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Jul 14, 2023

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Il produttore di attrezzature per l'impilaggio Forpak ha ideato un test per determinare lo stato attuale della tecnologia.

スタッキング機器メーカーの Forpak は、特に冷凍食品のスタッキングとレーンニングの用途において、既存の空気圧アクチュエータが新しいメカトロニクス サーボ技術とどのように比較できるかを確認するテストを考案しました。 これらが結果です。

Forpak のエンジニアリング マネージャーである Dave Brownson は、30 年以上前に食品スタッキング機器 OEM が開業したときに同社に採用された最初のエンジニアでした。 同社で 30 年間エンジニアとして働いてきたブラウンソン氏は、空気圧が Forpak 機械用途向けの唯一のアクチュエータ ゲームだった時代を思い出します。 彼はまた、約 6 ～ 7 年前に、既存の空気圧技術に代わってリニア サーボが初めて導入されたことを思い出します。

「当社が抱えているプロジェクト用の IP69K ソリューションを探していたので、ベンダーに相談したところ、[リニア ドライブ システム サプライヤー] LinMot を思いつきました」と彼は言います。 「私は彼らに紹介されましたが、私たちは過去を振り返ったことはありません。」

最近ではブラウンソン氏は、全電気式で空気圧アクチュエーターを使用しないスタッカーの構築を目指しています。 しかし、適切なサイズと形状のリニアモーション技術が準備されるまで待つ必要がありました。彼の用途に適合するものは市場に存在しませんでした。

「私はピーター（リンモット社のザフィーロ氏）にどんどん小型のモーターを作るよう勧め続けましたが、彼は私に『何個買うの？』と尋ねました」とブラウンソン氏は振り返る。 「私はこう答えました。『それで、何個作れるでしょうか？』 全電気式のスタッカーを作ることができれば、効率は本当に上がるでしょう。」

ブラウンソン氏は、最近の PACK EXPO で、その役割を果たす LinMot プロトタイプをついに目にしました。 Forpak は現在、空気圧技術を使用しない 100% 電気式の機械を開発中です。 この新型マシンは、2022年10月23日から26日にシカゴで開催されるPACK EXPO Internationalに展示される予定だ。

空気圧はどこにも行かず、制御と自動化ツールキットにしっかりと組み込まれていることに言及するのは当然です。 また、爆発性環境など、安全上の理由から空気圧を必要とする作業もあるため、空気圧を電動に切り替えることが常に可能であるとは限りません。

それでもブラウンソン氏は、LinMot リニア サーボ モーターがエネルギーを節約し、特定のアプリケーションや顧客ベースにとって非常に効率的であると述べ、全電気モデルの生産を模索しました。 さらに、摩耗アイテムが比較的少ないため、総所有コストが低くなり、その結果、ダウンタイム、特に予期しないダウンタイムが減少します。 彼の経験によれば、これらの要素は、Forpak の CPG およびブランド所有者の顧客にとって魅力的な現実世界の長期的な節約をもたらします。

しかし、これまでのところ、それはブラウンソン氏の逸話的な経験、つまりある男性の意見にすぎません。 効率と省電力をテストするために、ザフィロ氏はブラウンソン氏のほか、リンモットの製造代理店であるハミルトン・オートメーションのジョエル・ガイゼル氏とアダム・シャンク氏、そしてリンモットの販売代理店であるヴァン・メーター社のJB・コルテ氏に協力を依頼した。 OEM、オートメーション サプライヤー、ディストリビューターは共同で、全電動アクチュエーターと比較した空気圧アクチュエーターを使用した Forpak の機械のテストを考案しました。 その目的は、実際の電力消費量を確立し、実際のエネルギー節約データを作成することでした。以下に、このテストの結果を示します。

Forpak スタッカーは、上流の冷凍庫と下流のフローラッピング、袋詰め、または手作業による包装の間に存在する、焼き製品およびタンパク質の包装ラインのニッチな分野を占めています。 典型的な製品は冷凍ハンバーガー パティ、ワッフル、クッキーなどで、冷凍庫からランダムに、または半分整理されて出てきます。 その製品は、下流の包装機器用に方向付け、レーン分け、および積み重ねる必要があります。上記の Forpak スタッカー (モデル番号 – GSS5-8) は、製品の積み重ねに使用される空気圧水平シリンダーを備えた典型的な電動垂直スタッカーです。 スタッカーは、生産需要に応じて 3 ～ 10 レーンで製造できます。 テストモデルは 4 レーンユニット (モデル番号 – GSS5-4) でした。 この写真には、手動または下流の自動包装用に取り付けられた持ち帰りコンベアも示されています。

「スタッキングのスライド プレートとプッシュ部分は空気圧式でした。つい最近まで、常にそうでした」とブラウンソン氏は言います。 「LinMot が適切なサイズのアクチュエーターを開発したことで、従来の空気圧式と全電気式の両方を実行できるようになり、その違いを確認するためにこのテストを実行しました。」

Forpak は、チームが多くのエンド ユーザー サイトで稼働している一般的なスタッカー マシンにアクセスできるようにすることで支援しました。 スタッカー マシンは 4 レーンのマシンで、8 つの空気圧アクチュエータが水平方向に動作します。

Van Meter Inc. の Korte と Rockwell Automation Power Monitor 5000 の助けを借りて、実際の電力消費量が記録されました。 パワー モニターは、独立した高効率 7 cfm 電動エアコンプレッサーからのアンペア数、時間、kWh などのデータ ポイントを追跡しました。 チームはマシンを 30 分間実行し、10 ミリ秒ごとにサンプリングを行いました。 この設定では、シリンダーに供給される空気がコンプレッサーから非常に短時間で供給され、同じ空気供給で動作する他のデバイスがないため、空気圧ラインの損失は考慮されていません。

