یکی از چالش‌ها در مدیریت سیستم های هوای فشرده ، رسیدگی به تقاضای جریان زیاد دوره‌ای است.
تولیدکنندگان مواد غذایی و نوشیدنی از جمله صنایعی هستند که اغلب با این مشکل مواجه می شوند.
این امر نیاز به هوای فشرده در محل کار را بیشتر می‌کند.
سیستم‌های بزرگی که در یک کارخانه تکامل یافته‌اند و تقاضای تولید در طول سال‌ها افزایش یافته است، اغلب برای تامین فشار ثابت در زمان اوج تولید، به تقلا می‌افتند.
کیسه‌ها، ماشین‌آلات بسته‌بندی، بطری های دمش و دیگر استفاده‌های سنگین هوا می‌توانند یک سیستم قابل اعتماد را تحت فشار بگذارند.
این امر به ویژه در کارخانه هایی با کمپرسورهای هوای متعدد که در طول زمان بدون تغییرات مناسب در انبار، کنترل ها و لوله کشی اضافه شده اند، صادق است.
ایجاد فشار ثابت در سرتاسر کارخانه باعث حفظ تولید مستقیم می شود.
بسیاری از تجهیزات مدرن تولید و بسته بندی طوری طراحی شده اند که در یک باند فشار باریک کار کنند؛
پس ممکن است خارج از آن باند به درستی عمل نکنند.
برای جلوگیری از تولید ضایعات، برخی از تجهیزات فشار ورودی را کنترل می کنند.
اگر فشار خیلی کم یا زیاد برای عملکرد مناسب باشد، این تجهیزات خاموش می شوند.
رگولاتورهای نقطه مصرف می توانند از فشار بیش از حد جلوگیری کنند اما از موقعیت های فشار پایین نه.
مدیریت رویدادهای تقاضای بالا مستلزم ارزیابی چندین جنبه از سیستم شما است:
- کنترل های کمپرسور هوا
- کنترل های اصلی سیستم
- لوله کشی و سرعت هوا
- شناسایی و بررسی کاربران بزرگ هوا
- ذخیره سازی: مرطوب، خشک و در نقاط استفاده
- طراحی با در نظر گرفتن انعطاف پذیری و آینده
کنترل های کمپرسور هوا برای مدیریت سیستم های هوای فشرده
کنترل تک به تک کمپرسورهای هوا تعیین می‌کند که چگونه این تجهیزات تحویل هوا را تنظیم می‌کنند.
به عنوان مثال، کنترل دوگانه، مدولاسیون، درایو فرکانس متغیر (VFD) یا جابجایی متغیر.
کنترل های مدرن همچنین وضعیت اجزای داخلی را برای کمک به عملیات ایمن، مدیریت تعمیرات و نگهداری و عیب یابی نظارت کرده و گزارش می دهند.
در مدیریت سیستم های هوای فشرده این کنترل ها معمولاً سوابق را با تاریخ و زمان همراه با آلارم ها و پیام هایی که می توانند از طریق ابزارهای مختلف (ایمیل، متن و غیره) به کاربر ارسال کنند، نگه می دارند.
ممکن است بپرسید چگونه اطلاعات کنترل تک به تک می تواند به رویدادهای بزرگ تقاضای هوا تعمیم داده شود؟
از نقطه نظر تجزیه و تحلیل داده ها، با یک اتصال ساده اترنت به شبکه خود، می توانید به اطلاعات مهم در کنترل ها دسترسی داشته باشید.
همچنین پیام هایی (ایمیل ها، متن ها) را تنظیم کنید تا به شما در مورد رویدادهای انتخابی خود هشدار دهد.
اکثر کنترل‌کننده‌های تکی که امروزه در دسترس هستند، عملکردهای زیادی برای کمک به توضیح عملکرد سیستم هوای فشرده دارند.
بررسی چرخه‌های کار کمپرسور هوای فشرده هم می‌تواند به شما در درک عملکرد سیستم کمک کند.
