کنترل‌کننده‌هاي PLC با صرفه‌جويي در مصرف انرژي براي به‌روزرساني کارخانه‌هاي سبز

چگونه صرفه‌جویی در مصرف انرژی PLC کنترل‌کننده‌ها به بهبود بهره‌وری صنعتی کمک می‌کنند

مکانیسم‌های اصلی کنترل‌کننده‌های PLC با کارایی انرژی در اتوماسیون صنعتی

کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی، یا به اختصار PLCها به کاهش مصرف انرژی کمک می‌کنند، چون به صورت خودکار بر اساس شرایط فعلی در حال کار، تنظیم می‌شوند. سیستم‌های سنتی با رله ها فقط به طور مداوم کار کنند، اما در واقع فناوری مدرن PLC باعث می‌شود موتورها و سیستم‌های تهویه هوا به جای اینکه سخت‌تر کار کنند، باهوش‌تر کار کنند. به کارخانه‌های بطری‌کاری نگاهی بیندازید که امروزه به طور گسترده از PLC استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها قادرند در زمانی که محصول کمی از خط عبور می‌کند، نوارهای نقاله را کند کنند، که این امر در زمان‌های کم‌فعالیتی برق بسیار زیادی را ذخیره می‌کند. یک مزیت بزرگ دیگر این است که این کنترل‌کننده‌ها می‌توانند مشکلات را در مراحل اولیه شناسایی کنند. با بررسی مواردی مانند ارتعاشات غیرعادی موتورها یا الگوهای گرمایی عجیب، تیم‌های نگهداری و تعمیرات را در مورد خرابی‌های احتمالی مطلع می‌کنند، خیلی پیش از اینکه چیزی واقعاً دچار مشکل شود. این موضوع به معنای کاهش مصرف انرژی هدررفته در اثر تعمیرات اضطراری و زمان‌های توقف است.

اتصال به سیستم‌های مدیریت انرژی هوشمند برای بهینه‌سازی در زمان واقعی

PLCهایی که انرژی را ذخیره می‌کنند، مانند مراکز کنترل در شبکه‌های صنعتی متصل به اینترنت اشیا عمل می‌کنند و با دستگاه‌های هوشمند ارتباط برقرار می‌کنند حسگرها برای مدیریت نحوه توزیع انرژی بین ماشین‌ها. به عنوان مثال زمانی که یک PLC با اینورترهای خورشیدی و سیستم‌های باتری کار می‌کند تا اطمینان حاصل شود که در زمان‌هایی که قیمت برق بالاتر است، ابتدا از انرژی تجدیدپذیر استفاده شود. با چنین سامانه‌ای، کارخانه‌های تولیدی می‌توانند وظایف کمتر ضروری را به زمان‌هایی با تقاضای پایین‌تر منتقل کنند و در عین حال الزامات ISO 50001 در مورد بهره‌وری انرژی را رعایت کنند. کارخانه‌هایی که این روش را پذیرفته‌اند، اغلب شاهد کاهش 12 تا 18 درصدی صورت‌حساب‌های ماهانه خود هستند، صرفاً به این دلیل که مصرف سنگین خود را در دوره‌های گران‌قیمت کاهش داده و مصرف خود را به شیوه‌ای هوشمندانه‌تر پخش کرده‌اند.

بینش داده: PLCهای بهره‌ور انرژی مصرف برق سیستم‌های کنترل را تا 30 درصد کاهش می‌دهند (IEA، 2023)

طبق داده‌های منتشر شده توسط آژانس بین‌المللی انرژی در سال گذشته، سیستم‌های اتوماسیون PLC زمانی که به سه حوزه اصلی نگاه می‌کنیم، تأثیر قابل توجهی در کاهش هزینه‌های انرژی صنعتی دارند. این کنترلرهای منطقی برنامه‌پذیر با حذف عملیات غیرضروری ماشین‌آلات و تنظیم دقیق عوامل توان در حال حرکت، باعث افزایش تقریباً ۳۰ درصدی بهره‌وری می‌شوند. تنها در کشورهای گروه G20، چنین کنترلرهایی به طور سالانه حدود ۱۴ میلیون تن دی‌اکسید کربن را از وارد شدن به اتمسفر جلوگیری می‌کنند، بخاطر کنترل دقیقی که بر مصرف انرژی در کارخانه‌ها و مراکز تولید دارند. این نوع تأثیر نشان می‌دهد چرا تولیدکنندگان زیادی به فناوری PLC روی می‌آورند تا هم صرفه‌جویی در هزینه داشته باشند و هم مزایای محیط زیستی.

به‌روزرسانی سیستم‌های قدیمی: PLCها به عنوان محرک‌هایی برای ارتقای کارخانه‌های سبز

کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر (PLC) باعث تبدیل زیرساخت‌های صنعتی قدیمی به مراکز تولید انعطاف‌پذیر و کارآمد از نظر مصرف انرژی می‌شوند. با جایگزینی سیستم‌های قدیمی با معماری‌های هوشمند PLC، تولیدکنندگان کاهش قابل‌توجهی در هدررفت انرژی را تجربه می‌کنند در حالی که ادامه‌داری عملیات را حفظ می‌کنند.

به‌روزرسانی زیرساخت‌های قدیمی با ادغام هوشمند PLC

کنترل‌کننده‌های PLC مدرن سه محدودیت اصلی سیستم‌های قدیمی را حل می‌کنند:

تولیدکنندگان برجسته گزارش می‌دهند که با ارتقاء مدولار کنترل‌کننده‌های قدیمی به PLCهای دارای قابلیت اتصال OPC UA (معماری یکپارچه)، بازگشت سرمایه ۱۸ تا ۲۲ درصد سریع‌تر می‌شود. این ارتقاءها امکان پیاده‌سازی مراحله‌ای را فراهم می‌کنند و زمان توقف تولید در طی انتقال به اتوماسیون هوشمند را به حداقل می‌رسانند.

