מאת: יעקב אשכנזי, שניידר אלקטריק ישראל
יצרניות OEM מודעות היטב לטכנולוגיות חוסכות אנרגיה לשיפור היעילות של הציוד והמכונות שלהן. על אף שרובן מודעות גם לדרישות הגדלות וללחצים הגוברים מצד השוק, הן עדיין מהססות לבצע שינויים בגלל התפיסה המוכרת לפיה טכנולוגיות חדשות לרוב מאלצות את היצרניות להעלות את מחירי המכירה שלהן, מה שעלול לגרור ירידה במכירות.
אך האמת היא שחברות שהפילוסופיה שלהן מעודדת נצילות אנרגיה וקיימוּת דווקא נהנות מנאמנות גדולה יותר מצד לקוחותיהן, מצליחות לייצר מכונות איכותיות יותר עם ביצועים משופרים, וזוכות להזדמנויות עסקיות חדשות אפילו בסביבות שבהן המצב הכלכלי איננו פשוט.
התעשייה מנסה להתמודד עם הייצור באמצעות מתודולוגיית ה-OEE
(Overall Equipment Effectiveness), יעילות ציוד כוללת שהעיקרון המרכזי שלה הוא לעקוב אחרי מדדים של מכונות ושל קווי ייצור במונחים של זמינות (ירידה בפרודוקטיביות בגין זמני השבתת ציוד), ביצועים (הפסדים בגלל מחזור ייצור איטיים), ואיכות (הפסדים כאשר ייצור אינו משיג את רמות האיכות הנדרשות). מדד ה-OEE מודד יעילות ייצור והוא קשור קשר הדוק עם הקיימוּת: איכות טובה יותר משמעה פחות בזבוז, זמינות טובה יותר משמעה חיסכון באנרגיה.
האילוצים של צמצום עלויות והקטנת צריכת משאבים הופכים למרכזיים ביותר בעידן שבו הצרכנים דורשים מהיצרניות להיות “ירוקות יותר”. משתמשי הקצה מבינים את האתגרים החדשים הקיימים היום ופיתחו אסטרטגיות לצמצום האנרגיה בייצור.
החברות הבונות מכונות נמצאות בחזית ונדרשות לתכנן, לספק ולחדש עבור השוק החדש הזה. הפתרונות המוצעים ע”י שניידר אלקטריק כבר הוכחו כיעילים ותורמים ערך מוסף לציוד ויתרון תחרותי של ממש. את כל היתרונות הללו של יעילות אנרגטית ניתן וכדאי ליישם ברמת התכנון.
- פונקציות בקרה מתקדמות עם יישומי HVAC נמדדו לאחרונה עם תוצאות המעידות על שיפור של יותר מ-10% ביעילות אנרגטית בהשוואה לוויסות PID
- ניהול אנרגיה אקטיבי באמצעות אוטומציה: אפשר לממש חיסכון של עד 37% בקו ייצור אוטומטי באמצעות ניהול נכון של מערכות הבקרה כאשר עוצרים את עבודת המכונות או מכניסים אותן למצב “מנוחה”
שיפור תהליכי התכנון
מהנדס המכונות יכול להיות גורם מרכזי בשיפור צריכת האנרגיה של מכונות. לדוגמה, הוא יעזור לשפר את ממדי המנוע באמצעות השימוש במנועים המותאמים באופן מדויק ליישום במקום להשתמש במנועים שיש להם “יותר הספק מהדרוש”. מנועים קטנים ופשוטים טובים יותר ממנועים גדולים. המלצה בסיסית זו יכולה להוביל לחיסכון ממוצע של 3-4% ולהשפיע בצמצום וייעול של מערכת בקרת ההספק. מנועים בעלי רמת יעילות גבוהה גם הם הוכיחו את יעילותם, ותוחלת החיים הממושכת שלהם תורמת גם היא לקיימוּת- ניתן לצפות ליתרון של חיסכון אנרגיה בשיעור של כ-10%.
בשלב התכנון, מכטרוניקה מציעה כלים רבים המתמקדים במכונות, אלקטרוניקה ומחשבים במטרה להפוך את הדור הבא של המערכות לפשוט, כלכלי יותר, אמין ורב תכליתי. מבין הכלים הללו, פתרונות הינע מאפשרים שליטה בתנועה. בכל העברה או תנועה, טכנולוגיות ההינע יכולות להקנות יתרונות נהדרים. כאשר מדובר במנועים סינכרוניים, אלה מביאים עמם יתרונות ניכרים בתחום צריכת האנרגיה. מלבד היתרון המרכזי של שיפור הביצועים עם חיסכון של עד 60% באנרגיה, מחזורי המכונה המהירים יותר מגדילים את התפוקה והמיקום המדויק יותר שלהם משמעו פחות פגמים בייצור. פתרונות הינע מחליפים גם טכנולוגיות אחרות ומביאים עמם יתרון ניכר במונחים של יעילות אנרגטית. אין ספק שבקרת הינע היא תחום של חדשנות המועיל לתעשייה ותורם ערך מכונה חדש ליצרניות הבונות מכונות.
