Control de aire comprimido en una máquina herramienta como estrategia de mejora de la eficiencia energética
Caso práctico
Los costes de aire comprimido de un vistazo
Los procesos de fabricación con máquinas herramienta siempre requieren aire comprimido. En la fabricación de sensores, la propia empresa fabrica internamente una gran variedad de dispositivos que se necesitarán para la producción de los productos finales. Estos procesos se suelen desarrollar mediante el empleo de máquinas herramienta. Actualmente se están fabricando marcadores de posición para la actividad de sellado. Estos marcadores de posición se fresan a partir de un bloque metálico en la máquina herramienta.
La máquina herramienta necesita aire comprimido para el proceso de fabricación:
- Aire comprimido como el llamado "aire de bloqueo" para sellar una cavidad con ayuda de la sobrepresión.
- Aire comprimido para procesos mecánicos durante el cambio de herramienta.
- Como "aire de lavado" para limpiar las herramientas antes y después de cambiarlas.
- Como "aire de lavado" para eliminar las virutas de las piezas fabricadas al retirarlas de la máquina herramienta.
- Aire comprimido para enfriar las herramientas que trabajan con piezas de plástico sensibles y que no deben entrar en contacto con lubricante refrigerante.
La producción de aire comprimido representa un factor de coste nada desdeñable en los entornos de fabricación. Por tanto, resulta muy sensato la aplicación de medidas de ahorro energético.
Situación inicial
Visualización del aire comprimido sin un registro de cantidades y costes basado en las condiciones
Las versiones estándar de las máquinas herramienta incorporan instrumentos comunes de visualización para la indicación de los distintos estados de funcionamiento. En la supervisión no se tiene en cuenta la correlación de los datos de proceso relativos al consumo de aire comprimido con el registro de costes asociados.
No es posible realizar una evaluación en términos de gestión de energía ni aplicar medidas de eficiencia energética.
- ¿Qué costes de aire comprimido se generan en relación con cada estado de la máquina?
- ¿Dónde es posible ahorrar costes y energía?
Estas preguntas siguen sin respuesta hasta ahora por la inexistencia de una base de datos.
Objetivo del proyecto
Evaluación de los costes de aire comprimido para la aplicación de medidas de ahorro energético
- Funcionamiento eficiente de la máquina herramienta desde el punto de vista energético.
- Cálculo de los diferentes costes de aire comprimido para la evaluación y planificación de medidas de ahorro energético.
- Identificación y visualización de costes innecesarios durante el funcionamiento en Standby debido a fugas.
- Reducción de los costes energéticos y operativos con el objetivo de llegar a convertirse en una "fábrica verde".
Ejecución
Control de aire comprimido con moneo RTM
moneo RTM se instala de forma centralizada en un servidor.
ifm ofrece una amplia gama de componentes de automatización. Para esta aplicación, se instaló un contador de aire comprimido SD6500 en la línea de alimentación de aire comprimido de la máquina herramienta y otro delante de la pistola de aire comprimido.
A través de un maestro IO-Link de la gama AL1350 se envían los datos de los sensores a moneo RTM. El maestro IO-Link está conectado al servidor a través de una VLAN interna.
La monitorización de datos, la administración de valores límite y los cálculos se realizan con moneo RTM.
Proyecto completado con éxito
moneo RTM hace visible los potenciales de ahorro energético
El registro de datos de los valores de caudal, así como su visualización y cálculo con moneo RTM constituyen la base para la determinación de los distintos costes de aire comprimido.
Con estos datos, se pueden evaluar y planificar de forma específica las medidas de ahorro energético. En este caso, fue posible la identificación de los costes que se generaban innecesariamente durante el funcionamiento en Standby, por lo que ahora la máquina herramienta puede funcionar de forma más eficiente desde el punto de vista energético, evitándose así el desperdicio de aire comprimido.
Los costes energéticos y operativos se pudieron reducir con el objetivo de llegar a convertirse en una "fábrica verde".
Estructura del sistema
- Contador de aire comprimido en la línea de alimentación de la máquina herramienta SD6500
- Contador de aire comprimido en la línea de alimentación de la pistola de aire comprimido SD6500
- Maestro IO-Link AL1350
Diagrama de conexión
- Contador de aire comprimido en la línea de alimentación de la máquina herramienta SD6500
- Contador de aire comprimido en la línea de alimentación de la pistola de aire comprimido SD6500
- Maestro IO-Link AL1350
Panel de control
Obtenga una visión general en el panel de control de moneo. El panel de control proporciona al usuario una visión general de todos los valores del proceso relevantes para esta instalación.