テスト チームは、テストの実行中に 1 つの制限、つまり PLC に保存できるデータ ポイントの数に遭遇しました。 そのため、取得されたデータは 15 分間の実行時間のものであり、平均電力は研究全体を通じて一貫していました。 時間ごとのカウントを達成するためにマシンをさらに 45 分間実行すると、データが変化しないことが証明されました。 コンプレッサーは60分間ずっと停止しませんでした。 したがって、チームは、60 分間全体で取得されたデータは、60 分間のテストに外挿された 15 分間のテスト データとほぼ同一であると確信していると述べています。 消費電力はテスト全体を通じて一貫して 5161 kWh でした。

テストメモ: テストは、Forpak の製造施設で 2021 年 11 月 2 日に完了しました。 これは、Hamilton Automation の Adam Shank と Van Meter Inc. の JB Korte が、Forpak の Dave Brownson の協力を得て完成させました。 結果の評価と分析は、Hamilton Automation の Joel Geisel によって完了されました。

LinMot の Lin Designer プログラムは、この特定の水平プッシャー アプリケーションを示し、LinMot アクチュエーターと同等の空気圧シリンダーの消費電力を計算します。 Lin Designer の空気圧シリンダの消費電力計算は、最も人気のある 2 つの空気圧シリンダ メーカーのエネルギー消費電力計算に基づいています。 これらは工場から直接の予想エネルギー消費率です。

この特定のサイクルについて、LinMot の Lin Designer プログラムは消費電力を 4575 kWh と推定しています。 テストでは、次のように 2 つの値のうち低い方を使用して、空気圧シリンダーのエネルギー運用コストを計算しました。

4575 kWh にフル負荷時の 1 kWh あたり 0.20 ドルを掛けると (テスト注: この値は通常、特に暦年のほとんどの日照時間のピーク追加料金期間にプラントが稼働する場合には、通常よりもはるかに高くなります)、シリンダーあたりの予想コストは 915 ドルとなります。年間 8,000 時間の稼働時間あたり。 この機械は 8 つの空気圧シリンダーを使用しているため、この特定の機械の運転コストは、年間 8,000 時間の運転あたり 7,320 ドルになります。

リニアモーターを備えた LinMot アクチュエーターを使用した同等のマシンでは、次のような消費電力結果が得られます。

同じサイクルでは、PS01-23x80F-HP-SSCP-R20 モーターの場合、175 mm サイクルで 200 ミリ秒、-175 mm サイクルで 200 ミリ秒、600 ミリ秒の滞留時間で 243 kWh という結果になりました。 243 kWh にフル負荷時 1 kWh あたり 0.20 ドルを掛けると、LinMot アクチュエータ 1 台あたり 48.60 ドルに相当します。 8 つのアクチュエータすべてを年間 8,000 時間動作させるには、388.80 ドルの費用がかかります。

ここでの節約額は、7,320 ドル (空気圧) から 388.80 ドル (電動) を引いたもの、つまり暦年あたり 6,931.20 ドルと計算されます。 プラントがより低い生産量、たとえば年間 6,000 時間のスケジュールで稼働する場合、節約できるのは暦年あたり 5,198.40 ドルになります。

Zafiro、Geisel、および Korte は、これらの値には、空気圧シリンダーが故障したときのメンテナンスや予期せぬダウンタイムのコストは含まれていないことに注意しています。

「このような失敗は、この研究のような頻繁なサイクリング用途でより一般的です」とブラウンソン氏は指摘する。 「空気圧シリンダーの交換には通常 30 ～ 90 分かかると推定され、一般的なプラントのダウンタイムは 1 時間あたり 15,000 ドルから 20,000 ドルに相当します。このテストでは考慮されていませんが、ダウンタイムは膨大です。」

「このタイプのアクチュエータを備えた機械部品はほとんどないため、発生する可能性のある摩耗の量は基本的に制限されます」とガイゼル氏は付け加えます。 「また、磨耗の量を制限することで、空気圧シリンダーに比べてメンテナンスの必要性が少なくなります。シールが壊れることはありません。空気が失われることもなく、安価なコンポーネントを頻繁に交換する必要もありません」摩耗や必要なダウンタイムはほとんどありません。」

テスト研究により、少なくともこの特定の用途では、8 つの空気圧シリンダーを稼働させる方が、8 つのリニアモーターを稼働させるよりもはるかに多くのコストがかかることが明らかになりました。 世界の 2 大空圧シリンダ メーカーのデータ* によると、二酸化炭素排出量の削減は 4,600 ポンドを超えることになります。 シリンダーあたり、または 36,000 ポンド以上この特定のマシンの年間 8,000 時間の稼働による CO2 排出量の削減。

これに 6,900 ドル以上相当の電気代の節約を加えると、ブラウンソン氏は感銘を受けました。 同氏は、このテストは 4 レーンの Forpack スタッカー マシンで行われたと指摘しています。 一般的な Forpak スタッカーは 6 ～ 10 レーンを使用します。つまり、これらのマシンの場合、レーンが増えると、節約効果がさらに高くなります。

「節約は期待していましたが、これほどの節約になるとは予想していませんでした」とブラウンソン氏は言う。 「これは、将来、PACK EXPO International で新しいマシンを展示するのに非常に役立ちます。また、将来の販売にも役立ちます。フロント側の所有コストが少し高くなることがわかります」しかし、マシンの寿命全体としては、それは短くなるでしょう。」 PW