Nghiên cứu điển hình về nâng cấp biến tần: Máy thổi màng nhựa

Một nhà sản xuất màng nhựa quy mô vừa vận hành nhiều dây chuyền đùn màng thổi PE sản xuất màng phủ nông nghiệp và màng đóng gói công nghiệp. Dây chuyền sản xuất bao gồm máy đùn, đầu khuôn, hệ thống làm mát vòng khí, con lăn kéo và bộ phận quấn.

Hệ thống ban đầu dựa vào động cơ cảm ứng tốc độ cố định với hộp số cơ khí để lựa chọn tốc độ kéo và van điều chỉnh thủ công để điều chỉnh lưu lượng vòng khí. Mặc dù hoạt động tốt, cấu hình này đã gây ra những thách thức ngày càng tăng khi khối lượng sản xuất tăng lên và các tiêu chuẩn chất lượng màng trở nên nghiêm ngặt hơn.

Động cơ hoạt động ở tốc độ định mức tối đa bất kể nhu cầu quy trình thực tế. Trong một số giai đoạn sản xuất nhất định, máy đùn và hệ thống làm mát chạy nhanh hơn mức cần thiết, với năng lượng dư thừa được tiêu tán thông qua phanh cơ khí và van tiết lưu.

Việc điều chỉnh tốc độ kéo bị giới hạn ở các tỷ số bánh răng rời rạc, gây khó khăn cho việc tinh chỉnh tỷ lệ kéo để màng đồng nhất tối ưu. Việc điều chỉnh vòng khí thủ công gây ra độ trễ phản hồi, dẫn đến biến động độ dày định kỳ — đặc biệt có vấn đề đối với màng mỏng.

Khởi động động cơ trực tiếp tạo ra dòng điện khởi động cao và tải trọng sốc cơ khí. Việc thay đổi bánh răng thường xuyên và hoạt động liên tục ở tốc độ tối đa làm tăng tốc độ mài mòn hộp số, ổ trục và dây đai, làm tăng khối lượng công việc bảo trì và thời gian ngừng hoạt động không theo kế hoạch.

Nhà máy đã chọn biến tần dòng FST-650 AnyHz để nâng cấp theo từng giai đoạn cho hai dây chuyền sản xuất. FST-650 cung cấp điều khiển vector không cảm biến với đầu ra mô-men xoắn tần số thấp ổn định — phù hợp với đặc tính mô-men xoắn không đổi của các ứng dụng máy đùn. Chức năng đa tốc độ tích hợp và PLC đơn giản cho phép tích hợp dễ dàng với kiến trúc điều khiển hiện có mà không cần thay thế động cơ.

Việc nâng cấp được thực hiện trong thời gian ngừng sản xuất theo lịch trình trong vòng hai ngày cho mỗi dây chuyền.

Giai đoạn 1 — Lắp đặt điện Các bộ tiếp xúc hiện có và phần cứng điều khiển tốc độ cơ khí một phần đã được gỡ bỏ. Các biến tần FST-650 được lắp đặt trong tủ điều khiển hiện có, với mạch chính giữ lại các bộ ngắt mạch và rơ le quá tải nhiệt ban đầu để bảo vệ dự phòng. Các tín hiệu tương tự từ cảm biến nhiệt độ và áp suất được đấu dây vào các đầu cuối điều khiển của biến tần để cho phép điều chỉnh tốc độ vòng kín.

Giai đoạn 2 — Cấu hình tham số Các đường cong tốc độ cơ bản được thiết lập theo chỉ số chảy của nhựa PE và thông số kỹ thuật màng mục tiêu. Các dốc tăng tốc và cài đặt bù mô-men xoắn được tối ưu hóa thông qua bảng điều khiển. Biến tần kéo được đồng bộ hóa với biến tần máy đùn, đảm bảo tỷ lệ kéo có thể được điều chỉnh mượt mà trong phạm vi 1:3 đến 1:10. Biến tần quạt vòng khí được kết nối với tín hiệu phản hồi của máy đo độ dày hồng ngoại, cho phép điều chỉnh lưu lượng khí tự động để phản ứng với độ lệch độ dày.

