På vej mod grønne maskiner… Sådan kan OEM ... - Schneider Electric

schneider.electric.dk

På vej mod grønne maskiner… Sådan kan OEM ... - Schneider Electric

vej mod grønne maskiner…Sådan kan OEM'ere forbedremaskiners energioptimeringMarts 2011/Whitepaperaf OEM Løsnings/Energioptimerings-teametFå mest muligt ud af din energi


vej mod grønne maskinerOversigtKortsammenfatningIndledning s.03Maskindesign ogs.05energioptimeringApplikationsingeniørarbejde s.08kan være til stor gavn forenergioptimeringerImplemetering af den rette s.10automatiseringsarkitektur og detrigtige kontrol- og effektsystemMåling af en maskiness.12energiforbrug giver øjeblikkeligefordeleEksempler på implementeringer s.13Konklusion s.15Nylige undersøgelser viser, at OEM'er er bevidste om de tilgængeligeteknologier vedrørende energioptimering til forbedring af effektivitetenaf deres udstyr og maskiner. Men samtidig med, at mange OEM'ere erbevidste om det stigende pres og de stigende krav på markedet, er detilbageholdende med at foretage ændringer, da de ofte er af den opfattelse,at nye teknologier vil gøre deres maskiner dyrere at sælge.Virksomheder, der støtter energioptimering og bæredygtighed i deresvirksomhed, oplever rent faktisk stærkere loyalitet fra deres kunder,producerer maskiner af bedre kvalitet med forbedret maskinydeevne,og finder flere muligheder for nye forretningsområder, selv i et vanskeligtøkonomisk miljø.I dette dokument drøftes, hvordan det at indføre en strategi for energieffektivitetvedrørende automatisering og kontrolsystemer kan hjælpe OEM'eremed at udvikle maskiner, der er mere bæredygtige og energieffektive,samt hvordan disse nye teknologier bibringer fordele og nye værdier tilslutbrugere, som OEM'ere kan bruge til at differentiere deres tilbud.Dette dokument er oversat efter orginal dokumentet af november 2009.Permanente besparelser vedhjælp af aktiv energioptimering2 | Whitepaper om energioptimering til OEM


IndledningFremstillingsindustrien forsøger at administrere produktioner gennemen nøglemetode: OEE (Overall Equipment Effectiveness), hvorhovedprincippet er at spore målinger fra maskiner/linjer mellem:• Tilgængelighed: måler produktivitetstab fra nedetider - begivenheder,hvor produktionen stopper helt,• Ydeevne: måler tab fra langsomme produktionscyklusser - processer,der ikke kører med maksimal hastighed, og• Kvalitet: måler tab fra produktionen, der ikke opnår fastsattekvalitetsnivauer.OEE-scoren måler produktionseffektivitet: Bedre kvalitet betyder mindrespild, større tilgængelige betyder bedre energioptimering.Udnyttelse af ressourcer og reduktion af energi er ved at blive vigtigefaktorer i branchen, da forbrugere kræver, at producernter bliver mere"grønne". Slutbrugere forstår de nye udfordringer, og har udviklet strategierfor at reducere energien til deres produktion og blive mere bæredygtigevirksomheder.OEE-området er sædvanligvismellem 40 % til 80 %Verdensklasse inden for fremstillingnår 85 %Maskinproducenter er nu i forreste linje til at designe, levere og innoveretil dette nye, krævende marked. Nogle løsninger har allerede bevist dereseffektivitet og fordele. De bibringer nye værdier til deres udstyr, og eren ægte konkurrencemæssig fordel gennem denne nye differentiering.Slutbrugere vælger disse nye fordele under hensyntagen til totaleomkostninger i maskinens levetid.Det er på designniveau, at alle fordelene ved en fremgangsmåde medenergioptimering kan implementeres. Følgende er en gennemgang afde vigtigste punkter, der kan gavne dine kunders mål med hensyn tilenergioptimering og være en fordel for dine maskiner/dit udstyr, afhængigtaf applikationerne.Whitepaper om energioptimering til OEM | 3


vej mod grønne maskiner vej modgrønne maskiner…4 | Whitepaper om energioptimering til OEM


