Chi phí năng lượng là một trong những chi phí vận hành quan trọng nhất trong bất kỳ môi trường sản xuất nào. Đối với các doanh nghiệp sản xuất hàng loạt đĩa giấy, khay hoặc bột giấy-bao bì đúc khuôn, các tùy chọn truyền tải-đặc biệt là có triển khai hệ thốngmáy làm tấm giấy đầy đủ động cơ servocấu hình-có thể tạo ra sự khác biệt có thể đo lường được trong hóa đơn tiền điện hàng tháng. Nhưng thực sự thì máy làm đĩa giấy có động cơ servo hoàn toàn tiết kiệm năng lượng- đến mức nào? Và làm thế nào để họ so sánh với các lựa chọn thay thế thông thường?
Trong bài viết này, các yếu tố cơ học, số học và thực tiễn quyết định hiệu suất năng lượng trong sản xuất đĩa giấy sẽ được thảo luận chi tiết.
"Full servo" thực sự có nghĩa là gì trong bối cảnh này
Thuật ngữ servo đầy đủ là các máy trong đó tất cả các trục chuyển động chính-bao gồm hành trình ép chính, cơ cấu nạp và hệ thống đẩy-được dẫn động bởimáy làm tấm giấy đầy đủ động cơ servocông nghệ, thay vì động cơ cảm ứng thông thường hoặc bộ truyền động khí nén.
Động cơ servo là một động cơ-vòng kín nhận phản hồi từ bộ mã hóa và liên tục điều chỉnh tốc độ, mô-men xoắn và vị trí của nó trong thời gian thực. Điều này về cơ bản khác với động cơ cảm ứng xoay chiều thông thường, chạy ở tốc độ cố định bất kể có thực sự cần toàn bộ công suất vào thời điểm đó hay không.
Trong máy ép giấy servo hoàn toàn, hệ thống servo chỉ hấp thụ dòng điện tỷ lệ với tải trọng cơ học thực tế ở mỗi giai đoạn của chu trình. Trong giai đoạn dừng - khi khuôn đang giữ vị trí -, động cơ hầu như không cần gì. Trong hành trình nhấn, nó tăng tốc. Sự kết hợp tải động-này là nền tảng của hiệu quả sử dụng năng lượng servo.
So sánh năng lượng: Hệ thống truyền động servo và hệ thống truyền động thông thường
Để hiểu khoảng cách hiệu quả, hãy nhìn vào sự lãng phí của máy móc truyền thống.
Đĩa giấy truyền thống thường được cấu hình với các trình điều khiển sau:
Động cơ cảm ứng xoay chiều + bánh đà + ly hợp/phanh: Động cơ chạy liên tục ở tốc độ tối đa và bánh đà tích trữ động năng. Một ly hợp tham gia để dẫn động hành trình ép. Năng lượng được tiêu thụ liên tục ngay cả khi không có sự hình thành nào xảy ra.
Bộ nguồn thủy lực: Một máy bơm thủy lực được điều khiển bởi động cơ cảm ứng chạy liên tục để duy trì áp suất hệ thống. Nếu máy ép chạy không tải hoặc chờ giữa các chu kỳ, máy bơm vẫn đang tuần hoàn dầu và tiêu thụ điện năng.
Hệ thống khí nén: Máy nén khí hoạt động gần như liên tục, do tổn thất nén và rò rỉ nên hiệu suất của hệ thống khí nén vốn đã rất thấp.
Trong cả ba trường hợp, mức tiêu thụ năng lượng phần lớn tách rời khỏi nhu cầu sản xuất thực tế. Máy đạt gần{1}}công suất tối đa bất kể đang ở giữa- hay đang chờ nạp phôi tiếp theo.
Hệ thống servo đầy đủ giúp loại bỏ sự lãng phí này. Dữ liệu ngành và thử nghiệm thiết bị cho thấy một cách nhất quán rằng máy ép giấy servo hoàn toàn tiêu thụ ít điện hơn từ 30% đến 60% so với các máy cơ khí thủy lực hoặc bánh đà-tương đương sản xuất cùng một khối lượng đầu ra.
Trên thực tế, một-dây chuyền sản xuất đĩa giấy cỡ trung bình chạy hai ca một ngày có thể tiết kiệm từ 8.000 đến 25.000 kilowatt-giờ một năm bằng cách chuyển từ truyền động thủy lực sang truyền động servo hoàn toàn, tùy thuộc vào kích thước của máy, tốc độ sản xuất và giá điện địa phương.
