Monitoramento de ar comprimido em uma máquina-ferramenta como estratégia de melhoria da eficiência energética
Custos de ar comprimido em foco
Os processos de fabricação de uma máquina-ferramenta sempre requerem ar comprimido. Na fabricação de sensores, são produzidos diversos dispositivos necessários para a fabricação dos produtos finais na própria empresa. Esses processos geralmente ocorrem em uma máquina-ferramenta. Atualmente, espaçadores estão sendo produzidos para o processo de moldagem. Os espaçadores são usinados a partir de um bloco de metal na máquina-ferramenta (MF).
No processo de fabricação da MF, o ar comprimido é necessário:
- Ar comprimido como "ar de bloqueio" para selar uma cavidade com a ajuda da sobrepressão.
- Ar comprimido para processos mecânicos durante a troca de ferramentas.
- Como "ar de lavagem" para limpar as ferramentas antes e depois da troca de ferramentas.
- Como "ar de lavagem" para remover cavacos das peças fabricadas ao retirá-las da MF.
- Ar comprimido para resfriar as ferramentas em contato com peças de plástico sensíveis que não devem entrar em contato com o fluido refrigerante.
A produção de ar comprimido representa um fator de custo significativo no campo da fabricação. Considerações em relação a medidas de economia de energia são, portanto, muito úteis.
A situação inicial
Indicação de ar comprimido sem registro de quantidade e custo orientado por condição
Por padrão, cada máquina-ferramenta oferece instrumentos de exibição gerais para a indicação de status dos diversos estados operacionais. Não integrados ao monitoramento estão os dados do processo de consumo de ar comprimido em relação ao registro de custos associado.
Estes instrumentos não permitem uma avaliação da gestão de energia e medidas de eficiência energética.
- Quais custos de ar comprimido são gerados dependendo do status da máquina?
- Onde podem ser economizados custos e energia?
Até agora, essas perguntas permanecem sem resposta devido à falta de base de dados.
Objetivo do projeto
Avaliação dos custos de ar comprimido para medidas de economia de energia
- Operação eficiente em termos energéticos da máquina-ferramenta
- Cálculo de diferentes custos de ar comprimido para avaliação e organização de medidas de economia de energia.
- Identificação e visualização de custos desnecessários no modo stand-by devido a vazamentos.
- Redução dos custos de energia e operacionais visando a meta da "fábrica verde".
A implantação
Monitoramento de ar comprimido com moneo RTM
O moneo RTM está instalado em um servidor de forma centralizada.
A ifm oferece um portfólio amplo de componentes de automação. Para esta aplicação, um medidor de ar comprimido SD6500 foi instalado na alimentação de ar comprimido da máquina-ferramenta na entrada da pistola de ar comprimido.
Os dados são fornecidos ao moneo RTM através de um mestre IO-Link da série AL1350. O mestre IO-Link está conectado ao servidor através de uma VLAN interna.
O monitoramento de dados, o gerenciamento de limites e os cálculos são realizados com o moneo RTM.
O benefício
Potenciais de economia de energia evidenciados com o moneo RTM
O registro dos valores de fluxo, sua visualização e cálculo com o moneo RTM fornecem a base para calcular diferentes custos de ar comprimido.
Com esses dados, é possível a avaliação dedicada e organização de medidas de economia de energia. Custos desnecessários no modo stand-by foram identificados, e a máquina-ferramenta pode ser operada de forma mais eficiente em termos energéticos, evitando o desperdício de ar comprimido.
Custos de energia e operacionais foram reduzidos com o objetivo de "fábrica verde".
Estrutura do sistema
- Medidor de ar comprimido na linha de alimentação da máquina-ferramenta SD6500.
- Medidor de ar comprimido na linha de alimentação da pistola de ar comprimido SD6500.
- Mestre IO-Link AL1350
Plano de conexão
- Medidor de ar comprimido na linha de alimentação da máquina-ferramenta SD6500.
- Medidor de ar comprimido na linha de alimentação da pistola de ar comprimido SD6500.
- Mestre IO-Link AL1350
Tela
Obtenha uma visualização geral na tela do moneo. A tela fornece ao usuário uma visão geral de todos os valores relevantes do processo para essa instalação.
