Vienas iš būdų sumažinti įrenginių, naudojančių siurblius ir hidraulines sistemas, energijos sąnaudas – galios reguliavimo koncepcija, pagrįsta kintamojo greičio pavaromis. Sujungus šią koncepciją su išmaniąja elektros instaliacijos ir ryšių sistema, užtikrinama galimybė lengvai įrašyti reikiamus aparato duomenis, o tai sudaro visapusio galios valdymo pagrindą.
Efektyvus energijos vartojimas padeda įmonėms ne tik taupyti lėšas ir išteklius, bet ir kovoti su klimato kaita. Siekiant padidinti energijos vartojimo efektyvumą, logiška pradėti nuo siurblių – jie yra vieni stambiausių pramonės elektros energijos vartotojų. Vidutiniškai 45 proc. visų siurblio veikimo ciklo sąnaudų sudaro energijos sąnaudos.
Maža kaina ar ekonomiškumas?
Kitaip tariant, vis dar tenka ieškoti būdų, kaip sumažinti siurblių, o ypač hidrauline technologija pagrįstų siurblių ir variklių, energijos sąnaudas. Bėda ta, kad absoliuti dauguma dabartinių įrenginių valdomi pastoviu greičiu dirbančiais varikliais ir siurbliais.
Imkime, pavyzdžiui, hidraulinius galios įrenginius, kurie šiais laikais paprastai konstruojami iš nebrangių asinchroninių variklių, variklių paleidiklių ir pastovaus našumo siurblių, kuriems nereikia didelių investicijų. Standartinis hidraulinis galios įrenginys pritaikytas palaikyti didžiausią reikiamą slėgį ir tūrio srautą, todėl suvartojamas didžiulis kiekis energijos. Energija švaistoma, nes įrenginys dirba didžiausiu galingumu, net kai tai ir nebūtina. Be to, per nuolat veikiantį siurblį į hidraulinį skystį išskiriamas didžiulis šilumos kiekis, todėl būtinas papildomas aušinimas.
Sumažinti tokios sistemos energijos sąnaudas galima eksploatuojant aparatą kintamuoju greičiu – sistema tuomet naudoja tik tiek galios, kiek tuo metu reikia.
Šį ekonomišką sprendimą įgyvendinti galima pasitelkiant keturių kvadrantų tiesioginę pavarą – vykdomoji pavara kontroliuoja siurblio greitį, o kartu ir slėgį bei tūrio srautą. Šiuo atveju tepalą aktyviai aušinti reikia tik minimaliai.
Trumpai tariant, aparatas naudoja gerokai mažiau energijos nei pastovaus slėgio sistema. Tiesa, tiesioginė pavara valdo tik vieną procesą. Jei hidraulinę energiją tiekti reikia keliems skirtingiems procesams, būtinas atitinkamas skaičius galios įrenginių. Šiuo atveju tinkamas sprendimas – keturių kvadrantų tiesioginė pavara su vykdomaisiais varikliais, nors tam ir reikia didesnių investicijų.
Greičio kontrole pagrįstas ekonomiškai ir energiškai efektyvus sprendimas
„Eaton“ siūlo rentabilesnę alternatyvą. Pritaikius šį sprendimą, siurblio greitį kontroliuoja kintamojo greičio paleidiklis arba kintamojo dažnio pavara. Naudojant kintamojo dažnio pavarą, galima atlikti daugiau sudėtingų funkcijų, o kintamojo greičio paleidiklis yra rentabilesnis, jį lengviau eksploatuoti.
Kaip pavarą galima naudoti IE2–IE4 efektyvumo klasės variklį (atsižvelgiant į darbo ciklą ir vykdymo trukmę). Dar labiau padidinti energijos vartojimo efektyvumą galima pritaikant nuolatinio magneto variklį, tačiau tai reikš ir didesnes investicijas.
Variklio valdymo blokas iš jutiklio gauna duomenis apie hidraulinės sistemos slėgį ir, remdamasis šiais duomenimis, pakoreguoja variklio greitį pagal energiją vartojančių hidraulinių prietaisų tūrio srauto reikalavimus. Galios reguliavimo koncepciją galima pritaikyti keliems tuo pačiu metu vykstantiems procesams, kuriems reikalingas panašus tūrio srautas ir slėgis – krypties valdymo, proporciniais ar valdymo vožtuvais valdomos kelios skirtingos pavaros. Be to, dėl mažesnių pagaminamos šilumos kiekių pailgėja aparato eksploatavimo trukmė, jis saugesnis, kompaktiškesnis, skleidžia mažiau triukšmo.
1 pav. Aparato modelis, sukurtas bendradarbiaujant „Eaton“ ir sprendimų vystymo partneriui „ATP Hydraulik“, pagrįstas trimis skirtingomis pavaros koncepcijomis ir atskleidžia energijos vartojimo efektyvumo didinimo galimybes.