Tại sao khoản tiết kiệm lại nhất quán như vậy
Một số yếu tố kỹ thuật cộng lại để giải thích tại sao hệ thống servo hoàn chỉnh hoạt động tốt về mặt năng lượng:
Phanh tái sinh
Khi mô tơ servo giảm tốc - giống như ở cuối hành trình trước khi đảo chiều -, nó hoạt động giống như một máy phát điện, lấy động năng và đưa trở lại bus điều khiển hoặc dàn tụ điện. Cái nàytái sinhkhả năng có nghĩa là năng lượng được thu hồi thay vì tiêu tán dưới dạng nhiệt, giống như trong phanh cơ hoặc van giảm áp thủy lực.
Những sự phục hồi nhỏ bé này góp phần tạo nên một phần đáng kể trong tổng ngân sách năng lượng dành cho những chiếc máy đạp xe nhanh chạy với tốc độ từ 60 đến 120 nhịp mỗi phút.
Cấu hình chuyển động chính xác
Bộ điều khiển servo cho phép các kỹ sư lập trình cấu hình chuyển động tùy chỉnh cho từng trục. Thay vì hành trình dẫn động bằng cam cố định{1}}, máy ép có thể tăng tốc nhanh, giảm tốc độ trước khi đóng để giảm tác động, dừng ở áp suất tối ưu, sau đó rút lại nhanh chóng -, tất cả đều theo một đường cong mượt mà, tối ưu hóa. Điều này làm giảm đồng thời dòng điện cực đại và ứng suất cơ học.
Loại bỏ tổn thất dự phòng
Hệ thống thủy lực yêu cầu máy bơm chạy liên tục để duy trì áp suất hệ thống. Ngay cả khi không hoạt động, điều này vẫn tiêu tốn điện năng. Bộ truyền động servo ở chế độ chờ có dòng điện gần{2}} bằng 0. Đối với các hoạt động thường xuyên bị dừng, thay đổi ca hoặc-lịch trình nhu cầu thay đổi, sự khác biệt này sẽ tăng lên đáng kể trong một năm.
Giảm sinh nhiệt
Bởi vì động cơ servo hoạt động hiệu quả hơn nên chúng tạo ra ít nhiệt thải hơn. Điều này có lợi ích thứ hai: giảm yêu cầu làm mát cho tủ điện và không gian làm việc xung quanh, giúp giảm tải HVAC trong cơ sở sản xuất.
Hiệu quả thực tế so với hiệu quả định mức: Cần xem gì
Thông số sử dụng năng lượng của nhà sản xuất thường được đo trong điều kiện hoàn hảo. Điều đó có nghĩa là chạy liên tục mà không có điểm dừng. Nhưng hiệu suất-trong thế giới thực còn phụ thuộc vào một số điều nữa.
Đầu tiên là tốc độ sản xuất. Năng lượng được sử dụng cho mỗi hạng mục là tốt nhất khi máy chạy ở hoặc gần tốc độ định mức của nó. Nếu bạn chạy ở mức 50% trên một máy có công suất cao, nó sẽ sử dụng tổng năng lượng ít hơn. Nhưng nó có thể làm cho tỷ lệ năng lượng trên mỗi tấm trở nên tồi tệ hơn.
Thứ hai là đặc tính vật liệu. Nguyên liệu thô dày hơn hoặc đặc hơn cần lực tạo hình nhiều hơn. Điều này làm tăng nhu cầu mô-men xoắn động cơ. Nếu bạn chuyển từ giấy tiêu chuẩn sang giấy nặng hơn hoặc nhiều{3}}lớp thì mức sử dụng năng lượng trên mỗi chu kỳ sẽ tăng lên.
Thứ ba là duy trì nhiệt độ. Các bộ phận làm nóng trong khuôn không ảnh hưởng đến việc sử dụng năng lượng của hệ thống truyền động servo.
Khả năng cách nhiệt hiệu quả của cụm khuôn và các chu trình -tăng/giảm nhiệt-được tối ưu hóa cũng quan trọng như hệ thống truyền động để đạt được tổng hiệu suất năng lượng của máy.
Tình trạng bảo trì: Vòng bi bị mòn, ray dẫn hướng bị lệch hoặc bộ mã hóa phản hồi servo bị nhiễm bẩn làm tăng ma sát và lực cản, buộc động cơ phải làm việc nhiều hơn. Được bảo trì tốtmáy làm tấm giấy đầy đủ động cơ servoluôn vượt trội so với một thiết bị bị bỏ quên về chỉ số năng lượng.