همچنین اطلاعات مهمی مانند دمای کار، فشار، هشدارها و آلارم‌ها به شما بدهد.
اگر بتوانید به سیستم خود متصل شوید، می توانید عملیات جاری را مانند شکل زیر مشاهده کنید:
الگوی بارگیری و تخلیه را بررسی کنید؛ سپس جریان تثبیت می شود.
به نظر شما هم این تصویر نشان دهنده یک رویداد با تقاضای بالا است؟
اول از همه، این کمپرسور، یک کمپرسور هوای VFD است؛
بنابراین چرخه کار در اینجا باید نزدیک به ۱۰۰٪ باشد.
چیزی که می بینیم (۲۷۷۳۲ ساعت بار در مقابل ۲۸۹۴۰ ساعت کار) در شکل زیر است.
چه اطلاعات دیگری از نمودار می توان دریافت کرد؟
همچنین می توانیم در شکل بالا نماد آچار را مشاهده کنیم.
با روشن شدن چراغ نارنجی، به تعمیر و نگهداری این کمپرسور هوا نیاز خواهید داشت.
دوم، با نگاه کردن به خود داده ها (شکل اول)، با شروع از سمت چپ، در فشار صفر، رنگ آبی را می بینیم.
در حالی که کمپرسور هوا آفلاین است.
در تصویر، درست بعد از ساعت ۷:۳۰ صبح شاهد افزایش بار کمپرسور هوا (خط سبز) و افزایش فشار هستیم.
در این کیس مدیریت سیستم های هوای فشرده یک رویداد بار / تخلیه دوم هم وجود دارد.
این نقطه زمانی است که کمپرسور هوا به طور کامل بارگیری شود و سپس شروع به پایین آمدن کند (دوباره، خط سبز).
ممکن است این دوره‌های بار اولیه را به‌عنوان رویدادهای با تقاضای بالا تفسیر کنیم؛
اما اگر آن را در چارچوب قرار دهیم، داستان فرق می کند.
با خاموش شدن فشار قبل از ساعت ۷:۳۰ صبح و با اندکی جابجایی و شروع قبل از بارگیری با رمپ پایین، به احتمال زیاد این رویداد صرفاً یک شروع است.
بسیاری از کاربران دارای کمپرسورهای هوای VFD مانند این مثال هستند.
این کمپرسورها گزینه ای عالی برای فشارهای بالا هستند.
در صورتی که کمپرسور هوا نیاز دارد برای مدت طولانی کمتر از جریان کامل (البته نه خیلی کم) کار کند، این کمپرسور ها حداکثر سود را ارائه می دهند.
اگر صدای VFD را دائماً بالا و پایین می‌شنوید، یا اگر چندین کمپرسور هوای VFD دارید که دائماً بالا و پایین می‌شوند، این می‌تواند نشانه‌ای از رویدادهای تقاضای متناوب بالا باشد.
حداقل، این نشانه این است که سیستم باید بازبینی و اصلاح شود.
کنترل های سطوح سیستم تولید هوای فشرده
در سیستم‌های بزرگتر و چند واحدی، کنترل‌های کمپرسور هوای منفرد با تغییر تقاضا تنظیم می‌شوند؛
اما فقط تا یک نقطه.
به خاطر داشته باشید که این سیستم ها معمولاً به سیگنال های فشار در تخلیه کمپرسور هوا پاسخ می دهند؛
بنابراین تاخیر ذاتی در نحوه واکنش آنها به تغییرات فشار صدها یا هزاران فوت دورتر وجود دارد.
کنترل های سیستم با گرفتن نشانه های خود از سیگنال های فشار پایین دست، زمان پاسخ را بهبود می بخشند.
با اندازه‌گیری فشار و نرخ تغییر فشار، کنترل‌های هوشمند می‌توانند انتخاب کنند که کدام کمپرسور هوا را بارگیری و تخلیه کنند تا فشار ثابت را حفظ کنند.
