压缩的空气

两种方式智能气动性最大化节能

包括流量、压力和温度数据

通过Dieter Michalkowski和Chris Noble 2021年3月15日
礼貌:爱默生

无论是出于可持续发展目标还是环境标准,制造商都希望减少能源消耗和温室气体排放。智能气动使压缩空气成为一个极佳的机会,以节省大量的能源和减少整体排放。

在过去,制造商没有明确或简单的方式来分析机器空气消耗。然而,越来越多的是发现智能气动的节能益处,收集流量,压力和温度数据,更好地了解设备能耗。

这种机器的数字化改造可以适用于任何尺寸的气动操作。操作人员从气动和其他机械元件中获取和处理数据,以解锁可操作的、节能的见解。将智能气动系统的原始数据转换为可操作的数据,是降低能源成本的关键,更不用说减少停机时间,加快周期并提高整体生产率了。

气动系统中的浪费能量可能是惊人的。为了放置一个数字,制造工厂通常由于单独泄漏而损失30%的压缩空气。浪费的能量导致机器停机,当然,增加能源成本。

压缩空气用于整个工业设施,以帮助操作机械和流程,因此,压缩空气的普及使其成为每年降低能源成本的关键。事实上,工厂机器压缩气流的改善,即使只是几个百分点,每个月都可以节省数万美元的能源成本,这取决于设备的大小和性质。这意味着可以减少数十万磅的二氧化碳排放。通过使用智能气动技术(如软件监控和通知解决方案)来检测泄漏,制造商通常可以减少10%至20%的压缩空气能源消耗,并减少10%的二氧化碳排放量。

然而,对于许多制造商来说,这种转变仍然是一个目标,而不是现实。虽然他们可能承认这些好处,但超过70%的制造商缺乏数据分析计划和清晰的成功蓝图。工业物联网(IIoT)和其他使能技术被认为过于复杂、昂贵和耗时,难以实现。

但事实并非如此。制造商可以投资于即插即用的智能气动解决方案,将安装时间和成本降至最低。制造商可以通过仔细观察这些智能气动如何在泄漏和损失发生的地区节约能源,从而迈出数字化转型的第一步。

植物可以通过两种主要方式通过数字转换来改善压缩能节省。

检测压缩空气泄漏

在气动系统中,制造工厂损失能量的最明显方式是通过泄漏。泄漏导致平均每家制造厂每年损失大约35%的压缩空气。当气动系统部件磨损时,泄漏会发生,而且随着时间的推移还会增加。泄漏越大,能量损失就越严重。这导致了能源的浪费,更大的碳足迹和更高的运营成本。一些操作员每台机器每年可能损失5万美元以上!

图1:用户通过使用智能气动分析仪监控其机器来获得实时数据来降低能耗。礼貌:爱默生

图1:用户通过使用智能气动分析仪监控其机器来获得实时数据来降低能耗。礼貌:爱默生

除了能量损失外,压缩空气泄漏还会导致机械系统压力波动,影响设备效率甚至生产。因此,机器可能不得不付出更大的努力来补偿。这种不必要的循环和增加的运行时间会增加能源成本,降低设备使用寿命和增加维护。

为了检测和定位压缩空气的泄漏,公司会引入带超声波设备的技术人员进行检测。但在这些定期的、权宜之计的访问之间的时间里,泄漏往往会出现、持续和增长。

另一方面,智能气动,持续监测气流。有些传感器可以收集并提供对流量的实时洞察力,同时还捕获进料管线中的压力和温度数据,从而实现了操作参数的高级诊断。这些解决方案通常可以通过使用边缘来容易地改装到现有机器。时钟软件监控可以在近实时检测泄漏。该软件识别所讨论的机器,并将通知警报直接发送给维护人员,以便进一步调查。

通过近实时检测泄漏,智能气动技术可以将压缩空气的能源消耗降低10-20%,并将工厂的二氧化碳排放量减少10%。更早地解决压缩空气泄漏问题还可以减少计划内(用于测试每台机器空气泄漏的时间)和计划外停机时间,并提高整体设备效率(OEE)。

优化消费

当涉及到空气压力和气流之间的关系时,一些制造商可能没有完整的图片。这意味着它们可能实际上无法了解压缩空气的最佳消耗点以进行制造过程。其工业机器中的气压可能高于它需要的。当设备消耗比必要的压缩空气更加压缩空气,它会消耗更多的能量,从而提高能源成本和二氧化碳排放。

智能传感器加上边缘计算设备可以收集气压和气流的数据。通过对气动系统的边缘分析,可以更清楚地了解气压与流量之间的关系。通过降低其气动系统的整体压力,他们可以在保持相同气缸循环时间的同时,将气流减少到某一点。

在压缩空气消耗和能量成本的降低中,发现压力和流动之间的最佳比率可以降低10-20%,并且在不影响生产的情况下减少10%的CO2占地面积。这使制造商能够在生产中维持当前的循环时间,但能耗较低,成本和二氧化碳排放。

