Els costos energètics són un dels costos operatius més importants en qualsevol entorn de producció. Per a les empreses que produeixen en massa plaques de paper, safates o envasos de pasta-emmotllats, opcions de transmissió-especialment si s'han de desplegar o no unmàquina de fer plaques de paper amb servomotors completsla configuració-pot marcar una diferència mesurable en les factures mensuals d'electricitat. Però, quina eficiència energètica-són realment les màquines de fer plaques de paper amb servomotor complet? I com es comparen amb les alternatives convencionals?
En aquest article, es discuteixen amb detall els factors mecànics, numèrics i pràctics que determinen el rendiment energètic en la producció de plaques de paper.
Què significa realment "Servo complet" en aquest context
El terme servo complet són màquines on tots els eixos principals de moviment-incloent la carrera principal de la premsa, el mecanisme d'alimentació i el sistema d'expulsió-estan impulsats permàquina de fer plaques de paper amb servomotors completstecnologia, en lloc dels motors d'inducció o actuadors pneumàtics convencionals.
Un servomotor és un motor de llaç-tancat que rep feedback d'un codificador i n'ajusta contínuament la velocitat, el parell i la posició en temps real. Això és fonamentalment diferent d'un motor d'inducció de CA convencional, que funciona a una velocitat fixa independentment de si realment es necessita tota la potència en aquell moment.
En una màquina de placa de paper servo completa, el servosistema absorbeix corrent només en proporció a la càrrega mecànica real a cada etapa del cicle. Durant la fase d'aturada - quan el motlle es manté en posició -, el motor no requereix gairebé res. Durant el cop de premsat, augmenta. Aquesta concordança de càrrega-dinàmica és la base de l'eficiència energètica dels servos.
La comparació d'energia: servo vs sistemes d'accionament convencionals
Per entendre la bretxa d'eficiència, mireu els residus de les màquines tradicionals.
Les plaques de paper tradicionals solen configurar-se amb els controladors següents:
Motor d'inducció de CA + volant + embragatge/fre: el motor funciona contínuament a tota velocitat i el volant emmagatzema energia cinètica. Un embragatge s'enganxa per impulsar la carrera de premsa. L'energia es consumeix constantment fins i tot quan no es produeix cap formació.
Unitat de potència hidràulica: una bomba hidràulica accionada per un motor d'inducció que funciona contínuament per mantenir la pressió del sistema. Si la premsa està al ralentí o espera entre cicles, la bomba encara circula oli i consumeix energia.
Sistemes pneumàtics: el compressor d'aire és un funcionament gairebé continu, a causa de les pèrdues de compressió i les fuites, l'eficiència dels sistemes pneumàtics ja és molt baixa.
En els tres casos, el consum d'energia està en gran part desacoblat de la demanda real de producció. La màquina s'apropa a-la màxima potència, independentment de si està a mitja carrera-o esperant que s'alimenti el següent espai en blanc.
Els sistemes servo complets eliminen aquest residu. Les dades de la indústria i les proves d'equips mostren constantment que les màquines de plaques de paper servo completes consumeixen entre un 30% i un 60% menys d'electricitat en comparació amb les màquines mecàniques hidràuliques o de volant-equivalents que produeixen el mateix volum de sortida.
De fet, una línia de producció de plaques de paper de mida mitjana-que fa dos torns al dia pot estalviar entre 8.000 i 25.000 quilowatts-hora a l'any en canviar d'accionament hidràulic a servomotor complet, depenent de la mida de la màquina, la velocitat de producció i les tarifes d'electricitat locals.
Per què els estalvis són tan coherents
Diversos factors d'enginyeria es sumen per explicar per què els sistemes servo complets funcionen tan bé en termes d'energia:
Frenatge regeneratiu
Quan el servomotor desaccelera - com al final d'una carrera abans d'invertir -, actua com un generador, recupera energia cinètica i la retorna al bus del controlador o al banc de condensadors. AixòregenerativaLa capacitat significa que es recupera l'energia en lloc de dissipar-se en forma de calor, com passaria amb un fre mecànic o una vàlvula d'alleujament hidràulica.
Aquestes petites recuperacions sumen una part significativa del pressupost global d'energia per a màquines de ciclisme ràpid que funcionen entre 60 i 120 batecs per minut.
Perfils de moviment precisos
Els servocontroladors permeten als enginyers programar perfils de moviment personalitzats per a cada eix. En comptes d'una carrera fixada amb lleves-, la premsa pot accelerar ràpidament, lenta abans de tancar-se per reduir l'impacte, mantenir-se a la pressió òptima i després retraure ràpidament - tot en una corba suau i optimitzada. Això redueix simultàniament el consum màxim de corrent i l'estrès mecànic.
Eliminació de pèrdues en espera
Els sistemes hidràulics requereixen una bomba en funcionament continu per mantenir la pressió del sistema. Fins i tot en ralentí, això costa energia. Un servoaccionament en espera consumeix corrent prop de-zero. Per a les operacions amb aturades freqüents, canvis de torn o horaris de demanda variable-, aquesta diferència s'agreuja significativament durant un any.
Reducció de la generació de calor
Com que els servomotors són més eficients, produeixen menys calor residual. Això té un avantatge secundari: els requisits de refrigeració reduïts per a l'armari elèctric i l'espai de treball circumdant, que es tradueix en menors càrregues de climatització a la instal·lació de producció.