- Consumo total actual de aire comprimido CDS** (m³/h)*
- Presión actual (bar)
- Consumo total de aire comprimido del totalizador CDS** (m³)*
- Costes energéticos actuales del aire comprimido CDS** (€/h)*
- Costes totales del aire comprimido CDS** (€)*
- Estado de funcionamiento de la máquina "Encendido" CDS** (On/Off)
- Estado de funcionamiento de la máquina "Standby" CDS** (On/Off)
- Estado de funcionamiento de la máquina "Apagado" CDS** (On/Off)
El panel de control "Aire comprimido" muestra al usuario de un vistazo todos los valores del proceso relacionados con el aire comprimido que son relevantes para esta instalación.
- Consumo actual de aire comprimido de la máquina (m³/h)
- Presión actual de la máquina (bar)
- Temperatura actual del aire comprimido (°C)
- Consumo de aire comprimido de la máquina (m³)*
- Costes de aire comprimido de la máquina (€)*
- Consumo actual de aire comprimido de la pistola de aire comprimido (m³/h)
- Presión actual de la pistola de aire comprimido (bar)
- Temperatura actual del aire comprimido de la pistola de aire comprimido (°C)
- Consumo de aire comprimido de la pistola de aire comprimido (m³)*
- Costes de aire comprimido de la pistola de aire comprimido CDS** (€)*
- Consumo total actual de aire comprimido CDS** (m³/h)*
- Consumo total de aire comprimido del totalizador CDS** (m³)*
- Costes energéticos actuales del aire comprimido CDS** (€/h)*
- Costes totales del aire comprimido CDS** (€)*
En el panel de control "Estado de la máquina", el usuario puede consultar el estado de funcionamiento actual de la máquina y el tiempo de funcionamiento transcurrido en cada uno de sus estados.
- Estado de funcionamiento de la máquina "Encendido" CDS** (On/Off)
- Estado de funcionamiento de la máquina "Standby" CDS**(On/Off)
- Estado de funcionamiento de la máquina "Apagado" CDS** (On/Off)
- Tiempo de funcionamiento de la máquina "Encendido" CDS** (h)*
- Tiempo de funcionamiento de la máquina "Standby" CDS** (h)*
- Tiempo de funcionamiento de la máquina "Apagado" CDS** (h)*
En el panel de control "Optimización del proceso", el usuario puede consultar la energía consumida en función del estado de funcionamiento de la máquina. Los conocimientos obtenidos se pueden utilizar para una optimización del consumo energético.
- Costes totales del aire comprimido CDS** (€)*
- Costes de aire comprimido de la máquina CDS** (€)*
- Costes de aire comprimido de la máquina en Standby CDS** (€)*
*El cálculo se inició en el momento de la puesta en marcha del sensor. Los valores se pueden restablecer desde el propio sensor o con moneo configure.
**¡ATENCIÓN! Esta acción también resetea todos los valores calculados anteriormente. CDS (Calculated Data Source) corresponde a un valor calculado con el modelador de flujo de datos de moneo
Análisis
Mediante la función de análisis es posible obtener más detalles. La captura de pantalla muestra la facilidad con la que se puede determinar el estado de funcionamiento de la máquina herramienta utilizando el valor de caudal de aire comprimido.
- Estado de funcionamiento de la máquina "Apagado" (0m³/h)***
- Estado de funcionamiento de la máquina "Standby" (aprox. 19m³/h)***
- Estado de funcionamiento de la máquina "Encendido" (>20m³/h)***
***Se debe determinar individualmente en función de la aplicación
Ajustes y reglas: administración de valores límite
Tareas y tickets
En cuanto se supera o no se alcanza un valor límite definido, se abre un ticket para el valor del proceso correspondiente. A continuación, la infracción del valor límite de presión se indica por medio de un semáforo en rojo y un mensaje de alarma emergente.
El empleado responsable puede aceptar y procesar el ticket. Mediante la función de comentarios se pueden documentar directamente las medidas adoptadas y las descripciones de soluciones. Para ello, están disponibles las siguientes opciones de notificación:
- Correo electrónico
- Integración en SAP
Calculated Values: valores calculados
Además de los valores del proceso de los sensores, con moneo también es posible extraer mucha más información. El modelador de flujo de datos permite la creación personalizada de valores calculados, por ejemplo, combinando y calculando las fuentes de datos de sensores en un modelo de flujo de datos.