Giai đoạn 3 — Sản xuất thử nghiệm & Tối ưu hóa Việc xác minh không tải đã xác nhận chiều quay và phạm vi tốc độ động cơ chính xác. Các lô thử nghiệm nhỏ đã được tiến hành, so sánh dữ liệu độ dày trước và sau khi nâng cấp. Các tham số PID được điều chỉnh tăng dần cho đến khi dung sai độ dày đáp ứng mục tiêu sản xuất.

Sau ba tháng hoạt động ổn định, các kết quả sau đây đã được ghi nhận:

So sánh các đồng hồ đo phụ cho thấy mức giảm 28%–36% mức tiêu thụ điện hàng tháng cho mỗi dây chuyền. Tiết kiệm có nguồn gốc từ ba nguồn: giảm tốc độ máy đùn để đáp ứng nhu cầu thực tế, loại bỏ tổn thất van tiết lưu trong hệ thống làm mát và hoạt động khởi động mềm làm giảm dòng điện khởi động. Dựa trên biểu giá điện công nghiệp địa phương, ước tính tiết kiệm hàng năm cho mỗi dây chuyền khoảng 4.000–5.500 USD, cho thấy thời gian hoàn vốn khoảng 12–18 tháng tùy thuộc vào tải sản xuất.

Việc điều chỉnh tốc độ kéo vô cấp cho phép người vận hành tinh chỉnh tỷ lệ kéo theo thời gian thực, cải thiện độ đồng nhất độ dày theo chiều dọc. Theo dõi lưu lượng vòng khí tự động làm giảm biến động độ dày do độ trễ điều chỉnh thủ công. Phạm vi dung sai độ dày sau khi nâng cấp đã thu hẹp, với sự cải thiện có thể đo lường được về tỷ lệ năng suất đối với các sản phẩm mỏng.

Chức năng khởi động mềm giới hạn dòng điện khởi động ở khoảng 1,5 lần dòng điện định mức, giảm đáng kể sốc cơ khí. Việc loại bỏ hộp số cơ khí đã loại bỏ các tác vụ thay đổi bánh răng và thay dây đai khỏi lịch trình bảo trì. Các sự cố ngừng hoạt động không theo kế hoạch đã giảm so với cơ sở trước khi nâng cấp.

Đối với các dây chuyền màng thổi cũ sử dụng động cơ tốc độ cố định, việc nâng cấp biến tần là một con đường nâng cấp hiệu quả về chi phí. Dựa trên việc triển khai này, các cân nhắc sau đây được khuyến nghị cho các dự án tương tự:

• Đặc điểm tải: Máy đùn có tải mô-men xoắn không đổi; xác minh rằng biến tần được chọn cung cấp đầu ra mô-men xoắn đầy đủ ở tần số thấp.

• Quản lý nhiệt: Giảm tốc độ động cơ làm giảm hiệu quả tự làm mát; đánh giá xem có cần làm mát bổ sung cho hoạt động tốc độ thấp kéo dài hay không.

• Cấu hình tham số: Các quy trình màng thổi nhạy cảm với tỷ lệ kéo và lưu lượng khí làm mát. Cài đặt PID của biến tần nên được tối ưu hóa tăng dần dựa trên thông số kỹ thuật sản phẩm thực tế thay vì sử dụng cài đặt mặc định của nhà máy.

Việc nâng cấp biến tần FST-650 đã mang lại những cải thiện có thể đo lường được về hiệu quả năng lượng, độ dày màng nhất quán và độ tin cậy của thiết bị mà không cần thay thế toàn bộ máy móc hiện có. Đối với các cơ sở chế biến nhựa có thiết bị đùn tốc độ cố định tương tự, phương pháp này mang lại sự cân bằng thực tế giữa đầu tư vốn và lợi tức hoạt động.

Để biết thêm thông tin về dòng FST-650 và hỗ trợ ứng dụng, hãy liên hệ với AnyHz hoặc truy cập trang sản phẩm của chúng tôi.