29590 ban_at_semiconductor_540x150

Gói giám sát năng lượng TEC/US của Festo : Giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả

Email In PDF.

Khí nén là một trong những nguồn năng lượng đắt đỏ nhất đối với sàn nhà máy của một cơ sở sản xuất hiện đại. Điều ngạc nhiên là, các nhà sản xuất lại ít để ý đến nó. Tuy vậy, có các bước căn bản giúp các nhà sản xuất nâng cao đáng kể hiệu suất và hiệu quả kinh tế cho các nhà máy của mình.

Nếu việc sử dụng khí nén được giám sát chặt chẽ, không chỉ giảm được chi phí năng lượng đáng kể mà còn giảm được thời gian chết của máy móc đồng thời nâng cao tuổi thọ của chúng.

Sản xuất khí nén tốn rất nhiều chi phí; 79% chi phí sản xuất sử dụng cho năng lượng điện, trong khi đó chi phí đầu tư vốn và bảo dưỡng lần lượt là 15% và 6%. Theo một tính toán kinh tế, Bộ năng lượng Hoa Kỳ (US Department of Energy) sử dụng 18-30 cent/ 1000 feet khối khí nén. Một cuộc khảo sát tại Festo cho kết quả 70% người sử dụng khí nén không biết lượng khí sử dụng trong nhà máy của mình là bao nhiêu. 80% cho biết họ không thực hiện các chương trình giảm thiểu tiêu thụ khí nén. Với các số liệu này, rõ ràng việc giảm tiêu thụ khí là một vấn đề rất quan trọng.

tknl1308101

Hình 1: Các cấu hình gói giám sát hiện nay

Vấn đề đặt ra

Cho dù hệ thống khí nén có tối tân đi chăng nữa cũng không thể giúp giảm mức tiêu thụ khí. Bên cạnh đó, hao mòn hàng ngày gây ra rò rỉ, dẫn đến thất thoát tiền bạc cũng như làm giảm công suất. Khi những sự việc này xẩy ra rõ ràng, người sử dụng có xu hướng tăng áp suất hệ thống để giải quyết nhu cầu ngày càng tăng lên trên hệ thống do yêu cầu của con người tạo ra. Bằng việc tăng thêm công suất máy nén, các lỗ rò này sẽ tiếp tục gây lãng phí năng lượng.

Bên cạnh việc gây ra lãng phí năng lượng, tụt áp do rò rỉ có thể làm cho các bộ phận khí nén hoạt động dưới mức trung bình, hậu quả là giảm tuổi thọ của chúng. Khi các bộ phận khí nén bắt đầu chạy chậm dần, người sử dụng sẽ phải tăng áp suất hệ thống lên để đáp ứng yêu cầu ứng dụng. Việc khắc phục sự cố tạm thời này chắc chắn sẽ gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng hơn với các bộ phận này, thậm chí gây ra hỏng hóc.

Do đó việc giám sát tiêu thụ khí của hệ thống cần phải là một quy trình liên tục. Rất nhiều người sử dụng tiếp tục vận hành hệ thống khí nén cho khi đến khi hỏng hóc nguy hiểm xẩy ra, thường là do khó cách li quá trình/bộ phận đang gây ra lãng phí tiêu thụ khí nén. Kế hoạch giám rò rỉ trước đây là một biện pháp dò phát hiện rò rỉ, tuy nhiên, việc giám sát liên tục sẽ giúp cho hoạt động hiệu quả hơn cũng như kéo dài tuổi thọ của thiết bị khí nén.

Giải pháp

Festo Corporation đã phát triển một công cụ giám sát lưu lượng hệ thống và tiêu thụ khí nén sử dụng cảm biến thông minh, một bộ điều khiển chẩn đoán và một bộ hiển thị đồ họa thân thiện người sử dụng. Đây là một gói sản phẩm dễ cấu hình và cung cấp dữ liệu ở chế độ hoạt động thời gian thực. Bên cạnh dữ liệu thời gian thực, giải pháp này có khả năng phân tích dữ liệu chuyên sâu về lưu lượng hệ thống và tình hình tiêu thụ khí nén.

