Jeśli pompa ma być nie tylko urządzeniem zewnętrznym, ale także integralną częścią linii produkcyjnej, musi w czasie rzeczywistym dostarczać informacje o warunkach procesowych i elastycznie reagować na ich zmiany. Korzyści z wdrożenia takiego inteligentnego systemu uwidaczniają się zwłaszcza przy transporcie wrażliwych substancji, np. w przetwórstwie tworzyw sztucznych, w którym często stosowane są granulaty o silnych właściwościach ściernych. W ich przypadku kluczową kwestią jest zapewnienie jak najostrożniejszego przepływu materiałów, a ten zagwarantować może właśnie cyfryzacja procesów, która – nie tylko w odniesieniu do tworzyw sztucznych, lecz także w innych sektorach przemysłu – przejawia się m.in. w tworzeniu coraz bardziej usieciowionych, cyfrowych maszyn i urządzeń, w tym pomp. W systemach przenoszenia, dozowania i suszenia stosowane są przede wszystkim sprężarki bocznokanałowe i kłowe pompy próżniowe, które – dzięki zastosowaniu nowoczesnych czujników i regulacji częstotliwościowej napędów – zyskują dodatkowe funkcje procesowe: uczestniczą w obróbce surowców, ale też stanowią ważne ogniwo wymiany danych na temat produktu i warunków jego wytworzenia.

Energooszczędne sprężarki bocznokanałowe z regulacją częstotliwościową osiągają moc do 22 kW

Możliwości inteligentnych systemów przepływu materiałów oraz ich rolę w poprawie produktywności zakładów można prześledzić na przykładzie aplikacji prezentowanej w 2016 r. w Düsseldorfie przez Grupę Motan i firmę Gardner Denver Elmo Rietschle podczas Międzynarodowych Targów Tworzyw Sztucznych i Kauczuku K 2016. Jej głównym elementem był modułowy system do transportu materiałów bazujący na urządzeniach z serii Metro G firmy Motan, wyposażony w sprężarki bocznokanałowe i kłowe pompy próżniowe. Jego modułowa budowa umożliwia tworzenie rozwiązań idealnie dopasowanych do potrzeb danej aplikacji.

Całość to więcej niż suma poszczególnych części

Mówiąc o cyfryzacji, w pierwszej kolejności mamy na myśli usieciowienie, czyli połączenie wszystkich urządzeń pracujących w danym zakładzie w jedną zintegrowaną sieć. To właśnie idea usieciowienia i chęć dostosowania serii Metro G do potrzeb nowoczesnej produkcji w sektorze przetwórstwa tworzyw sztucznych zachęciła obie firmy do nawiązania współpracy. Pierwszym poczynionym wspólnie krokiem była integracja generatorów ciśnienia i próżni z nowoczesnymi przetwornikami częstotliwości. Pozwoliła ona na przekształcenie typowych sprężarek bocznokanałowych i kłowych pomp próżniowych w kompaktowe, w pełni regulowane jednostki o dużej sile ssania i niskim poziomie hałasu. Dzięki szerokiemu zakresowi regulacji ciśnienia roboczego pompy cechują się wysoką elastycznością zastosowań, zwiększoną dodatkowo przez możliwość integracji z systemami sterowania maszyn. Podobny efekt uzyskano w przypadku sprężarek, które – regulowane częstotliwościowo (a tym samym wydajne energetycznie) – mogą osiągnąć moc nawet do 22 kW. Istotną z punktu widzenia konstruktorów linii produkcyjnej elastyczność zastosowań zapewniono dzięki możliwości wyboru między różnymi opcjami napędu: silnikiem, przetwornikiem częstotliwości lub falownikiem w zabudowie szafowej, a także sposobami sterowania: niezależnym, za pomocą potencjometru lub przez interfejs Profibus. Tak szeroki zakres opcji pozwala użytkownikom wybrać rozwiązanie, które w danej aplikacji okaże się najbardziej ekonomiczne w eksploatacji, a jednocześnie zapewni wysoką wydajność procesów produkcyjnych.

Modularne systemy dla przemysłu tworzyw sztucznych i przetwórczego – do przechowywania, osuszania, krystalizacji oraz dozowania i mieszania surowców

Bezpieczny transport granulatów z tworzywa sztucznego wymaga zastosowania stałej prędkości przenoszenia, która ograniczyłaby ścieranie ścian wewnętrznych rurociągu. A ponieważ prędkość podawania granulatu przez pompy jest niezmienna, niezależnie od długości sieci transportowej czy rodzaju przenoszonego medium, regulacji podlega w tym przypadku przepływ materiału. Zadanie to realizuje przetwornik częstotliwości, który – sterując liczbą obrotów sprężarki bocznokanałowej – dopasowuje prędkość przenoszenia lub objętość transportowanego medium do aktualnych potrzeb produkcyjnych. Krótkotrwałe zwiększenie liczby obrotów umożliwia także oczyszczenie rurociągu z zalegającego granulatu. Wysoka użyteczność i bezpieczeństwo tego typu systemu zyskują na znaczeniu zwłaszcza w przypadku dużego obłożeniu zakładu, gdy każdy przestój przynosi przedsiębiorstwu wysokie straty.