Ngoài năng lượng: Các lợi ích vận hành khác của Full servo
Hiệu quả năng lượng là chỉ số chính. Nhưng máy servo đầy đủ còn có những ưu điểm khác khi vận hành. Đây là những điều đáng suy nghĩ:
Độ chính xác và độ lặp lại cao hơn
Vì động cơ servo phản hồi phản hồi của bộ mã hóa theo thời gian thực- nên tính đồng nhất của kích thước qua hàng nghìn chu kỳ tốt hơn đáng kể so với bộ truyền động cam hoặc máy ép thủy lực. Điều này làm giảm tỷ lệ phế liệu -, bản thân nó là một dạng hiệu quả sử dụng vật liệu và năng lượng.
Mức độ tiếng ồn thấp hơn
Các bộ nguồn thủy lực và hệ thống khí nén nổi tiếng là ồn ào. Máy servo hoàn toàn hoạt động êm hơn đáng kể, cải thiện môi trường làm việc và giảm nhu cầu bảo vệ thính giác ở những cơ sở có quy định lao động chặt chẽ.
Giảm thời gian ngừng bảo trì
Bạn không cần phải thay dầu thủy lực. Bạn không phải thay thế bộ lọc. Bạn không cần phải tuân theo lịch bảo trì máy nén khí. Hệ thống được điều khiển bằng servo có các bộ phận cơ khí đơn giản. Điều này có nghĩa là sẽ có ít lần dừng bảo trì theo kế hoạch hơn. Nó cũng có nghĩa là khả năng xảy ra sự cố đột ngột thấp hơn. Trong suốt vòng đời của máy, điều này dẫn đến hiệu suất thiết bị tổng thể (OEE) cao hơn. Vì vậy, đây là một cách khác để đạt được hiệu quả một cách gián tiếp.
Khả năng giám sát và dữ liệu
Ổ đĩa servo hiện đại có giao diện truyền thông. Đây thường là Ethernet/IP, Ethernet Square hoặc Modbus. Họ theo dõi việc sử dụng năng lượng, thời gian chu kỳ và tải động cơ trong thời gian thực. Dữ liệu này cho phép các nhà quản lý sản xuất tìm thấy sự thiếu hiệu quả. Nó cũng cho phép họ theo dõi việc sử dụng năng lượng cho mỗi lần sản xuất. Và nó cho phép họ lập kế hoạch sử dụng-giá điện ngoài giờ cao điểm.
Chi phí trả trước cao hơn có hợp lý không?
Máy ép tấm giấy servo hoàn toàn thường có giá mua cao hơn so với các loại máy thủy lực hoặc cơ khí tương đương có cùng khối lượng. Phí bảo hiểm thay đổi tùy theo thị trường và cấu hình, nhưng chi phí vốn cao hơn từ 20% đến 40% không phải là điều bất thường. Đầu tư vào mộtmáy làm tấm giấy đầy đủ động cơ servođòi hỏi phải đánh giá cẩn thận về khối lượng sản xuất và giá năng lượng.
Đối với hầu hết các doanh nghiệp-và lớn{1}}có công suất trung bình, thời gian hoàn vốn chỉ riêng cho việc tiết kiệm năng lượng là trong vòng 2 đến 4 năm với mức giá điện thông thường-và có xu hướng ngắn hơn ở những khu vực có tỷ lệ công nghiệp cao. Khi tính đến chi phí bảo trì giảm và tỷ lệ phế liệu thấp hơn, bức tranh tổng chi phí sở hữu càng trở nên hấp dẫn hơn.
Đối với môi trường sản xuất-có khối lượng thấp hoặc không liên tục, phép tính sẽ khác. Nếu máy chỉ chạy vài giờ mỗi ngày thì mức tiết kiệm năng lượng tuyệt đối sẽ nhỏ hơn và thời gian hoàn vốn sẽ kéo dài tương ứng.
Bản tóm tắt
Tấm giấy mô tơ servo hoàn chỉnh thực sự tiết kiệm năng lượng hơn so với các giải pháp thay thế cơ khí bằng thủy lực, khí nén hoặc bánh đà{0}} – mức tiêu thụ điện trực tiếp thường dao động từ 30% đến 60%. Hiệu quả này đến từ khả năng điều khiển động cơ phản ứng nhanh-với tải, phục hồi năng lượng tái tạo và loại bỏ tổn thất dự phòng vốn có trong hệ thống thủy lực.
Công nghệ này còn mang lại lợi ích phụ về độ chính xác, độ ồn, khả năng bảo trì và khả năng hiển thị dữ liệu, cải thiện tính kinh tế sản xuất tổng thể. Đối với các doanh nghiệp dự định xây dựng dây chuyền sản xuất mới hoặc nâng cấp thiết bị hiện có, hiệu suất năng lượng của hệ thống truyền động xứng đáng được cân nhắc trong quyết định mua hàng - chứ không chỉ ở mức giá dán nhãn.