Keď v roku 1975 prešiel po prvý krát cez vrátnicu spoločnosti Ash Grove Cement v kanadskom meste Chanute, povedal by, že na riadenie stredne napäťového striedavého motora nemožno použiť nízkonapäťový striedavý pohon. Avšak časy a technológie sa odvtedy zmenili. B. Wright dozerá na prevádzku elektrických zariadení sto rokov starej prevádzke firmy Ash Grove, v jednom z deviatich výrobných podnikov tejto poprednej cementárenskej spoločnosti. Podniky spoločne vyrábajú približne 9 miliónov ton cementu ročne. Podobne ako iné spoločnosti podnikajúce v cementárenskom priemysle, aj Ash Grove čelí narastajúcej konkurencii, neustále sa meniacemu dopytu zo strany zákazníkov a rastúcemu tlaku na efektívne zvyšovanie produktivity.
Aby sa dosiahla maximálna kapacita výroby, beží prevádzka v Chanute naplno každý deň. Takmer 1000 motorov generuje kombinovaný výkon s veľkosťou približne 33 MW, ktorý pomáha vyrobiť 5 ton cementu každú minútu. „Úspech alebo pád nášho podniku závisí od našich motorov“, uvádza B.Wright. „Aby sme ich ochránili a dokázali riadiť výrobu a efektivitu prevádzky, potrebujeme spoľahlivé zariadenia a nadväzujúci systém údržby.“ Aby Ash Grove vyriešila problém s nespoľahlivým zastaraným systémom riadenia motorov, rozhodla sa investovať do netradičného, ale účinného riešenia – do inštalácie technologicky pokročilých nízkonapäťových striedavých pohonov s frekvenčnými meničmi na riadenie ich 1,5 MW stredne napäťových striedavých motorov.
Ash Grove neinovoval len technológiu pohonov, ale modernizoval aj svoj prístup k ochrane finančnej investície. Len začiatočné úspory predstavovali 250 000 USD a 90%-né zlepšenie z hľadiska zabezpečenia bezporuchovej prevádzky. „Ani nie tak dávno museli výrobcovia ako my fungovať systémom prevádzkuj, až kým sa to nepokazí“ uvádza B.Wright. „Ale teraz máme k dispozícii nástroje, ako sú nové motory, ktoré chránia naše investície.“
Úloha
Motory v podniku Ash Grove poháňajú všetko, od veľkých, revolvingových pecí naplnených kamenným materiálom až po prepravné systémy s kapacitou 4500 ton cementu za deň. Požiadavky sa stupňujú. Narastá potreba udržať prevádzku – a tým pádom aj motory – čo najdlhšie v chode. Technici Ash Grove mali problém, keď každý mesiac prichádzal čas servisu troch, 45 metrov dlhých guľových mlynov, používaných pre miešanie a ohrev mastenca s prídavnými materiálmi. Technici, ktorí vykonávali servis mlyna, používali na jeho správne napolohovanie centimeter po centimetri zastaraný generátorový motor s výkonom 45 kW. Proces ručného polohovania, ktorý sa nazýva aj „stredenie“ (spotting), sa stával obtiažny, pretože technici nemali žiaden účinný spôsob pre presné zapojenie krútiaceho momentu do stredne napäťového motora priamo z napájacieho systému – technika používaná pre pomalé otáčanie mlynu.
„Okrem týchto problémov sme museli tieto mlyny dostať do veľmi presnej pozície, pričom blokovanie, resp. spúšťanie a zastavovanie motora mohlo spôsobiť mechanické alebo elektrické poškodenie zariadenia,“ uviedol B.Wright. „Takéto situácie zvyčajne viedli k inštalácii nového regulátora polohy a prevodovkového motora alebo stredne napäťového pohonu,“ uvádza B.Wright. „Avšak technici z Rockwell Automation vyvinuli riešenie založené na striedavom pohone, ktoré ostatné riešenia prekonáva zlomkom nákladov.“
Riešenie
Ash Grove nahradil generátory využívané na polohovanie mlyna prednastavenými, 480V/335 kW striedavými pohonmi s frekvenčnými meničmi od Rockwell Automation. Striedavé pohony Allen-Bradley riadia tri 4kV/1,7MW striedavé pohony počas procesu „stredenia“ tak, aby sa natáčanie guľového mlyna dialo efektívne a aby bolo možné dosiahnuť jeho riaditeľné spúšťanie a zastavovanie. Pre dosiahnutie plnej rýchlosti mlyna používa Ash Grove synchrónny motorový spúšťač, ktorý nemá žiadne riadenie rýchlosti. „Za 30 rokov svojej praxe v cementárenskom priemysle som bol nadšencom riešení s jednosmerným napájaním,“ hovorí B.Wright. „Nikdy by som neveril, že striedavé technológie môžu vyprodukovať 100% krútiaceho momentu pri nulovej rýchlosti. Až kým Rockwell Automation nevyvinul riešenie pre riadenie striedavého motora pre aplikácie s veľkým krútiacim momentom.“ Nízkonapäťové striedavé pohony Allen-Bradley boli navrhnuté ako náhrada generátorového motora, pričom majú schopnosť riadenia krútiaceho momentu tak, že sú schopné prevádzky pri 6Hz vyžadovaných pre stredenie guľového mlynu.
