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飲料裝瓶廠通過電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)提高了工作效率
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發(fā)表時間：2018-09-26 08:40:04【小中大】
使用電動機(jī)驅(qū)動的上海自動化儀表股份有限公司執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行過程控制的興趣越來越大。近一個世紀(jì)以來，氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一直是主導(dǎo)技術(shù)，它們在第二次世界大戰(zhàn)之前被使用。戰(zhàn)爭引發(fā)的鍋爐控制的快速發(fā)展確保了它們作為動力和控制過程閥門的主導(dǎo)技術(shù)的地位。
隨著控制技術(shù)的進(jìn)步，例如引入4-20毫安控制信號技術(shù)和后來的數(shù)字總線技術(shù)，氣動控制定位器已經(jīng)跟上氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的先進(jìn)控制要求。但是，該設(shè)備的靈敏度要求將空氣質(zhì)量改善到當(dāng)前的儀器空氣質(zhì)量水平，以防止水分，油蒸氣和顆粒物。與此同時，儀器級空氣的其他工廠要求幾乎已經(jīng)消失，已被4-20 mA或數(shù)字控制技術(shù)取代。
車間空氣通常存在于加工廠中， 然而，這種情況正在改變，并且在許多情況下，對空氣供應(yīng)的唯一要求是為過程控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電。對于儀表級空氣，可以說現(xiàn)在幾乎只需要過程控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其定位器。
今天的高精度電動控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動技術(shù)的成熟技術(shù)和可行替代品，已在苛刻的應(yīng)用和惡劣環(huán)境中運行，如海上平臺，以及阿拉斯加和中東沙漠的極端氣候。
直接電動控制閥是經(jīng)過驗證的技術(shù)，直接相當(dāng)于氣動彈簧，隔膜動力閥。
然而，任何改變技術(shù)的動機(jī)都?xì)w結(jié)為需要在極端惡劣的環(huán)境中提高可靠性或降低過程工廠的整體生命周期成本。
一個很好的例子：
英國的一家軟飲料裝瓶廠是歐洲銷量最大的裝瓶廠之一，每年生產(chǎn)超過1億箱。自2007年以來，一項持續(xù)改進(jìn)計劃的明智投資超過134萬美元（1億英鎊），使其成為世界上最快，最有效的軟飲料生產(chǎn)商之一。
除了流程效率行動之外，它還在綠色環(huán)保的同時節(jié)省了成本。這項投資包括采用多種新技術(shù)，包括一個復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)，可從80多個獨立的計量點收集數(shù)據(jù)。2014年，該工廠引進(jìn)了一個1.2兆瓦的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，并于2017年開始從當(dāng)?shù)靥柲馨l(fā)電廠獲得15％的能源?？傮w而言，自2006年以來，該工廠的能耗降低了33％，同時100％的電力來自可再生資源。這兩項措施使該設(shè)施的運營碳足跡減少了8.6％。
挑戰(zhàn)和解決方案
確定并有針對性改進(jìn)的另一個領(lǐng)域是與提供氣動控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的儀表空氣相關(guān)的操作和維護(hù)成本。工廠工程師愿意探索更新的技術(shù)，因此他們研究了電動機(jī)驅(qū)動的閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最新發(fā)展，希望最近的產(chǎn)品進(jìn)步能夠提供可接受的性能并消除提供和維護(hù)儀表空氣系統(tǒng)的要求。
裝瓶廠的一名自動化工程師解釋說：“我們正在尋找氣動控制閥的替代品，以盡可能地消除對該區(qū)域壓縮空氣的需求，從而降低成本。
“到目前為止，電動閥門的響應(yīng)速度不夠快，無法在瓶子灌裝機(jī)中保持良好的壓力控制。我們聯(lián)系的上海自動化儀表股份有限公司執(zhí)行機(jī)構(gòu)制造商確信他們的電動控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)不僅可以提供與現(xiàn)有閥門相當(dāng)?shù)男阅?，而且運行成本也更低。他們的信心如此之高，如果不能以任何方式滿足我們的期望，他們會在退款基礎(chǔ)上為我們提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
“為了證明這一點，首先監(jiān)控和記錄現(xiàn)有氣動控制閥在主要產(chǎn)品進(jìn)料到灌裝機(jī)中的性能。然后將電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝到同一個閥門上，并連接到[可編程邏輯控制器（PLC）]的現(xiàn)有4-20 mA控制信號。
“在24/7操作中運行和監(jiān)控電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一個月后，對兩個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)果進(jìn)行了比較。圖表清楚地表明，在生產(chǎn)模式下，電動機(jī)的性能同樣好，如果不是比氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)更好。然而，當(dāng)處于就地清潔（CIP）清潔模式時，發(fā)現(xiàn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能比氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)好得多。這是因為當(dāng)設(shè)定點較低并且在CIP模式下電路中的背壓較高時，電動致動器不像氣動致動器那樣超過設(shè)定點。
