Hệ thống khí nén thông minh - tối đa hóa tiết kiệm năng lượng

Cho dù được thúc đẩy bởi các mục tiêu bền vững hay tiêu chuẩn môi trường, các nhà sản xuất đều muốn giảm tiêu thụ năng lượng và phát thải khí nhà kính. Khí nén thông minh làm cho khí nén trở thành cơ hội chính để tiết kiệm một lượng năng lượng đáng kể và giảm lượng khí thải tổng thể.

Trước đây, các nhà sản xuất không có cách nào rõ ràng hoặc đơn giản để phân tích mức tiêu thụ không khí của máy. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều người khám phá ra những lợi ích tiết kiệm năng lượng của khí nén thông minh để thu thập dữ liệu lưu lượng, áp suất và nhiệt độ và hiểu rõ hơn về mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị.

Sự chuyển đổi kỹ thuật số này của máy móc có thể được thu nhỏ cho các hoạt động khí nén ở mọi quy mô thực tế. Người vận hành thu thập và xử lý dữ liệu từ khí nén và các bộ phận máy khác để mở khóa thông tin chi tiết tiết kiệm năng lượng, có thể hành động. Chuyển đổi dữ liệu thô từ một hệ thống khí nén thông minh thành một cái gì đó có thể hành động là chìa khóa để giảm chi phí năng lượng, chưa kể đến việc giảm thời gian chết, cho phép thời gian chu kỳ nhanh hơn và tăng năng suất tổng thể.

Năng lượng lãng phí trong các hệ thống khí nén có thể đáng kinh ngạc. Để đặt một con số vào nó, các nhà máy sản xuất thường mất 30% khí nén chỉ do rò rỉ. Năng lượng lãng phí dẫn đến thời gian ngừng hoạt động của máy và tất nhiên, làm tăng chi phí năng lượng.

Khí nén được sử dụng trong các cơ sở công nghiệp để giúp vận hành máy móc và quy trình, do đó, sự phổ biến của nó làm cho nó trở nên quan trọng để giảm chi phí năng lượng hàng năm. Trên thực tế, những cải tiến trong luồng khí nén của máy móc của nhà máy thậm chí chỉ vài phần trăm có thể giúp tiết kiệm hàng chục ngàn đô la chi phí năng lượng mỗi tháng, tùy thuộc vào kích thước và tính chất của thiết bị. Điều đó có thể chuyển thành hàng trăm ngàn pound khí thải carbon dioxide (CO2) được tiết kiệm. Bằng cách sử dụng khí nén thông minh như các giải pháp giám sát và thông báo phần mềm để phát hiện rò rỉ, các nhà sản xuất thường có thể giảm chi tiêu năng lượng khí nén từ 10% đến 20% và giảm 10% lượng khí thải CO2.

Tuy nhiên, đối với nhiều nhà sản xuất, sự chuyển đổi này vẫn là một mục tiêu hơn là một thực tế. Mặc dù họ có thể thừa nhận những lợi ích, hơn 70% các nhà sản xuất thiếu kế hoạch phân tích dữ liệu và kế hoạch chi tiết rõ ràng để thành công. Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) và các công nghệ cho phép khác được coi là quá phức tạp, tốn kém và tốn thời gian để thực hiện.

Nhưng điều đó không nhất thiết phải như vậy. Các nhà sản xuất có thể đầu tư vào các giải pháp khí nén thông minh plug-and-play giúp giữ thời gian và chi phí lắp đặt ở mức tối thiểu. Các nhà sản xuất có thể thực hiện bước đầu tiên hướng tới chuyển đổi kỹ thuật số bằng cách xem xét kỹ hơn cách các khí nén thông minh này tiết kiệm năng lượng ở những khu vực xảy ra rò rỉ và tổn thất.

Các nhà máy có thể cải thiện tiết kiệm năng lượng nén thông qua chuyển đổi kỹ thuật số theo hai cách chính.