Pohon dokáže oddeliť a nezávisle riadiť prúd motora a krútiaci moment vytvárajúci prúd, vďaka čomu je možné odovzdávať celý krútiaci moment pri nulovej rýchlosti. Táto schopnosť spolu s presným riadením rýchlosti motora umožňuje striedavému pohonu riešiť potrebné aplikácie riadenia motora, vrátane tých, ktoré boli doteraz výsadou jednosmerných motorov. „Technici z Rockwell Automation nám pomohli s uvedením pohonu do prevádzky a za hodinu po ich príchode už všetko fungovalo“ spomína B.Wright. „Tento bezproblémový rýchly prechod nám výrazne pomohol ušetriť čas.“ Prepojením pohonu do existujúceho riadiaceho systému ControlLogix od spoločnosti Allen-Bradley zlepšila spoločnosť Ash Grove prevádzkový výkon, získala prístup k dôležitým prevádzkovým a výrobným údajom v reálnom čase a vďaka pokročilej diagnostike a novým bezpečnostným funkciám ochránila dôležité a hodnotné technické zariadenia.
Prínosy
Nasadenie technológie striedavého pohonu od Rockwell Automation prinieslo Ash Grove spoľahlivé riadenie motorov, finančné úspory a vylepšenie ochrany technických zariadení. „Spoľahlivosť nových pohonov ma nielenže ako technika zodpovedného za elektro časť upokojila, ale navyše to celé prinieslo zvýšenie výroby a predĺženie bezporuchovej prevádzky až o 90%. Okrem toho, že z hľadiska nákladov bolo obstaranie nových pohonov len na úrovni polovice z toho, koľko by predstavovala investícia do stredne napäťového pohonu, pomohol nízkonapäťový striedavý pohon ušetriť peniaze z pohľadu údržby a spotreby energie,“ skonštatoval B.Wright. Počiatočné úspory pre Ash Grove predstavovali 250 000 USD, pričom výber nízkonapäťového striedavého pohonu prinieslo ďalšie úspory rádovo v tisíckach dolárov ročne z hľadiska údržby.
Bezchybne fungujúca technológia frekvenčných meničov pomohla znížiť mechanické opotrebovanie zariadenia ako aj čas a prostriedky, ktoré by bolo potrebné vyčleniť na údržbu motora. Schopnosť striedavého pohonu pracovať pri veľmi nízkych rýchlostiach a tak riadiť polohovanie, zjednodušilo proces „stredenia“ potrebného pre správnu údržbu guľového mlynu. Okrem nižších výdavkov na údržbu motora a prevodovky ako aj náhrady zariadení, podarilo sa Ash Grove vďaka novému riešeniu takisto znížiť spotrebu elektrickej energie. „V minulosti sme ponechávali generátorový motor v prevádzke aj počas procesu „stredenia“. Pohon s frekvenčným meničom spotrebúva počas servisného zásahu podstatne menej elektrickej energie, čo prináša úspory energie,“ skonštatoval B.Wright. Aby Ash Grove ochránil svoje investície do nových technológií pre motory, vytvorila spoločnosť celkovú stratégiu údržby nahrádzajúcu pôvodné interné aktivity.
Zdroj: Ash Grove Cement Improves Reliability, Asset Protection and Capital Savings With Intelligent Motor Control, Rockwell Automation, 2008, dostupné online 26.11.2013
Obrázky: © Ash Grove
