Toyota snižuje své energetické náklady díky novému řízení kompresorů

Toyota snižuje energetické náklady ve výrobě motorů

Úkol

  • Systém vzduchových kompresorů zaujímal 25 % veškerých nákladů na energii v daném závodu

Řešení

  • CompactLogix PLCs – Poskytuje vybavení a programy pro zvýšení efektivity pěti velkých odstředivých vzduchových kompresorů v provozu
  • ControlLogix PLC – Umožňuje kompresorům rozdělovat vzájemně zatížení a odebírat vzduch uložený v nové vzduchové nádrži
  • FactoryTalk View SE software – Poskytuje pracovníkům závodu a partnerům vzdálený přístup k systémovým informacím téměř v reálném čase

Výsledky

  • Snížení nákladů na energii – Efektivnější řízení a přístup k centrální zásobě vzduchu pomohly snížit spotřebu energie o téměř 1 milion kilowatthodin, resp. o 68 000 dolarů ročně.
  • Zdokonalená údržba – Data o trendech v reálném čase umožňují pracovníkům získat přehled o výkonnosti systému a usnadňují vyhledávání a odstraňování závad. Vzdálený přístup umožňuje výrobcům originálních zařízení poskytovat podporu on-line namísto vysílání pracovníků přímo do terénu.

Toto řešení pomohlo snížit jen u tohoto závodu náklady na energii o téměř 1 milion kilowatthodin ročně

Brzdíme emise a jejich dopady

Jistě jste již slyšeli o bezemisních vozidlech. Jak je to ale s bezemisní výrobou vozidel?

To je vize společnosti Toyota, jedné z největších světových automobilek. Její iniciativa Toyota Environmental Challenge 2050 klade před tuto společnost cíl eliminovat do roku 2050 emise CO2 v rámci jejích výrobních závodů po celém světě.

Aby těchto ambiciózních cílů dosáhla, činí Toyota kroky ke snížení spotřeby energie a zároveň přechází na využívání zdrojů obnovitelné energie. A jak dokazuje závod společnosti v Huntsville ve státě Alabama, tyto snahy pomáhají automobilce Toyota nejen snížit svůj vliv na životní prostředí – navíc jí pomáhají zlepšovat její hospodářské výsledky.

Nárůst nákladů na energii

Závod v Huntsville vyrábí motory pro oblíbené vozy Toyota, jako například Tacoma, Tundra a Highlander. Pracovníkům závodu jsou dodávány součásti motorů, jež byly odlity v jiných výrobních provozech a zde se obrábějí a montují do motorů, které jsou poté opět v jiných závodech instalovány do vozidel.

Systém přípravy stlačeného vzduchu je zásadně důležitý pro výrobní proces. Tento systém se skládá v prvé řadě z pěti velkých odstředivých vzduchových kompresorů a dodává vzduch do celého závodu o rozloze téměř 112 metrů čtverečních pro různé strojní procesy, automatizaci proces sušení dílů.

Systémy na přípravu stlačeného vzduchu jsou již ze své povahy velmi energeticky náročné. Systém v závodu v Huntsville není výjimkou; jeho podíl na celkových nákladech na energii v tomto provozu činí celých 25 %.

Původní řízení jeho spotřebu energie zvyšovalo ještě více, než bylo nutné. Zastarávající řídicí systém spouštěl kompresory pomalu a neumožňoval jim spolupracovat dohromady jako integrovaný systém, navíc neměl dostatečné kapacity na ukládání stlačeného vzduchu, pro pokrytí spotřeby během odběrových špiček.

Kvůli těmto omezením museli pracovníci nechávat kompresory spuštěné po většinu dne ve větší míře, než by bylo nutné, aby tak byla zajištěna dostatečná kapacita vzduchu pro krátké a občasné rázové odběry v provozu.

„Aby nedocházelo k zastavení strojů, potřebujeme tlak nejméně 81 PSI,“ uvedl Eddy Kiggen, specialista na podpůrné služby u společnosti Toyota. „Ale protože kompresorům trvalo dlouho, než se spustily, museli jsme udržovat tlak 91 PSI, abychom zaručili, že nedojde k výpadkům kvůli poklesu tlaku vzduchu pod 81 PSI.“

Smlouva o odběru elektrické energie závodu představovala další problematický bod. Podle této smlouvy se účtuje více za energii spotřebovanou během období špičkového odběru. Když pracovníci potřebovali spustit jeden z jejich velkých kompresorů během těchto období, aby udrželi dostatečnou kapacitu vzduchu pro provoz, jediné spuštění stroje bylo schopné zvýšit účet za elektřinu spotřebovanou závodem o 100 % částky účtované za energii za jeden den.

Modernizace v místním a celozávodním rozsahu

Aby automobilka Toyota Motor Manufacturing v Alabamě (TMMAL) udržela své náklady na energii na uzdě a podpořila svou energetickou iniciativu pro rok 2050, rozhodla se ve svém závodě modernizovat řídicí systém vzduchových kompresorů.

S touto úlohou se obrátila na společnosti IZ Systems a Case Engineering, výrobce strojů a partnera v rámci programu Rockwell Automation PartnerNetwork. Tato společnost dodala řešení sestávající ze dvou částí, jež zahrnovalo řízení na místní a celozávodní úrovni.