Phát hiện rò rỉ khí nén

Cách rõ ràng nhất mà các nhà máy sản xuất mất năng lượng trong các hệ thống khí nén là thông qua rò rỉ. Rò rỉ khiến nhà máy sản xuất trung bình mất khoảng 35% khí nén hàng năm. Khi các thành phần hệ thống khí nén bị mài mòn, rò rỉ có thể xảy ra và phát triển theo thời gian. Rò rỉ càng lớn, tổn thất năng lượng càng đáng kể. Điều này dẫn đến lãng phí năng lượng, lượng khí thải carbon lớn hơn và chi phí vận hành cao hơn. Một số nhà khai thác có thể mất hơn 50.000 đô la mỗi năm, cho mỗi máy!

Ngoài tổn thất năng lượng, rò rỉ khí nén có thể khiến áp suất hệ thống trong máy móc dao động, ảnh hưởng đến hiệu quả thiết bị và thậm chí cả sản xuất. Kết quả là, một cỗ máy có thể phải làm việc chăm chỉ hơn để bù đắp. Việc hoạt động không cần thiết và tăng thời gian chạy đầy tải có thể làm tăng chi phí năng lượng, giảm tuổi thọ thiết bị và tăng bảo trì.

Để phát hiện và xác định vị trí rò rỉ khí nén, các công ty mang đến các kỹ thuật viên với thiết bị siêu âm để kiểm tra chúng. Nhưng rò rỉ thường có thể xuất hiện, tồn tại và phát triển trong thời gian giữa các chuyến thăm tạm thời, định kỳ này.

Mặt khác, khí nén thông minh liên tục theo dõi luồng không khí. Một số cảm biến có thể thu thập và cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực về dòng chảy, đồng thời thu thập dữ liệu áp suất và nhiệt độ trong đường cấp liệu, cho phép chẩn đoán nâng cao các thông số vận hành. Các giải pháp này thường có thể dễ dàng trang bị thêm cho các máy hiện có bằng cách sử dụng các cổng cạnh. Giám sát phần mềm suốt ngày đêm có thể phát hiện rò rỉ trong thời gian gần như thực. Phần mềm xác định máy được đề cập và gửi cảnh báo thông báo trực tiếp đến nhân viên bảo trì để họ có thể điều tra thêm.

Bằng cách phát hiện rò rỉ trong thời gian gần thực, khí nén thông minh có thể làm giảm chi tiêu năng lượng khí nén từ 10-20% và giảm 10% lượng khí thải CO2 của nhà máy. Giải quyết rò rỉ khí nén sớm hơn cũng làm giảm cả kế hoạch (thời gian sử dụng để kiểm tra rò rỉ khí trên mỗi máy) và thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch và cải thiện hiệu quả thiết bị tổng thể (OEE).

Tối ưu hóa mức tiêu thụ

Một số nhà sản xuất có thể không có bức tranh đầy đủ khi nói đến mối quan hệ giữa áp suất không khí và luồng không khí. Điều này có nghĩa là họ có thể không thực sự biết điểm tiêu thụ tối ưu của khí nén cho quy trình sản xuất của họ. Áp suất không khí của họ có thể cao hơn mức cần thiết. Khi thiết bị tiêu thụ nhiều khí nén hơn mức cần thiết, nó sẽ tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, làm tăng chi phí năng lượng và lượng khí thải CO2.

Cảm biến thông minh cộng với thiết bị điện toán đám mây có thể thu thập dữ liệu về áp suất không khí và luồng không khí. Bằng cách phân tích các chỉ số của hệ thống khí nén, các nhà máy có thể có được một bức tranh rõ ràng hơn về mối quan hệ giữa áp suất không khí và lưu lượng. Bằng cách giảm áp suất tổng thể của hệ thống khí nén, họ có thể giảm luồng không khí đến một điểm nhất định trong khi vẫn duy trì cùng thời gian chu kỳ xi lanh.

