Sprężone powietrze, podobnie jak energia elektryczna, gaz czy woda odgrywa kluczową rolę we współczesnych procesach produkcyjnych. Wbrew pozorom nie jest ono jednak dostępne za darmo, a jego ubytek może przynieść straty sięgające nawet kilkuset tysięcy złotych. Dlatego tak istotne jest jego monitorowanie w procesie produkcyjnym.
Od dawna zastosowanie sprężonego powietrza w układach mechanicznych jest popularne w wielu obszarach techniki. Służy m.in. do napędzania maszyn pneumatycznych, a jego dużą zaletą jest to, że w przeciwieństwie do innych surowców czy mediów, nie trzeba zdawać się na jego dostawy. Może być wytwarzane stacjonarnie dzięki zastosowaniu sprężarek. I choć może się wydawać, że powietrze to jest darmowe, to już w postaci sprężonej jest ono jednym z bardziej kosztownych mediów w fabrykach. Wysokie są bowiem koszty jego wytworzenia. Mimo to, wciąż duża część wytwarzanego przez kompresory powietrza jest marnotrawiona.
„Z naszych danych wynika, że straty wynikające z nieszczelności instalacji mogą się wahać od 20 do 40%” – twierdzi Marek Maciejewski z ifm electronic.
„W przeliczeniu na koszty pobieranej energii elektrycznej w skali roku dla kompresora o mocy 200kW może to wynieść znacznie ponad 100 tys. złotych, nie licząc kosztów utrzymania i serwisowania.”
Sprężone powietrze jest kosztowne
Kompresory są standardowym wyposażeniem każdej fabryki i z reguły pracują przez całą dobę, siedem dni w tygodniu. Biorąc pod uwagę pracę przeciętnego kompresora np. Atlas Copco GA200-100 przy ciśnieniu maks. 7,4bar, maksymalnej wydajności 35,1 m3/min równej 2106 m3/h oraz mocy 200kW oraz uwzględnieniu średniego kosztu energii elektrycznej na poziomie 0,55 zł za 1kWh, to koszt pracy kompresora wynosi rocznie około 880 tys. zł. Jeśli przyjąć że 30% wytwarzanego powietrza jest marnotrawione, to koszt wycieków powietrza może wynieść nawet 264 tys. zł w skali roku. Tymczasem średniej wielkości fabryka ma co najmniej kilka takich urządzeń.
Straty te mogą być jeszcze bardziej dotkliwe, gdyż jak wynika z raportu Makro Mapa opracowanego w 2019 r. przez Credit Agricole, wiele wskazuje na to, że koszt energii elektrycznej w Polsce w najbliższych latach będzie rósł. Wzrost ten może wynieść dla przedsiębiorstw nawet 40%.
Analizując eksploatację kompresora w ujęciu 5 lat okazuje się, że koszty uzyskania sprężonego powietrza na fabryce wyglądają następująco: 20% koszt zakupu kompresora, 10% serwis, a 70% są to koszty związane z zużyciem energii elektrycznej.
Konieczny pomiar na wielu maszynach
„Duże wypływy sprężonego powietrza, a co za tym idzie również straty finansowe, sprawiają, że przedsiębiorcy zdają sobie sprawę, że pozwala to na szybki zwrot z działań optymalizacyjnych i decydują się na inwestycje w monitoring sprężonego powietrza.” – twierdzi Marek Maciejewski.
„Coraz więcej firm potrzebuje informacji, w którym miejscu i na jakiej maszynie dochodzi do wycieków powietrza. Poprzez zbieranie tych danych możemy także porównywać pracę poszczególnych urządzeń pod kątem innych nieprawidłowości np. efektywności procesu. Od wielu lat do tego celu wykorzystujemy przepływomierze serii SDxxx, umożliwiające pomiar kalorymetryczny. Stały się one standardem w monitorowaniu sprężonego powietrza w różnych gałęziach przemysłu. Ich istotną cechą jest powtarzalność w długim okresie.”
Obecnie produkowane przepływomierze to tak naprawdę zminiaturyzowane komputery. Aby można było mówić o IoT urządzenie takie musi być identyfikowalne i umożliwiać wymianę danych. Takim urządzeniem jest m.in. przepływomierz SD5500, który mierzy przepływ, temperaturę, ciśnienie, a nawet zużycie sumaryczne w jednostce czasu.
„Przy klasycznym podłączeniu do sterownika PLC, a nie IoT, poprzez we/wy możemy mieć do dyspozycji tylko kilka wybranych powyższych wartości.” – tłumaczy Marek Maciejewski.
„Z kolei IO-Link umożliwi nam dostęp do wszystkich danych, ale i tak wymaga to odpowiedniego przeprogramowania sterownika PLC. Oprócz sprężonego powietrza urządzenie to może mierzyć również: hel, argon, CO2 i N2.”
Istotny jest cel monitorowania
Istotne jest zdefiniowanie celu monitorowania powietrza. Jeżeli są to wycieki sprężonego powietrza, podłączenie do sterownika PLC może być wystarczające. Jednak jeśli istotny jest pomiar na wszystkich urządzeniach na fabryce, to skutecznym sposobem będzie zastosowanie modułów IO-Link posiadających możliwość wysyłania danych zarówno do sterownika PLC, jak i do systemów it np. w celu zbierania danych. Przepływomierz jest w pewni identyfikowalny z poziomu infrastruktury IT i generuje konkretne dane.
„Sama analiza przepływu może niewiele nam powiedzieć.” – mówi Marek Maciejewski.
„Jednak na jej podstawie widzimy w jakim zakresie maszyna zużywa powietrze. Mając takie informacje wystarczy ustawić poziom alarmowy na określonym poziomie. Jeśli na maszynie nastąpi jego przekroczenie, czyli wyciek powietrza, możemy dostać powiadomienie np. w postaci alarmu lub sms-a i na tej podstawie podjąć dalsze działania. Przy takim ustawieniu wystarczy przesyłać dane z czujnika np. co 50 sekund lub rzadziej, zachowując jednocześnie pełną funkcjonalność, czyli detekcję wycieków, a jednocześnie oszczędzanie przepustowości łącz i miejsca w bazie danych.”
Klasyczna metoda poprzez sterownik PLC jest również możliwa, ale wymaga jego przeprogramowania.
