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裝瓶廠使用高性能電動執行器每年可節省1,150美元

來源:上海自動化儀表有限公司作者:發表時間:2018-07-07 09:18:51

裝瓶廠使用高性能電動執行器每年可節省1,150美元
    使用電動機驅動的執行器進行過程控制的興趣越來越大。近一個世紀以來,氣動執行器一直是主導技術; 它們在第二次世界大戰之前使用。戰爭引發的鍋爐控制的快速發展確保了它們作為動力和控制過程閥門的主導技術的地位。
    隨著控制技術的進步,例如引入4-20毫安控制信號技術和后來的數字總線技術,氣動控制定位器已經跟上氣動執行器的先進控制要求。但是,該設備的靈敏度要求將空氣質量改善到當前的儀器空氣質量水平,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消失,已被4-20 mA或數字控制技術取代。
    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,對空氣供應的唯一要求是為過程控制執行器供電。對于儀表級空氣,可以說現在幾乎只需要過程控制執行器及其定位器。
    今天的高精度電動控制閥執行器是氣動技術的成熟技術和可行替代品,已在苛刻的應用和惡劣環境中運行,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過驗證的技術,直接相當于氣動彈簧,隔膜動力閥。
    然而,任何改變技術的動機都歸結為需要在極端惡劣的環境中提高可靠性和/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,每年生產超過1億箱。自2007年以來,一項持續改進計劃的明智投資超過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商之一。
除了流程效率行動之外,它還在綠色環保的同時節省了成本。這項投資包括采用多種新技術,包括一個復雜的監控系統,可從80多個獨立的計量點收集數據。2014年,該工廠引進了一個1.2兆瓦的熱電聯產電廠,并于2017年開始從當地太陽能發電廠獲得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。這兩項措施使該設施的運營碳足跡減少了8.6%。

 

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    這兩個圖表比較了生產模式下電動和氣動執行器的位置精度。他們的表現相似。

 

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    這兩個圖表比較了電動和氣動執行器在就地清潔模式下的位置精度。電動執行器的設定點過沖減少是顯而易見的。
挑戰和解決方案
    確定并有針對性改進的另一個領域是與提供氣動控制閥執行器所需的儀表空氣相關的操作和維護成本。工廠工程師愿意探索更新的技術,因此他們研究了電動機驅動的閥門執行器的最新發展,希望最近的產品進步能夠提供可接受的性能并消除提供和維護儀表空氣系統的要求。
    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,電動閥門的響應速度不夠快,無法在瓶子灌裝機中保持良好的壓力控制。我們聯系的執行器制造商確信他們的電動控制閥執行器不僅可以提供與現有閥門相當的性能,而且運行成本也更低。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,他們會在退款基礎上為我們提供執行器。
     “為了證明這一點,首先監控和記錄現有氣動控制閥在主要產品進料到灌裝機中的性能。然后將電動執行器安裝到同一個閥門上,并連接到[可編程邏輯控制器(PLC)]的現有4-20 mA控制信號。
     “在24/7操作中運行和監控電動執行器一個月后,對兩個執行器的結果進行了比較。圖表清楚地表明,在生產模式下,電動機的性能同樣好,如果不是比氣動執行機構更好。然而,當處于就地清潔(CIP)清潔模式時,發現電動執行器的性能比氣動執行器好得多。這是因為當設定點較低并且在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定點。
     “根據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,運行成本為每年1,167美元(870英鎊)。電動閥門執行器使用平均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省1,150美元(857英鎊),因為這個數字沒有考慮氣動供應系統中不可避免的泄漏。“
    電動執行器,裝瓶廠,數據記錄器,Rotork Controls Inc.(左)技術人員從執行器的板載數據記錄器下載操作性能數據。
流程細節
    電動執行器安裝在瓶子灌裝機的入口上。兩種操作模式都是可能的,執行器在兩者中都起著重要作用。
 

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產品模式
    1.將產品(該系統中的飲食可樂)在4巴(58psi)的受控壓力下泵入罐(通常稱為碗)中。
    2.用產品填充約50%的罐; 剩下的50%是壓縮空氣。
    3.產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,則會產生過量填充瓶子和瓶子爆炸的風險(稱為毛刺)。如果太低,則瓶子未充滿。在受控的灌裝系統中將產品排放到瓶子中。
    4.執行器控制比例積分微分(PID)控制系統中的壓力,設定點為4 Bar。這節省了功耗,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),以防止系統出現液壓超壓。如果壓力過高,可能會損壞灌裝閥。執行器在PID控制系統中控制該壓力,設定點為1.5巴。電動執行器的性能優于氣動執行器,因為電動執行器不會超過設定點。
電動控制閥執行器細節
    所使用的電動控制閥執行器引入了連續,可重復和調制的電氣控制,并具有可編程的失效位置選項。采用行業標準4-20 mA控制信號或數字網絡,分辨率,重復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用。
    機械功能包括雙密封外殼,可永久保護內部電氣元件免受工作環境的影響。IP68防塵,防水和臨時潛水外殼適用于該產品系列中的所有型號,包括具有危險區域認證的型號。在主電源斷電時,內置超級電容器允許執行器將閥門移動到所需位置,可編程為打開,關閉,任何中間位置或保持不動。
 

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    已安裝電動執行器的工廠技術人員正在評估中執行器采用經過驗證的完善的非侵入式通信技術,用于執行器編程和調整。執行器設置和配置使用運行制造商免費專有軟件的支持藍牙的PC執行。每個執行器都包含一個板載數據記錄器,可以下載操作數據,如閥門扭矩曲線,停留時間,執行器事件和統計數據,以便進行詳細的調查和診斷。分析后,可以將任何所需的配置更改上傳到執行器。
    數字控制網絡選項包括HART,Modbus和Profibus協議,有助于提高安裝經濟性,并使執行器能夠更好地與現有資產管理系統相銜接。該設計可以指定用于單相交流電或直流電源,也簡化了將執行器改裝到現有閥門上的過程。
概要
    該裝瓶廠對投資持續改進計劃的承諾已經在工廠性能和效率方面取得了巨大進步,并且可以持續節省成本。這部分是因為操作員愿意探索和接受最新技術,而不是“我們總是如何做到這一點”的典型心態。在控制閥操作的情況下,使用高 - 性能電動執行器每年可節省1,150美元。
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