Tìm ra tỷ lệ tối ưu giữa áp suất và lưu lượng có thể giúp giảm 10-20% mức tiêu thụ khí nén và chi phí năng lượng, cũng như giảm 10% lượng khí thải CO2 mà không ảnh hưởng đến sản xuất. Điều này cho phép các nhà sản xuất duy trì thời gian chu kỳ hiện tại trong sản xuất, nhưng với mức tiêu thụ năng lượng, chi phí và lượng khí thải CO2 thấp hơn.

Dữ liệu thời gian thực, tiết kiệm

Bằng cách sử dụng khí nén thông minh để phát hiện rò rỉ và theo dõi mức tiêu thụ không khí, các nhà máy công nghiệp có thể tiết kiệm một lượng năng lượng đáng kể. Các nhà sản xuất có thể làm việc với đối tác tự động hóa của họ để bắt đầu vào khu vực hoặc lĩnh vực trọng tâm có ý nghĩa nhất đối với tình huống, ngân sách và mục tiêu của họ.

Ví dụ, một nhà sản xuất ngành công nghiệp ô tô gần đây đã thực hiện các bước trong quá trình chuyển đổi kỹ thuật số bằng cách tập trung vào năng lượng bị mất do rò rỉ khí nén và tiêu thụ khí. Công ty muốn giảm tiêu thụ năng lượng bằng cách sử dụng công cụ quản lý năng lượng hỗ trợ IIoT trên dây chuyền sản xuất hiện có. Họ hợp tác với CALMS, nhà cung cấp giải pháp tự động hóa hàng đầu, để theo dõi và đo lượng năng lượng mà dây chuyền sử dụng.

Giống như hầu hết các ứng dụng brownfield, dây chuyền sản xuất này bao gồm các thiết bị kế thừa khác nhau đến từ các nhà cung cấp khác nhau. Một nguồn điện, bộ ghép bus Ethernet, đồng hồ đo công suất (một trên mỗi mạch) và IO-Link, bao gồm tám cổng có sẵn cho các cảm biến, tạo thành mỗi hộp đồng hồ. Các máy biến áp hiện tại được đặt bên trong hoặc bên ngoài hộp đồng hồ, và tất cả các mô-đun này phải được lắp đặt thẳng đứng để cho phép lưu thông không khí. Làm cho thiết lập này thậm chí còn phức tạp hơn, có một số lượng hạn chế các điểm truy cập Ethernet để làm việc. Để mở rộng sẽ đòi hỏi đầu tư đáng kể.

Hướng tới một sự chuyển đổi

Trên tất cả các ngành công nghiệp, quản lý năng lượng tiếp tục là ưu tiên hàng đầu cho các cơ sở công nghiệp. Khi những lo ngại về tiêu thụ năng lượng và lượng khí thải carbon ngày càng tăng, việc giám sát khí nén trong các hệ thống khí nén là một cơ hội quan trọng để giảm lượng khí thải và giảm chi phí năng lượng. Khi máy móc không được giám sát, mức tiêu thụ năng lượng của chúng cũng vậy. Rò rỉ và tổn thất là tự do phát triển, các vấn đề có thể được giải quyết sớm, trước khi xấu đi thành các vấn đề chất lượng giai đoạn cuối và một lượng năng lượng đáng kể bị lãng phí.

Tuy nhiên, con đường chuyển đổi kỹ thuật số mở ra tiết kiệm năng lượng khí nén có vẻ khác nhau đối với mọi người. Giống như bất kỳ sự chuyển đổi nào, chuyển đổi kỹ thuật số là một quá trình diễn ra theo tốc độ riêng của nó, tùy thuộc vào hoàn cảnh riêng của nhà máy. Để bắt đầu tiết kiệm năng lượng thành công thông qua chuyển đổi kỹ thuật số, điều quan trọng là phải làm việc với một chuyên gia tự động hóa, người biết khí nén thông minh và các đặc tính độc đáo của các ứng dụng năng lượng chất lỏng. Khi bạn có quyền truy cập vào chuyên gia, kiến thức và công cụ phù hợp, bạn có thể hiện thực hóa các mục tiêu tiết kiệm năng lượng khí nén và chuyển đổi kỹ thuật số của mình.