Monitorování stlačeného vzduchu na obráběcím stroji jako základ pro opatření na zvýšení energetické účinnosti
Use Case
Sledování nákladů na stlačený vzduch
Výrobní procesy u obráběcích strojů neustále vyžadují stlačený vzduch. Při produkci snímačů se různá zařízení potřebná k výrobě hotového výrobku vyrábějí přímo v podniku. Tyto procesy často probíhají na obráběcím stroji.
Ve výrobním procesu obráběcího stroje je zapotřebí stlačený vzduch:
- jako „těsnicí vzduch“ k utěsnění dutého prostoru pomocí přetlaku
- pro mechanické procesy při výměně nástroje
- jako „čisticí vzduch“ k čištění nástrojů před a po jejich výměně
- jako „čisticí vzduch“ k odstranění případných třísek z vyrobených dílů při jejich vyjímání z obráběcího stroje
- k chlazení nástrojů používaných pro citlivé plastové díly, které nesmí přijít do styku s chladicími kapalinami
Výroba stlačeného vzduchu je jedním z hlavních nákladových faktorů ve výrobě. Proto mají opatření v oblasti energetické účinnosti tak velký potenciál.
Počáteční situace
Indikace stlačeného vzduchu bez sledování množství a nákladů na základě stavu
Každý obráběcí stroj je standardně vybaven obecnými zobrazovacími nástroji pro indikaci různých provozních stavů. Procesní údaje o spotřebě stlačeného vzduchu v korelaci se souvisejícími náklady však nejsou sledovány.
Proto není možné provést hodnocení z hlediska energetického managementu a energeticky účinných opatření.
- Jaké jsou náklady na stlačený vzduch v závislosti na stavu stroje?
- Kde lze ušetřit náklady a energii?
Bez databáze zůstávají tyto otázky nezodpovězeny.
Cíl projektu
Posouzení nákladů na stlačený vzduch pro účely zavedení opatření na úsporu energie
- Energeticky úsporný provoz obráběcího stroje
- Výpočet různých nákladů na stlačený vzduch pro účely posouzení a organizace energeticky úsporných opatření
- Identifikace a vizualizace zbytečných nákladů v pohotovostním provozu v důsledku úniků
- Snížení energetických a provozních nákladů s cílem stát se „zelenou továrnou“
Implementace
Monitorování stlačeného vzduchu s moneo RTM
moneo RTM je instalován centrálně na serveru.
ifm nabízí širokou škálu automatizačních prvků. V této aplikaci byly měřiče stlačeného vzduchu SD6500 instalovány na přívodu stlačeného vzduchu do obráběcího stroje a před pistoli na stlačený vzduch.
Data senzoru jsou do systému moneo RTM přenášena prostřednictvím IO-Link masteru řady AL1350. IO-Link master je připojen k serveru prostřednictvím interní sítě VLAN.
Monitorování dat, správa prahových hodnot a výpočty se provádějí pomocí systému moneo RTM.
Výsledek
moneo RTM vizualizuje potenciál pro úsporu energie
Sběr dat, vizualizace a kompenzace hodnot průtoku prostřednictvím systému moneo RTM poskytují základ pro výpočet různých nákladů na stlačený vzduch.
Tyto údaje umožňují specializované hodnocení a organizaci energeticky úsporných opatření. Byly zjištěny zbytečné náklady na pohotovostní provoz a obráběcí stroj lze nyní provozovat efektivněji bez plýtvání stlačeným vzduchem.
Mohly by se snížit energetické a provozní náklady s cílem stát se „zelenou továrnou“.
Struktura systému
- Měřič stlačeného vzduchu SD6500 v přívodním potrubí obráběcího stroje
- Měřič stlačeného vzduchu SD6500 v přívodním potrubí pistole na stlačený vzduch
- AL1350 IO-Link master
Schéma připojení
- Měřič stlačeného vzduchu SD6500 v přívodním potrubí obráběcího stroje
- Měřič stlačeného vzduchu SD6500 v přívodním potrubí pistole na stlačený vzduch
- AL1350 IO-Link master
Kontrolní panel
Řídicí panel moneo poskytuje celkový přehled. Kontrolní panel poskytuje uživateli přehled všech relevantních procesních hodnot tohoto zařízení.
- Aktuální celkový průtok stlačeného vzduchu (CDS)** (m³/h)*
- Aktuální tlak (v barech)
- Celková spotřeba stlačeného vzduchu – sčítač (CDS)** (m³)*
- Současné náklady na stlačený vzduch (CDS)** (€/h)*
- Celkové náklady na stlačený vzduch (CDS)** (€)*
- Stav stroje „Stroj zapnutý“ (CDS)** (zapnuto/vypnuto)
- Stav stroje „Pohotovostní režim stroje“ (CDS)** (zapnuto/vypnuto)
- Stav stroje „Stroj vypnutý“ (CDS)** (zapnuto/vypnuto)
Na panelu „Stlačený vzduch“ vidí uživatel na první pohled všechny relevantní hodnoty procesu stlačeného vzduchu pro toto zařízení.
