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L'impianto Toyota Engine Plant riduce i costi energetici con i nuovi controlli del compressore d'aria

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I nuovi controlli consentono di risparmiare 1 milione di chilowattora all'anno e sostengono gli obiettivi di Toyota a emissioni zero.

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Avete sentito parlare di veicoli senza emissioni. Ma che dire della produzione di veicoli senza emissioni? Questa è la visione della Toyota, una delle più grandi case automobilistiche del mondo. La sua Toyota Environmental 2050 Challenge chiede all'azienda di eliminare le emissioni di CO2 dai suoi impianti di produzione globali entro il 2050.

Per raggiungere questi ambiziosi obiettivi, Toyota sta prendendo provvedimenti sia per ridurre il suo consumo di energia che per passare all'energia riutilizzabile. E come evidenziato nello stabilimento di Huntsville, in Alabama, questi sforzi stanno aiutando Toyota non solo a ridurre il suo impatto ambientale, ma anche a trarre vantaggio dai profitti.

Costi energetici gonfiati

Lo stabilimento di Huntsville produce motori per veicoli Toyota popolari come il Tacoma, il Tundra e l'Highlander. I lavoratori dello stabilimento ricevono i componenti del motore che sono stati fusi in altre strutture per lavorarli e montarli nei motori che andranno a finire nei veicoli di altre strutture.

Il sistema di compressione dell'aria dell'impianto è fondamentale per il processo di produzione. Composto principalmente da cinque grandi compressori d'aria centrifughi, il sistema fornisce aria attraverso l'impianto di 1,2 milioni di metri quadrati per vari processi di macchine, automazione e componenti del motore di essiccazione.

I sistemi ad aria compressa (CA) sono per natura ad alta intensità energetica. Il sistema dello stabilimento di Huntsville non fa eccezione; esso rappresenta il 25% dei costi energetici annuali dello stabilimento.

I controlli ereditati hanno reso il sistema un utente di energia ancora più grande del necessario. I controlli di invecchiamento erano lenti nell'avviare i compressori e non permettevano loro di lavorare insieme come sistema integrato e non avevano abbastanza memoria CA da cui attingere durante gli alti picchi di richiesta di aria.

A causa di queste limitazioni, i membri del team hanno dovuto tenere i compressori in linea più del necessario per la maggior parte della giornata per garantire una capacità d'aria sufficiente a sopportare brevi e occasionali picchi di domanda nell'impianto. Spiega Eddy Kiggen, uno specialista di impianti della Toyota,

"Abbiamo bisogno di un minimo di 81 PSI per far funzionare le macchine senza arresto. Ma poiché i compressori hanno richiesto così tanto tempo per l'avviamento, abbiamo dovuto mantenere 91 PSI solo per essere sicuri di non sbagliare a 81 PSI di bassa pressione CA"

Il contratto elettrico dell'impianto ha creato altre sfide. Il contratto fa pagare di più per l'energia consumata durante le ore di punta. Quando i membri del team avevano bisogno di avviare uno dei grandi compressori durante questi periodi per mantenere l'impianto alla capacità, un singolo avviamento della macchina poteva aumentare la bolletta elettrica dell'impianto del 100% delle spese energetiche di un giorno.

Aggiornamenti a livello locale e di impianto

Per contribuire a contenere i costi energetici e sostenere la sua iniziativa per l'energia del 2050, Toyota Motor Manufacturing, Alabama (TMMAL) ha deciso di aggiornare i sistemi di controllo dei compressori d'aria dello stabilimento.

Per questo lavoro si sono rivolti a IZ Systems and Case Engineering, un partner costruttore di macchine del programma PartnerNetwork di Rockwell Automation. L'azienda ha fornito una soluzione in due parti che comprendeva controlli locali e a livello di impianto.

A livello locale, Case ha migrato i controllori dei cinque grandi compressori alla sua soluzione di controllo AirLogix. La soluzione si basa sulla piattaforma di controllo CompactLogix e comprende un'interfaccia operatore PanelView Plus 7 per fornire agli operatori le prestazioni e i dati diagnostici di ciascun compressore.