Maskindesign ogenergioptimeringOptimering af maskindesign“Maskinkonstruktion kan være en hovedkilde tilforbedring af maskiners energiforbrug.”Dimensionering afmotorerAlt for ofte er motorer overdimensionerede.Det medfører, at de bruger mere energiend nødvendigt, noget der let kan undgåsgennem korrekt design. Applikationer skalvurderes nøje for at overveje, hvor robust ogpålidelig en maskine skal være, samt hvilkenfremtidig udvikling, der kan være nødvendig formaskinen.> Små, enkle motorer er bedre end større.Ud fra perspektivet om energioptimeringviser erfaringen, at brug af motorer, der ernøjagtigt tilpasset til en applikation frem forblot at bruge motorer med "mere end rigeligt"effekt, optimerer energiforbruget. Dennebasale anbefaling kan føre til en gennemsnitligbesparelse på 3-4 %. samme tid kan dethave indflydelse på reduktion/dimensionering afenergikontrolsystemet!> Bedre dimensionering giver omkostningsreduktioni kørselstiden, hvilket har nogenindflydelse på reduktion af maskinomkostninger.(Se eksempel på energiomkostninger for enmotor nedenfor)Brug af højeffektivemotorerHøjeffektive motorer har bevist deres effektivitet,og har typisk en tilbagebetalingstid på kun (1-2)år. Den nye IEC-klassifikation for højeffektivemotorer specificerer fire kategorier (se næsteside). En yderligere fordel er, at den længeremaskinlevetid for højeffektive motorer bidrager tillevetidsomkostninger.Omkost i hele motorens levetid(gennemsnitlig 15 år)1%2%97%Udover investeringen ernøglepunktet at sikre eneffektiv motorkontrolInvesteringInstallation& vedligeholdelseEnergiWhitepaper om energioptimering til OEM | 5


vej mod grønne maskinerNye internationaleeffektivitetsklasser for motorerDet nye EN 60034-30:2009 definererfølgende verdensomspændendeeffektivitetsklasser for 3 faseslayspændnings asynkrone motorer ieffektområdet 0,75 kW til 375 kW. (IE =International effektivitet)> IE1 = Standardeffektivitet (sammenligneligmed EFF2)> IE2 = Høj effektivitet (sammenlignelig medEFF1)> IE3 = Ekstra høj effektivitet> IE4 = Absolut højeste effektivitetDesign dine maskiner medoptimeret motorkontrolMindre motorer i kaskadeBrug mindre motorer i kaskade, hvor det er muligt (pumper,kompressorer, ventilation…) og tilpas i henhold til deres behov> Op til 30 % besparelse ved brug af synkrone motorerMere effektiv teknologi1 Brug af en motor med højere effektivitet> Op til 10 % besparelse2 Brug et frekvensomformere og derved variabel hastighed til atkontrollere din motor> Op til 50 % besparelse3 Brug et servodrev og en synkron motor> Op til 30 % besparelse*10%Energi forbrug sammenlignetmed standard motorer150%265%3Ekstra i forholdtil 2 30%6 | Whitepaper om energioptimering til OEM


