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裝瓶廠使用高性能電動(dòng)執(zhí)行器每年可節(jié)省1,150美元
    使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器進(jìn)行過程控制的興趣越來越大。近一個(gè)世紀(jì)以來，氣動(dòng)執(zhí)行器一直是主導(dǎo)技術(shù); 它們?cè)诘诙问澜绱髴?zhàn)之前使用。戰(zhàn)爭引發(fā)的鍋爐控制的快速發(fā)展確保了它們作為動(dòng)力和控制過程閥門的主導(dǎo)技術(shù)的地位。
    隨著控制技術(shù)的進(jìn)步，例如引入4-20毫安控制信號(hào)技術(shù)和后來的數(shù)字總線技術(shù)，氣動(dòng)控制定位器已經(jīng)跟上氣動(dòng)執(zhí)行器的先進(jìn)控制要求。但是，該設(shè)備的靈敏度要求將空氣質(zhì)量改善到當(dāng)前的儀器空氣質(zhì)量水平，以防止水分，油蒸氣和顆粒物。與此同時(shí)，儀器級(jí)空氣的其他工廠要求幾乎已經(jīng)消失，已被4-20 mA或數(shù)字控制技術(shù)取代。
    車間空氣通常存在于加工廠中; 然而，這種情況正在改變，并且在許多情況下，對(duì)空氣供應(yīng)的唯一要求是為過程控制執(zhí)行器供電。對(duì)于儀表級(jí)空氣，可以說現(xiàn)在幾乎只需要過程控制執(zhí)行器及其定位器。
    今天的高精度電動(dòng)控制閥執(zhí)行器是氣動(dòng)技術(shù)的成熟技術(shù)和可行替代品，已在苛刻的應(yīng)用和惡劣環(huán)境中運(yùn)行，如海上平臺(tái)，以及阿拉斯加和中東沙漠的極端氣候。直接電動(dòng)控制閥是經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)，直接相當(dāng)于氣動(dòng)彈簧，隔膜動(dòng)力閥。
    然而，任何改變技術(shù)的動(dòng)機(jī)都?xì)w結(jié)為需要在極端惡劣的環(huán)境中提高可靠性和/或降低過程工廠的整體生命周期成本。
一個(gè)很好的例子
英國的一家軟飲料裝瓶廠是歐洲銷量最大的裝瓶廠之一，每年生產(chǎn)超過1億箱。自2007年以來，一項(xiàng)持續(xù)改進(jìn)計(jì)劃的明智投資超過134萬美元（1億英鎊），使其成為世界上最快，最有效的軟飲料生產(chǎn)商之一。
除了流程效率行動(dòng)之外，它還在綠色環(huán)保的同時(shí)節(jié)省了成本。這項(xiàng)投資包括采用多種新技術(shù)，包括一個(gè)復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)，可從80多個(gè)獨(dú)立的計(jì)量點(diǎn)收集數(shù)據(jù)。2014年，該工廠引進(jìn)了一個(gè)1.2兆瓦的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，并于2017年開始從當(dāng)?shù)靥柲馨l(fā)電廠獲得15％的能源。總體而言，自2006年以來，該工廠的能耗降低了33％，同時(shí)100％的電力來自可再生資源。這兩項(xiàng)措施使該設(shè)施的運(yùn)營碳足跡減少了8.6％。

    這兩個(gè)圖表比較了生產(chǎn)模式下電動(dòng)和氣動(dòng)執(zhí)行器的位置精度。他們的表現(xiàn)相似。

   
    這兩個(gè)圖表比較了電動(dòng)和氣動(dòng)執(zhí)行器在就地清潔模式下的位置精度。電動(dòng)執(zhí)行器的設(shè)定點(diǎn)過沖減少是顯而易見的。
挑戰(zhàn)和解決方案
