Zakład montażu silników Toyoty obniża koszty energii dzięki nowym elementom sterującym sprężarek powietrznych

Montownia silników Toyoty obniża koszty energii

Wyzwanie

  • Układ sprężonego powietrza generuje 25% kosztów energii w zakładzie montażu silników

Rozwiązania

  • Sterowniki CompactLogix – Osprzęt i oprogramowanie zapewniają zwiększenie wydajności pięciu dużych odśrodkowych sprężarek powietrznych
  • Sterownik ControlLogix – Zarządza rozdziałem obciążenia na poszczególne sprężarki i umożliwia pobór powietrza z nowego zbiornika doładowującego
  • Oprogramowanie FactoryTalk View SE – Daje pracownikom zakładu i partnerom zewnętrznym dostęp do informacji systemowych w czasie niemal rzeczywistym

Wyniki

  • Obniżenie kosztów energii – Dzięki wydajniejszym sterownikom i dostępowi do zmagazynowanego powietrza zużycie energii spadło o prawie 1 mln kWh (68 000 USD) rocznie
  • Udoskonalona konserwacja – Analiza trendów w czasie realnym daje pracownikom lepszy wgląd w działanie systemu oraz ułatwia wykrywanie i usuwanie problemów. Zdalny dostęp pozwala dostawcom OEM na szybszą odpowiedź online na bieżące potrzeby bez konieczności wysyłania pracowników.

Nowe elementy przynoszą 1 mln kWh oszczędności rocznie i wspierają program zerowej emisji firmy Toyota

Zahamowanie emisji

Wszyscy słyszeli o bezemisyjnych pojazdach. A co z bezemisyjną produkcją pojazdów?

To właśnie jest wizja Toyoty, jednego z największych producentów samochodów na świecie. Program Toyota Environmental 2050 Challenge ma na celu całkowite wyeliminowanie emisji ze wszystkich zakładów produkcyjnych tej firmy do roku 2050.

Aby osiągnąć ten ambitny cel, Toyota podejmuje działania w kierunku zmniejszenia zużycia energii i jej ponownego wykorzystania. A jak widać na przykładzie zakładu w Huntsville w Alabamie, wysiłki te wpływają nie tylko na zmniejszenie wpływu na środowisko, ale również na poprawę wyników końcowych produkcji.

Zawyżone koszty energii

Zakład w Huntsville produkuje silniki do popularnych modeli Toyoty, takich jak Tacoma, Tundra i Highlander. Pracownicy zakładu składają silniki z części i podzespołów wytworzonych w innych zakładach i przekazują je dalej, do jednostek produkcyjnych montujących silniki w pojazdach.

W procesie produkcji istotną rolę odgrywa zakładowa sieć sprężonego powietrza. Podstawę systemu tworzy pięć dużych sprężarek odśrodkowych, zasilających procesy technologiczne, układy automatyki i suszarnie podzespołów silników w zakładzie o powierzchni ponad 110 000 m2.

Przez swoją specyfikę systemy sprężonego powietrza (SP) wymagają intensywnego zasilania energią. Ten w zakładzie w Huntsville nie jest wyjątkiem – generuje aż 25% rocznych kosztów energii zakładu.

Elementy sterujące starego typu powodowały, że system pobierał więcej energii, niż to było konieczne. Przestarzałe sterowniki opóźniały rozruch sprężarek i nie pozwalały na ich skoordynowane działanie. Brakowało zasilania zmagazynowanym SP w okresach zwiększonego zapotrzebowania.

Z powodu tych ograniczeń załoga musiała sprężarki musiały pracować dłużej, niż to było konieczne przez większość dnia, tak aby zapewnić wystarczającą ilość powietrza w czasie sporadycznych skoków zapotrzebowania w zakładzie.

– Dla zachowania ciągłości pracy maszyn potrzebowaliśmy minimum 5,5 bara – powiedział Eddy Kiggen, specjalista w zakładzie Toyoty. – Ale z powodu wolnego rozruchu sprężarek musieliśmy utrzymywać ciśnienie na poziomie 6,3 bara, żeby nie powstawały błędy zbyt niskiego ciśnienia dla wartości 5,5 bara.

Umowa na dostawę energii elektrycznej dla zakładu powodowała następny problem. Zgodnie z nią stawki są wyższe w czasie szczytowego zapotrzebowania na energię. Gdy załoga musiała uruchomić jedną z dużych sprężarek w takim okresie, pojedynczy proces rozruchu potrafił zwiększyć rachunek dzienny za prąd o 100%.                

Modyfikacje lokalne i ogólnozakładowe

W celu ograniczenia wydatków na energię i wsparcia inicjatywy dotyczącej redukcji emisji do 2050 roku, firma Toyota Motor Manufacturing Alabama (TMMAL) podjęła decyzję o modernizacji zakładowego systemu sterowania sprężarkami.

Wykonanie tego projektu zostało powierzone firmie IZ Systems oraz firmie Case Engineering, producentowi maszyn będącemu partnerem w programie Rockwell Automation PartnerNetwork. Przedsiębiorstwo to przedstawiło dwuetapowy plan, obejmujący lokalne i ogólnozakładowe układy sterujące.

