Inhoud
Onder ondernemingen in Oekraïne worden harde eisen gesteld met betrekking tot energie-efficiëntie en het verlagen van de productiekosten. Traditionele pneumatische systemen voor het beheren van sluitkraan en positiebeheer lijken betrouwbaar vanwege decennia van exploitatie. Echter zijn de hoge kosten voor het genereren van verduvend lucht en de lage energie-efficiëntie van de pneumatiek zulke oplossingen economisch onvoordelig.
De energie-efficiëntie van een standaard pneumatische systeem is zelden hoger dan 10-15% vanwege verliezen door lekkages in de leidingen, drukval en ondoeltreffendheid van energieomzetting in compressoren. Moderne Europese normen, zoals de ecodesignrichtlijnen en de eisen van de industriële standaardenreeks ISO 50001 betreffende energiebeheer, stimuleren de overgang naar elektrische aandrijvingen. Modernisatie leidt niet alleen tot een verminderde energieconsumptie, maar ook tot een verbeterde positieprecisie van millimeters naar micrometers, waardoor de normen DS TU EN ISO worden nageleefd en de MTTR-waarde (gemiddelde tijd tot herstel) wordt verlaagd.
Onderzoek van verouderd apparatuur
Voordat een besluit wordt genomen over het vervangen van apparatuur is de hoofdingenieur verplicht een volledige audit van de huidige toestand van de pneumatische infrastructuur uit te voeren. Betrouwbare evaluatie is gebaseerd op het meten van de werkelijke energieverliezen en de analyse van de falen van de uitvoerende mechanismen.
| Evaluatiecriteria | Pneumatische systeem (oude staat) | Doelstaat (elektrische actuatoren) |
|---|---|---|
| Precisie van positieerbaarheid | ± 1,0 – 5,0 mm (залежить від стисливості повітря) | ± 0,01 – 0,05 mm (замкнений контур зворотного зв'язку) |
| Energieverbruik in ruststand | Hoog (windingen via de verstopper en fittingen) | Nulstand (remmen zonder vermogensverbruik) |
| Reactietijd | 50 – 200 ms (afhankelijk van de lengte van de bus) | 10 – 30 ms (direct digitale signaal beheer) |
| Werkingstemperatuur bereik | -20°C ... +60°C (risico bevriezing van condensaat) | -40°C ... +85°C (bescherming IP67/IP69K) |
Veelvoorkomend bezwaar "maar de oude systeem werkt nog steeds" neemt de versteckte kosten niet in account. Analyse van de totale eigenwaarde (TCO) toont aan dat de kosten voor elektrische energie voor het onderhouden van een druk van 6-8 bar in de luchtinstallatie gedurende 3 jaar hoger liggen dan de aankoopkosten van nieuwe hoge precisie elektrische aandrijvingen en besturingssystemen op basis van controllers van de serie Allen Bradley 1756-A13.
Moderne alternatieven
Comparatie van technologieën is gebaseerd op technische en economische indicatoren. Overgang naar elektrisch-mechanische aandrijvingen met kugelgewindpaarden (KGP) of reductoren vervangt complexe infrastructuur met compressoren, drogers, leidingen en distributoren.
| Technische parameter | Pneumatische cilinder + verdeeler | Elektrische actuator met servomotor |
|---|---|---|
| Type energiebron | Luchtdruk (6,0 - 8,0 bar) | Elektrische energie (24V DC / 380V AC) |
| Voedingsspanning | Compresorinstallatie met een rendement van 12% | Directe aansluiting met een rendement van 85-90% |
| Diagnose van toestand | Mechanische inspectie, druktest | Nepassword monitoring stroom, temperatuur, positie (IoT) |
| Overeenstemming met standaarden | DSТУ ГОСТ 18460, ISO 15552 | DSТУ EN 60204-1, EN ISO 13849-1 (SIL 2 / PL d) |
Berekening van ROI (Ocuppingsinvestering)
Laat ons een typisch modernisatieproject van een doseringssector op een productieinstallatie in Oekraine bekijken met 10 pneumatische aandrijvingen van 80 mm diameter en een beweging van 250 mm, die 12 cycli per minuut uitvoeren gedurende 6000 uren per jaar.
- Verbruik van geperst lucht: Het luchtverbruik per cyclus bedraagt ongeveer 2,5 Nl. Bij 24/7 bedrijf is het jaarlijks energieverbruik van de compressor voor het voorzienen van deze lijn ongeveer 48 000 kWh.
- Kosten van elektrische energie voor de industrie: Ongeveer 6,50 грн/kW·h (inclusief btw en verdeling). Jaarlijks energieverbruik voor pneumatische aandrijvingen: 312 000 грн.
- Elektrische actuatorverbruik: Verbruikt energie alleen tijdens beweging en vasthouden via een ingebouwde converter. Schatting jaarlijks verbruik: 7 200 kW·h. Jaarverbruik: 46 800 грн.
- Jaarlijkse energiebesparing: 265 200 грн (ongeveer 6 500 EUR).
- Kostenverlaging: Verwijzen van het vervangen van luchtslangen, herstel van cilinders en het oplossen van lekkages bespaart tot 40 000 грн per jaar per eenheid personeel en materialen.
- Kapitaaluitgaven (CAPEX): Levering van 10 sets elektrische aandrijvingen, besturingsschermen op basis van chassis Allen Bradley 1756-A13, kabelproducten en start- en instelwerkzaamheden bedragen ongeveer 420 000 грн (10 500 EUR).
