Нови технологии при индустриалните компресори

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 9/2019 • 09.01.2020

С нарастването на изискванията за повишаване на екологичната пригодност и редуциране на въглеродния отпечатък на индустрията в глобален план все по-стриктни стават стандартите за енергийна ефективност и оптимизирана поддръжка при промишлените въздушни и газови компресори. Високотехнологични концепции като Industrial Internet of Things (IIoT) и Industry 4.0 създават възможности за събиране на данни за статуса и работата на индустриалните компресори, отдалечен мониторинг и управление, повишаване на енергийната ефективност, прогнозна поддръжка и автоматизиране на различни процеси. 

По данни на маркетинговата агенция ARC стремежът към подобрена производителност, съкращаване на времето за достигане до пазара и увеличаване на гъвкавостта в процесните индустрии е сред двигателите на прехода към технологии от ново поколение при промишлената компресорна техника. За да останат конкурентни на динамичния съвременен пазар, все повече компании в нефтената и газова промишленост, химическата, фармацевтичната, хранително-вкусовата индустрия и производството на напитки инвестират в модерни средства за оптимизиране на системите за сгъстен въздух и газове, при които се постига бърз период на възвръщане на инвестицията и значително повишаване на оперативната ефективност в дългосрочен план. Големите производители на компресорна техника предлагат все по-богата гама от т. нар. “Industry4.0-ready” решения, подходящи за приложения с ниско, средно и високо налягане. Разработват се и централизирани платформи за мониторинг и контрол на широк набор от комбинации от индустриални компресори (бутални, винтови, центробежни, осеви), въздуходувки, бустери и изсушители, с чиято помощ може да се конфигурира и управлява оптималната система за сгъстен въздух за всяко приложение.

 

IIoT и пазарните тенденции

Актуално проучване на Sierra Wireless прогнозира, че глобалният пазар на промишлени въздушни компресори ще нараства с комбиниран годишен темп от 3,65% до 2025 г., когато ще надмине 40 млрд. щатски долара. Маркетинговите анализатори отчитат, че въпреки очаквания динамичен ръст, производителите в сегмента са поставени пред сложното предизвикателство да диференцират офертите си от тези на останалите компании в бранша, за да останат конкурентни. Сред ключовите изводи от проучването е, че именно иновации като IIoT са в основата на мащабния технологичен скок, който вече се случва в сферата на компресорната техника за промишлени приложения.

Internet of Things е комуникационна платформа, която през последните години обхваща все повече сегменти при свързаните устройства – от смартфоните и таблетите, през умните уреди за домашна и сградна автоматизация до интелигентните индустриални машини и оборудване. За свързаност и интелигентност все по-често се говори и при промишлените компресори, които на базата на smart компоненти като сензори и комуникационни модули могат да станат част от единна производствена мрежа, в която да обменят данни с останалите устройства и системи с цел оптимизиране на синергията помежду им, улеснено управление и възможност за непрекъснат мониторинг от всяка точка. В доказателство на тази тенденция друго актуално проучване, проведено от изследователската агенция International Data Corporation, изчислява, че глобалните капиталовложения в IoT технологии ще достигнат приблизително 1,4 млрд. щатски долара до 2021 г., а индустриалното производство ще е водещият клиентски сектор.

В качеството си на един от водещите промишлени енергийни източници сгъстеният въздух ще продължава да играе ключова роля и в експлоатацията на интелигентните фабрики на бъдещето, убедени са пазарните анализатори. Делът му към момента представлява около една десета от общото количество енергийни носители, използвани в глобалната индустрия. В множество проучвания от последните години експерти изследват как протича процесът на преход към четвъртата индустриална революция при компресорната техника. Специалистите подчертават, че мрежовата свързаност и възможностите за събиране и анализ на данни не са изцяло нови технологии в сегмента, но ползите от внедряването им в системите за сгъстен въздух тепърва предстои да се разгръщат с пълния си потенциал. Тези иновации оказват влияние не само върху първоначалния дизайн на оборудването, но и върху мониторинга и поддръжката му в реална работна среда. На база детайлното изучаване на този процес анализаторите от Sierra Wireless очертават водещите фактори, които повлияват технологичното развитие в сегмента на индустриалните въздушни компресори през последните години. Сред тях са: нарастващата достъпност на данните за статуса и работата на оборудването (както за производителите, така и за потребителите); все по-масовото внедряване на IIoT технологии в процесните и дискретните индустрии; превръщането на големите информационни масиви, събирани от интелигентното оборудване, в бизнес актив; както и възникването на нови бизнес модели от рода на “сгъстен въздух като услуга” (Compressed-Air-as-a-Service, CaaS) с помощта на облачните технологии.

Ключово изискване към компресорните системи продължава да бъде оптималното потребление на енергия, като голяма част от IIoT-базираните решения в сегмента са ориентирани именно към възможностите за свързване на компресорната техника към платформи за енергиен мениджмънт и цялостно управление на производството.

