Impianti, efficienza energetica negli stabilimenti di produzione

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Il layout dell’impianto
Il layout dell’impianto

Attraverso il monitoraggio delle utenze e la manutenzione proattiva è possibile tenere costantemente sotto controllo il ciclo di vita dell’impianto, al fine di ottimizzare le performance e accrescere l’efficienza energetica.

Grazie all’introduzione di soluzioni intelligenti è possibile conseguire una riduzione di oltre il 20% del consumo energetico con effetti sostenibili a lungo termine, perché un utilizzo migliore dell’energia significa minore impatto ambientale, salvaguardia delle risorse e riduzione dei costi energetici a parità di produttività. Lenze è un partner affidabile in ogni fase, dalla progettazione alla realizzazione della macchina, e può assistere il cliente nella scelta degli azionamenti da impiegare che permetteranno di avere sempre sotto controllo tutto ciò che può influenzare il consumo energetico della macchina e di ottimizzare il costo del ciclo di vita dell’impianto, inclusa naturalmente l’efficienza energetica. In seguito a un’analisi dettagliata dei processi meccanici e del relativo fabbisogno energetico è necessario procedere ricordando che:
•    il più alto potenziale per l’incremento dell’efficienza energetica si ottiene da un’erogazione intelligente dell’energia (75%);
•    è necessario l’impiego di componenti di azionamento con un alto rendimento (15%);
•    un ulteriore potenziale deriva dall’utilizzo dell’energia di frenatura (10%).
Per aumentare l’efficienza energetica degli azionamenti Lenze segue tre approcci:
•    uso intelligente dell’energia elettrica;
•    conversione dell’energia con un alto rendimento;
•    uso dell’energia di frenatura recuperata.

La struttura delle sezioni
La struttura delle sezioni

L’intervento in uno stabilimento di produzione
L’applicazione qui analizzata si riferisce a un sistema di monitoraggio dell’energia presso una parte dello stabilimento produttivo di un’azienda dell’Italia centrale, leader nel suo settore. Si tratta di un’area coperta di 40.000 m2; la struttura del reparto oggetto del monitoraggio impiega 300 collaboratori e il consumo dell’energia costa mediamente 25mila Euro al giorno. Il cliente, in sede di progetto, ha richiesto come primi obiettivi la possibilità: di rilevare il consumo delle varie utenze; di disporre del telecontrollo da remoto dei parametri di processo; di poter avere un feedback fondamentale per il dimensionamento dei futuri impianti. L’obiettivo finale è comprendere il costo energetico per unità di prodotto, pertanto affinare la contabilità industriale, poter effettuare analisi comparate con impianti simili e, di conseguenza, effettuare delle migliorie atte a risparmiare energia (il consumo energetico dello stabilimento influisce tra il 16 e il 18% del fatturato totale) e integrare la supervisione da remoto con altri parametri di produzione. In conclusione, il cliente è ben conscio che il sistema di telecontrollo debba offrirgli la possibilità di registrare le misure variabili sull’impianto, di poterle consultare a distanza, di organizzare un archivio storico idoneo a comprendere con immediatezza i diversi consumi energetici vitali per analizzare gli scostamenti di produzione, la ripetibilità dei guasti e altri punti di debolezza dell’impianto. Sulle linee di produzione sono stati installati 45 misuratori atti a monitorare vapore, aria compressa da 30 bar e 7 bar, acqua potabile, acqua industriale, acqua demineralizzata e gas, oltre a 48 contatori di energia elettrica. Il cablaggio ha richiesto quasi 5000 m di cavo, 500 m di nuove tubazioni e 100 m di nuove canalizzazioni; è stato necessario l’uso di più piattaforme contemporaneamente. Il cliente ha richiesto un sistema di monitoraggio estremamente semplice e di immediata lettura pertanto inizialmente sembrava non ci fossero difficoltà di sorta; in realtà, l’estensione dell’area e il dover lavorare su un impianto già in produzione da oltre 10 anni ha messo a dura prova la professionalità degli operatori.