图2:智能气动分析器可视化并显示来自流传感器的实时数据。礼貌:爱默生

图2:智能气动分析器可视化并显示来自流传感器的实时数据。礼貌:爱默生

实时数据、储蓄

通过使用智能气动来检测泄漏和监测空气消耗,工业制造商可以节省大量的能源。制造商可以与他们的自动化合作伙伴一起工作,开始对他们的情况、预算和目标最有意义的领域或重点领域。

例如,为汽车工业提供的全球生产商最近通过专注于通过压缩空气泄漏和空气消耗损失的能量来实现其数字转换。该公司希望通过在现有生产线上使用能够启用IIOT的能源管理工具来降低能耗。他们与艾默生,自动化解决方案的领先供应商合作,监测和测量所用线路的能量。

像大多数棕地应用一样,这条生产线包括来自不同供应商的各种遗留设备。一个电源,以太网总线耦合器,功率表(每个电路一个)和IO-Link,包括8个可用的传感器端口,组成了每个仪表箱。电流互感器位于仪表箱的内部或外部,这些模块都必须直立安装,以保证空气流通。由于需要使用的以太网接入点数量有限,使得这个设置更加复杂。要扩大规模就需要大量投资。

图3:气流传感器测量流量,压力和温度,监控气动系统中的空气消耗。礼貌:爱默生

图3:气流传感器测量流量,压力和温度,监控气动系统中的空气消耗。礼貌:爱默生

为了满足这种复杂设置的需要,艾默生推荐了AVENTICS系列AF2传感器,这是一种易于使用的气流传感器,可以测量气流、压力和温度,并监测气动系统中的空气消耗。

AF2对于这样的一组遗留机器来说是非常理想的,原因有几个。首先,紧凑的传感器易于组装,可以安装在现有的机器和气动系统上。第二,AF2有IO-Link和以太网通信选项。该传感器很容易集成到空气准备单元,并使制造商可以选择作为一个独立的版本进行操作。AF2有一个彩色的可旋转LED显示屏,可以提供清晰的反馈,当探测到泄漏时,AF2会向用户发送通知警报,以便用户采取行动。这种简单的工业物联网设备使该公司能够在节约能源方面进行投资,同时将安装时间和成本降至最低。

选择传感器后,艾默生帮助公司监测和测量AVENTICS智能气动分析仪(SPA)临时连接到一台机器所使用的线路的能量量。SPA可提供气动系统分析,记录、分析和可视化生产线在生产过程中的空气消耗。该团队能够读取实时的空气消耗量,SPA以每分钟标准升(Nl/min)显示,以及平均值和最大值,以快速识别趋势和异常。

从SPA收集的数据帮助该公司决定艾默生PACSystems RXi2-BP边缘计算设备是否值得投资。简单地说,PACSystems的RXi2-BP边缘计算设备解释并显示所有传入的AF2传感器数据。利用数学算法,它将数据数字化,然后将其转化为直接的、用户友好的信息。这些信息被记录下来,并显示在一个实时的、基于web的仪表盘上,使用户无需额外的软件就能了解更多的能源信息。SPA数据显示,PACSystems RXi2-BP Edge计算设备确实有助于公司节约能源和相关成本,因此公司决定进行投资。

总共提供了大约180个AF2流传感器,以满足生产线的需求,以及PACSystems RXi2-BP边缘计算设备。这种一体化节能传感和边缘计算解决方案监控气动空气消耗并产生和解释机器数据,为汽车生产者可操作的见解以及更完整的植物中发生的事情。因此,该公司已成功发现改进领域,包括降低峰值功耗,优化维护成本和避免停机时间,并计划继续优化其使用较少的能量。

图4:Edge计算设备将传入的传感器数据解释为易于理解、可操作的信息。礼貌:爱默生

图4:Edge计算设备将传入的传感器数据解释为易于理解、可操作的信息。礼貌:爱默生

对一个转换

遍布所有行业,能源管理仍然是工业设施的首要任务。随着对能量消耗和碳排放生长的担忧,气动系统中的监测压缩空气是减少排放和降低能源成本的关键机会。当没有监控机器时,它们也不是它们的能量消耗。泄漏和损失可以自由地生长,可能会提前解决的问题劣化进入后期质量问题,并且浪费了大量的能量。

然而,开启压缩空气节能的数字化转型之路对每个人来说都不一样。和任何转型一样,数字化转型是一个以自己的速度展开的过程,取决于工厂的独特环境。为了通过数字化改造成功地开始节能,与了解智能气动和流体动力应用的独特特性的自动化专家合作是很重要的。如果您有合适的专家、知识和工具,您就可以实现压缩空气节能和数字化转型的目标。


Dieter Michalkowski和Chris Noble
作者简介:Dieter Michalkowski,艾默生流体控制与气动全球客户经理。克里斯·诺布尔是艾默生的业务开发、食品饮料、包装和工业物联网顾问。