Architettura di automazione Lenze.
Specializzato nell’automazione industriale, il Gruppo Lenze offre un ampio portafoglio prodotti: dai sistemi di controllo e visualizzazione agli azionamenti elettrici, fino ai componenti elettromeccanici. Con headquarter in Germania, vanta una forte presenza internazionale in 60 Paesi, dove sono dislocati filiali di vendita, centri di R&S e una rete capillare di partner dedicati all’assistenza. Le parole d’ordine, sia nei propri processi di produzione sia nelle soluzioni offerte, sono massima efficienza e risparmio energetico.
di Walter Volpi (*)
Il Gruppo Lenze, con un organico di più di 3.000 dipendenti, si distingue sul mercato per la capacità di assistere i costruttori di macchine in tutte le fasi di sviluppo delle stesse. Insieme al cliente, gli esperti messi a disposizione dall’azienda elaborano soluzioni di azionamento e automazione all’avanguardia, che semplificano sia i processi di progettazione e produzione della macchina sia la sua assistenza. Il Gruppo è presente nel nostro Paese con Lenze Italia (www.lenzeitalia.it) che ha la propria sede centrale a Milano e filiali a Torino e Bologna, affiancate da agenzie, system integrator e svariati centri di distribuzione per un servizio di consegne tempestivo e puntuale.
PROCESSI PRODUTTIVI A BASSO IMPATTO AMBIENTALE
Grazie all’introduzione di soluzioni intelligenti è possibile conseguire una riduzione di oltre il 20% del consumo energetico con effetti sostenibili a lungo termine: un migliore utilizzo dell'energia si traduce infatti in un minore impatto ambientale, nella salvaguardia delle risorse e riduzione dei costi energetici, a parità di produttività. Sposando appieno questi concetti, il Gruppo persegue con determinazione la massima efficienza sia all’interno dei propri processi produttivi sia nella movimentazione delle macchine dei propri clienti.
Lenze si propone come partner affidabile in ogni fase, dalla progettazione alla realizzazione della macchina, ed è in grado di fornire la propria assistenza e professionalità nella scelta degli azionamenti da impiegare. In tal modo è possibile tenere sempre sotto controllo tutto ciò che può influenzare il consumo energetico della macchina e ottimizzare il costo del ciclo di vita dell’impianto, inclusa l’efficienza energetica.
METODOLOGIA DI LAVORO
In seguito ad un’analisi dettagliata dei processi meccanici e del relativo fabbisogno energetico, Lenze è giunta alla conclusione che il più alto potenziale per l’incremento dell’efficienza energetica si ottiene innanzitutto da un’erogazione intelligente dell’energia (75%), in secondo luogo dall’impiego di componenti di azionamento con un alto rendimento (15%), mentre un ulteriore potenziale deriva dall’utilizzo dell’energia di frenatura (10%). Pertanto, su queste tre linee guida l’azienda ha focalizzato la propria attenzione.
Layout di impianto.
RIDUZIONE DEI CONSUMI E TELECONTROLLO
Vediamo ora come si è proceduto in uno stabilimento produttivo di un’azienda dell’Italia centrale, leader nel suo settore, in cui il committente ha richiesto a Lenze di sviluppare un sistema di monitoraggio dell’energia da installare in una parte del sito. Si tratta di un’area coperta di 40.000 m2; la struttura del reparto oggetto del monitoraggio impiega 300 collaboratori e il consumo dell’energia costa mediamente 25.000 euro al giorno.
Obiettivi prioritari dell’intervento, evidenziati dal cliente in sede di progetto, sono la possibilità di rilevare il consumo delle varie utenze e il telecontrollo da remoto dei parametri di processo, così da avere un feedback fondamentale per il dimensionamento dei futuri impianti.
È da tener presente che il consumo energetico presso lo stabilimento in oggetto equivale al 16-18% del fatturato totale. Lo scopo finale è comprendere il costo energetico per unità di prodotto, così da affinare la contabilità industriale, poter effettuare analisi comparate con impianti simili e, di conseguenza, apportare migliorie atte a risparmiare energia, nonché integrare la supervisione da remoto con altri parametri di produzione. A questo proposito, il cliente intende avvalersi del sistema di telecontrollo per avere la possibilità di registrare le misure variabili sull’impianto, poterle consultare a distanza, organizzare un archivio storico idoneo a comprendere con immediatezza i diversi consumi energetici determinanti per analizzare gli scostamenti di produzione, la ripetibilità dei guasti e altri punti di debolezza dell’impianto.