    確定并有針對(duì)性改進(jìn)的另一個(gè)領(lǐng)域是與提供氣動(dòng)控制閥執(zhí)行器所需的儀表空氣相關(guān)的操作和維護(hù)成本。工廠工程師愿意探索更新的技術(shù)，因此他們研究了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的閥門執(zhí)行器的最新發(fā)展，希望最近的產(chǎn)品進(jìn)步能夠提供可接受的性能并消除提供和維護(hù)儀表空氣系統(tǒng)的要求。
    裝瓶廠的一名自動(dòng)化工程師解釋說：“我們正在尋找氣動(dòng)控制閥的替代品，以盡可能地消除對(duì)該區(qū)域壓縮空氣的需求，從而降低成本。
     “到目前為止，電動(dòng)閥門的響應(yīng)速度不夠快，無法在瓶子灌裝機(jī)中保持良好的壓力控制。我們聯(lián)系的執(zhí)行器制造商確信他們的電動(dòng)控制閥執(zhí)行器不僅可以提供與現(xiàn)有閥門相當(dāng)?shù)男阅埽疫\(yùn)行成本也更低。他們的信心如此之高，如果不能以任何方式滿足我們的期望，他們會(huì)在退款基礎(chǔ)上為我們提供執(zhí)行器。
     “為了證明這一點(diǎn)，首先監(jiān)控和記錄現(xiàn)有氣動(dòng)控制閥在主要產(chǎn)品進(jìn)料到灌裝機(jī)中的性能。然后將電動(dòng)執(zhí)行器安裝到同一個(gè)閥門上，并連接到[可編程邏輯控制器（PLC）]的現(xiàn)有4-20 mA控制信號(hào)。
     “在24/7操作中運(yùn)行和監(jiān)控電動(dòng)執(zhí)行器一個(gè)月后，對(duì)兩個(gè)執(zhí)行器的結(jié)果進(jìn)行了比較。圖表清楚地表明，在生產(chǎn)模式下，電動(dòng)機(jī)的性能同樣好，如果不是比氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)更好。然而，當(dāng)處于就地清潔（CIP）清潔模式時(shí)，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行器的性能比氣動(dòng)執(zhí)行器好得多。這是因?yàn)楫?dāng)設(shè)定點(diǎn)較低并且在CIP模式下電路中的背壓較高時(shí)，電動(dòng)致動(dòng)器不像氣動(dòng)致動(dòng)器那樣超過設(shè)定點(diǎn)。
     “根據(jù)3英寸控制閥平均每小時(shí)2立方米（m3 / hr）的空氣使用量，每立方米0.05英鎊，運(yùn)行成本為每年1,167美元（870英鎊）。電動(dòng)閥門執(zhí)行器使用平均10瓦特，每千瓦0.15英鎊（kW），同期僅需17美元（13英鎊）。這意味著每個(gè)閥門每年最低可節(jié)省1,150美元（857英鎊），因?yàn)檫@個(gè)數(shù)字沒有考慮氣動(dòng)供應(yīng)系統(tǒng)中不可避免的泄漏。“
    電動(dòng)執(zhí)行器，裝瓶廠，數(shù)據(jù)記錄器，Rotork Controls Inc.（左）技術(shù)人員從執(zhí)行器的板載數(shù)據(jù)記錄器下載操作性能數(shù)據(jù)。
流程細(xì)節(jié)
    電動(dòng)執(zhí)行器安裝在瓶子灌裝機(jī)的入口上。兩種操作模式都是可能的，執(zhí)行器在兩者中都起著重要作用。
 

產(chǎn)品模式
    1.將產(chǎn)品（該系統(tǒng)中的飲食可樂）在4巴（58psi）的受控壓力下泵入罐（通常稱為碗）中。
    2.用產(chǎn)品填充約50％的罐; 剩下的50％是壓縮空氣。
    3.產(chǎn)品上方的壓縮空氣壓力必須始終不大于或低于4巴。如果它高于4巴，則會(huì)產(chǎn)生過量填充瓶子和瓶子爆炸的風(fēng)險(xiǎn)（稱為毛刺）。如果太低，則瓶子未充滿。在受控的灌裝系統(tǒng)中將產(chǎn)品排放到瓶子中。
