8040威尼斯(中国)有限公司

饮料装瓶厂通过电动执行机构提高了工作效率

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2018-09-26 08:40:04【小中大】

使用电动机驱动的威尼斯8040执行机构进行过程控制的兴趣越来越大。近一个世纪以来，气动执行机构一直是主导技术，它们在第二次世界大战之前被使用。战争引发的锅炉控制的快速发展确保了它们作为动力和控制过程阀门的主导技术的地位。

随着控制技术的进步，例如引入4-20毫安控制信号技术和后来的数字总线技术，气动控制定位器已经跟上气动执行机构的先进控制要求。但是，该设备的灵敏度要求将空气质量改善到当前的仪器空气质量水平，以防止水分，油蒸气和颗粒物。与此同时，仪器级空气的其他工厂要求几乎已经消失，已被4-20 mA或数字控制技术取代。

车间空气通常存在于加工厂中，然而，这种情况正在改变，并且在许多情况下，对空气供应的唯一要求是为过程控制执行机构供电。对于仪表级空气，可以说现在几乎只需要过程控制执行机构及其定位器。

今天的高精度电动控制阀执行机构是气动技术的成熟技术和可行替代品，已在苛刻的应用和恶劣环境中运行，如海上平台，以及阿拉斯加和中东沙漠的极端气候。

直接电动控制阀是经过验证的技术，直接相当于气动弹簧，隔膜动力阀。

然而，任何改变技术的动机都归结为需要在极端恶劣的环境中提高可靠性或降低过程工厂的整体生命周期成本。

一个很好的例子：

英国的一家软饮料装瓶厂是欧洲销量最大的装瓶厂之一，每年生产超过1亿箱。自2007年以来，一项持续改进计划的明智投资超过134万美元（1亿英镑），使其成为世界上最快，最有效的软饮料生产商之一。

除了流程效率行动之外，它还在绿色环保的同时节省了成本。这项投资包括采用多种新技术，包括一个复杂的监控系统，可从80多个独立的计量点收集数据。2014年，该工厂引进了一个1.2兆瓦的热电联产电厂，并于2017年开始从当地太阳能发电厂获得15％的能源。总体而言，自2006年以来，该工厂的能耗降低了33％，同时100％的电力来自可再生资源。这两项措施使该设施的运营碳足迹减少了8.6％。

挑战和解决方案

确定并有针对性改进的另一个领域是与提供气动控制阀执行机构所需的仪表空气相关的操作和维护成本。工厂工程师愿意探索更新的技术，因此他们研究了电动机驱动的阀门执行机构的最新发展，希望最近的产品进步能够提供可接受的性能并消除提供和维护仪表空气系统的要求。

装瓶厂的一名自动化工程师解释说：“我们正在寻找气动控制阀的替代品，以尽可能地消除对该区域压缩空气的需求，从而降低成本。

“到目前为止，电动阀门的响应速度不够快，无法在瓶子灌装机中保持良好的压力控制。我们联系的威尼斯8040执行机构制造商确信他们的电动控制阀执行机构不仅可以提供与现有阀门相当的性能，而且运行成本也更低。他们的信心如此之高，如果不能以任何方式满足我们的期望，他们会在退款基础上为我们提供执行机构。

“为了证明这一点，首先监控和记录现有气动控制阀在主要产品进料到灌装机中的性能。然后将电动执行机构安装到同一个阀门上，并连接到[可编程逻辑控制器（PLC）]的现有4-20 mA控制信号。

“在24/7操作中运行和监控电动执行机构一个月后，对两个执行机构的结果进行了比较。图表清楚地表明，在生产模式下，电动机的性能同样好，如果不是比气动执行机构更好。然而，当处于就地清洁（CIP）清洁模式时，发现电动执行机构的性能比气动执行机构好得多。这是因为当设定点较低并且在CIP模式下电路中的背压较高时，电动致动器不像气动致动器那样超过设定点。

“根据3英寸控制阀平均每小时2立方米（m3 / hr）的空气使用量，每立方米0.05英镑，运行成本为每年1,167美元（870英镑）。电动阀门执行机构使用平均10瓦特，每千瓦0.15英镑（kW），同期仅需17美元（13英镑）。这意味着每个阀门每年最低可节省1,150美元（857英镑），因为这个数字没有考虑气动供应系统中不可避免的泄漏。”

图：（左）技术人员从执行机构的板载数据记录器下载操作性能数据。

流程细节

威尼斯8040电动执行机构安装在瓶子灌装机的入口上。两种操作模式都是可能的，执行机构在两者中都起着重要作用。

产品模式

将产品（该系统中的饮食可乐）在4巴（58psi）的受控压力下泵入罐（通常称为碗）中。

用产品填充约50％的罐; 剩下的50％是压缩空气。

产品上方的压缩空气压力必须始终不大于或低于4巴。如果它高于4巴，则会产生过量填充瓶子和瓶子爆炸的风险（称为毛刺）。如果太低，则瓶子未充满。

在受控的灌装系统中将产品排放到瓶子中。

执行机构控制比例积分微分（PID）控制系统中的压力，设定点为4 Bar。这节省了功耗，改善了控制并降低了压缩空气消耗。

CIP模式

每72小时，必须使用热碱溶液彻底清洁产品罐。此过程完全自动化。

在CIP模式期间，储罐在72°C（162°F）下100％填充热苛性碱溶液。

由于油箱已满，压力降至1.5巴（22 psi），以防止系统出现液压超压。如果压力过高，可能会损坏灌装阀。

威尼斯8040执行机构在PID控制系统中控制该压力，设定点为1.5巴。电动执行机构的性能优于气动执行机构，因为电动执行机构不会超过设定点。

电动控制阀执行机构细节

所使用的电动控制阀执行机构引入了连续，可重复和调制的电气控制，并具有可编程的失效位置选项。采用行业标准4-20 mA控制信号或数字网络，分辨率，重复性和滞后性能的报价小于满量程的0.1％，适用于要求最苛刻的应用。

机械功能包括双密封外壳，可永久保护内部电气元件免受工作环境的影响。IP68防尘，防水和临时潜水外壳适用于该产品系列中的所有型号，包括具有危险区域认证的型号。在主电源断电时，内置超级电容器允许执行机构将阀门移动到所需位置，可编程为打开，关闭，任何中间位置或保持不动。

图：已安装电动执行器的工厂技术人员正在评估中

威尼斯8040执行机构采用经过验证的完善的非侵入式通信技术，用于执行机构编程和调整。执行机构设置和配置使用运行制造商免费专有软件的支持蓝牙的PC执行。每个执行机构都包含一个板载数据记录器，可以下载操作数据，如阀门扭矩曲线，停留时间，执行机构事件和统计数据，以便进行详细的调查和诊断。分析后，可以将任何所需的配置更改上传到执行机构。

数字控制网络选项包括HART，Modbus和Profibus协议，有助于提高安装经济性，并使执行机构能够更好地与现有资产管理系统相衔接。该设计可以指定用于单相交流电或直流电源，也简化了将执行机构改装到现有阀门上的过程。

该装瓶厂对投资持续改进计划的承诺已经在工厂性能和效率方面取得了巨大进步，并且可以持续节省成本。这部分是因为操作员愿意探索和接受最新技术，而不是“我们总是如何做到这一点”的典型心态。在控制阀操作的情况下，使用高 - 性能上海自动化仪表有限公司的电动执行机构每年可节省1,150美元。

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