- Consumo atual de ar comprimido total CDS** (m³/h)
- Pressão atual (bar)
- Consumo total de ar comprimido totalizador CDS** (m³)
- Custos de energia atuais do ar comprimido CDS** (€/h)
- Custos totais de ar comprimido CDS** (€)
- Estado operacional da máquina "Ligado" CDS** (On/Off)
- Estado operacional da máquina "Em espera" CDS** (On/Off)
- Estado operacional da máquina "Desligado" CDS** (On/Off)
A tela “ar comprimido” fornece ao usuário uma visão geral dos valores relevantes do processo de ar comprimido para essa instalação.
- Consumo atual de ar comprimido da máquina (m³/h)
- Pressão atual da máquina (bar)
- Temperatura atual do ar comprimido (°C)
- Consumo de ar comprimido da máquina (m³)*
- Custos de ar comprimido da máquina (€)*
- Consumo atual de ar comprimido da pistola (m³/h)
- Pressão atual da pistola de ar comprimido (bar)
- Temperatura atual do ar comprimido da pistola (°C)
- Consumo de ar comprimido da pistola (m³)*
- Custos de ar comprimido da pistola CDS** (€)*
- Consumo atual de ar comprimido total CDS** (m³/h)
- Consumo total de ar comprimido totalizador CDS** (m³)
- Custos de energia atuais do ar comprimido CDS** (€/h)
- Custos totais de ar comprimido CDS** (€)
No painel "Status da máquina", o usuário pode identificar o estado operacional atual da máquina e o tempo de operação no respectivo estado.
- Estado operacional da máquina "Ligado" CDS** (On/Off)
- Estado operacional da máquina "Stand-by" CDS** (On/Off)
- Estado operacional da máquina "Desligado" CDS** (On/Off)
- Tempo de funcionamento da máquina "Ligada" CDS** (h)*
- Tempo de funcionamento da máquina "Stand-by" CDS** (h)*
- Tempo de funcionamento da máquina "Desligada" CDS** (h)*
No painel "Otimização de processo", o usuário vê a energia consumida de acordo com o estado operacional da máquina. Os insights obtidos podem ser usados para otimizar a demanda de energia.
- Custos totais de ar comprimido CDS** (€)
- Custos de ar comprimido da máquina CDS** (€)*
- Custos de ar comprimido da máquina em stand-by CDS** (€)*
* A contagem se iniciou quando o sensor entrou em operação. Um reset pode ser feito através do próprio sensor ou com o moneo configure.
** ATENÇÃO! Um reset também redefine todos os valores calculados até agora! CDS (Calculated Data Source) representa um valor calculado com o moneo Data Flow Modeler.
Análise
Através da função de análise é possível observar outros detalhes. A captura de tela mostra como o estado operacional da máquina-ferramenta pode ser facilmente identificado pelo valor do fluxo de ar comprimido.
- Estado operacional da máquina "Desligada" (0m³/h)***
- Estado operacional da máquina "Stand-by" (ca. 19m³/h)***
- Estado operacional da máquina "Ligada" (>20m³/h)***
*** Deve ser determinado individualmente de acordo com a aplicação.
Ajustes e regras: Administração dos valores limites
Tarefas e tickets
Assim que um valor limite definido foi excedido ou não alcançado, é criado um ticket para o valor de processo correspondente. A seguir, a violação do limite de pressão é reconhecida pelo semáforo vermelho e pela mensagem de alarme pop-up exibida.
O ticket pode ser assumido e processado pelo colaborador responsável. A função de comentário pode ser usada para documentar diretamente as medidas realizadas e as descrições de soluções. Estão disponíveis as seguintes opções de notificação:
- Integração ao SAP
Valores calculados: valores calculados
Além dos valores de processo dos sensores, muitas outras informações podem ser calculadas no moneo. O modelador de fluxo de dados permite a criação de valores calculados definidos pelo usuário, por exemplo, combinando e calculando fontes de dados de sensores em um modelo de fluxo de dados.