A livello di impianto, Case ha utilizzato la soluzione di condivisione del carico AirMaster per creare un sistema di controllo dell'aria master. Questa soluzione si basa sulla piattaforma ControlLogix e utilizza il software FactoryTalk View SE per la raccolta e la visualizzazione dei dati. Case ha lavorato con IZ Systems che ha anche installato un serbatoio di stoccaggio da 5.000 galloni per CA potenziato da 500 PSI per consentire il tempo di recupero del sistema senza errori.

Una valvola modulante eroga aria durante i periodi di elevata richiesta di aria. Questa aria immagazzinata fornisce una transizione fluida quando è necessaria una macchina centrifuga supplementare per soddisfare la domanda d'aria dell'impianto.

Rivivere il risparmio

I nuovi e più efficienti controlli dei compressori d'aria hanno aiutato l'impianto di Huntsville a ridurre il consumo annuo di energia di quasi 1 milione di kilowattora all'anno, pari a circa 68.000 dollari all'anno. Questo non include i risparmi realizzati evitando gli avviamenti durante le ore di punta.

Di conseguenza, l'impianto ha recuperato l'investimento nei nuovi controlli più velocemente del suo obiettivo di due anni. Lo ha detto Kiggen,

"Siamo stati in grado di ridurre il nostro setpoint per il sistema da 91 a 85 PSI. È qui che si trova la maggior parte del risparmio su questo progetto"

I controlli locali aggiornati aiutano i compressori a funzionare in modo più efficiente rispetto ai controlli tradizionali, aumentando la capacità di accelerazione di ogni macchina. Il nuovo controllore master monitora la pressione e il flusso d'aria per avviare o arrestare i compressori in base alla domanda. Attirerà il CA dal serbatoio di stoccaggio ad alta pressione, mentre un compressore verrà messo in linea, guiderà attraverso i picchi di domanda e proteggerà da potenziali problemi.

"Per come è impostato ora, abbiamo sempre abbastanza pressione nel serbatoio di stoccaggio per eventuali cali o guasti al compressore. Anche se il prossimo compressore che proviamo ad avviare si guasta, possiamo avviare un altro compressore e le persone sul pavimento dell'impianto non sapranno che è successo qualcosa"

Il nuovo sistema fornisce ai lavoratori informazioni di tendenza per monitorare la pressione e il flusso dell'aria, il consumo di energia e i dati critici di ogni macchina, incluse le vibrazioni. E poiché queste informazioni sono disponibili in tempo quasi reale - cosa che i membri del team non avevano in precedenza - aiutano ad analizzare il sistema CA e aiutano nella risoluzione dei problemi.

I membri del team possono visualizzare le informazioni a livello locale in ogni macchina come parte del loro monitoraggio delle operazioni di routine. Toyota e Case Engineering possono visualizzarle da qualsiasi luogo utilizzando l'accesso remoto.

"Dopo l'elettricità, l'aria è l'utilità più importante che abbiamo, quindi la teniamo d'occhio da vicino. Guardo i dati ogni giorno per vedere come funziona il sistema e per verificarne l'efficienza. Ricevo un messaggio di testo se abbiamo un problema, come una caduta di pressione o il serbatoio di stoccaggio che scende al di sotto di un certo livello. Ci piace anche avere Case collegata e fargli sapere di un problema in modo che possano andare online per risolvere subito il problema"

Toyota sta cercando di replicare questo progetto altrove per ottenere risparmi energetici simili, pur continuando a guidare verso l'obiettivo di zero emissioni di CO2.

"Produrre zero CO2 nel processo di costruzione di un veicolo è un compito molto grande. In questo momento stiamo cercando di risparmiare quanta più energia possibile prima di lanciarci nelle energie rinnovabili. E per questo impianto, questi potenziamenti di controllo sono i progetti energetici di maggior successo che abbiamo realizzato da molto tempo"

I risultati di cui sopra sono specifici dell'uso che Toyota fa dei prodotti e dei servizi Rockwell Automation in combinazione con altri prodotti

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