Når det drejer sigom Motorstartere erfrekvensomformere etmustFor anvendelser, hvor motorens belastningafhænger direkte af hastigheden, kanbrug af frekvensomformere giver øjeblikkeligefordele og op til 50 % energibesparelser(pumper, ventilatorer og kompressorer eråbenlyse eksempler på applikationer).Ved applikationer, der kræver gentagen start,vil anvendelsen af frekvensomformere set iforhold til traditionelle kontaktorer (direkte start)samtidig begrænse startstrømmen. Dette vilbåde reducere tab, strømspidser og reducereden mekaniske belastning på udstyret.De øjeblikkelige fordele for slutbrugereses på elregningen, hvor investeringeni frekvensomformere kan have entilbagebetalingsperiode på ofte mindre end 1 til2 år.Nogle applikationer, såsom kraner og lifte, kandrage fordel af regenerative enheder, såsomkan levere energi tilbage på nettet.Introduktion afMechatronicsMotion - løsninger ellerBevægelsesautomatisering giver mulighed for atstyre bevægelse i eks. maskiner. Hver gangnoget skal flyttes og hvor bevægelserfinder sted, giver bevægelsesteknologier(Servomotorer, Positioneringsstyringer) utroligefordele. Servomotorer som er synkronmotorer,giver ud over hurtige og præcise bevægelserogså markante energifordele.Der ligger et potentiale på op til 60 %energibesparelser, samtidigt med betyderhurtigere maskincyklusser og størreoutput. Ligeledes har disse motorer en højvirkningsgrad (udbytte på 95 %) som overgårnormale asynkrone motorer. Motorernes fysiskestørrelse er også mindre. Anvendelsen afSynkron servomotorer giver derfor fordele medhensyn tilenergieffektivitet på op til 10 %, sammenlignetmed asynkrone motorer, ganske enkelt takketvære teknologien.Motion - løsninger erstatter også andreteknologier, og giver markante fordele medhensyn til energieffektivitet:• Mekanisk synkronisering af bevægelse(kamskiver, gear, osv.)• Pneumatik og hydraulik; f.eks. reducerersubstitution af pneumatik energiforbrug, datab og lækage er signifikant og sjældentkan undgås. Det koster i sidste ende forslutbrugeren.“Mechatronic maskindesigntilbyder laveste TCO*, da de erde mest energieffektive og mestpålidelige maskiner på markedet.”* Samlede omkostninger ved ejerskabFordele for slutbrugere• Mere produktive maskiner• Mindre spild• Mere fleksibel produktion• Mere kompakte maskiner• Mindre brug af energi.Gavner også OEM'ere• Mindre mekanik• Færre komponenter• Optimeret effekt og mindre kontrolpanel.Motion – løsninger er helt klart et innovationsfelt,der gavner branchen og bringer nye værdier tilmaskinproducenterneWhitepaper om energioptimering til OEM | 7


vej mod grønne maskinerApplikationsingeniørarbejde kan være tilstor gavn for energioptimeringAutomatisering er en vigtig mulighed for atopnå energioptimering. De funktioner, der ertilgængelige gennem programmering, givermange nye muligheder. Nye algoritmer harf.eks. allerede bevist deres værd og kan findesi applikationsbiblioteker.Prædiktivt styrekredsløb:en ny kilde tilenergioptimeringDen klassiske PID kan overgås af et prædiktivtstyrekredsløb, når algoritmerne integreresi programmeringssystemet, med muligebesparelser på mere end 10 %.Superheat referanceSuperheatKondens setpointKondens temperaturMOPEvaporation temperaturAvanceredekontrolfunktioner i HVACapplikationerer blevet måltfor nylig, og giver mereend 10 % energioptimeringsammenlignet med PIDregulering.Tid i minutterMed klassisk PIDMed prædiktivt styrekredsløb8 | Whitepaper om energioptimering til OEM