V rámci lokálního řešení nahradila společnost Case původní řídicí jednotky na pěti velkých kompresorech systémem AirLogix. Ten vychází z řídicí platformy CompactLogix a zahrnuje v sobě obslužné rozhraní PanelView Plus 7, které pracovníkům poskytuje údaje o výkonnosti a diagnostice pro každý z kompresorů.

Na úrovni celého závodu pak použila společnost Case řešení AirMaster pro sdílení zatížení, s jehož pomocí vytvořila hlavní řídicí systém přípravy vzduchu. Toto řešení vychází z platformy ControlLogix a využívá software FactoryTalk View SE pro shromažďování a vizualizaci dat. Firma Case spolupracovala se společností IZ Systems, která rovněž nainstalovala zásobní nádrž na stlačený vzduch o objemu 19 metrů krychlových s tlakem 500 PSI, která umožní rychlou obnovu systému bez rizika výpadku.

Modulační ventil dodává vzduch během období s velkým odběrem stlačeného vzduchu. Tento uložený vzduch umožňuje hladký přechod, když je zapotřebí nasadit další odstředivý kompresor, aby byla uspokojena spotřeba vzduchu celého závodu.

Nárůst úspor

Nové, efektivnější řízení vzduchových kompresorů pomohlo závodu v Huntsville snížit roční spotřebu energie téměř o 1 milion kilowatthodin. To nezahrnuje úspory plynoucí z eliminace spouštění strojů během období vysoké spotřeby.

Závod tak ve výsledku dosáhl návratnosti investice do nového řízení rychleji než za dva roky, které byly původně stanoveny jako cíl.

„Podařilo se nám snížit nastavenou hodnotu systémového tlaku z 91 na 85 PSI,“ vysvětlil Kiggen. „Právě z toho vyplynula většina úspor v rámci tohoto projektu.“

Modernizované lokální řízení napomáhá k efektivnějšímu provozu kompresorů než v případě původního řízení díky zvýšení kapacity stlačování vzduchu u každého stroje. Nová hlavní řídicí jednotka sleduje tlak a průtok vzduchu a spouští nebo zastavuje kompresory v souladu s aktuálním odběrem. Bude odebírat stlačený vzduch z vysokotlaké zásobní nádrže v době, kdy je kompresor zapojen do systému, překoná tak období rázových vysokých odběrů a ochrání systém před možnými problémy.

„Ve stavu, jak je nyní systém nastaven, máme v zásobní nádrži stále dostatečný tlak pro případ jakýchkoli poklesů tlaku ve vedení nebo při poruše kompresorů,“ uvedl dále Kiggen. „I kdyby došlo k závadě dalšího kompresoru, který se pokusíme spustit, můžeme spustit jiný kompresor a lidé ve výrobní hale ani nepoznají, že se něco přihodilo.“

Nový systém poskytuje pracovníkům informace o trendech, s jejichž pomocí mohou monitorovat tlak a průtok vzduchu, spotřebu energie a kritické údaje na každém stroji včetně vibrací. A protože jsou tyto informace k dispozici téměř v reálném čase – něco, co členové výrobního týmu předtím neměli – pomáhá to analyzovat systém stlačeného vzduchu a poskytuje to podporu při odstraňování závad.

Pracovníci mají nyní možnost sledovat informace u každého stroje v rámci jejich rutinního monitoringu provozních operací. Lidé ze společností Toyota a Case Engineering si informace mohou zobrazit odkudkoli prostřednictvím vzdáleného přístupu.

„Vzduch je po elektrické energii nejdůležitější podpůrná technologická služba, kterou máme, a proto ho velmi důsledně sledujeme,“ řekl Kiggen. „Prohlížím si příslušné údaje každý den, abych měl přehled o výkonnosti a funkčnosti systému a abych kontroloval jeho účinnost. Obdržím varovnou zprávu pokaždé, když dojde k nějakému problému, například k poklesu tlaku nebo snížení tlaku vzduchu v zásobní nádrži pod určitou úroveň. Vyhovuje nám také to, že společnost Case si ponechala přístup k systému, a když jejím pracovníkům dáme vědět o případných potížích, mohou se připojit on-line a problém ihned odstranit.“

Společnost Toyota plánuje realizovat tento projekt i ve svých dalších provozech. Slibuje si od toho podobné úspory a další přiblížení k dosažení nulových emisí CO2.

„Dosažení nulových emisí CO2 během procesu výroby vozidla je velmi náročná úloha,“ uvedl Kiggen. „Momentálně se pokoušíme ušetřit co největší objem energie, než se pustíme do oblasti obnovitelných zdrojů. A ohledně tohoto závodu platí, že tyto modernizace řízení představují nejúspěšnější projekty související s energiemi, jaké jsme za dlouhou dobu provedli.“

Dříve zmíněné výsledky jsou specifické pro využívání produktů a služeb Rockwell Automation u společnosti Toyota v kombinaci s dalšími produkty. Konkrétní výsledky se mohou u jiných zákazníků lišit.

Automation Today

Společnost Rockwell Automation vám spolu se svými partnery nabízí své mimořádné znalosti, které vám pomohou s návrhem, implementací a podporou vašich investic do automatizace.

Registrace k odběru

Získejte nejnovější informace o technologických trendech a řešení od Rockwell Automation.