Terugverdientijd (Payback Period): CAPEX / (Energiebesparing + Onderhoudsbesparing) = 420 000 / (265 200 + 40 000) ≈ 1,37 jaar (ongeveer 16 maanden).
Plan stapsgewijze implementatie
Voor het minimaliseren van de stopzetting van de continue productie wordt de inrichting uitgevoerd volgens een duidelijk schema tijdens geplande technische onderhoudsinterventies of korte stilstanden.
- Ontwerp en audit (Weken 1-2): Ingenieurs UNITEC-D voeren metingen uit op montageplekken, berekeningen van krachten (tot 25 kN) en integratie in de bestaande PLC-netwerk uit.
- Levering van apparatuur (weken 3-6): Bestellingcompleet met inbegrip van componenten en voorraadposities via UNITEC-D E-Catalog.
- Montage van het bedieningspaneel (weken 7-8): Montage van distributiepaneelen met gebruik van schokbestendige componenten, inclusief Allen Bradley 1756-A13 invoer- en uitvoermodules.
- Mechanische vervanging (Tijdens stilstand van de lijn gedurende 24-48 uur): Demontage van oude pneumocilinders, installatie van elektrisch-mechanische analoguen op dezelfde montagegaten (afmetingen volgens ISO 15552 worden aangepast met overgangsplaten).
- Start- en validatie (Week 9): Kalibratie van eindposities, veiligheidscontrole volgens standaard DSTU EN ISO 13849-1.
Technische problemen tijdens modernisatie
Tijdens het overgaan naar elektrische aandrijvingen stoten ingenieurs op bepaalde uitdagingen die ingenieursoplossingen vereisen:
- Beperkt gebied in de montagezone: Elektrische aandrijfingen met servomotoren zijn meestal langer dan pneumatische cilinders. Oplossing: gebruik van rechter- of linkerzijde reducerunits met parallele motoropstelling.
- Netstoornissen (EMC): Impulsfrequentieomvormers veroorzaken hoge frequentieinducties. Oplossing: gebruik van geschermd kabel met aarding volgens standaard DSTU EN 60204-1 en installatie van EMC filters.
- Integratie in een verouderde besturingssysteem: Geen ondersteuning voor Industrial Ethernet protocol op de oude controller. Oplossing: installatie van een moderne chassis Allen Bradley 1756-A13 als gateway of centrale processor met ondersteuning voor EtherNet/IP.
Analyse van het geval: Modernisatie van de cementverpakkinglijn
Op een cementfabriek in Oekraine is de vervanging van 12 pneumatische schotterkleppen door elektrische lineaire aandrijvingen met beschermklasse IP67 uitgevoerd.
«Tot de modernisatie verloren we tot 18% druk in de leidingen door ontsluiting van lange lijnen tijdens de winterperiode. De vervanging door elektrische actuatoren verlaagde het energieverbruik op de locatie met 74% en elimineerde volledig stilstanden veroorzaakt door bevriezing van condensaat in de pneumatische klappen.» — Hoofdenergiekundige van het bedrijf.
Resultaten in cijfers:
- MTBF (Gemiddelde tijd tot falen): is gestegen van 4 200 uur naar 35 000 uur.
- Accuraatheid van dosering: is verbeterd van ±2,5% naar ±0,3%.
- Jaarlijkse besparing: 340 000 грн op energie en onderdelen.
Commissie en validatie
Na afronding van de montage wordt een compleet onderzoek uitgevoerd volgens de technische regelgeving van Oekraïne en Europese normen:
- Meetweerstand van de sterkstroomkringen met een megohmmeter op 1000 V (minstens 20 MOhm).
- Testen van het werken van de noodstop (Emergency Stop) met een reactietijd van minder dan 10 ms.
- Controle van de thermische werking van de motoren bij maximaal belasting gedurende 4 uur continue werking (temperatuur van het lichaam mag niet boven +65°C gaan bij omgevingstemperatuur +25°C).
Conclusie
De overgang van pneumatische systemen naar elektrische aandrijvingen is een kritieke stap voor het verhogen van de concurrentiekracht van Oekraïns industriële ondernemingen. Investeringen worden gemiddeld terugverdiend binnen 14-18 maanden door een aanzienlijk verminderde energieverlies en technische onderhouds kosten. De onderneming UNITEC-D GmbH biedt een volledig leveringscyclus aan apparatuur, inclusief moderne besturingselementen zoals Allen Bradley 1756-A13, en technische ondersteuning van ingenieurs op alle fasen van modernisatie.
Bekijk het assortiment betrouwbare industriële componenten en kies de benodigde oplossingen voor uw bedrijf in de catalogus: UNITEC-D E-Catalog.
Literatuurlijst
- DSТU EN 60204-1:2015 Veiligheid van machines. Elektrische uitrusting van machines en installaties. Deel 1. Algemene eisen.
- DSТU EN ISO 13849-1:2016 Veiligheid van machines. Bestanddelen van veiligheidsbeheersystemen.
- ISO 50001:2018 Beheersstelsels voor energie — Vereisten met richtlijn voor gebruik.
- Rockwell Automation / Allen-Bradley. ControlLogix 1756 Installatie instructies (Publicatie 1756-IN582).
- Richtlijn 2009/125/EG van het Europees Parlement en de Raad betreffende het opstellen van een kader voor het stellen van ecodesign-vereisten voor energiegerelateerde producten.