W zakresie lokalnym Case dokonało migracji sterowników pięciu dużych sprężarek do schematu sterowania AirLogix. To rozwiązanie jest oparte o platformę sterującą CompactLogix i wykorzystuje interfejs operatora PanelView Plus 7 do przekazywania personelowi danych operacyjnych i diagnostycznych każdej sprężarki.

Na poziomie całego zakładu Case zastosowało swoje rozwiązanie współdzielenia obciążenia AirMaster, tworząc nadrzędny system zarządzania sprężonym powietrzem. Jako podstawę zastosowano tutaj platformę ControlLogix, a za gromadzenie i wizualizację danych odpowiada oprogramowanie FactoryTalk View SE. Case współpracowało z firmą IZ Systems, będącą także dostawcą zbiornika magazynowego o objętości 19 m3, z którego doładowujące SP o ciśnieniu 35 barów pozwala na bezawaryjne odzyskanie sprawności systemu.

Zawór modulujący otwiera dopływ powietrza w okresach zwiększonego zapotrzebowania. To zmagazynowane powietrze zapewnia płynność przełączenia w przypadku, gdy zaistnieje konieczność uruchomienia dodatkowej sprężarki odśrodkowej.

Wzrost oszczędności

Nowe, wydajniejsze elementy sterujące pozwoliły zakładowi w Huntsville zmniejszyć zapotrzebowanie na energię o prawie 1 mln kWh w skali roku. I to bez uwzględnienia oszczędności płynących z wyeliminowania konieczności rozruchu w czasie godzin szczytu.

W rezultacie zwrot inwestycji w nowe elementy sterujące w zakładzie nastąpił wcześniej niż – jak planowano – w ciągu dwóch lat.

– Byliśmy w stanie zmniejszyć wartość zadaną dla systemu z 6,3 bara do 5,9 bara – wyjaśnił Kiggen. – To jest najistotniejsze źródło oszczędności w tym projekcie.

Zmodernizowane lokalne elementy sterujące umożliwiają – w porównaniu ze starymi – bardziej wydajną pracę sprężarek dzięki zwiększeniu przepustowości każdego urządzenia. Nowy sterownik nadrzędny monitoruje ciśnienie i przepływ powietrza, włączając i wyłączając sprężarki zgodnie z potrzebami. Pobiera on powietrze ze zbiornika wysokociśnieniowego podczas pracy sprężarki, niweluje skoki zapotrzebowania i zabezpiecza przed potencjalnymi problemami.

– Dzięki takiej konfiguracji mamy zawsze wystarczające ciśnienie w zbiorniku magazynowym na wypadek gwałtownych spadków lub awarii sprężarki – stwierdził Kiggen. – Nawet jeżeli następna uruchamiana sprężarka ma problem, włączamy jeszcze jedną, a operacja ta jest niezauważalna z poziomu produkcji.

Nowy system zapewnia pracownikom informacje o trendach, umożliwiające monitorowanie ciśnienia i przepływu powietrza, zużycia energii oraz krytycznych danych z każdej maszyny, z włączeniem drgań. A ponieważ informacje te są dostępne w czasie niemal rzeczywistym – co nie było wcześniej możliwe – wspomagają one analizę działania systemu SP i wykrywanie problemów.

Pracownicy mogą teraz przeglądać informacje lokalnie w każdej maszynie w trakcie rutynowego nadzoru operacji. Toyota i Case Engineering mają do nich zdalny dostęp z każdego miejsca.

– Sprężone powietrze jest naszym drugim najważniejszym medium po elektryczności, więc zwracamy na nie szczególną uwagę – powiedział Kiggen. – Sprawdzam dane codziennie, aby wiedzieć, jak działa system i jaka jest jego wydajność. Gdy wystąpi problem, np. spadek ciśnienia lub zbyt mała ilość powietrza w zbiorniku, dostaję komunikat tekstowy. Podoba nam się także współpraca z Case: możemy im zgłaszać występujące problemy, a oni są w stanie rozwiązać je od razu online.

Toyota rozważa skopiowanie tego projektu w innych lokalizacjach, aby osiągnąć podobne oszczędności w zakresie zużycia energii, kontynuując jednocześnie swoje dążenia do zerowej emisji CO2.

– Całkowita eliminacja emisji CO2 z procesu produkcji pojazdu jest wielkim przedsięwzięciem – powiedział Kiggen. – W chwili obecnej próbujemy oszczędzać energię w możliwie najwyższym stopniu, zanim przejdziemy do jej odzyskiwania. A w przypadku tego zakładu modernizacja elementów sterujących jest naszym najbardziej udanym projektem energetycznym od wielu lat.

 

Wyniki przytoczone powyżej odnoszą się do wykorzystanych przez Toyotę produktów i usług firmy Rockwell Automation w połączeniu z innymi produktami. Mogą się one różnić w przypadku innych klientów.

Subskrybuj Nasz Newsletter

Rockwell Automation i nasi partnerzy dysponują wyjątkowym doświadczeniem z zakresu projektowania, wdrażania i konserwacji automatyki.

Subskrybuj

Poznaj ekonomiczne, przełomowe produkty, rozwiązania i narzędzia oraz innowacyjne technologie i usługi w naszym newsletter Automation Today.