Sutaupoma daugiau nei 50 proc. energijos
Norėdami pademonstruoti šios pavaros koncepcijos energinį efektyvumą, „Eaton“, bendradarbiaudama su sprendimų vystymo partneriu „ATP Hydraulik“, sukūrė aparato modelį. Trys hidrauliniai įrenginiai dirbo tuo pačiu metu – pirmoji paprasta sistema buvo pastoviu greičiu varomas variklis ir siurblys, antroji sistema – vykdomoji sistema, pagrįsta valdikliu, trečiojoje sistemoje pagrindinis siurblys buvo valdomas kintamojo greičio paleidikliu, atsižvelgiant į reikiamą galią. Kitaip tariant, aparato modelis leido tiesiogiai palyginti prietaisų dinamiką, energijos ir eksploatacijos sąnaudas. Kintamojo greičio hidraulinio galios įrenginio pranašumai buvo akivaizdūs. Pasitelkus galios reguliavimo koncepciją, galima sutaupyti vidutiniškai 60 proc. energijos.
„Eaton“ taip pat patvirtino, kad ši energijos taupymo metodika bus taikoma ir modernizuojant 20 metų senumo 50 tonų įpurškiamojo formavimo aparatą. Iki šiol „Eaton“ hidraulinis įrenginys buvo varomas 15 kW asinchroniniu varikliu. Siurblio tūrio srautas valdomas mechaniškai, todėl, net ir tekant nedideliam tūriui, variklis siurblį varo pastoviu 1 500 apsisukimų greičiu – suvartojamas didžiulis kiekis energijos. Pavara buvo atnaujinta naudojant kintamojo dažnio pavarą („Eaton PowerXL DA1“), nuolatinio magneto variklį ir ašinį stūmoklinį siurblį („Eaton 425“). Kai variklis valdomas atsižvelgiant į apkrovą ir aprūpinamas tik tokiu galios, kurios reikia procesui, kiekiu, energijos sąnaudos sumažėja nuo 5,6 iki 2,8 kWh, t. y. apie 50 procentų. Jei, tarkime, aparatas eksploatuojamas po dvi aštuonių valandų pamainas 300 dienų per metus, vieno aparato metinės išlaidos energijai sumažėja 2 016 eurų. Investicijos atsiperka per 2,2 metų.
Interneto ryšio naudojimas taikant debesų kompiuterija pagrįstą galios valdymą
Energijos sąnaudų mažinimas yra tik pirmas žingsnis į energiškai efektyvią sistemą. Kitas žingsnis – sukurti sąlygas galios valdymo sistemai. Norint stebėti, kiek energijos suvartojama, nustatyti galimybes sąnaudoms mažinti ir įvertinti įdiegtų priemonių efektyvumą, būtina išsamiai fiksuoti ir analizuoti energijos ir aparato duomenis. Tam reikia įdiegti daugybę jutiklių, matuojančių slėgį, padėtį, temperatūrą ir fiksuojančių informaciją apie kiekvieno elemento darbinę būseną.
Tradicinės konstrukcijos įrenginiuose, kuriuose elementai jungiami atskirais laidais, informacijai iš atitinkamo elemento į programuojamą loginį valdiklį (PLC) perduoti reikėtų gausybės papildomų laidų. Sprendžiant šią bėdą, geriausiai gali pasitarnauti išmanioji prietaiso elektros instaliacijos sistema, pavyzdžiui, „Eaton“ siūloma „SmartWire-DT“. Ši sistema leidžia, užuot taikius nuoseklųjį jungimą, visus elementus, pavyzdžiui, perjungimo įtaisus, automatinius jungiklius, mygtukus, jutiklius ir pavaras, sujungti vienu laidu. Šiuo laidu į prijungtus prietaisus teka energija ir perduodami duomenys. Be to, pasitelkiant modulį ASIC, standartiniai elementai paverčiami išmaniaisiais ryšių technologijomis pagrįstais prietaisais.
2 pav. Įdiegus išmaniąją elektros instaliacijos ir ryšių sistemą, hidraulinį galios įrenginį galima prijungti prie interneto, todėl mechanikai ir galutiniai vartotojai, kad ir kur būdami, gali gauti naujausią išsamią reikalingų duomenų, pavyzdžiui, temperatūros ir slėgio, apžvalgą.
Kadangi I/O moduliai sistemoje „SmartWire-DT“ su IP67 apsaugos klase, jutikliai ir pavaros gali būti jungiamos taip pat atviroje aplinkoje. Tai leidžia lengvai fiksuoti duomenis iš aparato ar sistemos ir panaudoti juos kontroliuojant galią, pavyzdžiui, norint stebėti veleno vertikalų judėjimą, temperatūrą ar slėgį.
Naudojant „Gateway“ modulius, sistemą galima prijungti prie visų populiarių valdiklių ir magistralių sistemų, Pavyzdžiui: „Profibus“, „Profinet“, „CANopen“, „Modbus TCP“, „Ethernet/IP“, „Powerlink“, „EtherCAT“ ir prie interneto. Jei valdymo prietaisai siejami sąsaja OPC UA, visus duomenis, įskaitant prietaiso duomenis, galima tiekti debesų kompiuterija pagrįsto galios valdymo programinei įrangai.
