خلفية المشروع
يُشغّل مصنع لإنتاج الزجاج العائم في مقاطعة خبي الهواء المضغوط كمرفق حيوي عبر خط إنتاجه — يُورّد هواء أداة لنظام التحكم في غلاف حوض القصدير، وهواء عملية لفرن التلدين، وتشغيل هوائي لقسم القطع والمناولة، وهواء عام للمصنع للصيانة والخدمات المساعدة. تتألف محطة الهواء المضغوط من أربعة ضواغط هواء لولبية من Sullair، وحدتان بقدرة 160 كيلوواط ووحدتان بقدرة 110 كيلوواط، بإجمالي قدرة ضواغط مُركّبة 540 كيلوواط. كانت جميع الوحدات الأربع تعمل تحت تحكم بادئ ناعم منذ التشغيل الأولي للمنشأة.
كانت المشكلة الجوهرية هي عدم تطابق أساسي بين إمداد الهواء المضغوط والطلب الفعلي للمصنع. ينطوي إنتاج الزجاج العائم على مراحل تشغيل متميزة — توقفات الإصلاح البارد، وفترات التسخين، والصهر والتشكيل في الحالة المستقرة، وحملات الإنتاج المُخفّضة — يحمل كل منها ملفات استهلاك هواء مضغوط مختلفة بشكل كبير. تحت تحكم البادئ الناعم، كان لدى ضواغط Sullair حالتا تشغيل فقط: التشغيل بكامل السرعة وكامل الحمل، أو التوقف. كانت تذبذبات الطلب تُدار بالكامل من خلال مزيج من خنق صمام المدخل على الضواغط العاملة ودورات التحميل/التفريغ — وكلتاهما استراتيجيتان مهدِرتان بطبيعتهما.
طلب العميل حل تحديث شامل بمحولات التردد المتغير يشمل: تقليل استهلاك الطاقة بنسبة ≥ 40%، تقليل صدمات بدء التشغيل المباشر (DOL)، استقرار ضغط النظام ضمن نطاق ضيق، وتكامل أتمتة لإدارة الضاغط.
لحل
تم التعاقد مع Goalliance لتصميم وتسليم تحديث كامل بمحولات التردد المتغير من INOVANCE عبر جميع ضواغط Sullair الأربعة، باستبدال البادئات الناعمة الحالية بنظام تحكم بمحولات التردد المتغير مُهندَس لهذا الغرض، يتضمن منطق تحكم خاص بالضاغط، وإدارة ضغط النظام، وتنسيق متعدد الضواغط.
اختيار محول التردد المتغير وتوافق الضاغط
تم اختيار محركات سلسلة INOVANCE MD500 لجميع وحدات الضاغط الأربع — وحدات 160 كيلوواط مزودة بمحركات MD500-4T160G ووحدات 110 كيلوواط بمحركات MD500-4T110G. اختيرت سلسلة MD500 خصيصًا لهذا التطبيق لعدة أسباب: خوارزميات التحكم في المحرك المُحسَّنة للضاغط المُدمجة فيها التي تأخذ في الحسبان خصائص عزم الدوران المتغير-السرعة لأحمال الضاغط اللولبي، ووظيفة البدء أثناء الدوران (flying start) التي تتيح للمحرك إعادة الاشتباك بسلاسة مع دوّار ضاغط متباطئ بحرية دون تأخير البحث عن السرعة — وهو أمر مهم للتعافي السريع من انقطاعات التيار اللحظية في مصنع عملية مستمرة — وقدرة البحث المتقدم عن السرعة وإعادة التشغيل التلقائي الضرورية للحفاظ على استمرارية إمداد الهواء المضغوط في منشأة لا يمكن للإنتاج فيها تحمّل انخفاضات ممتدة في ضغط الهواء.
