Badanie przypadku modernizacji VFD: maszyna do dmuchania folii z tworzyw sztucznych

Średniej wielkości producent folii z tworzyw sztucznych eksploatuje wiele linii do wytłaczania folii metodą rozdmuchu z PE, produkując folie rolnicze i przemysłowe folie opakowaniowe. Linia produkcyjna składa się z wytłaczarki, głowicy, systemu chłodzenia pierścieniem powietrznym, rolek trakcyjnych i zespołu nawijającego.

Oryginalny system opierał się na silnikach indukcyjnych o stałej prędkości z mechanicznymi przekładniami do wyboru prędkości trakcji i zaworach ręcznych do regulacji przepływu pierścienia powietrznego. Chociaż funkcjonalna, ta konfiguracja stwarzała coraz większe wyzwania wraz ze wzrostem wolumenów produkcji i zaostrzeniem standardów jakości folii.

Silniki pracowały z pełną prędkością znamionową niezależnie od rzeczywistego zapotrzebowania procesu. Podczas pewnych faz produkcji wytłaczarka i system chłodzenia pracowały szybciej niż było to konieczne, a nadmiar energii był rozpraszany przez hamowanie mechaniczne i dławienie zaworów.

Regulacja prędkości trakcji była ograniczona do dyskretnych przełożeń, co utrudniało precyzyjne dostosowanie współczynnika rozciągania w celu optymalnej jednolitości folii. Ręczna regulacja pierścienia powietrznego wprowadzała opóźnienia reakcji, co skutkowało okresowymi zmianami grubości – szczególnie problematyczne dla folii o cienkiej grubości.

Bezpośrednie uruchamianie silnika sieciowego powodowało wysokie prądy rozruchowe i obciążenia udarowe mechaniczne. Częste zmiany biegów i ciągła praca z pełną prędkością przyspieszały zużycie przekładni, łożysk i pasków, zwiększając obciążenie konserwacyjne i nieplanowane przestoje.

Zakład wybrał falownik serii AnyHz FST-650 do etapowej modernizacji dwóch linii produkcyjnych. FST-650 oferuje bezczujnikowe sterowanie wektorowe ze stabilnym momentem obrotowym przy niskiej częstotliwości – dobrze nadaje się do charakterystyki stałego momentu obrotowego w zastosowaniach wytłaczarek. Wbudowane funkcje wielobiegowe i proste funkcje PLC pozwoliły na łatwą integrację z istniejącą architekturą sterowania bez konieczności wymiany silnika.

Modernizacja została przeprowadzona podczas zaplanowanych przestojów produkcji w ciągu dwóch dni na linię.

Faza 1 – Instalacja elektryczna Usunięto istniejące styczniki i częściowy sprzęt do mechanicznej regulacji prędkości. Falowniki FST-650 zostały zainstalowane w istniejącej szafie sterowniczej, a główny obwód zachował oryginalne wyłączniki i przekaźniki przeciążeniowe termiczne jako zabezpieczenie zapasowe. Sygnały analogowe z czujników temperatury i ciśnienia zostały podłączone do zacisków sterowniczych falownika w celu umożliwienia regulacji prędkości w pętli zamkniętej.

Faza 2 – Uruchomienie parametrów Ustalono podstawowe krzywe prędkości zgodnie z indeksem płynności stopu żywicy PE i docelowymi specyfikacjami folii. Rampy przyspieszenia i ustawienia kompensacji momentu obrotowego zostały zoptymalizowane za pomocą panelu operatora. Falownik trakcyjny został zsynchronizowany z napędem wytłaczarki, zapewniając płynną regulację współczynnika rozciągania w zakresie od 1:3 do 1:10. Wentylator pierścienia powietrznego z falownikiem został podłączony do sygnału sprzężenia zwrotnego z czujnika grubości na podczerwień, umożliwiając automatyczne przycinanie przepływu powietrza w odpowiedzi na odchylenie grubości.

Faza 3 – Produkcja próbna i optymalizacja Weryfikacja bez obciążenia potwierdziła prawidłowy kierunek obrotów silnika i zakres prędkości. Przeprowadzono próby małoseryjne, porównując dane grubości przed i po modernizacji. Parametry PID były stopniowo dostrajane, aż tolerancja grubości spełniła docelowe wartości produkcyjne.

Po trzech miesiącach stabilnej pracy odnotowano następujące wyniki:

Porównanie podliczników wykazało 28%–36% redukcję miesięcznego zużycia energii elektrycznej na linię. Oszczędności pochodziły z trzech źródeł: redukcji prędkości wytłaczarki w celu dopasowania do rzeczywistego zapotrzebowania, eliminacji strat dławienia zaworów w systemie chłodzenia oraz pracy z miękkim startem zmniejszającej prąd rozruchowy. Na podstawie lokalnych stawek za energię przemysłową, roczne oszczędności na linię szacuje się na około 4000–5500 USD, co sugeruje okres zwrotu wynoszący około 12–18 miesięcy, w zależności od obciążenia produkcyjnego.

Bezstopniowa regulacja prędkości trakcji pozwoliła operatorom na precyzyjne dostosowanie współczynnika rozciągania w czasie rzeczywistym, poprawiając jednolitość grubości w kierunku podłużnym. Automatyczne śledzenie przepływu pierścienia powietrznego zmniejszyło zmienność grubości spowodowaną opóźnieniem ręcznej regulacji. Po modernizacji zakresy tolerancji grubości zostały zawężone, z mierzalną poprawą wskaźników wydajności dla produktów o cienkiej grubości.

Funkcja miękkiego startu ograniczyła prąd rozruchowy do około 1,5-krotności prądu znamionowego, znacznie zmniejszając obciążenie mechaniczne. Eliminacja przekładni mechanicznej usunęła zadania związane ze zmianą biegów i wymianą pasków z harmonogramu konserwacji. Liczba nieplanowanych przestojów spadła w porównaniu z okresem przed modernizacją.

W przypadku starszych linii do produkcji folii metodą rozdmuchu z silnikami o stałej prędkości, modernizacja z użyciem falowników stanowi opłacalną ścieżkę modernizacji. Na podstawie tej implementacji, dla podobnych projektów zaleca się następujące uwagi:

• Charakterystyka obciążenia: Wytłaczarki stanowią obciążenia o stałym momencie obrotowym; należy zweryfikować, czy wybrany falownik zapewnia odpowiedni moment obrotowy przy niskich częstotliwościach.

• Zarządzanie termiczne: Zmniejszona prędkość silnika zmniejsza skuteczność samoczynnego chłodzenia; należy ocenić, czy potrzebne jest dodatkowe chłodzenie podczas przedłużonej pracy z niską prędkością.

• Dostrajanie parametrów: Procesy produkcji folii metodą rozdmuchu są wrażliwe na współczynnik rozciągania i przepływ powietrza chłodzącego. Ustawienia PID falownika powinny być optymalizowane stopniowo w odniesieniu do rzeczywistych specyfikacji produktu, a nie przy użyciu domyślnych ustawień fabrycznych.

Modernizacja falownikiem FST-650 przyniosła wymierne usprawnienia w zakresie efektywności energetycznej, jednolitości grubości folii i niezawodności sprzętu, bez konieczności całkowitej wymiany istniejących maszyn. Dla zakładów przetwórstwa tworzyw sztucznych z podobnym sprzętem wytłaczarskim o stałej prędkości, to podejście oferuje praktyczną równowagę między inwestycją kapitałową a zwrotem operacyjnym.

Więcej informacji na temat serii FST-650 i wsparcia technicznego można uzyskać, kontaktując się z AnyHz lub odwiedzając naszą stronę produktu.