Overvågning af driftstilstande og statusgennem automatiseringApplikationsingeniørarbejdekan give signifikante fordeleSlutbrugere udnytter ikke altid deresmaskiner og udstyrs fulde kapacitet.Nogle nøgleområder stoppes hyppigtmed vilje for udelukkende at aktiverede nødvendige ressourcer. Disseteknikker kan anvendes effektivt vedtransportanlæg, således at de kun eraktive, når lasten ankommer frem for atkøre kontinuerligt.Funktionerne stop, tomgang slukketdeaktiverer aktuatorerne, og børintegreres i programmeringen for atgenerere yderligere energioptimering tilfordel for slutbrugerne.Undersøgelser har vist, at maskinersjældent er i produktion 100 % aftiden, og det vurderes, at forbrugetkan reduceres med næsten 37 %, hvismaskinerne håndteres korrekt under disseperioder med tomgang, f.eks. ved ganskeenkelt at slukke dem.Betingelser for sikker stop og sikkergenstart bør også overvejes somen kilde til energioptimeringens,såsom at lukke kontrolsystemet ogkommunikationsbussen ned, nårmaskinen slukkes. Dette er muligt vedat gemme parametre under stop oggenaktivere dem igen, når der genstartesi den forrige tilstand. Nogle gange erløsningen ikke fuldstændig åbenlys,såsom ved begrænsninger i sikkerhedeller hurtig genstart af linjen. Slutbrugerevælger fortrinsvis at opretholde strømmentil kontrolsystemet.Nogen optimering og nogle fordele kanogså opnås ved at administrere opstartenaf maskinerne. Ved at bruge sekventielstart, kan du minimere startstrømmen ogundgå spidsbelastninger.Forbrug (MWh)32,521,510,502,84I Produktion0,980,44 0Tomgang Stoppet SlukketAktivenergiadministrationgennem automatiseringOp til 37 % besparelserrealiseret i enproduktionslinje ibilindustrien gennemkorrekt administrationaf kontrolsystemer, nårmaskiner går i tomgang ellerer stoppet.Whitepaper om energioptimering til OEM | 9


vej mod grønne maskinerImplemetering af den retteautomatiseringsarkitektur og det rigtigekontrol- og effektsystemDet automatiserede kontrolsystem bruger ogsåstrøm (ikke på samme niveau som aktuatorer),men optimering kan implementeres ved at vælgedet rigtige tilbud og træffe den rigtige beslutning.30%AutomatiseringsarkitekturDen rette automatiseringsarkitektur kan, afhængigtaf applikationen, have en gunstig virkningpå energiforbruget i det samlede kontrolsystem.F.eks. kan en decentraliseret arkitektur fordobleforbruget i forhold til en centraliseret arkitektur.Afhængig af applikationens størrelse samtkriterier for sikkerhed og ydeevne, kan valget afen decentraliseret arkitektur selvfølgelig noglegange være nødvendig.Ligeledes kan optimering af antallet af 24 Vstrømforsyninger give energibesparelser på optil 25 % ved at undgå adskillige strømforsyningerog deres associerede tab.Valg af kontaktorerNår der bruges kontaktorer, kan nogle simplevalg reducere strømforbruget markant.I dag kan brug af kontaktorer med lavt forbrugeller kontaktorer til specifikke funktioner (f.eks.såkaldte "latching-relæer") i kombination medkorrekt valgte kontaktorer (såsom Tesys Umotorstarter) reducere strømforbruget med op til4 gange, takket være det lave energitab, der erforbundet med færre forbindelser.Rent faktisk bruger TeSys U motorstartere 75 %mindre energi sammenlignet med traditionellemotorstartere. Dette opnås ved det reduceredeantal af kontakter og ved styrekredsens megetlave strømforbrug.Allerede testet, godkendt, dokumenteretarkitektur til hurtig opbygning af enautomatiseringsløsning.Klar til brug for det optimale resultat:> Foruddefinerede arkitekturer ogmaterialefortegnelseÅben og fleksibel> Fleksibel maskinkontrol: integreretintelligens i enheder med en ny software> Din know-how bevares (andre produkter…)Klar til at blive brugertilpasset> Brugertilpassede tests, så eksperter kangodkende din egen konfiguration10 | Whitepaper om energioptimering til OEM