“根據(jù)3英寸控制閥平均每小時2立方米（m3 / hr）的空氣使用量，每立方米0.05英鎊，運行成本為每年1,167美元（870英鎊）。電動閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用平均10瓦特，每千瓦0.15英鎊（kW），同期僅需17美元（13英鎊）。這意味著每個閥門每年最低可節(jié)省1,150美元（857英鎊），因為這個數(shù)字沒有考慮氣動供應(yīng)系統(tǒng)中不可避免的泄漏。”
圖：（左）技術(shù)人員從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的板載數(shù)據(jù)記錄器下載操作性能數(shù)據(jù)。
流程細(xì)節(jié)
上海自動化儀表股份有限公司電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在瓶子灌裝機(jī)的入口上。兩種操作模式都是可能的，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在兩者中都起著重要作用。
產(chǎn)品模式
將產(chǎn)品（該系統(tǒng)中的飲食可樂）在4巴（58psi）的受控壓力下泵入罐（通常稱為碗）中。
用產(chǎn)品填充約50％的罐; 剩下的50％是壓縮空氣。
產(chǎn)品上方的壓縮空氣壓力必須始終不大于或低于4巴。如果它高于4巴，則會產(chǎn)生過量填充瓶子和瓶子爆炸的風(fēng)險（稱為毛刺）。如果太低，則瓶子未充滿。
在受控的灌裝系統(tǒng)中將產(chǎn)品排放到瓶子中。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制比例積分微分（PID）控制系統(tǒng)中的壓力，設(shè)定點為4 Bar。這節(jié)省了功耗，改善了控制并降低了壓縮空氣消耗。
CIP模式
每72小時，必須使用熱堿溶液徹底清潔產(chǎn)品罐。此過程完全自動化。
在CIP模式期間，儲罐在72°C（162°F）下100％填充熱苛性堿溶液。
由于油箱已滿，壓力降至1.5巴（22 psi），以防止系統(tǒng)出現(xiàn)液壓超壓。如果壓力過高，可能會損壞灌裝閥。
上海自動化儀表股份有限公司執(zhí)行機(jī)構(gòu)在PID控制系統(tǒng)中控制該壓力，設(shè)定點為1.5巴。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能優(yōu)于氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因為電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)不會超過設(shè)定點。
電動控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)
所使用的電動控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)引入了連續(xù)，可重復(fù)和調(diào)制的電氣控制，并具有可編程的失效位置選項。采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4-20 mA控制信號或數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，分辨率，重復(fù)性和滯后性能的報價小于滿量程的0.1％，適用于要求最苛刻的應(yīng)用。
機(jī)械功能包括雙密封外殼，可永久保護(hù)內(nèi)部電氣元件免受工作環(huán)境的影響。IP68防塵，防水和臨時潛水外殼適用于該產(chǎn)品系列中的所有型號，包括具有危險區(qū)域認(rèn)證的型號。在主電源斷電時，內(nèi)置超級電容器允許執(zhí)行機(jī)構(gòu)將閥門移動到所需位置，可編程為打開，關(guān)閉，任何中間位置或保持不動。
圖：已安裝電動執(zhí)行器的工廠技術(shù)人員正在評估中
上海自動化儀表股份有限公司執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用經(jīng)過驗證的完善的非侵入式通信技術(shù)，用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)編程和調(diào)整。執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置和配置使用運行制造商免費專有軟件的支持藍(lán)牙的PC執(zhí)行。每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)都包含一個板載數(shù)據(jù)記錄器，可以下載操作數(shù)據(jù)，如閥門扭矩曲線，停留時間，執(zhí)行機(jī)構(gòu)事件和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和診斷。分析后，可以將任何所需的配置更改上傳到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)選項包括HART，Modbus和Profibus協(xié)議，有助于提高安裝經(jīng)濟(jì)性，并使執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠更好地與現(xiàn)有資產(chǎn)管理系統(tǒng)相銜接。該設(shè)計可以指定用于單相交流電或直流電源，也簡化了將執(zhí)行機(jī)構(gòu)改裝到現(xiàn)有閥門上的過程。
該裝瓶廠對投資持續(xù)改進(jìn)計劃的承諾已經(jīng)在工廠性能和效率方面取得了巨大進(jìn)步，并且可以持續(xù)節(jié)省成本。這部分是因為操作員愿意探索和接受最新技術(shù)，而不是“我們總是如何做到這一點”的典型心態(tài)。在控制閥操作的情況下，使用高 - 性能上海自動化儀表有限公司的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)每年可節(jié)省1,150美元。
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