Основната цел на такъв холистичен подход е възприемането на компресорите като елемент от производствената система и идентифициране на всички зони с риск от загуби, както и на най-подходящите потенциални мерки и стратегии за пестене на енергия. Високата степен на свързаност и автоматизация осигурява по-прецизно управление на индустриалните компресори, съкращава периодите на престой и спомага за по-високи печалби и рационализиране на технологичните процеси.

Събраната от интелигентното оборудване информация (например за налягането в системата, дебита, работната температура, статуса на компресора, качеството на въздуха или газа, съдържанието на частици, точката на оросяване и др.) позволява не само детайлен анализ на работата на системата в дългосрочен план и откриване на различни тенденции, но и навременно коригиране на неефективните практики.

 

Нови технологични възможности

Възможностите на съвременното IoT-базирано компресорно оборудване могат да бъдат обобщени в следните функции: отдалечен мониторинг, управление на енергията, прогнозна поддръжка, събиране и обработка на големи обеми данни, автоматично регулиране на работните настройки и параметри. Обикновено работните показатели на един компресор драстично се влошават, преди в системата да настъпи неизправност. Възможностите за непрекъснат и отдалечен мониторинг на оборудването в реално време позволяват незабавно идентифициране и локализиране на подобни проблеми, дори в големи промишлени системи със стотици компресори. Съвременните платформи за наблюдение на работата на индустриалната компресорна техника могат да доловят и най-слабото отклонение от допустимите работни параметри, като така лесно се откриват бъдещи аварии не само непосредствено преди възникването им, но и много по-рано. Предотвратяването на повредите в системата улеснява отстраняването на причините за тяхното възникване и спомага за по-евтини ремонти и по-бързо повторно въвеждане в експлоатация. По този начин се избягват и фаталните щети по агрегатите, които биха наложили тяхната цялостна подмяна.

Сред ключовите данни за работата на компресорната техника са данните, свързани с консумацията им на електроенергия. Някои от модерните достъпни на пазара модели записват тази информация в доклади, съвместими с изискванията на международния стандарт ISO-50001. Предвид възможността подобен мониторинг да стане задължителен в бъдеще, все повече производители на компресорна техника оборудват продуктите си с такава функционалност. Благодарение на събраните данни за енергийното потребление, налягането и температурата в системата може лесно да се проследява графиката на енергийната ефективност в течение на времето. Всеки спад в стойностите е евентуален показател за износване на компонентите на компресора и належащ ремонт.

С всяко компрометиране работата на системата за сгъстен въздух се влошава и нейната производителност, а така се натрупват допълнителни разходи и възниква риск от неизпълнение на поставените цели. Възможностите за прогнозна поддръжка, заложени в модерните индустриални компресори, спомагат за прецизно насрочване и целенасочено таргетиране на мероприятия по обслужване на отделните агрегати в компресорния парк с цел оптимизиране на поддръжката, разходите и цялостната ефективност. На база данни за състоянието и оставащия полезен живот на всяко устройство се предотвратяват критичните системни повреди и сривове, като се елиминират и ненужните инспекции на добре работещото оборудване, които костват време в престой, усилия и средства. С помощта на данните от IIoT-базираната система за мониторинг на компресорната техника в реално време всеки агрегат може автоматично да изпрати известие към техническия екип, че се нуждае от ремонт и поддръжка.

Експерти изчисляват, че с въвеждането на практики по превантивен мониторинг и прогнозна поддръжка на компресорното оборудване времената на престой се съкращават средно с около 25%. Незабавните известия за предстоящ или настъпил проблем допълнително ускоряват обратното въвеждане в експлоатация на системата след ремонтните дейности. Без наличието на сензори и интелигентни измервателни прибори, инсталирани в съвременните компресори, малките тенденциозни отклонения в параметри като температура и налягане могат да останат незабелязани при конвенционална инспекция, но на практика да се окажат ключов показател за предстояща авария. Ето защо инвестицията в интелигентно и свързано компресорно оборудване, макар и първоначално по-висока в сравнение със закупуването на конвенционален модел, се превръща в по-рентабилно решение в дългосрочен аспект.

 

Интелигентни функции и управление

Сред най-важните функции на технологии като IIoT при индустриалните компресори е възможността за автоматично регулиране на работните настройки спрямо предварително зададени стойности. Факт е, че всички компресори, дори IIoT-свързаните модели, все още се нуждаят от оператор. Благодарение на напредъка при технологиите за автоматизирано управление обаче все повече пренастройки ще могат да се извършват автоматично. Така корекциите не само ще влизат в сила по-бързо, но ще се сведат до минимум и погрешно предприетите мерки, което ще доведе до цялостна оптимизация на производителността. Операторското управление на този етап се извършва чрез подаване на команди към програмируем логически контролер, който осъществява контрол върху работата на компресора. Ето защо предварително програмирана компютърна система, особено най-съвременните базирани на изкуствен интелект версии, би могла лесно да замести оператора в тази дейност.