הנדסת יישום יכולה לעזור בשיפור השימוש באנרגיה
אוטומציה הינה הזדמנות להשיג התייעלות אנרגטית. היכולות שמאפשר התכנות מספקים טומנות בחובן אפשרויות חדשות. לדוגמה, לולאת בקרה חזויה יכולה להאפיל אל ביצועיו של בקרי ה-PID
(Proportional-Integral-Derivative) הקלסיים, כאשר משלבים אלגוריתמים בתוך מערכת התכנות, עם פוטנציאל חיסכון של יותר מ-10%.
דוגמה בולטת של האפשרויות הניתנות להשגה באמצעות אוטומציה הינה ניטור מוד עבודה וסטטוס. משתמשי קצה לא תמיד מנצלים את מלוא היכולת של המכונות והציוד העומדים לרשותם בהתאם ליעדי הייצור. לעתים תכופות מתבצעת עצירה של אזורים מסוימים בייצור במטרה להפעיל רק את המשאבים הנחוצים. ניתן לעשות זאת בצורה יעילה יותר ולהפעיל פונקציות מסוימות רק כאשר נוצר עומס, במקום להפעילן באופן שוטף ללא הפסקה. הכנסת פונקציות מסוימות למצב של עצירה, מנוחה או המתנה גורמת לביטול פעולת האקטואטורים, ויש לשלבה בתכנות כדי להפיק חיסכון אנרגיה נוסף עבור משתמשי הקצה.
מחקרים מראים שרק לעתים רחוקות מכונות נמצאות בייצור 100% מהזמן, ועל פי ההערכות ניתן להקטין את הצריכה בשיעור של כמעט 37% אם מנהלים את המכונות בצורה יעילה ונכונה במצבים כאלה של עצירה או המתנה, לדוגמה באמצעות כיבוי פשוט.
ליישם את מערכת ההספק והבקרה וארכיטקטורת האוטומציה הנכונות
מערכת בקרת האוטומציה צורכת הספק גם היא, אך ניתן לייעל את צריכת האנרגיה באמצעות החלטות שקולות ובחירה נבונה.
ארכיטקטורת האוטומציה הנכונה יכולה להשפיע השפעה ברוכה על צריכת האנרגיה של מערכת הבקרה כולה. לדוגמה, ארכיקטורה מבוזרת יכולה להכפיל את צריכת ההספק בהשוואה לארכיטקטורה ממורכזת. מובן שלעתים אין ברירה אלא לבחור בארכיטקטורה מבוזרת, וזה יהיה תלוי בממדיו של היישום ובקריטריונים נוספים הקשורים לבטיחות ולביצועים.
כאשר משתמשים במגענים, כמה בחירות פשוטות יכולות לצמצם באופן ניכר את צריכת ההספק. כיום השימוש במגענים דלי הספק או במגענים לפונקציות ספציפיות (לדוגמה, ממסרי נעילה), בשילוב עם מגענים שנבחרו בקפידה בהתאם לצרכים (כדוגמת מתנע Tesys U) יכול לצמצם את צריכת ההספק בשיעור של פי ארבעה תודות להפסד האנרגיה הנמוך המושג כתוצאה מצמצום מספר החיבורים. למעשה, מתנעי מנוע מסוג TeSys U פולטים 75% פחות אנרגיה בהשוואה למתנעי המנוע המסורתיים. זה מושג תודות לצמצום מספר מגעי ההספק ולצריכת האנרגיה הנמוכה במיוחד של מעגלי הבקרה.
מסקנות
כפי שניתן לראות בתכנון החדש ועם הטכנולוגיות החדשות המוצגות בשוק, יצרניות ה-OEM יוכלו להביא אל השוק ערכים חדשים ולתרום תרומה נכבדת לגישת הקיימוּת שאותה מעוניינים משתמשי הקצה ליישם היום. פונקציות של אוטומציה ושל בקרה נושאות עמן קשת רחבה של אפשרויות לשיפור נצילות האנרגיה ולהפחתת הבזבוז, ולכן חשוב לבחון את השימוש בהן באופן שיטתי ועקבי. הגישה האקטיבית לחיסכון באנרגיה מעניקה למשתמשי הקצה את האפשרות למטב את צריכת ההספק של ההשקעות שלהם בייצור, הן לצורך חיסכון מיידי והן להשגת חיסכון בטווח הארוך.
יעקב אשכנזי הינו מנהל מוצר בתחום הבקרה והאוטומציה בחברת שניידר אלקטריק, ישראל.