Cálculo do consumo total de ar comprimido:
- Totalizador do medidor de ar comprimido SD6500 a montante da máquina-ferramenta (m³)
- Totalizador do medidor de ar comprimido SD6500 a montante da pistola de ar comprimido (m³)
- Bloco de função "Adição" para cálculo do consumo total de ar comprimido
- Resultado do consumo total (m³)
Cálculo dos custos de ar comprimido da máquina-ferramenta:
- Totalizador do medidor de ar comprimido SD6500 a montante da máquina-ferramenta (m³)
- Preço da energia para 1m³ de ar comprimido – deve ser determinado individualmente de acordo com a aplicação (centavos de euro)
- Constante "100" para conversão de centavos em euro
- Bloco de função "Divisão" para a conversão de centavos em euros
- Bloco de função "Multiplicação" para o cálculo dos custos de energia
- Bloco de função "Arredondamento" para o arredondamento dos custos de energia para duas casas decimais
- Resultado dos custos de ar comprimido da máquina-ferramenta (€)
Determinação do estado operacional da máquina-ferramenta "LIGADA":
- Valor do fluxo do medidor de ar comprimido SD6500 (m³/h)
- Constante "20" para a determinação do estado operacional LIGADO – deve ser determinado individualmente de acordo com o caso de aplicação (m³/h)
- Bloco de função "Comparação" – a saída é verdadeira quando A é maior que B
- Bloco de função "Booleano para double" para a conversão do valor booleano em um valor numérico: Verdadeiro = 1 / Falso = 0
- Resultado estado operacional da máquina-ferramenta = Ligado (Verdadeiro = 1 / Falso = 0)
Determinação do estado operacional da máquina-ferramenta "DESLIGADA":
- Valor do fluxo do medidor de ar comprimido SD6500 (m³/h)
- Constante "1" para determinação do estado operacional DESLIGADO – deve ser determinado individualmente de acordo com a aplicação (m³/h)
- Bloco de função "Comparação" – a saída é verdadeira quando A é menor que B
- Bloco de função "Booleano para double" para a conversão do valor booleano em um valor numérico: Verdadeiro = 1 / Falso = 0
- Resultado estado operacional da máquina-ferramenta = Desligado (Verdadeiro = 1 / Falso = 0)
Determinação do estado operacional da máquina-ferramenta "Stand-by":
- Valor do fluxo do medidor de ar comprimido SD6500 (m³/h)
- Constante "1" para determinação do estado operacional DESLIGADO – deve ser determinado individualmente de acordo com a aplicação (m³/h)
- Constante "20" para a determinação do estado operacional LIGADO – deve ser determinado individualmente de acordo com o caso de aplicação (m³/h)
- Bloco de função "Comparação" – a saída é verdadeira quando A é maior que B
- Bloco de função "Comparação" – a saída é verdadeira quando A é menor que B
- Bloco de função "And" – a saída é verdadeira quando A e B são verdadeiros
- Bloco de função "Booleano para double" para a conversão do valor booleano em um valor numérico: Verdadeiro = 1 / Falso = 0
- Resultado estado operacional da máquina-ferramenta = Desligado (Verdadeiro = 1 / Falso = 0)
Cálculo do tempo de produção da máquina-ferramenta:
- Estado operacional da máquina calculado LIGADO (Verdadeiro = 1 / Falso = 0)
- Bloco de função "Double para booleano" para a conversão de um valor numérico em um valor booleano 1 = Verdadeiro / 0 = Falso
- Bloco de função "Contador de tempo" – incrementa quando o gatilho de entrada 1 = Verdadeiro está presente
- Bloco de função "Arredondamento" – arredondamento do valor da contagem para duas casas decimais
- Resultado tempo da máquinas-ferramenta no estado operacional Ligado (h)
Cálculo dos custos de energia em stand-by:
- Valor calculado stand-by da máquina-ferramenta (h)
- Constante "19" valor médio de consumo da máquina em stand-by - deve ser determinado individualmente de acordo com a aplicação (m³/h)
- Preço da energia para 1m³ de ar comprimido – deve ser determinado individualmente de acordo com a aplicação (centavos de euro)
- Constante "100" para conversão de centavos em euro
- Bloco de função "Divisão" para a conversão de centavos em euros
- Bloco de função "Multiplicação" para o cálculo dos custos médios de energia em stand-by
- Bloco de função "Multiplicação" para o cálculo dos custos de energia
- Bloco de função "Arredondamento" para o arredondamento dos custos de energia para duas casas decimais
- Resultado dos custos de ar comprimido da máquina-ferramenta em stand-by (€)