Valg af HMI (grafisketerminaler og paneler)Administration af baggrundslys i HMI-panelerkan spare 65 % af den strøm, de bruger, f.eks.ved at slukke for displayet, når maskinen går itomgang (f.eks. Magelis XBTGT).Brug af lysdioderLED-teknologi tilbyder et alternativ med lavtforbrug i forhold til glødelamper i trykknapper ogindikatorlys, og bør anvendes systematisk.Dimensionering afControllerControllere, der er dimensioneret korrekt tilapplikationen, vil også hjælpe med at reducereenergiforbruget.Regulering af effektfaktorerFor at kompensere for den reaktive effekt, ogtil sidst eliminere den, er den bedste placeringtættest på kilden. Dette vil optimere maskinensenergiforbrug og kan hjælpe slutbrugere med atundgå støj i deres elektriske netværk.Patenteret « beskyttetLED »-teknologi> 100.000 timers lysstyrkeuden vedligeholdelse> Beskyttet mod kortslutningmed sikringerLavt forbrug> Fem gange mindre endglødelamperHøj resistens> i lysdioder mod mekaniskstød og vibrationWhitepaper om energioptimering til OEM | 11


vej mod grønne maskinerMåling af en maskines energiforbrug giverøjeblikkelige fordeleOvervåg og kontrollerunder levetidenErfaring viser, at en aktiv tilgang tilenergioptimering ganske enkelt vil hjælpe medat give en besparelse på yderligere 8 % vedtidligt at registrere enhver forskel i maskinensdrift eller igangværende livscyklus. Operatører,vedligeholdelsespersonale og teams tilprodukionsstyring kan alle hurtigt gribe ind ogafhjælpe enhver tilstand, der kan have negativindflydelse på maskinens energioptimering.Elektrisk signatur formaskinen: Måling100%70%EnergiforbrugEffektivt designog komponenterOptimeret brugvia automationMaskinDesignMåling& vedligeholdelseMaskindriftTidDenne grundlæggende måling kan betragessom en maskines "elektriske signatur", ogden kan blive udgangspunktet for fremtidigeforbedringer og forbedret maskineffektivitet.Derudover er det en stor fordel for slutbrugeresstrategi.I dag kan dette opnås meget simpelt, såsommed Compact NSX Micrologic, der har evnen tilat måle indgående strøm, eller ved at overvågestrømmen gennem en separat strømmåler,såsom PM800.Umiddelbar fordel for brugere- bevidsthed og forbedring ernøglefordelene: Brug af enhedertil strømmåling og behandling afmaskinens forbrug.12 | Whitepaper om energioptimering til OEM


Eksempler på implementeringEmballering: “Forøg dine besparelser”med funktionsblok til trækkontrolEnergibesparelseVed brug af servodrev + synkron motorer> 30 % mindre energi end frekvensomformer + asynkron motorBesparelse på råmaterialer grund af nøjagtigheden af det servodrev, der kontrolleres af motioncontrollerenved hjælp af funktionsblokken fra Schneider Electric, “kontrolaf folietræk”, kan vi øge trækket på folien med mere end faktor 2.> 50 % mindre plastfolieRoterende armKabelkanalKable kanalStyreenhedIndkapslingCentral kontrol ien styreenhedLysgardinSpole medvariabel højdeTilførsel ind/udCentral styring ien styretavleTransportbånd: udskift kontaktorermed frekvensomformere med variabelhastighed,85 % af transportører startes og kører med direkte start, hovedsageligt vedhjælp af kontaktorer. Udskiftning af kontaktorer med frekvensomformeregiver op til 30 % energioptimering.Whitepaper om energioptimering til OEM | 13