کنترلرهای اصلی سیستم باعث می‌شوند کمپرسورهای هوا هماهنگ کار کنند.
همچنین از بهینه‌سازی کمپرسورهای هوا، متعادل بودن دینامیک سیستم و حفظ فشار اطمینان حاصل شود.
یک جنبه کلیدی دیگر کنترلر های اصلی، نظارت و مدیریت سیستم های هوای فشرده است.
این نظارت ممکن است شامل نظارت بر درایر ها، فیلترها، ولو ها، کمپرسورخانه های چندگانه و همچنین سنسورهای ریموتی باشد.
مدیریت این کنترلر ها در یک سیستم واقعی
ما اخیراً به یک سیستم هوای فشرده نگاه کردیم که با مشکلات متعددی روبرو بود.
از جمله سیکل بیش از حد کمپرسورهای هوا و حفاظت در برابر blow-off مداوم در درایرها.
ایستگاه کمپرسور هوا شامل چهار کمپرسور هوا با سرعت ثابت، دو درایر جذبی، دو مخزن مرطوب و دو مخزن خشک بود.
وقتی به داده‌های کنترلر اصلی روی صفحه‌نمایش دیجیتال نگاه کردیم (شکل زیر) چند دوره را یافتیم که تقاضا کم بود.
در این دوره ها، کمپرسورها در حالت بیکار بودند (موتورها روشن بودند، اما هوا تولید نمی‌کردند).
در این زمان، عملیات بلافاصله با یک افت حدوداً شدید در فشار عملیاتی که در مخزن خشک مشاهده می شد، دنبال شد.
سه کمپرسور از چهار کمپرسور هوا برای برآورده کردن این تقاضا بارگیری شدند و پس از برآورده شدن فشار بلافاصله تخلیه شدند.
کنترلرهای اصلی اطلاعات زیادی دارند؛
از پیام‌ها و آلارم‌های مخصوص کمپرسورهای هوا گرفته تا پیام‌های ایستگاه.
این کنترلر ها همچنین داده ها و تجزیه و تحلیل روند را ارائه می دهند؛
یا در صفحه نمایش محدود می شوند یا در برخی موارد داده ها بمدت چند سال از طریق مرورگر وب در دسترس هستند.
کشیدن این داده ها می تواند به تشخیص اینکه آیا رویداد پر تقاضا یک مشکل کنترل کمپرسور هوا است یا یک مشکل نقطه مصرف کمک می کند.
لوله کشی و سرعت هوا در مدیریت سیستم های هوای فشرده
داده فقط یک نقطه زمانی مشخص است و تصویر کاملی از نحوه نصب سیستم به ما ارائه نمی دهد.
لوله کشی می تواند تأثیر قابل توجهی بر عملکرد کمپرسور هوا، به ویژه برای سیستم هایی با رویدادهای تقاضای بالا داشته باشد.
مقدار زیادی اطلاعات مرجع برای انتخاب لوله، اندازه و طراحی وجود دارد.
اما دو نکته اصلی که باید روی آن تمرکز کرد، کنترل پذیر نگه داشتن سرعت و پایین نگه داشتن افت فشار است.
هرچه لوله باریکتر باشد، حجم معینی باید سریعتر از آن عبور کند تا تقاضا در انتهای دیگر تامین شود.
این امر اثرات منفی متعددی دارد.
در کمپرسور خانه، سرعت های بالا زمان تماس با اجزای تصفیه هوا را کاهش می دهد و هوا را به طور کامل خشک و فیلتر نمی کند.
این مشکل، باعث ضایعات بیشتر و تعمیر و نگهداری مکرر تجهیزات پنوماتیکی خواهد شد.
در برخی موارد، سرعت بسیار بالا می تواند به تجهیزات تصفیه هوا (به ویژه فیلترها) آسیب برساند.
بنابراین سرعت کمپرسور خانه را تقریباً ۱۵ فوت در ثانیه نگه دارید.