SUCCESSO DI SQUADRA
Sulle linee di produzione sono stati installati 45 misuratori atti a monitorare vapore, aria compressa da 30 bar e 7 bar, acqua potabile, acqua industriale, acqua demineralizzata e gas, oltre a 48 contatori di energia elettrica. Il cablaggio, per il quale si è reso necessario l’utilizzo di più piattaforme simultaneamente, ha richiesto l’impiego di quasi 5.000 m di cavo, 500 m di nuove tubazioni e 100 m di nuove canalizzazioni.
Visto che il sistema di monitoraggio commissionato doveva essere estremamente semplice e di immediata lettura, inizialmente si pensava che non si sarebbero presentate grandi criticità. In realtà, la professionalità degli operatori è stata determinante nel far fronte alle difficoltà causate dall’ampia estensione dell’area e dal vincolo di dover lavorare su un impianto già in produzione da oltre 10 anni.
È stato inoltre necessario uno studio approfondito del layout dell’impianto per poter installare i 7 nodi di I/O remoti in luoghi facilmente accessibili e a distanza di non più di 100 m dai rilevatori digitali e 50 m dai rilevatori analogici.
Ulteriori aspetti che hanno richiesto grande attenzione sono stati l’inserimento di strumenti di misura a quote variabili tra gli 8 e i 10 m e, in alcuni casi, l’inserimento di by-pass.
Ma la vera sfida sono stati i tempi di intervento richiesti: il fermo impianto per una sola settimana e la necessità che tutto fosse perfettamente funzionante in 20 giorni lavorativi.
Il successo raggiunto è frutto di un lavoro corale d’eccellenza: oltre alla profonda conoscenza dei tecnici Lenze dell’impianto nella sua interezza, dei processi produttivi, tecnologici e delle utenze installate, la perfetta riuscita dell’intervento è sicuramente da imputare anche a tutti gli altri attori coinvolti, ovvero i manutentori e i progettisti del cliente, così come i terzisti meccanici e idraulici.
Struttura delle sezioni.
CONSUMI E COSTI SOTTO CONTROLLO
L’aspetto più oneroso nella realizzazione dell’impianto è dipeso dalla dimensione dello stesso, (sviluppato su migliaia di metri quadrati) e dalla grande quantità di parametri da monitorare in arrivo dai sensori installati.
Le misure rilevate in questo primo intervento sono la potenza elettrica in kW (calcolata), l’energia elettrica in kWh (misurata), la portata dell’aria compressa e del gas utenza in m3/h (calcolata), il consumo dell’aria compressa e del gas utenza in m3 (misurata), il consumo d’acqua e del gas generale in m3 (calcolata), portata acqua e gas generale in m3/h (misurata), la portata del vapore in kg/h (calcolata) e il consumo del vapore in kg (misurata).
Opportunamente gestiti tramite un software dedicato, i consumi energetici permettono di stabilire l’immediato costo energetico per categoria di componente prodotto, con la possibilità di una contabilità analitica estremamente precisa.
In questo specifico caso, tramite un file generato dal Panel PLC su chiave USB, il cliente è in grado di quantificare con precisione il costo energetico di prodotto, necessario a una ottimizzazione dei costi del processo produttivo. Il file è disponibile anche per l’acquisizione in rete da remoto.
L’impianto di monitoraggio ha anche permesso la rilevazione di eventuali perdite energetiche (aria compressa, acqua, ecc.), nonché la misura dell’aria compressa prodotta e dell’energia elettrica utilizzata, che ha consentito il calcolo (automatico nel software) del costo reale del metro cubo di aria.
MODIFICHE E IMPLEMENTAZIONI
Il successo di questa applicazione, nonché la piena soddisfazione sui prodotti di automazione Lenze impiegati, hanno portato il cliente alla valutazione di nuove implementazioni dell’impianto di monitoraggio. Ad esempio, sulle macchine con maggior dispendio di energia si prevede, mediante appositi trend, una drastica riduzione dei consumi fin da subito tramite l’utilizzo di inverter e brushless, anziché sistemi tradizionali.
Il sistema realizzato da Lenze annovera molteplici punti di forza e possibilità, tra cui la modifica della gestione dei parametri acquisiti in base alle specifiche esigenze dello stabilimento, l’integrazione con gli impianti di processo per scambiare in modo autonomo i dati (cambi di produzione, downtime, tipologia di vetro, guasti, ecc.), così come permette anche di gestire allarmi in base a soglie di consumi definiti o che si discostano molto dalla media. Da ultimo, essendo un sistema aperto, offe al cliente l’opportunità di apportare nel futuro miglioramenti semplicemente acquistando i software di sviluppo che Lenze mette a disposizione della propria clientela.
(*) Walter Volpi, Responsabile tecnico Automation.
Struttura dei nodi di rete e relativa gestione diagnostica.