vej mod grønne maskinerHVAC: spar op til 30 % på luftafkøledekølere med dedikerede løsningerKondensatorventilatorerEnergibesparelser ved at justere ventilatorhastighed i forhold til deneksterne temperaturATV21 drev + Modicon M168 controller ved hjælp af funktionsblokken"Trykkontrol med VSD”> Op til 20 % mindre energi end en konventionelventilator med tænd/slukstyringEnergibesparelser ved optimeret elektronisk ekspansionsventil kontrolVed implementeringen af den advancerede kontrolfunktion “Superheatcontrol” på Modicon M168 controller til en kølers elektroniskeekspansionsventil kontrol.> Op til 5 °C reduktion af indstillingsværdi for overophedning, svarendetil op til 10 % mindre energi sammenlignet med standard kontrol afoverophedning med højere indstillingsværdiKondensatorVarmevekslerFordamperVarmevekslerElektroniskekspansionsventilSpar 60.000 kWh hvert år indenfor hejsning: Containerkran medregenerative løsningerEksempel på anvendelse af containerkran til hejsning, 250 kW belastning• Cyklustid: 5 min (1 min løftning, 1 min sænkning, 3 min håndtering)• Driftstid: 8 t/dag, 200 dage/år• Energiomkostning: 0,80 kr/kWh• Drevinvestering til modstandsbremse: 170.000 kr• Drevinvestering til AFE (Active Front End) løsning: 250.000 krResultatEnergiforbrug med modstandsbremse:- 100.000 kWh/år = 80.000 kr/årEnergiforbrug med AFE:- 40.000 kWh/år = 32.000 kr/år> Energi- og omkostningsbesparelser: 60.000 kWh/år = 48.000 kr/årTilbagebetalingsperiode: ≈ 1,7 årInnovation:det næste trin - PacDrive*PacDrive Packaging Solutions har tilføjet en ny, valgfri opgraderingtil softwarebibliotek til integrering af mekanismer til opspoling ogafspolning af folie med en kontrolløsning til reguleringsfri drift. Vedat fremme servoteknologi har designere mulighed for at reducereantallet af slidte komponenter i produktions- og pakkemaskiner,herunder pneumatikker. Som et resultat heraf kan reguleringsfrispolehåndtering reducere maskinudleding, OEM-ingeniørtimer samtvedligeholdelsesopgaver for slutbrugeren og give væsentlige fordelemed hensyn til energioptimering.* PacDrive er et sortimentsnavn lanceret af Elau, en virksomhed, der i dag er integreret iSchneider Electric.14 | Whitepaper om energioptimering til OEM


Konklusion: Forbedring af maskinersenergioptimering skaber innovationRobust automatisering,kontrol og overvågning afenergiforbrug kan give op til30 % energibesparelseEn energieffektiv tilgang har naturligvisen omkostning for OEM'ere: integreringaf nyt design og nye teknologier,som præsenteret i dette dokument,vil sandsynligvis have indflydelse påmaskinens endelige omkostninger,hvilket kan vurderes til mindre end 10 %,afhængigt af applikationen.Som det ses med det nye design og introduktion af nye teknologier, erOEM'ere i stand til at bibringe nye værdier og bidrage stærkt til denbæredygtige tilgang, som slutbrugere nu implementerer. Automatiseringog kontrolfunktioner giver en bred række af muligheder for at forbedreenergioptimering og reducere spild, og bør således overvejes systematisk.Den aktive tilgang til energioptimering giver slutbrugerne mulighed for atoptimere energiforbruget i deres produktionsinvesteringer, hvilket giverbåde øjeblikkelige og langsigtede besparelser.I dag er energibesparelse blevet en vigtigbeslutningsfaktor for slutbrugerne. Detteer en ny differentieringsmulighed forOEM'ere på et meget konkurrenceprægetmarked: at give nye fordele til kunderne,mindre energiforbrug pr. produceretenhed, mindre spild, bedre kvalitet, højereydeevne, med en tilbagebetalingstid påmindre end to år.Schneider Electric er engageret i bæredygtighed, og hjælper OEM-kundermed at forbedre deres maskiners ydeevne og energioptimering.Lad os sammen tage vejen mod grønne maskinerWhitepaper om energioptimering til OEM | 15


Maskiners energioptimering - 3004 © Schneider Electric Danmark A/S - All rights reservedSchneider Electric Danmark A/SIndustriparken 322750 BallerupTlf.: 44 20 70 00www.schneider-electric.dkwww.lk.dkDa standarder og produkter er under kontinuerlig udvikling, vil oplysninger i denne brochure ændresløbende. Schneider Electric/ Lauritz Knudsen by Schneider Electric tager forbehold for disse ændringsamt trykfejl og mangler i øvrigt.03- 2011

More magazines by this user
Similar magazines