丰田发动机工厂通过新的空气压缩机控制系统降低能源成本

遏制排放

您可能听说过零排放汽车，但零排放汽车的生产过程又如何呢？

这就是丰田的愿景，作为世界上最大的汽车制造商之一，丰田的“2050 环境挑战”呼吁公司在 2050 年之前消除其全球生产工厂的二氧化碳排放。

为了实现这些宏伟目标，丰田正在采取措施减少能源使用并转向可再生能源。正如该公司位于阿拉巴马州亨茨维尔的工厂所证明的那样，这些努力不仅帮助丰田缩小了环境足迹，而且还使其受益于底线。
 

能源成本飙升

亨茨维尔工厂为 Tacoma、Tundra 和 Highlander 等畅销丰田车型制造发动机。工厂工人接收在其他工厂铸造的发动机部件，对其进行加工并组装成发动机，然后将其运往其他工厂安装到汽车上。

工厂的空气压缩系统对生产过程至关重要。该系统主要由五台大型离心式空气压缩机组成，为占地 120 万平方英尺的工厂提供空气，以支持各种机器过程、自动化和干燥发动机组件。

压缩空气 (CA) 系统本质上是高能耗系统。亨茨维尔工厂的系统也不例外；它占据了工厂年能源成本的 25%。

传统控制系统使得系统的能耗远远超出所需。老化的控制系统启动压缩机的速度很慢，无法使它们作为一个集成系统协同工作，也没有足够的 CA 储备来应对高峰期的空气需求。

由于这些限制，团队成员不得不让压缩机全天候运行，以确保有足够的空气容量来应对工厂中短暂、偶尔出现的需求激增。

“机器正常运行至少需要 81 PSI 的压力，”丰田工厂专家 Eddy Kiggen 说。“但由于压缩机启动需要很长时间，我们不得不保持 91 PSI 的压力，以确保 81 PSI 的低 CA 压力不会导致故障。”

工厂的电力合同带来了更多挑战。合同规定，在高峰用电时段消耗的能源费用更高。当团队成员需要在这些时段启动大型压缩机以保持工厂满负荷运转时，单台机器的启动就可能使工厂的电费增加一天的能源费用的 100%。
 

局部和全厂升级

为了控制能源成本并支持其 2050 年能源计划，丰田汽车制造公司阿拉巴马分公司 (TMMAL) 决定升级工厂的空气压缩机控制系统。

为完成这项工作，他们求助于 IZ Systems 和 Case Engineering，这两家公司是罗克韦尔自动化 PartnerNetwork 计划中的机器制造合作伙伴。该公司提供了一个包含本地和全厂控制的两部分解决方案。

在本地，Case 将五台大型压缩机上的控制器移植到其 AirLogix 控制解决方案。该解决方案基于 CompactLogix 控制平台，并包括一个 PanelView Plus 7 操作员界面，为工作人员提供每台压缩机的性能和诊断数据。

在工厂层面，Case 使用其 AirMaster 负载共享解决方案创建了一个主空气控制系统。该解决方案基于 ControlLogix 平台，并使用 FactoryTalk View SE 软件进行数据采集和可视化。Case 与 IZ Systems 合作，后者还安装了一个 5,000 加仑的储罐，用于将 500 PSI 的 CA 提升到允许系统恢复时间而不发生故障的水平。

调节阀在空气需求量高的时期输送空气。这些储存的空气在需要额外的离心式机器来满足工厂的空气需求时提供平稳的过渡。
 

加速储蓄

新的、更高效的空气压缩机控制系统帮助亨茨维尔工厂每年减少了近 100 万千瓦时的能源使用量。这还不包括在高峰用电时段避免启动所节省的能源。

因此，工厂在不到两年的时间里就收回了新控制系统的投资。

“我们已经能够将系统的设定值从 91 PSI 降低到 85 PSI，”Kiggen 解释道。“这就是该项目节省成本的主要来源。”

更新后的本地控制系统通过提高每台机器的节流能力，使压缩机的运行效率高于传统控制系统。新的主控制器监控压力和气流，将启动或停止压缩机以匹配需求。在压缩机上线时，它将从高压储气罐中抽取压缩空气，抵御需求激增并防范潜在问题。

“现在的设置方式确保了储罐中始终有足够的压力来应对任何压力下降或压缩机故障，”Kiggen 说。“即使我们尝试启动的下一个压缩机出现故障，我们也可以启动另一个压缩机，工厂车间的人员根本察觉不到任何异常。”

新系统为工人提供趋势信息，以监控每台机器的气压和流量、能耗和关键数据，包括振动。由于这些信息几乎是实时提供的——这是团队成员以前所没有的——它有助于分析 CA 系统并在故障排除时提供帮助。

团队成员可以在每台机器上本地查看信息，作为其日常操作监控的一部分。丰田和 Case Engineering 可以使用远程访问从任何地方查看这些信息。

“继电力之后，空气是我们最重要的公用设施，因此我们密切关注它，”Kiggen 说。“我每天都会查看数据，了解系统的运行情况并检查其效率。如果出现问题，例如压力下降或储罐低于某个水平，我会收到一条短信。我们还希望与 Case 取得联系，让他们知道问题，以便他们可以在线立即解决问题。”

丰田正在考虑在其他地方复制该项目，以实现类似的节能效果，同时继续推动实现零二氧化碳排放的目标。

Kiggen 表示：“在汽车制造过程中实现零二氧化碳排放是一项非常艰巨的任务。现在，我们正试图在转向可再生能源之前尽可能地节约能源。对于这家工厂来说，这些控制系统升级是我们很长一段时间以来最成功的能源项目。”

上述结果是丰田将罗克韦尔自动化产品和服务与其他产品结合使用的具体情况。其他客户的具体结果可能有所不同。