Cálculo del consumo total de aire comprimido:
- Totalizador del contador de aire comprimido SD6500 delante de la máquina herramienta (m³)
- Totalizador del contador de aire comprimido SD6500 delante de la pistola de aire comprimido (m³)
- Bloque funcional "Suma": cálculo del consumo total de aire comprimido
- Resultado de consumo total (m³)
Cálculo de los costes de aire comprimido de la máquina herramienta:
- Totalizador del contador de aire comprimido SD6500 delante de la máquina herramienta (m³)
- Precio de la energía para 1m³ de aire comprimido: se debe determinar individualmente en función de la aplicación (€/céntimo)
- Constante "100" para la conversión de céntimos en euros
- Bloque funcional "División": conversión de céntimos en euros
- Bloque funcional "Multiplicación": cálculo de los costes energéticos
- Bloque funcional "Redondear": redondeo de los costes energéticos a dos decimales
- Resultado de costes de aire comprimido de la máquina herramienta (€)
Determinación del estado de funcionamiento de la máquina herramienta "Encendido":
- Valor de caudal del contador de aire comprimido SD6500 (m³/h)
- Constante "20" para determinar el estado de funcionamiento "Encendido": se debe determinar individualmente en función de la aplicación (m³/h)
- Bloque funcional "Comparación": la salida es verdadera en cuanto A es mayor que B
- Bloque funcional "Booleano a doble": conversión del valor booleano en un valor numérico: verdadero = 1/falso = 0
- Resultado del estado de funcionamiento de la máquina herramienta = encendido (verdadero = 1/falso = 0)
Determinación del estado de funcionamiento de la máquina herramienta "Apagado":
- Valor de caudal del contador de aire comprimido SD6500 (m³/h)
- Constante "1" para determinar el estado de funcionamiento "Apagado": se debe determinar individualmente en función de la aplicación (m³/h)
- Bloque funcional "Comparación": la salida es verdadera en cuanto A es menor que B
- Bloque funcional "Booleano a doble": conversión del valor booleano en un valor numérico: verdadero = 1/falso = 0
- Resultado del estado de funcionamiento de la máquina herramienta = apagado (verdadero = 1/falso = 0)
Determinación del estado de funcionamiento de la máquina herramienta "Standby":
- Valor de caudal del contador de aire comprimido SD6500 (m³/h)
- Constante "1" para determinar el estado de funcionamiento "Apagado": se debe determinar individualmente en función de la aplicación (m³/h)
- Constante "20" para determinar el estado de funcionamiento "Encendido": se debe determinar individualmente en función de la aplicación (m³/h)
- Bloque funcional "Comparación": la salida es verdadera en cuanto A es mayor que B
- Bloque funcional "Comparación": la salida es verdadera en cuanto A es menor que B
- Bloque funcional "Y": la salida es verdadera en cuanto A y B son verdaderas
- Bloque funcional "Booleano a doble": conversión del valor booleano en un valor numérico: verdadero = 1/falso = 0
- Resultado del estado de funcionamiento de la máquina herramienta = apagado (verdadero = 1/falso = 0)
Cálculo del tiempo de producción de la máquina herramienta:
- Determinación del estado de funcionamiento de la máquina encendida (verdadero = 1/falso = 0)
- Bloque funcional "Doble a booleano": conversión del valor numérico en un valor booleano 1 = verdadero/0 = falso
- Bloque funcional "Contador de tiempo": se inicia en cuanto la entrada trigger sea 1=verdadero
- Bloque funcional "Redondear": redondear el valor del contador a dos decimales
- Resultado de tiempo de la máquina herramienta en estado de funcionamiento encendido (h)
Cálculo de los costes energéticos en Standby:
- Cálculo del valor de tiempo en Standby de la máquina herramienta (h)
- Constante "19" para valor de consumo medio de la máquina en Standby: se debe determinar individualmente en función de la aplicación (m³/h)
- Precio de la energía para 1m³ de aire comprimido: se debe determinar individualmente en función de la aplicación (€/céntimo)
- Constante "100" para la conversión de céntimos en euros
- Bloque funcional "División": conversión de céntimos en euros
- Bloque funcional "Multiplicación": cálculo de los costes energéticos medios en Standby
- Bloque funcional "Multiplicación": cálculo de los costes energéticos
- Bloque funcional "Redondear": redondeo de los costes energéticos a dos decimales
- Resultado de costes de aire comprimido de la máquina herramienta en Standby (€)