- Stroj – aktuální spotřeba stlačeného vzduchu (m³/h)
- Stroj – aktuální tlak (v barech)
- Současná teplota stlačeného vzduchu (°C)
- Stroj – spotřeba stlačeného vzduchu (m³)*
- Stroj – náklady na stlačený vzduch (€)*
- Pistole na stlačený vzduch – aktuální spotřeba stlačeného vzduchu (m³/h)
- Pistole na stlačený vzduch – aktuální tlak (v barech)
- Pistole na stlačený vzduch – aktuální teplota stlačeného vzduchu (°C)
- Pistole na stlačený vzduch – spotřeba stlačeného vzduchu (m³)*
- Pistole na stlačený vzduch – náklady na stlačený vzduch (CDS)** (€)*
- Aktuální celkový průtok stlačeného vzduchu (CDS)** (m³/h)*
- Celková spotřeba stlačeného vzduchu – sčítač (CDS)** (m³)*
- Současné náklady na stlačený vzduch (CDS)** (€/h)*
- Celkové náklady na stlačený vzduch (CDS)** (€)*
Na panelu „Stav stroje“ může uživatel vidět aktuální provozní stav stroje a uplynulou dobu provozu v příslušném stavu stroje.
- Stav stroje „Stroj zapnutý“ (CDS)** (zapnuto/vypnuto)
- Stav stroje „Pohotovostní režim stroje“ (CDS)** (zapnuto/vypnuto)
- Stav stroje „Stroj vypnutý“ (CDS)** (zapnuto/vypnuto)
- Čas – stroj ZAPNUTÝ (CDS)** (h)*
- Čas – stroj v POHOTOVOSTNÍM REŽIMU (CDS)** (h)*
- Čas – stroj VYPNUTÝ (CDS)** (h)*
Na panelu „Optimalizace procesu“ může uživatel sledovat spotřebu energie podle provozního stavu stroje. Získané poznatky lze využít k optimalizaci spotřeby energie.
- Celkové náklady na stlačený vzduch (CDS)** (€)*
- Náklady na stroj – stlačený vzduch (CDS)** (€)*
- Náklady na stroj v pohotovostním režimu – stlačený vzduch (CDS)** (€)*
*Počítání začalo nastavením senzoru. Reset lze provést prostřednictvím senzoru nebo přes moneo configure.
**POZNÁMKA! Reset také vynuluje všechny dosud vypočtené hodnoty! CDS (Calculated Data Source) je hodnota vypočtená pomocí nástroje moneo Dataflow Modeler
Analýza
Pomocí funkce analýzy lze zobrazit další podrobnosti. Snímek obrazovky ukazuje, jak lze pomocí hodnoty průtoku stlačeného vzduchu snadno zjistit provozní stav obráběcího stroj.
- Stav stroje „Stroj vypnutý“ (0m³/h)***
- Stav stroje „Pohotovostní režim stroje“ (cca 19m³/h)***
- Stav stroje „Stroj vypnutý“ (>20m³/h)***
*** Bude určeno individuálně v závislosti na aplikaci
Nastavení a pravidla: Správa mezních hodnot
Úkoly a tikety
Jakmile dojde k překročení definované mezní hodnoty nebo tato hodnota není dosažena, vytvoří se pro odpovídající procesní hodnotu tiket. Červená kontrolka a výstražná zpráva indikují, že byla překročena prahová hodnota tlaku.
Lístek může převzít a zpracovat odpovědný pracovník. Prostřednictvím funkce komentáře lze ihned zdokumentovat zavedená opatření a popis řešení. K dispozici jsou následující možnosti oznámení:
- Integrace SAP
Vypočítané hodnoty
Pomocí systému moneo lze z procesních hodnot senzorů vypočítat mnohem více informací. „Dataflow Modeler“ umožňuje vytvářet vlastní vypočtené hodnoty, např. kombinací a nastavením offsetu zdrojů dat ze senzorů v modelu datového toku.