تعدادی ابزار آنلاین هم وجود دارد که به شما می گوید برای رسیدن به این هدف با یک فلو ریت معین به چه اندازه لوله نیاز دارید.
مشکل دیگری که سرعت بالای هوا ایجاد می کند!
در مدیریت سیستم های هوای فشرده هوای زیاد سریعتر از طریق لوله خارج می شود.
در لوله‌های توزیع اصلی، سرعت‌های بالاتر باعث افت فشار بیشتر می‌شود.
این امر منجر به مشکلات تولید و همچنین هزینه‌های بالاتر می‌شود.
سرعت لوله های توزیع را تقریباً ۳۰ فوت در ثانیه نگه دارید.
اگر از توصیه‌های سرعت بالاتر بروید، این امر می‌تواند منجر به انتقال میعانات از یک مکان به مکان دیگر شود.
این خود می‌تواند دوباره بر تولید تأثیر بگذارد.
بعلاوه، اگر احتمال زنگ زدگی و رسوب در لوله کشی شما وجود داشته باشد، می توان آن را به راحتی با سرعت های بالاتر به نقطه مصرف منتقل کرد.
توصیه های حفاظتی برای نقاط مصرف هوای فشرده
در نهایت، سرعت لوله کشی نقطه مصرف را روی ۴۵ فوت بر ثانیه نگه دارید.
تجهیزات نقطه مصرف می توانند از نظر سرعت هوای فشرده توصیه شده بسیار متفاوت باشند.
به طور معمول، هر سازنده ای فشار، فلو و کیفیت هوا را مشخص می کند.
علاوه بر این، هر سازنده یک اندازه اتصال مناسب را برای قطعه تجهیزات خود انتخاب می کند.
بر اساس این اطلاعات، سرعت هوا به داخل قطعه تجهیزات مشخص می شود.
به طور کلی، یک قانون کلی خوب این است که گرادیان فشار از کمپرسور(های) هوا تا دورترین نقطه در لوله کشی توزیع در ۱۰% یا کمتر از فشار تخلیه کمپرسور هوا حفظ شود.
با توجه به اینکه بخش عمده ای از این افت فشار از سمت درایرها و فیلترها خواهد بود، لوله کشی باید تاثیر بسیار کمی بر افت فشار داشته باشد.
نظارت بر داده ها، نکته دیگری از مدیریت سیستم های هوای فشرده
ما در مورد دریافت اطلاعات و داده‌ها از کنترلر برای کمک به تجزیه و تحلیل رویدادهای تقاضای بزرگ صحبت کردیم؛
اما اگر این داده‌ها در دسترس نباشند، چه؟
نظارت بر ایستگاه موجود شما یک راه عالی برای شروع است.
نظارت بر فشار، فلو و توان برای هر کمپرسور هوا و همچنین سیگنال های عملیاتی توصیه می شود.
با این حال، این کار فقط در سمت ورودی سیستم شما است.
اگر مشکلی در تاسیسات دارید، نظارت بر فشار و فلو در سمت تقاضا، پازل را کامل می کند.
در شکل زیر یک مثال نسبتاً ساده از برخی اندازه‌گیری‌های فشار اضافی برای ایجاد یک پروفایل فشار و همچنین یک فلومتر نقطه مصرف را مشاهده می‌کنیم.
هنگام اندازه‌گیری رویدادهای تقاضای متناوب بالا، مطمئن شوید که تجهیزات نظارتی شما (فلومتر، مبدل‌های فشار و دستگاه‌های ضبط)، فرکانس ضبط لازم برای ثبت رویداد را داشته باشند.
همچنین ضبط داده‌ها به اندازه کافی طولانی باشد تا تحلیل روند خوبی برای کارخانه حاصل شود.
ملاحظات ذخیره سازی هوای فشرده
حجم ذخیره شده در کمپرسور خانه برای عملکرد کمپرسور هوا بسیار مهم است.