Gói giám sát năng lượng của Festo

Công cụ hiển thị của gói này ở dạng đồ họa FED (Front End Display). Gói giải pháp của Festo có thể được kết hợp với một hệ thống SCADA bên ngoài, vì thế việc phân tích đánh giá dữ liệu có thể được thực hiện off-site. Gói giám sát năng lượng này được cấu hình sẵn, do đó loại bỏ khó khăn trong việc cấu hình của người sử dụng. Đây là điều kiện lý tưởng để đánh giá tiêu thụ khí đối với các chế độ hoạt động khác nhau của một máy, để đánh giá tình trạng của hệ thống khí nén, tìm ra điểm hoạt động tối ưu của máy, bảo dưỡng dự phòng, giám sát tập trung việc tiêu thụ khí. Cần đào tạo rất ít để bắt đầu với nội dung gói giám sát năng lượng này. Phần mềm để cấu hình cảm biến được cấu hình sẵn như một phần của gói giải pháp và rất trực quan.

Khi được triển khai, gói giám sát năng lượng sẽ liên tục giám sát sự tiêu thụ khí của máy móc dẫn đến việc cập nhật liên tục về công suất hệ thống.

Mức tiêu thụ khí của hệ thống tăng lên được báo một cách nhanh chóng. Điều này giúp giảm thời gian chết của máy móc đồng thời giữ cho thiết bị luôn ở trong một điều kiện làm việc ổn định nhằm đảm bảo một kế hoạch sản xuất hiệu quả và mang lại một sản phẩm có chất lượng tốt. Dữ liệu được thu thập từ các dự án khác nhau chỉ ra rằng việc hoàn vốn ứng dụng gói giám sát năng lượng sẽ diễn ra trong vòng 1 năm. Việc hiệu chỉnh màn hình hiển thị đối với khách hàng là rất dễ dàng. Các thông số phải được cấu hình riêng rẽ. Khi cấu hình được áp dụng, quá trình giao tiếp có thể được bắt đầu. Quá trình teach-in được thực hiện bằng cách tính bình quân dữ liệu trên một số lượng chu kỳ.

Dữ liệu ghi lại có thể được xuất sang dạng spreadsheet format (.csv format), cho phép xử lí sau dễ dàng sử dụng phần mềm xử lí spreadsheet. Nó cũng cho phép lưu trữ dữ liệu, cái có thể được gọi ra sau đó để quan sát lại hoặc xử lí sau. Việc tra cứu có thể được thực hiện để tìm ra điều kiện tốt nhất của hệ thống. Dữ liệu này sau đó có thể được sử dụng để theo dõi trạng thái của hệ thống và có thể được sử dụng để xử lí sự cố hệ thống trong trường hợp cần thiết. Bên cạnh đó là một hiển thị đồ họa giúp phân tích thời gian thực lưu tốc và tiêu thụ khí hệ thống. Ngoài phân tích dạng sóng, biểu đồ hình cột cũng được sử dụng như một phương tiện phân tích dữ liệu.

Việc xác định tỉ lệ xích tự động các đơn vị được thực hiện đối với hiển thị thời gian thực lưu tốc và tiêu thụ khí hệ thống. Hiển thị đồ họa này có thể được tổ chức lại để lựa chọn một khu vực thích hợp để quan sát về đồ họa. Chức năng cảnh báo sẽ thực hiện nhiệm vụ khi ngưỡng do người dùng quy định bị vi phạm. Màu xanh cho biết hoạt động bình thường, màu vàng tương đương cảnh báo; màu cam cho biết cần được bảo dưỡng và màu đỏ tương ứng với báo động. Các ngưỡng và xu hướng giúp nhận ra độ lệch một cách kịp thời. Chúng ta có thể quan sát được điều kiện trong công việc ở cấp máy móc. Điều này giúp cho người vận hành máy phân tích tình trạng máy móc và thực hiện những điều chỉnh cần thiết để tránh hoạt động không đạt tiêu chuẩn của máy móc. 

Hình 2: Như đã thấy ở hình bộ hiển thị đồ họa trên, các thanh ngang thể hiện các giá trị hiện tại của các thông số đang được giám sát đối với mọi chu kỳ máy. Đầu mũi tên hàng dọc cho biết giá trị tham chiếu được sử dụng để đánh giá trạng thái tham số.

Gói giám sát năng lượng cũng cho phép người sử dụng cấu hình gói cho 16 quá trình khác nhau. Đây có thể là các cấu hình cho hoạt động mẻ và hoàn toàn không phụ thuộc lẫn nhau. Nếu có nhiều biến khác nhau trong mẻ, cũng không cần tới một cấu hình mới. Dữ liệu tạo ra trước đó là khả dụng và được upload tự động.