Výpočet celkové spotřeby stlačeného vzduchu:
- Sčítač měřiče stlačeného vzduchu SD6500 před obráběcím strojem (m³)
- Sčítač měřiče stlačeného vzduchu SD6500 před pistolí na stlačený vzduch (m³)
- Funkční blok „Sčítání“ – výpočet celkové spotřeby stlačeného vzduchu
- Výsledek – celková spotřeba (m³)
Výpočet nákladů na stlačený vzduch pro obráběcí stroj:
- Sčítač měřiče stlačeného vzduchu SD6500 před obráběcím strojem (m³)
- Cena energie za 1m³ stlačeného vzduchu – musí být stanovena individuálně v závislosti na aplikaci (€/cent)
- Konstantní hodnota „100“ pro převod centů na eura
- Funkční blok „Dělení“ – převod centů na eura
- Funkční blok „Multiplikace“ – výpočet nákladů na energii
- Funkční blok „Zaokrouhlení“ – náklady na energii se zaokrouhlují na dvě desetinná místa
- Výsledek – náklady na stlačený vzduch pro obráběcí stroj (€)
Určení stavu obráběcího stroje „Stroj zapnutý“:
- Hodnota průtoku měřiče stlačeného vzduchu SD6500 (m³/h)
- Konstanta „20“ pro určení stavu „Stroj zapnutý“ – musí být určena individuálně v závislosti na aplikaci (m³/h)
- Funkční blok „Porovnání“ – výstup je pravdivý, pokud je A větší než B
- Funkční blok „Boolean na dvojnásobek“ – převod Booleovské hodnoty na číselnou hodnotu: pravda = 1 / nepravda = 0
- Výsledek – provozní stav obráběcího stroje = zapnuto (pravda = 1 / nepravda = 0)
Určení stavu obráběcího stroje „Stroj vypnutý“:
- Hodnota průtoku měřiče stlačeného vzduchu SD6500 (m³/h)
- Konstanta „1“ pro určení stavu „Stroj vypnutý“ – musí být určena individuálně v závislosti na aplikaci (m³/h)
- Funkční blok „Porovnání“ – výstup je pravdivý, pokud je A menší než B
- Funkční blok „Boolean na dvojnásobek“ – převod Booleovské hodnoty na číselnou hodnotu: pravda = 1 / nepravda = 0
- Výsledek – provozní stav obráběcího stroje = vypnuto (pravda = 1 / nepravda = 0)
Určení stavu obráběcího stroje „Pohotovostní režim stroje“:
- Hodnota průtoku měřiče stlačeného vzduchu SD6500 (m³/h)
- Konstanta „1“ pro určení stavu „Stroj vypnutý“ – musí být určena individuálně v závislosti na aplikaci (m³/h)
- Konstanta „20“ pro určení stavu „Stroj zapnutý“ – musí být určena individuálně v závislosti na aplikaci (m³/h)
- Funkční blok „Porovnání“ – výstup je pravdivý, pokud je A větší než B
- Funkční blok „Porovnání“ – výstup je pravdivý, pokud je A menší než B
- Funkční blok „A“ – výstup je pravdivý, pokud jsou A a B pravdivé
- Funkční blok „Boolean na dvojnásobek“ – převod Booleovské hodnoty na číselnou hodnotu: pravda = 1 / nepravda = 0
- Výsledek – provozní stav obráběcího stroje = vypnuto (pravda = 1 / nepravda = 0)
Výpočet výrobního času obráběcího stroje:
- Vypočtený stav stroje „Stroj zapnutý“ (pravda = 1 / nepravda = 0)
- Funkční blok „Dvojnásobek na Boolean„ – převod číselné hodnoty na Booleovskú hodnotu 1 = pravda / 0 = nepravda
- Funkční blok „Časový čítač“ – počítá, jakmile je spouštěcí vstup 1 = pravda
- Funkční blok „Zaokrouhlení“ – hodnota čítače se zaokrouhluje na dvě desetinná místa
- Výsledek – doba provozu obráběcího stroje ve stavu „Zapnuto“ (h)
Výpočet nákladů na energii v pohotovostním režimu:
- Vypočtená hodnota Doba pohotovostního režimu obráběcího stroje (h)
- Konstanta „19“ Průměrná spotřeba stroje v pohotovostním režimu – musí být stanovena individuálně v závislosti na aplikaci (m³/h)
- Cena energie za 1m³ stlačeného vzduchu – musí být stanovena individuálně v závislosti na aplikaci (€/cent)
- Konstantní hodnota „100“ pro převod centů na eura
- Funkční blok „Dělení“ – převod centů na eura
- Funkční blok „Multiplikace“ – výpočet průměrných nákladů na energii v pohotovostním režimu
- Funkční blok „Multiplikace“ – výpočet nákladů na energii
- Funkční blok „Zaokrouhlení“ – náklady na energii se zaokrouhlují na dvě desetinná místa
- Výsledek – náklady na stlačený vzduch pro obráběcí stroj v pohotovostním režimu (€)