لتحكم في السرعة المتغيرة بناءً على الضغط
منطق التحكم المركزي المُنفَّذ عبر الضواغط الأربعة جميعها يعمل على استراتيجية تحكم بنطاق ضغط النظام مع نطاق ميت ضغطي ضيق ±0.05 بار حول نقطة ضبط ضغط النظام المستهدف 7.5 بار(g). كل ضاغط عامل يُعدّل سرعته باستمرار بين 40% و100% من السرعة المُقيَّمة للحفاظ على ضغط النظام ضمن هذا النطاق — موصِّلًا حجم الهواء المضغوط الذي يحتاجه المصنع تمامًا في أي لحظة دون دورات تجاوز الضغط ونقصه التي تميّز تحكم التحميل/التفريغ.
لتشغيل/الإيقاف التلقائي وميزان الحمل متعدد الضواغط
مع توفر أربعة ضواغط، يُنفّذ نظام التحكم استراتيجية تسلسل قائمة على الطلب تُحدد عدد الضواغط العاملة وسرعتها بناءً على إجمالي طلب الهواء في النظام. عند الطلب المنخفض — مثل خلال تغيير المناوبات أو نوافذ الصيانة — يعمل ضاغط رئيسي واحد بقدرة 160 كيلوواط بسرعة متغيرة لتغطية الحمل. مع زيادة الطلب واقتراب الضاغط الرئيسي من 90% من السرعة، يُجلب ضاغط متابع تلقائيًا إلى الإنترنت وتتشارك الوحدتان الحمل بسرعات فردية مُخفّضة. عند الطلب الذروي، تعمل ثلاثة أو جميع الضواغط الأربعة في وقت واحد، يُعدّل كل منها السرعة لتقاسم الحمل الإجمالي بالتساوي.
كامل نظام إدارة الهواء المضغوط للمصنع
تم دمج نظام التحكم بمحول التردد المتغير للضاغط مع نظام إدارة هواء المصنع الخاص بالمنشأة عبر Modbus TCP، مما يُوفّر لمنصة إدارة الطاقة المركزية بيانات في الوقت الفعلي عن سرعة الضاغط، وتيار المحرك، واستهلاك الطاقة، وضغط التفريغ، ودرجة حرارة التفريغ، وتدفق الهواء في النظام لكل وحدة. وظيفة تعديل نقطة ضبط الضغط الآلية تتيح لفريق التحكم في عملية المصنع رفع أو خفض هدف ضغط النظام عن بُعد من غرفة التحكم المركزية استجابةً لمتطلبات مرحلة الإنتاج المتغيرة — على سبيل المثال، خفض نقطة ضبط الضغط خلال مرحلة التسخين عندما يكون طلب هواء الأداة أقل، واستعادة نقطة ضبط الضغط الكاملة قبل بدء تشغيل الإنتاج في الحالة المستقرة.
لنتائج
- توفير الطاقة الإجمالي لمحطة الهواء المضغوط: 43% مقارنة بخط أساس البادئ الناعم قبل التحديث
- توفير الطاقة في فترة الطلب الذروي: 28% — حتى عند الحمل العالي، يُحقّق إلغاء خسائر خنق صمام المدخل توفيرًا كبيرًا مقارنة بالتشغيل بسرعة ثابتة
- تحسّن استقرار ضغط النظام من ±0.3 بار تحت تحكم التحميل/التفريغ إلى ±0.05 بار تحت تحكم نطاق ضغط محول التردد المتغير
- تم تمديد فاصل استبدال لوح صمام الضاغط من كل 7 أشهر إلى أكثر من 28 شهرًا بعد إلغاء الدوران الحراري للتحميل/التفريغ
- تم تمديد عمر مجموعة المحامل في الخدمة — تم تأجيل أول صيانة شاملة كبيرة للمحامل بحوالي 2.5 سنة بعد الجدول المتوقع قبل التحديث
- انخفض استهلاك زيت الضاغط بنسبة 22% بسبب إلغاء الدوران الحراري المفرط وانخفاض درجة حرارة التشغيل عند سرعات الحمل الجزئي
- فترة استرداد الاستثمار الكاملة: 18 شهرًا
