Optymalizacja systemów chłodzenia

Główna siedziba firmy PCT Engineered Systems mieści się w Davenport, w amerykańskim stanie Iowa. Jej najbardziej popularnym produktem są systemy do emisji wiązki elektronów „BroadBeam”, które znajdują zastosowanie w coraz większej liczbie procesów technologicznych, w różnych dziedzinach przemysłu. Urządzenia te są chłodzone wodą i muszą być dokładnie przetestowane przed opuszczeniem fabryki, co w związku z ich rosnącą popularnością, zaczęło skutkować zużyciem ogromnych ilości wody na potrzeby chłodzenia w trakcie testów. Koszty z tym związane okazały się na tyle znaczące, że firma zdecydowała się przemyśleć swój sposób poboru i korzystania z wody.

Potrzeba

Prosta analiza pozwoliła ustalić firmie PCT, że potrzebuje wydajnego systemu dostarczania wody pod dużym ciśnieniem, używanej na różnych etapach produkcji. Zdecydowano też, że system ten musi być jak najprostszy, najtańszy i jak najszybszy we wdrożeniu oraz konserwacji. Uwzględniono też konieczność rozwoju firmy w niedalekiej przyszłości, w związku z czym opracowywany system powinien być na tyle elastyczny, by mógł być rozbudowywany wraz z produkcją.

System powinien pozwalać wygodnie regulować i monitorować, a także analizować ilość dostarczanej wody; być zautomatyzowany i prosty w obsłudze. Ustalono, że optymalne będzie użycie trzech dużych pomp o mocy 50 koni mechanicznych każda i sterowanych niezależnie za pomocą napędów prądu przemiennego. Dodatkowo zainstalowane miały być dwie pompy sterowane poprzez softstarty.

Wykonanie

Opracowane wdrożenie zostało wykonane z użyciem sterowników PLC S7-1516 firmy Siemens, napędów AC Sinamics G120, sterowników Simocode, softstartów Sirius o 22-calowego panelu HMI Comfort Panel.

Sterowniki PLC S7-1516 można łatwo programować za pomocą zintegrowanego środowiska Siemens TIA Portal. Umożliwia ono obsługę nie tylko sterowników, ale też napędów i innych podzespołów automatyki, co ułatwia wdrażanie i zarządzanie gotowym rozwiązaniem. Dzięki temu napędy G120 również skonfigurowano za pomocą TIA Portal, a konkretnie z użyciem wchodzącego w jego skład oprogramowania StartDrive. Natomiast panel HMI dostarczył wygodnego i łatwego w użyciu interfejsu do nadzorowania całego systemu.

Inżynierowie z PCT zauważyli, że czas potrzebny na implementację nowych rozwiązań był znacznie krótszy dzięki użyciu TIA Portal, niż w przypadku poprzednich aplikacji, które wykonywali. Przyczyniły się do tego także zestandaryzowane moduły podłączeń sygnałów użytych sterowników PLC. Wbudowany w sterowniki S7-1500, kolorowy wyświetlacz był bardzo przydatny na etapie przygotowywania i testowania wdrożenia i pozwolił szybko ustawić adresy sieciowe, przejrzeć i zresetować pojawiające się błędy i zmieniać parametry pracy sterownika, bez konieczności podłączania terminala programatora. Jest także użyteczny w trakcie działania systemu, gdyż dostarcza informacji o ewentualnych błędach w pracy urządzeń, bez potrzeby logowania się do interfejsu HMI. Ten natomiast został opracowany z użyciem oprogramowania TIA Portal V12 i StartDrive.

Uzyskane rezultaty

Nowy system chłodzenia w firmie PCT pozwala monitorować ciśnienie i temperaturę wody oraz stan jej zbiorników. Umożliwia utrzymywanie optymalnego poziomu wody. Przy pełnym obciążeniu jest w stanie dostarczyć od około 110 do niemal 2300 litrów wody na minutę, z ciśnieniem niemal 700 kPa – zależnie od zapotrzebowania. Woda jest chłodzona z użyciem wymiennika płytkowego, który umożliwia ograniczenie wzrostu jej temperatury maksymalnie o 10 °C przy pełnym obciążeniu.

Nowy system, dzięki zwiększonej wydajności, pozwolił na powiększenie produkcji o połowę. Natomiast zaawansowane metody zarządzania oraz zmniejszony koszt utrzymania i konserwacji sprzętu pozwoliły ograniczyć koszty i skoncentrować prace inżynierów na technologiach budowy urządzeń do emisji wiązek elektronowych.

Źródło: PCT Engineered Systems