjelenítéséhez, az összefoglaló vezérlőpult pedig gyors áttekintést nyújt (3. ábra). A vezérlőpultok automatikusan feltöltődnek, amint az eszközök csatlakoznak a digitális környezethez, és a felhasználók dönthetnek úgy, hogy belevágnak a mélyebb elemzésekbe, ahogy jónak látják.
3a és 3b ábra: A Compressed Air Manager egy használatra kész hardver- és szoftverelemző csomag, előre feltöltött vezérlőpultokkal, amelyek elindítják a felhasználókat az energiafelhasználás maximalizálása és a pazarlás csökkentése felé vezető úton, ami költségmegtakarítást és gyors ROI-t eredményez.
Mivel az érzékelőket fizikailag telepítették a hálózatra, a csapat úgy találta, hogy érzékelőnként csak körülbelül egy percet vesz igénybe, hogy a webes felület és a mellékelt hitelesítő adatok segítségével csatlakoztassa őket a kiszolgálóhoz. Az érzékelők a helyükön voltak, hogy megkezdhessék a sűrített levegő rendszer elemzését.
A szivárgások megszüntetése adatok segítségével
A csapat kezdetben a normál gyártási héten meghatározta az alap levegőigényeket. Ez arra a felfedezésre vezetett, hogy a hétvégi levegőigény továbbra is váratlanul nagy volt, ezért eljárásokat vezettek be a gépek leállási idejének izolálására, hogy elkerüljék ezeket a veszteségeket.
A szoftvert használó folyamatos mélyreható betekintések lehetővé tették a felhasználók számára, hogy azonosítsanak minden olyan berendezést, amely több levegőt használ a hasonló eszközöknél, így a csapat egy sor szivárgást és egyéb rendellenességet azonosított a nagytól a kicsiig, amelyeket aztán ki lehetett küszöbölni. Egy esetben nyomásesést észleltek egy gépen, ami 5%-os ciklusidő-csökkenést okozott. Ezt a tápvezeték átmérőjének növelésével orvosolták.
Összességében a csapat 850 l/perc levegőveszteséget azonosított szivárgásként, ami a teljes bevezetett mennyiség körülbelül 20%-át tette ki. Ezeknek a problémáknak a megoldása 58 000 USD megtakarítást és 68 000 kg CO2-kibocsátás csökkenést eredményezne 10 év alatt. A csapat öt hónapon belül a projekt 50%-át kitevő megtakarítást azonosított, a teljes megtérülés pedig 24 hónap alatti.
Ráadásul most, hogy a csapat megbízható és hasznosítható adatokkal rendelkezett, erőfeszítéseiket az új – és szükségtelen – légkompresszorba való befektetés helyett a szivárgási problémák megoldása felé fordították. Olyan adatokkal is rendelkeztek, amelyek megerősítették, hogy mennyivel lehet bővíteni a telephelyet, mielőtt újabb légkompresszort kellene beszerezni.
Gyors út a teljes levegő managementhez
Gyakori, hogy bármely típusú ipari létesítményben akár 30%-os sűrítettlevegő-pazarlás is előfordulhat, nem beszélve a gépek működésének aluloptimalizálása miatti hatástalanságról. Ezek a problémák lehetetlenné teszik a nettó nulla kibocsátás elérését és az általános jövedelmezőség optimalizálását, a legtöbb vállalkozásnak pedig manuális módszerekkel kell felderítenie a jelentős költséggel járó szivárgásokat – ha egyáltalán megteszik.
A sissachi gyár a sűrítettlevegő-kezelésének sikertörténete, és jól mutatja az Emerson elkötelezettségét a Net Zero elérése iránt saját működésén belül. Az egyszerűen telepíthető AF2 intelligens érzékelők, amelyek zökkenőmentesen integrálhatók a CAM-alkalmazásba, olyan kombinált hardver- és elemzőszoftver-digitális átalakítási megoldást képviselnek, amely könnyen és gyorsan alkalmazható minden típusú létesítményben. Az érzékelők automatikus konfigurálása és a szoftver előre konfigurált jellege csökkenti a telepítési időket, a kockázatokat és az integráció egyéb akadályait, ami gyors megtérülést és jelentősen jobb működést eredményez.
Számok/adatok az Emerson hozzájárulásával
A szerzőről
Jan Edler az IoT gyártási alkalmazások vezetője az Emerson diszkrét automatizálás részlegén. Hatalmas ismeretekkel rendelkezik az automatizálási technológiáról és az IIoT összekapcsolhatóságáról. Ő vezeti az Emerson globális IIoT-bevezetéseit. Sűrítettlevegő- és energiafelügyeletet hozott létre az Emerson létesítményekben szerte a világon.