    4.執(zhí)行器控制比例積分微分（PID）控制系統(tǒng)中的壓力，設(shè)定點(diǎn)為4 Bar。這節(jié)省了功耗，改善了控制并降低了壓縮空氣消耗。
CIP模式
    1.每72小時(shí)，必須使用熱堿溶液徹底清潔產(chǎn)品罐。此過程完全自動(dòng)化。
    2.在CIP模式期間，儲(chǔ)罐在72°C（162°F）下100％填充熱苛性堿溶液。
    3.由于油箱已滿，壓力降至1.5巴（22 psi），以防止系統(tǒng)出現(xiàn)液壓超壓。如果壓力過高，可能會(huì)損壞灌裝閥。執(zhí)行器在PID控制系統(tǒng)中控制該壓力，設(shè)定點(diǎn)為1.5巴。電動(dòng)執(zhí)行器的性能優(yōu)于氣動(dòng)執(zhí)行器，因?yàn)殡妱?dòng)執(zhí)行器不會(huì)超過設(shè)定點(diǎn)。
電動(dòng)控制閥執(zhí)行器細(xì)節(jié)
    所使用的電動(dòng)控制閥執(zhí)行器引入了連續(xù)，可重復(fù)和調(diào)制的電氣控制，并具有可編程的失效位置選項(xiàng)。采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4-20 mA控制信號(hào)或數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，分辨率，重復(fù)性和滯后性能的報(bào)價(jià)小于滿量程的0.1％，適用于要求最苛刻的應(yīng)用。
    機(jī)械功能包括雙密封外殼，可永久保護(hù)內(nèi)部電氣元件免受工作環(huán)境的影響。IP68防塵，防水和臨時(shí)潛水外殼適用于該產(chǎn)品系列中的所有型號(hào)，包括具有危險(xiǎn)區(qū)域認(rèn)證的型號(hào)。在主電源斷電時(shí)，內(nèi)置超級(jí)電容器允許執(zhí)行器將閥門移動(dòng)到所需位置，可編程為打開，關(guān)閉，任何中間位置或保持不動(dòng)。
 

    已安裝電動(dòng)執(zhí)行器的工廠技術(shù)人員正在評(píng)估中執(zhí)行器采用經(jīng)過驗(yàn)證的完善的非侵入式通信技術(shù)，用于執(zhí)行器編程和調(diào)整。執(zhí)行器設(shè)置和配置使用運(yùn)行制造商免費(fèi)專有軟件的支持藍(lán)牙的PC執(zhí)行。每個(gè)執(zhí)行器都包含一個(gè)板載數(shù)據(jù)記錄器，可以下載操作數(shù)據(jù)，如閥門扭矩曲線，停留時(shí)間，執(zhí)行器事件和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和診斷。分析后，可以將任何所需的配置更改上傳到執(zhí)行器。
    數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)包括HART，Modbus和Profibus協(xié)議，有助于提高安裝經(jīng)濟(jì)性，并使執(zhí)行器能夠更好地與現(xiàn)有資產(chǎn)管理系統(tǒng)相銜接。該設(shè)計(jì)可以指定用于單相交流電或直流電源，也簡化了將執(zhí)行器改裝到現(xiàn)有閥門上的過程。
概要
    該裝瓶廠對(duì)投資持續(xù)改進(jìn)計(jì)劃的承諾已經(jīng)在工廠性能和效率方面取得了巨大進(jìn)步，并且可以持續(xù)節(jié)省成本。這部分是因?yàn)椴僮鲉T愿意探索和接受最新技術(shù)，而不是“我們總是如何做到這一點(diǎn)”的典型心態(tài)。在控制閥操作的情況下，使用高 - 性能電動(dòng)執(zhí)行器每年可節(jié)省1,150美元。
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