Eficiència real versus eficiència nominal: què cal mirar
Les especificacions d'ús d'energia dels fabricants solen mesurar-se en condicions perfectes. Això vol dir córrer tot el temps sense cap parada. Però el rendiment real-depèn d'algunes coses més.
El primer és la velocitat de producció. L'energia utilitzada per article és millor quan la màquina funciona a la velocitat nominal o a prop de la seva. Si feu funcionar al 50% amb una màquina feta per a un rendiment elevat, utilitzarà menys energia total. Però pot empitjorar la proporció d'energia-per-placa.
En segon lloc, les característiques del material. Les matèries primeres més gruixudes o més denses necessiten més força de formació. Això augmenta la demanda de parell del motor. Si canvieu de paper estàndard a paper més gruixut o multi-capes, el consum d'energia per cicle augmentarà.
El tercer és el manteniment de la temperatura. Els elements de calefacció de la matriu no afecten l'ús d'energia del sistema d'accionament servo.
L'aïllament eficient del conjunt del motlle i els cicles optimitzats d'escalfament{0}}aixecament/refredament-tenen la mateixa importància que el sistema d'accionament per al rendiment energètic total de la màquina.
Estat de manteniment: els coixinets desgastats, els rails de guia desalineats o la contaminació dels codificadors de retroalimentació de servo contaminats augmenten la fricció i la resistència, obligant el motor a treballar més. Un-ben mantingutmàquina de fer plaques de paper amb servomotors completssupera constantment un descuidat en mètriques energètiques.
Més enllà de l'energia: altres avantatges operatius de Full Servo
L'eficiència energètica és el principal indicador. Però les màquines servo completes també tenen altres bons punts per al funcionament. Val la pena pensar-hi:
Major precisió i repetibilitat
Com que els servomotors responen a la retroalimentació-del codificador en temps real, la uniformitat de les dimensions durant milers de cicles és significativament millor que les accionaments de lleves o les premses hidràuliques. Això redueix els índexs de ferralla -, que en si mateix és una forma d'eficiència energètica i material.
Nivells de soroll més baixos
Les unitats de potència hidràulica i els sistemes pneumàtics són notòriament sorollosos. Les servomàquines completes funcionen de manera considerablement més silenciosa, millorant l'entorn de treball i reduint la necessitat de protecció auditiva en instal·lacions amb regulacions laborals estrictes.
Temps d'inactivitat de manteniment reduït
No cal canviar l'oli hidràulic. No cal substituir els filtres. No heu de seguir els horaris de manteniment del compressor d'aire. Un sistema servo-conté peces mecàniques senzilles. Això significa menys parades de manteniment planificades. També significa una menor probabilitat d'avaria sobtada. Durant la vida útil de la màquina, això comporta una major efectivitat global de l'equip (OEE). Per tant, aquesta és una altra manera de guanyar eficiència indirectament.
Capacitat de monitorització i dades
Els servoaccionaments moderns tenen interfícies de comunicació. Normalment són Ethernet/IP, Ethernet Square o Modbus. Observen l'ús d'energia, el temps de cicle i la càrrega del motor en temps real. Aquestes dades permeten als responsables de producció trobar ineficiències. També els permet fer un seguiment del consum d'energia per a cada cicle de producció. I els permet planificar horaris per fer servir les tarifes d'electricitat en les-puntes màximes.
Es justifica el cost inicial més elevat?
Les màquines de plaques de paper servo completes solen tenir un preu de compra més elevat que els seus equivalents hidràulics o mecànics del mateix volum. La prima varia segons el mercat i la configuració, però no és inusual un cost de capital entre un 20% i un 40% més elevat. Invertir en amàquina de fer plaques de paper amb servomotors completsrequereix una avaluació acurada del volum de producció i el preu de l'energia.
Per a la majoria de les empreses de capacitat mitjana-gran-, el període d'amortització només per a l'estalvi d'energia és d'entre 2 i 4 anys amb un preu d'electricitat típic-i acostuma a ser més curt a les zones amb tarifes industrials elevades. Quan es tenen en compte els costos de manteniment reduïts i les taxes de ferralla més baixes, la imatge del cost total de propietat es fa encara més convincent.
Per a entorns de producció intermitent o de baix-volum, el càlcul és diferent. Si una màquina funciona només unes poques hores al dia, l'estalvi energètic absolut és menor i el període d'amortització s'allarga en conseqüència.
Resum
Les plaques de paper de servomotor complet són, de fet, més eficients energèticament que les alternatives hidràuliques, pneumàtiques o mecàniques{0}}de volant d'inèrcia: el consum d'energia directa sol oscil·lar entre el 30% i el 60%. L'eficiència prové del control del motor que respon a la càrrega-, la recuperació d'energia regenerativa i l'eliminació de les pèrdues en espera inherents als sistemes hidràulics.
La tecnologia també ofereix avantatges secundaris en termes de precisió, nivells de soroll, manteniment i visibilitat de les dades, millorant l'economia global de la producció. Per a les empreses que planifiquen una nova línia de producció o actualitzen equips existents, el rendiment energètic del sistema d'accionament mereix un pes important en la decisió de compra - no només el preu de l'adhesiu.