Sprężarki bocznokanałowe w akcji

Wzorcowym przykładem zastosowania tego rozwiązania w praktyce może być system funkcjonujący w zakładzie dużego przedsiębiorstwa produkcyjnego w Monterrey w Meksyku. Jego wdrożenie powie rzono firmie Motan-Colortronic, której zadaniem było dostarczenie i integracja wszystkich komponentów zautomatyzowanej, centralnie sterowanej linii do transportu materiałów. Składa się na nią ponad 500 dozowników i mieszalników grawimetrycznych z serii Gravicolor zintegrowanych z ponad 1500 przenośnikami i 24 zewnętrznymi silosami na ogniwach obciążnikowych. Każdy z silosów jest dodatkowo połączony z 48 zautomatyzowanymi systemami Metrolink do selekcji i dystrybucji materiału. Do integracji systemu z wtryskarkami wykorzystano 100 km rur. Jego dopełnienie stanowi 16 suszarek Luxor o wydajności 2400 m3 ze 104 lejami suszącymi. Zadania obsługi, monitoringu i zarządzania przepływem materiału realizowane są za pomocą systemu sterowania Control-Net. Leżąca u jego podstaw koncepcja sterowania przez sieć Ethernet w połączeniu z funkcją wizualizacji procesów umożliwia integrację poszczególnych systemów sterowania operacjami suszenia, mieszania, transportu i magazynowania w ramach jednego nadrzędnego systemu zarządzania ogółem procesów w przedsiębiorstwie.

Kłowa pompa próżniowa C-VLR 301 z regulowanym częstotliwościowo silnikiem w klasie IE3 cechuje się siłą ssania do 370 m3/h, a w pracy ciągłej uzyskuje ciśnienie całkowite rzędu 200 mbarów. Dzięki wykorzystaniu rozwiązań z zakresu inżynierii dźwięku cechuje się przy tym bardzo niskim poziomem ciśnienia akustycznego

Według Detleva Schmidta, dyrektora sprzedaży w firmie Motan-Colortronic, najważniejszym założeniem projektu było wyposażenie każdej linii produkcyjnej składającej się z 25 wtryskarek w dwie sprężarki bocznokanałowe: jedną do transportu nowego, a drugą – przetworzonego materiału. Aby zrównoważyć obciążenie poszczególnych agregatów, wprowadzono praktykę naprzemiennego włączania i wyłączania wentylatorów. Pracujące w zakładzie sprężarki bocznokanałowe typu Velocis zostały wyprodukowane i dostarczone przez firmę Elmo Rietschle należącą do koncernu Gadner Denver.

- Sprężarki te są ciche i nie wymagają serwisowania – wyjaśnia Detlev Schmidt. Istotną zaletą tych urządzeń jest też funkcja regulacji częstotliwościowej pozwalająca na dostosowanie ilości sprężanego powietrza do aktualnych potrzeb produkcyjnych, a tym samym na stworzenie indywidualnie dopasowanego, bezpiecznego systemu transportu materiałów.

Energia pod kontrolą

Wykres ilustruje, jak wdrożenie inteligentnej technologii falownikowej przekłada się na zużycie energii w procesach produkcyjnych w zależności od natężenia przepływu materiału. Pokazuje przykład kalkulacji wykonanej dla jednej sprężarki bocznokanałowej o mocy 11 kW z regulacją częstotliwościową. Zakładając, że w efekcie wdrożenia urządzenia zużycie energii spadło o 10%, po 20 tys. godzin pracy przedsiębiorstwo może zaoszczędzić ponad 16 tys. zł.

Zastosowanie inteligentnych systemów transportu materiałów niesie jednak ze sobą znacznie więcej korzyści finansowych. Modułowa koncepcja solidnych, cichych i niezawodnych sprężarek i pomp próżniowych z adaptacyjnym systemem regulacji kryje w sobie bowiem znaczny potencjał oszczędności, który można wykorzystać przez umiejętne sterowanie napędami za pomocą regulacji częstotliwościowej i elastyczne dostosowanie ich funkcjonowania do trybu pracy całej linii produkcyjnej.

Szczególne zainteresowanie zwiedzających targi K 2016 wzbudził system transportowy składający się z izolowanych akustycznie rurociągów zintegrowanych ze sprężarką bocznokanałową z funkcją regulacji częstotliwościowej. Tego typu elastyczna regulacja umożliwia znaczne ograniczenie hałasu podczas transportu i ostrożne przenoszenie wrażliwych materiałów, a jednocześnie zapewnia długą żywotność poszczególnych komponentów rurociągu. Kwestia ta jest szczególnie istotna w przypadku transportu granulatów o silnych właściwościach ściernych.

Modułowa budowa dla maksymalnej elastyczności

Jeśli wymogi procesów produkcyjnych ulegają zmianie, modułowa konstrukcja systemów z serii Metro G umożliwia optymalne dostosowanie pracy sprężarek i pomp próżniowych do aktualnego natężenia przepływu materiału. Poza urządzeniami o różnej przepustowości oferta producenta obejmuje również przyłącza wejściowe i wyjściowe o różnych średnicach, co pozwala na ich precyzyjne dopasowanie do natężenia przepływu i długości rurociągu.

Szeroki wybór komponentów systemu i ich modułowa konstrukcja umożliwiają idealne dostosowanie go do potrzeb coraz silniej zautomatyzowanej branży przetwórstwa tworzyw sztucznych, a tym samym spełnienie podstawowego wymogu inteligentnego przepływu materiałów zgodnego z koncepcją Przemysłu 4.0.