Architettura di automazione Lenze
Architettura di automazione Lenze

Struttura dei nodi di rete e relativa gestione diagnostica
Il layout dell’impianto ha richiesto uno studio approfondito per poter installare i 7 nodi di I/O remoti in luoghi facilmente accessibili e a distanza di non più di 100 m dai rilevatori digitali e 50 m dai rilevatori analogici. Nello stesso tempo, l’inserimento di strumenti di misura era a quote variabili tra gli 8 e i 10 m e in alcuni casi, per questioni prettamente tecnologiche, si richiedeva l’inserimento di by-pass. Ancora più problematici sono stati i tempi di intervento richiesti, poiché il tutto doveva essere perfettamente funzionante in 20 giorni lavorativi e l’impianto fermo per una sola settimana. Il successo raggiunto è dovuto alla profonda conoscenza dei tecnici Lenze dell’impianto nella sua interezza, dei processi produttivi, tecnologici e delle utenze installate e, in aggiunta, alla perfetta sintonia tra gli operatori Lenze, i manutentori e i progettisti del cliente e i terzisti meccanici e idraulici. Le misure rilevate sono potenza elettrica in kW (calcolata), energia elettrica in kWh (misurata), portata aria compressa e gas utenza in m3/h (calcolata), consumo aria compressa e gas utenza in m3 (misurata), portata acqua e gas generale in m3/h (misurata), consumo acqua e gas generale in m3 (calcolata), portata vapore in kg/h (calcolata) e consumo vapore in kg (misurata). Per quanto concerne i costi, i consumi energetici opportunamente gestiti tramite un software dedicato danno l’immediato costo energetico per categoria di componente prodotto con la possibilità di una contabilità analitica estremamente precisa. Di seguito i benefici ottenuti dal sistema:
– tramite un file generato dal panel PLC su chiave USB il cliente è in grado di quantificare con precisione il costo energetico di prodotto, necessario a un’ottimizzazione dei costi del processo produttivo. Il file è disponibile anche per l’acquisizione in rete da remoto;
– l’impianto di monitoraggio ha permesso la rilevazione di eventuali perdite energetiche (aria compressa, acqua ecc.);
– la misura dell’aria compressa prodotta e dell’energia elettrica utilizzata ha permesso il calcolo (automatico nel software) del costo reale del m3 di aria;
– il successo di quest’applicazione ha portato il cliente alla valutazione di nuove implementazioni dell’impianto di monitoraggio. Per esempio, sulle macchine con maggiore dispendio di energia si è prevista, mediante appositi trend, l’ottimizzazione dei consumi in modo significativo fin da subito tramite l’utilizzo di inverter e brushless, anziché sistemi tradizionali;
– ottimo il riscontro del cliente sui prodotti di automazione Lenze impiegati;
– l’aspetto più oneroso nella realizzazione di questo impianto è dipeso dalla dimensione dello stesso (sviluppato su migliaia di metri quadrati) e dalla grande quantità di parametri da monitorare in arrivo dai sensori installati.

Struttura dei nodi di rete e relativa gestione diagnostica
Struttura dei nodi di rete e relativa gestione diagnostica

Molteplici anche i punti di forza del sistema:
– possibilità di modifica della gestione dei parametri acquisiti in base alle specifiche esigenze dello stabilimento;
– essendo un sistema aperto esiste la possibilità di miglioramenti futuri semplicemente acquistando i software di sviluppo Lenze;
– possibilità di integrazione con gli impianti di processo per scambiare in modo autonomo i dati (cambi di produzione, down-time, tipologia di vetro, guasti ecc.);
– possibilità di gestire allarmi in base a soglie di consumi definiti o che si discostano molto dalla media.

Walter Volpi – Responsabile tecnico Automation