Концепцията за добавяне на интелигентни функции към индустриалните компресори чрез свързването им в мрежа и делегирането им на комуникационни възможности не е нова, но става все по-популярна с навлизането на Industry 4.0 в промишленото производство. На практика вече има голям брой свързани компресори в експлоатация, способни да извършват стотици измервания в секунда, които се превръщат в гигантски информационен масив. С помощта на мощни иновативни инструменти за анализ и обработка на данните и алгоритми за машинно обучение тези данни могат да бъдат трансформирани в специализирани обобщени доклади, хроники и прогнози.

Сред новостите при индустриалните компресори в контекста на четвъртата индустриална революция са интелигентните контролери, които могат да се свържат към централизирана платформа за управление на производството например чрез Modbus или Profibus връзка. Възможностите на тези контролери позволяват и свързването им към мобилни устройства като таблети и смартфони през сигурна мрежова комуникация, която позволява надежден отдалечен мониторинг и управление.

Следващата логична стъпка по посока повишаване интелигентността на индустриалните компресори е превръщането им в автономни кибер-физични системи, които навременно и адекватно реагират на промени в работната среда и са способни да предприемат коригиращи мерки с цел оптимизиране ефективността на инсталацията.

Възможностите за превантивен мониторинг на компресорни системи и експоненциално нарастващото търсене на решения в тази област води до обособяване на цял отделен технологичен сегмент продукти за “прогнозна поддръжка 4.0”. Той се състои от съвременни хардуерни компоненти, комбинирани със софтуер за мониторинг, събиране и обработка на данни от последно поколение. С помощта на специализираните платформи от сегмента операторите на индустриална компресорна техника могат отдалечено да проследяват индикатори като енергийното потребление и налягането в системата, за да е възможно незабавното внасяне на корекции, когато това е необходимо.

 

Функции за анализ на данни

Анализът на наличните системни данни при свързаните компресори показва, че при оборудването, което подлежи на прогнозна поддръжка, циклите на престой са с 3 до 5% по-редки от тези при конвенционално обслужваната техника. Макар да не звучи като голяма разлика, тази практика осигурява средно над 200 работни часа годишно при агрегатите, които работят по 6 хил. часа на година. В такива сценарии бизнес ползите бързо стават осезаеми на фона на цялостната повишена ефективност на системите за сгъстен въздух.

Информацията за статуса и работата на компресорите в реално време генерира информационна база, чийто анализ позволява навременното локализиране на сериозни проблеми в процес на развитие, разкриването на неоползотворен потенциал за икономии на енергия и постигането на максимално дълги периоди на безпроблемна работа без нежелани прекъсвания в работата на компресорната техника и останалите промишлени системи, чиято дейност обезпечава.

Анализът на събраните от системата данни се извършва автоматизирано, а ползите от прилагането на изводите от него в практическата оптимизация на работните процеси са много. В редица проучвания маркетинговите експерти посочват интересни примери за предимствата от въвеждането на интелигентни решения за анализ на данни от мониторинга на индустриални компресори. Такъв е например случаят с предприятие за производството на зърнени закуски, при което в зимния период на компресорната техника й се налага да работи при сравнително ниски температури на околната среда. Платформата за мониторинг на компресорите в реално време, анализираща входящите данни от електронните датчици за кондензат на системата долавя отклонения в работните параметри и изпраща известие към техническия екип за необходимост от инспекция на място. Проверката установява, че е необходимо загряване посредством портативни отоплители на дренажната система, за да се предотврати нейното замръзване, които би довело до сериозни щети по оборудването.

В друг частен случай платформата за мониторинг на индустриалните компресори, работещи във фабрика за производство на стомана, открива данни за прегряване и неефективна работа на оборудването. При насрочената по повода инспекция от страна на технически екип се оказва, че компресорната зала е зле вентилирана, което води до повишаване на температурата на въздуха до над 40°C. Предписанието за разрешаване на проблема включва реинженеринг (препроектиране) на цялото съоръжение и почистване на охладителните системи с цел възстановяване на нормалната работа на системата за сгъстен въздух.

Тези практически примери демонстрират важността на технологиите за отдалечен мониторинг на индустриалната компресорна техника в реално време и възможностите за целенасочен и ефективен анализ на събраните от оборудването данни. И макар IIoT-базираните системи да позволяват заместване на оператора от компютърни платформи в множество дейности, ролята му в управлението на модерните компресорни системи не е елиминирана. В интелигентните промишлени екосистеми човекът продължава да изпълнява ключовата функция на обединяващ елемент между компресорната техника и заобикалящата я свързана производствена среда.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top