Mỗi gói có thể được thiết lập trên một máy để giám sát tới 16 quy trình riêng biệt. Ngoài ra, dữ liệu của mỗi gói có thể được quan sát độc lập tại một thiết bị đầu cuối tập trung trên một server OPC người sử dụng đã được đơn giản hóa với một phần mềm SCADA.

tknl1308102xxxtknl1308103

Thí dụ điển hình về tiết kiệm chi phí 

Mọi khách hàng đều có một câu hỏi: Tôi có thể tiết kiệm được bao nhiêu nếu tôi sử dụng gói này vào sản xuất?
Một thí dụ để tính toán tiết kiệm chi phí được đưa ra dưới đây. Tuy nhiên, thí dụ này chỉ tập trung vào chi phí năng lượng mà không xem xét đến thất thoát do rò rỉ và áp suất gây ra thường làm giảm tốc độ sản xuất của máy móc. Do đó việc ngừng máy do sự cố nguy hiểm có thể được ngăn chặn bằng cách phát hiện rò rỉ sớm thì cũng không được đưa vào tính toán.

Hình 3 cho thấy một cái nhìn bao quát về lượng khí nén thải ra xung quanh phụ thuộc vào áp suất và đường kính lỗ rò rỉ.

Các giá trị lưu lượng [lít/phút] được đưa ra ở dạng cột màu xám, các giá trị lưu lượng [scfm] là các cột màu trắng.
Chúng ta lấy ví dụ trong một nhà máy, có 20 điểm rò rỉ với kích thước 0,5 mm [0,019 inch] với áp suất 6 bar [87 psi], 20 điểm rò đường kính 1 mm [0,039] với áp suất 6 bar [87 psi] và 10 điểm đường kính 2 mm [0,078 inch] với áp suất 7 bar [101,5 psi].

Trên thực tế, hoàn cảnh có thể và thường là tồi tệ hơn rất nhiều, khách hàng thường không ý thức được chi phí bị lãng phí này.

Nếu nhà máy vận hành trung bình hàng năm 6000 tiếng đồng hồ với giá điện tương đương 0,07 USD/kWh và nhu cầu tạo khí nén xấp xỉ 18 kW/100 cfm, công thức sau có thể được sử dụng để tính toán về tiết kiệm chi phí:

Tiết kiệm chi phí = # rò rỉ x lưu tốc [scfm] x kW/[scfm] x số tiếng hoạt động/năm x USD/kWh

Tiết kiệm chi phí từ các điểm rò 0,019 inch = 20 x 0,49 x 0,18 x 6000 x 0,07 = 740 USD

Tiết kiệm chi phí từ các điểm rò 0,039 inch = 20 x 1,98 x 0,18 x 6000 x 0,07 = 2.993 USD

Tiết kiệm chi phí từ các điểm rò 0,078 inch = 10 x 9,24 x 0,18 x 6000 x 0,07 = 6.985 USD

Do vậy tổng chi phí tiết kiệm hàng năm từ việc loại bỏ những điểm rò này = 10.718 USD

tknl1308104

Hình 4: Bản vẽ trên biểu diễn một ứng dụng điển hình với gói giám sát năng lượng của Festo.

Tóm tắt

Gói giám sát năng lượng này là một công cụ chẩn đoán giúp giám sát tiêu thụ năng lượng và lưu tốc bằng việc sử dụng các cảm biến thông minh, một bộ điều khiển chẩn đoán và một bộ hiển thị đồ họa thân thiện với người sử dụng, thực hiện tiết kiệm chi phí để sử dụng nguồn khí nén một cách có hiệu quả hơn. Gói này là một hệ thống độc lập; do vậy không gây ảnh hưởng đến quá trình tự động hóa, dễ tích hợp với máy móc hiện nay. Hệ thống sẽ giúp người sử dụng tối ưu hóa sử dụng khí nén ở điểm tiêu thụ và phát triển một kế hoạch bảo dưỡng hiệu quả đảm bảo hoàn vốn đầu tư nhanh chóng, kéo dài tuổi thọ máy móc. Kết hợp gói giám sát năng lượng với các sản phẩm ít rỏ rỉ và các sản phẩm khí nén hiện đại từ Festo sẽ đem lại một giải pháp cực kỳ hiệu quả.

tknl1308105

Minh họa thất thoát do rò khí nén tính bằng [lít/phút] và [scfm] phụ thuộc vào áp suất cũng như đường kính rò.

Theo automation.net.vn


Tin mới hơn:
Tin cũ hơn: