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裝瓶廠使用高性能電動執(zhí)行器每年可節(jié)省1,150美元
來源:上海自動化儀表有限公司作者:發(fā)表時間:2018-07-07 09:18:51【小中大】
裝瓶廠使用高性能電動執(zhí)行器每年可節(jié)省1,150美元
使用電動機(jī)驅(qū)動的執(zhí)行器進(jìn)行過程控制的興趣越來越大。近一個世紀(jì)以來,氣動執(zhí)行器一直是主導(dǎo)技術(shù); 它們在第二次世界大戰(zhàn)之前使用。戰(zhàn)爭引發(fā)的鍋爐控制的快速發(fā)展確保了它們作為動力和控制過程閥門的主導(dǎo)技術(shù)的地位。
隨著控制技術(shù)的進(jìn)步,例如引入4-20毫安控制信號技術(shù)和后來的數(shù)字總線技術(shù),氣動控制定位器已經(jīng)跟上氣動執(zhí)行器的先進(jìn)控制要求。但是,該設(shè)備的靈敏度要求將空氣質(zhì)量改善到當(dāng)前的儀器空氣質(zhì)量水平,以防止水分,油蒸氣和顆粒物。與此同時,儀器級空氣的其他工廠要求幾乎已經(jīng)消失,已被4-20 mA或數(shù)字控制技術(shù)取代。
車間空氣通常存在于加工廠中; 然而,這種情況正在改變,并且在許多情況下,對空氣供應(yīng)的唯一要求是為過程控制執(zhí)行器供電。對于儀表級空氣,可以說現(xiàn)在幾乎只需要過程控制執(zhí)行器及其定位器。
今天的高精度電動控制閥執(zhí)行器是氣動技術(shù)的成熟技術(shù)和可行替代品,已在苛刻的應(yīng)用和惡劣環(huán)境中運(yùn)行,如海上平臺,以及阿拉斯加和中東沙漠的極端氣候。直接電動控制閥是經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù),直接相當(dāng)于氣動彈簧,隔膜動力閥。
然而,任何改變技術(shù)的動機(jī)都?xì)w結(jié)為需要在極端惡劣的環(huán)境中提高可靠性和/或降低過程工廠的整體生命周期成本。
一個很好的例子
英國的一家軟飲料裝瓶廠是歐洲銷量最大的裝瓶廠之一,每年生產(chǎn)超過1億箱。自2007年以來,一項(xiàng)持續(xù)改進(jìn)計(jì)劃的明智投資超過134萬美元(1億英鎊),使其成為世界上最快,最有效的軟飲料生產(chǎn)商之一。
除了流程效率行動之外,它還在綠色環(huán)保的同時節(jié)省了成本。這項(xiàng)投資包括采用多種新技術(shù),包括一個復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng),可從80多個獨(dú)立的計(jì)量點(diǎn)收集數(shù)據(jù)。2014年,該工廠引進(jìn)了一個1.2兆瓦的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠,并于2017年開始從當(dāng)?shù)靥柲馨l(fā)電廠獲得15%的能源??傮w而言,自2006年以來,該工廠的能耗降低了33%,同時100%的電力來自可再生資源。這兩項(xiàng)措施使該設(shè)施的運(yùn)營碳足跡減少了8.6%。
這兩個圖表比較了生產(chǎn)模式下電動和氣動執(zhí)行器的位置精度。他們的表現(xiàn)相似。
這兩個圖表比較了電動和氣動執(zhí)行器在就地清潔模式下的位置精度。電動執(zhí)行器的設(shè)定點(diǎn)過沖減少是顯而易見的。
挑戰(zhàn)和解決方案
確定并有針對性改進(jìn)的另一個領(lǐng)域是與提供氣動控制閥執(zhí)行器所需的儀表空氣相關(guān)的操作和維護(hù)成本。工廠工程師愿意探索更新的技術(shù),因此他們研究了電動機(jī)驅(qū)動的閥門執(zhí)行器的最新發(fā)展,希望最近的產(chǎn)品進(jìn)步能夠提供可接受的性能并消除提供和維護(hù)儀表空氣系統(tǒng)的要求。
裝瓶廠的一名自動化工程師解釋說:“我們正在尋找氣動控制閥的替代品,以盡可能地消除對該區(qū)域壓縮空氣的需求,從而降低成本。
“到目前為止,電動閥門的響應(yīng)速度不夠快,無法在瓶子灌裝機(jī)中保持良好的壓力控制。我們聯(lián)系的執(zhí)行器制造商確信他們的電動控制閥執(zhí)行器不僅可以提供與現(xiàn)有閥門相當(dāng)?shù)男阅?,而且運(yùn)行成本也更低。他們的信心如此之高,如果不能以任何方式滿足我們的期望,他們會在退款基礎(chǔ)上為我們提供執(zhí)行器。
“為了證明這一點(diǎn),首先監(jiān)控和記錄現(xiàn)有氣動控制閥在主要產(chǎn)品進(jìn)料到灌裝機(jī)中的性能。然后將電動執(zhí)行器安裝到同一個閥門上,并連接到[可編程邏輯控制器(PLC)]的現(xiàn)有4-20 mA控制信號。
“在24/7操作中運(yùn)行和監(jiān)控電動執(zhí)行器一個月后,對兩個執(zhí)行器的結(jié)果進(jìn)行了比較。圖表清楚地表明,在生產(chǎn)模式下,電動機(jī)的性能同樣好,如果不是比氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)更好。然而,當(dāng)處于就地清潔(CIP)清潔模式時,發(fā)現(xiàn)電動執(zhí)行器的性能比氣動執(zhí)行器好得多。這是因?yàn)楫?dāng)設(shè)定點(diǎn)較低并且在CIP模式下電路中的背壓較高時,電動致動器不像氣動致動器那樣超過設(shè)定點(diǎn)。
“根據(jù)3英寸控制閥平均每小時2立方米(m3 / hr)的空氣使用量,每立方米0.05英鎊,運(yùn)行成本為每年1,167美元(870英鎊)。電動閥門執(zhí)行器使用平均10瓦特,每千瓦0.15英鎊(kW),同期僅需17美元(13英鎊)。這意味著每個閥門每年最低可節(jié)省1,150美元(857英鎊),因?yàn)檫@個數(shù)字沒有考慮氣動供應(yīng)系統(tǒng)中不可避免的泄漏。“
電動執(zhí)行器,裝瓶廠,數(shù)據(jù)記錄器,Rotork Controls Inc.(左)技術(shù)人員從執(zhí)行器的板載數(shù)據(jù)記錄器下載操作性能數(shù)據(jù)。
流程細(xì)節(jié)
電動執(zhí)行器安裝在瓶子灌裝機(jī)的入口上。兩種操作模式都是可能的,執(zhí)行器在兩者中都起著重要作用。
產(chǎn)品模式
1.將產(chǎn)品(該系統(tǒng)中的飲食可樂)在4巴(58psi)的受控壓力下泵入罐(通常稱為碗)中。
2.用產(chǎn)品填充約50%的罐; 剩下的50%是壓縮空氣。
3.產(chǎn)品上方的壓縮空氣壓力必須始終不大于或低于4巴。如果它高于4巴,則會產(chǎn)生過量填充瓶子和瓶子爆炸的風(fēng)險(稱為毛刺)。如果太低,則瓶子未充滿。在受控的灌裝系統(tǒng)中將產(chǎn)品排放到瓶子中。
4.執(zhí)行器控制比例積分微分(PID)控制系統(tǒng)中的壓力,設(shè)定點(diǎn)為4 Bar。這節(jié)省了功耗,改善了控制并降低了壓縮空氣消耗。
CIP模式
1.每72小時,必須使用熱堿溶液徹底清潔產(chǎn)品罐。此過程完全自動化。
2.在CIP模式期間,儲罐在72°C(162°F)下100%填充熱苛性堿溶液。
3.由于油箱已滿,壓力降至1.5巴(22 psi),以防止系統(tǒng)出現(xiàn)液壓超壓。如果壓力過高,可能會損壞灌裝閥。執(zhí)行器在PID控制系統(tǒng)中控制該壓力,設(shè)定點(diǎn)為1.5巴。電動執(zhí)行器的性能優(yōu)于氣動執(zhí)行器,因?yàn)殡妱訄?zhí)行器不會超過設(shè)定點(diǎn)。
電動控制閥執(zhí)行器細(xì)節(jié)
所使用的電動控制閥執(zhí)行器引入了連續(xù),可重復(fù)和調(diào)制的電氣控制,并具有可編程的失效位置選項(xiàng)。采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4-20 mA控制信號或數(shù)字網(wǎng)絡(luò),分辨率,重復(fù)性和滯后性能的報價小于滿量程的0.1%,適用于要求最苛刻的應(yīng)用。
機(jī)械功能包括雙密封外殼,可永久保護(hù)內(nèi)部電氣元件免受工作環(huán)境的影響。IP68防塵,防水和臨時潛水外殼適用于該產(chǎn)品系列中的所有型號,包括具有危險區(qū)域認(rèn)證的型號。在主電源斷電時,內(nèi)置超級電容器允許執(zhí)行器將閥門移動到所需位置,可編程為打開,關(guān)閉,任何中間位置或保持不動。
已安裝電動執(zhí)行器的工廠技術(shù)人員正在評估中執(zhí)行器采用經(jīng)過驗(yàn)證的完善的非侵入式通信技術(shù),用于執(zhí)行器編程和調(diào)整。執(zhí)行器設(shè)置和配置使用運(yùn)行制造商免費(fèi)專有軟件的支持藍(lán)牙的PC執(zhí)行。每個執(zhí)行器都包含一個板載數(shù)據(jù)記錄器,可以下載操作數(shù)據(jù),如閥門扭矩曲線,停留時間,執(zhí)行器事件和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),以便進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和診斷。分析后,可以將任何所需的配置更改上傳到執(zhí)行器。
數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)包括HART,Modbus和Profibus協(xié)議,有助于提高安裝經(jīng)濟(jì)性,并使執(zhí)行器能夠更好地與現(xiàn)有資產(chǎn)管理系統(tǒng)相銜接。該設(shè)計(jì)可以指定用于單相交流電或直流電源,也簡化了將執(zhí)行器改裝到現(xiàn)有閥門上的過程。
概要
該裝瓶廠對投資持續(xù)改進(jìn)計(jì)劃的承諾已經(jīng)在工廠性能和效率方面取得了巨大進(jìn)步,并且可以持續(xù)節(jié)省成本。這部分是因?yàn)椴僮鲉T愿意探索和接受最新技術(shù),而不是“我們總是如何做到這一點(diǎn)”的典型心態(tài)。在控制閥操作的情況下,使用高 - 性能電動執(zhí)行器每年可節(jié)省1,150美元。
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