豐田引擎工廠透過新型空氣壓縮機控制系統降低能源成本

為排放踩下煞車

您聽說過零排放車輛。但零排放的車輛生產呢？

這是全球最大汽車製造商之一豐田汽車的願景。其「豐田環境2050挑戰」要求公司在2050年前消除全球生產工廠的CO₂排放。

為了實現這些雄心勃勃的目標，豐田正採取措施，同時減少能源使用量並轉向可再生能源。正如該公司位於阿拉巴馬州亨茨維爾的工廠所證明，這些努力不僅幫助豐田縮小了環境足跡，也帶來了營運上的效益。
 

高漲的能源成本

亨茨維爾工廠為豐田熱門車型如Tacoma、Tundra和Highlander生產引擎。工廠員工接收在其他設施鑄造的引擎零件，進行機械加工並組裝成引擎，這些引擎將在其他設施安裝到車輛上。

工廠的空氣壓縮系統對生產流程至關重要。該系統主要由五台大型離心式空氣壓縮機組成，為這座120萬平方英尺的工廠提供空氣，用於各種機械製程、自動化及引擎零件乾燥。

壓縮空氣（CA）系統本質上屬於高能耗系統。亨茨維爾工廠的系統也不例外；其佔工廠年度能源成本的25%。

舊有控制系統使得整體能耗高於實際需求。老化的控制器啟動壓縮機速度緩慢，無法讓壓縮機協同運作成為一個整合系統，且CA儲存量不足，無法應對高峰用氣需求。

因此，團隊成員必須在大部分時間內讓壓縮機超額在線運行，以確保有足夠空氣容量應對工廠內短暫且偶發的需求激增。

「我們需要至少81 PSI才能讓機器不中斷運行，」豐田設施專家Eddy Kiggen表示。「但由於壓縮機啟動耗時，我們必須維持91 PSI，以確保不會因CA壓力低於81 PSI而故障。」

工廠的電力合約帶來更多挑戰。合約規定高峰用電時段的能源費用更高。當團隊成員必須在這些時段啟動大型壓縮機以維持產能時，單台機器的啟動就可能使工廠的電費增加相當於一天能源費用的100%。
 

局部與全廠升級

為協助控制能源成本並支持其2050年能源倡議，Toyota Motor Manufacturing, Alabama（TMMAL）決定升級工廠的空氣壓縮機控制系統。

為此，他們選擇了IZ Systems與Case Engineering，這是Rockwell Automation PartnerNetwork計劃中的機器製造商合作夥伴。該公司提供了一套包含局部與全廠控制的雙重解決方案。

在局部端，Case將五台大型壓縮機的控制器升級為AirLogix控制解決方案。該方案基於CompactLogix控制平台，並配備PanelView Plus 7操作介面，讓員工可於每台壓縮機獲取性能與診斷數據。

在工廠層級，Case採用AirMaster負載分享解決方案建立主空氣控制系統。該方案基於ControlLogix平台，並使用FactoryTalk View SE軟體進行數據收集與視覺化。Case與IZ Systems合作，後者也安裝了一個5000加侖、500 PSI的CA儲存槽，讓系統在不故障的情況下有恢復時間。

調節閥在高用氣需求期間輸送空氣。這些儲存空氣在需要額外離心機以滿足工廠空氣需求時，提供平順的過渡。
 

加速節省

新的、更高效的空氣壓縮機控制系統已協助亨茨維爾工廠每年減少近1000000千瓦時的能源使用量。這還不包括避免在高峰時段啟動所帶來的額外節省。

因此，工廠回收新控制系統投資的時間比原定兩年目標更快。

「我們已經能夠將系統設定點從91 PSI降至85 PSI，」Kiggen解釋。「這就是本專案大部分節省的來源。」

更新後的局部控制系統透過提升每台機器的節流能力，使壓縮機運行效率優於舊有控制。新的主控制器監控壓力與氣流，會根據需求啟動或停止壓縮機。壓縮機上線時，會從高壓儲存槽抽取CA，度過需求激增並防範潛在問題。

「現在的設置方式，儲存槽內總有足夠壓力應對任何壓力下降或壓縮機故障，」Kiggen說。「即使我們嘗試啟動的下一台壓縮機失敗，還能再啟動另一台，廠區人員完全不會察覺異常。」

新系統為員工提供趨勢資訊，可監控每台機器的氣壓與流量、能源使用量及包含振動在內的關鍵數據。這些資訊幾乎可即時取得——這是團隊成員過去所沒有的——有助於分析CA系統並協助故障排除。

團隊成員可於每台機器本地查看資訊，作為日常運作監控的一部分。Toyota與Case Engineering可透過遠端存取於任何地點查看。

「電力之後，空氣是我們最重要的公用設施，所以我們密切監控，」Kiggen說。「我每天查看數據，了解系統運作與效率。如果出現問題，例如壓力下降或儲存槽低於某一水平，我會收到簡訊通知。我們也樂於讓Case保持連線，讓他們得知問題，能立即上線解決。」

Toyota正考慮在其他地點複製此專案，以獲得類似節能成效，同時持續邁向零CO₂排放目標。

「在製造車輛過程中實現零CO₂排放是一項極具挑戰的任務，」Kiggen說。「目前我們正盡可能節省能源，之後才會全面轉向可再生能源。對這座工廠而言，這些控制升級是我們多年來最成功的節能專案。」

上述結果為Toyota使用Rockwell Automation產品與服務結合其他產品的具體案例。其他客戶的實際結果可能有所不同。