یک مخزن مرطوب از سیکل بیش از حد جلوگیری می کند؛
نه تنها به حفظ فشار ثابت کمک می کند، بلکه نیاز به تعمیر و نگهداری را هم کاهش می دهد.
یک مخزن خشک بزرگتر بعد از درایرها و فیلترها، ذخیره اصلی سیستم را فراهم می کند.
همچنین در مدیریت سیستم های هوای فشرده به کاهش سرعت از طریق تصفیه هوا هم کمک می کند.
ذخیره سازی نقطه مصرف می تواند تأثیر زیادی بر قابلیت اطمینان سیستم داشته باشد.
این کار یک مخزن هوای تمیز و خشک را فراهم می کند که آماده پاسخگویی به تقاضای زیاد است.
در عین حال تأثیر فلو زیاد بر سایر کاربران هوا را به حداقل می رساند.
لوله کشی زمانی که اندازه کافی داشته باشد، می تواند ذخیره سازی اضافی در کارخانه هم ایجاد کند که به تعادل تقاضا کمک می کند.
با این حال، نباید مخازن ذخیره‌سازی را در کمپرسور خانه یا مخازن نقطه مصرف را برای رسیدگی به رویدادهای تقاضای بالا قرار دهید.
حداقل اندازه لوله کشی باید طوری باشد که از سرعت و افت فشار بیش از حد جلوگیری شود.
یک ابزار اضافی در دسته ذخیره سازی، کنترلر فلو است.
با توسعه بیشتر کمپرسور هوا و کنترل‌های سیستم، این دستگاه معمولاً در سیستم‌های جدید طراحی نمی‌شود.
این ابزار هنوز ارزشمند است؛
به ویژه در مواردی که در زمان و بودجه، بهبود قابل توجهی را باعث می شود.
مدیریت سیستم های هوای فشرده در طراحی برای انعطاف پذیری و آینده
پویایی سیستم می تواند از شیفتی به شیفت دیگر تغییر کند؛
مطمئناً به محض افزودن، حذف یا تغییر تجهیزات تولید، این کار انجام خواهد شد.
سیستمی که بر اساس کاری که کارخانه یک سال پیش انجام می‌داد طراحی شده است، ممکن است اکنون عملکرد چندان خوبی نداشته باشد، مگر اینکه انعطاف‌پذیر طراحی شده باشد.
ملاحظات مختلفی برای پرداختن به سیستم های بزرگ با تقاضای پویا وجود دارد:
- کنترلر ها عملکرد کمپرسور را به طور ایمن حفظ می کنند، چه تکی یا اصلی.
این کنترل ها به رویدادهای تقاضا پاسخ می دهند و هر دو داده های بسیار خوبی دارند. - لوله کشی:
افت فشار در سیستم را محدود کرده و سرعت را به حداقل برسانید.
با افزایش قطر دو برابر، سطح مقطع لوله چهار برابر می شود و سرعت به یک چهارم سطح لوله کاهش پیدا می کند. - ذخیره سازی در کمپرسور خانه یک بافر کنترلی را فراهم می کند که به حفظ طول عمر سیستم هوای فشرده شما کمک می کند.
همچنین باعث صرفه جویی در انرژی می شود و به کمپرسورهای هوای شما اجازه می دهد زمان لازم برای بیکاری و خاموش شدن یا زمان کافی برای بارگیری یک کمپرسور هوای تریم یا پشتیبان را داشته باشند.
ذخیره سازی در نقاط مصرف، نویز را از سیستم حذف کرده و عملکرد را در نقطه مصرف حفظ می کند؛
بنابراین تولید می تواند به راحتی انجام شود.
در مدیریت سیستم های هوای فشرده به یاد داشته باشید که نسبت به اندازه کمپرسور هوا و درایر خود انعطاف پذیر باشید.
بنابراین بزرگتر بودن لزوما به معنای بهتر بودن نیست.