مطالعه موردی: کاهش ۴۰ درصدی مصرف انرژی در یک کارخانه خودروسازی آلمانی از طریق اتوماسیون مبتنی بر PLC

یک تأمین‌کننده خودرویی از سطح Tier 1 با ادغام PLCهای هوشمند در ۱۷ سلول تولیدی، موفق به دستیابی به صرفه‌جویی سالانه ۱۲٫۷ گیگاوات ساعتی در مصرف انرژی شد. مداخلات کلیدی شامل:

• تعادل‌دهی پویای بار برای بیش از ۳۰۰ عملگر پنوماتیکی
• الگوریتم‌های نگهداری پیش‌بینانه که موجب کاهش ۲۸ درصدی زمان کارکرد کمپرسور شدند
• دنباله‌های خاموش‌کردن خودکار در ساعات غیرفعالی تولید

این پروژه سرمایه اولیه ۲٫۱ میلیون یورویی خود را در مدت ۱۴ ماه بازیابی کرد و همچنین ۲۴۰۰ تن معادل کربنی از انتشارات دسته دو کاست.

هماهنگ‌سازی ارتقاءهای PLC با اهداف ESG شرکتی و پایداری خنثی‌سازی کربن

بر اساس نتایج بررسی‌های 2023 در زمینه پایداری، 79٪ از شرکت‌های صنعتی اکنون به‌روزرسانی PLC را در راهبردهای ESG خود اولویت می‌دهند. کنترل‌کننده‌های با کارایی انرژی به‌صورت مستقیم در سه معیار کلیدی موثر هستند:

1. کاهش شدت کربنی : کاهش متوسط 32٪ در واحد تولید
2. سازگاری با RE100 : سازگاری بهتر با ریزشبکه‌های خورشیدی/بادی
3. تولید بازچرخه‌ای : افزایش 45٪ در طول عمر تجهیزات از طریق کنترل‌های مبتنی بر شرایط

با ترکیب به‌روزرسانی‌های PLC با استانداردهای مدیریت انرژی ISO 50001، تولیدکنندگان به‌صورت سیستماتیک بهبودهای خودکارسازی را به پیشرفت‌های قابل‌اثبات در زمینه پایداری تبدیل می‌کنند.

فناوری‌های پیشرفته PLC در حال پیشبرد صنعت 4.0 و بهینه‌سازی هوشمند انرژی

منطق تطبیقی مبتنی بر هوش مصنوعی در PLCها برای بهینه‌سازی دینامیک انرژی

امروزه کنترل‌کننده‌های PLC بسیار هوشمند شده‌اند، این هوشمندی بسیاری از مصارف انرژی در کارخانه‌ها را کاهش می‌دهد. ماشین‌های هوشمند به صورت همزمان به گذشته عملکرد و اتفاقات جاری در خط تولید توجه می‌کنند. آن‌ها می‌توانند زمانی که تقاضا به طور غیرمنتظره‌ای افزایش یا کاهش یابد، الگوی توزیع برق را به سرعت تغییر دهند. طبق گزارش اخیری که سال گذشته توسط آژانس بین‌المللی انرژی منتشر شده است، این سیستم‌های به‌روزرسانی شده PLC در بیشتر خطوط تولید، ۲۲ تا ۲۷ درصد در هزینه‌های انرژی مربوط به کمپرسورها و نوارهای نقاله صرفه‌جویی می‌کنند. این موضوع به چه معناست؟ کارخانه‌ها حتی در شرایطی که تغییرات ناگهانی در برنامه‌های تولید رخ دهد یا خرابی‌های غیرمنتظره‌ای در تجهیزات پیش آید، همچنان کارایی خود را حفظ می‌کنند. برخی از کارخانه‌ها گزارش داده‌اند که بدون کاهش قابل توجه در بهره‌وری، به کار خود در شرایط بحرانی ادامه داده‌اند.

PLCها به عنوان محرک تحلیل‌های انرژی در زمان واقعی در تولید هوشمند

با ادغام سنسورهای اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT) و پلتفرم‌های محاسبات لبه‌ای، کنترل‌کننده‌های منطقی قابل‌برنامه‌ریزی (PLC) امکان دسترسی دقیق به جریان انرژی در سطح دستگاه و زیرسیستم‌ها را فراهم کرده‌اند. یک پیاده‌سازی معمول کارخانه هوشمند، بیش از 15 هزار نقطه داده را در ساعت ثبت می‌کند و به اپراتورها این امکان را می‌دهد تا:

• شناسایی فرآیندهای مصرف‌کننده انرژی زیاد از طریق نقشه‌های حرارتی
• تشخیص انحرافاتی مانند بارگذاری بیش از حد موتورها 1.8 ثانیه سریع‌تر از نظارت دستی
• بهینه‌سازی برنامه‌های کاری سیستم‌های گرمایشی، تهویه و روشنایی بر اساس الگوهای اشغال

این شفافیت داده‌ای به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا 12 تا 18 درصد صرفه‌جویی سالانه در مصرف انرژی را بدون کاهش بهره‌وری تولید به دست آورند.

روند: افزایش نقش هوش مصنوعی و سیستم‌های هوشمند در بهره‌وری انرژی صنعتی

بر اساس تحقیقات MarketsandMarkets در سال 2024، تقاضای جهانی برای کنترل‌کننده‌های صنعتی مجهز به هوش مصنوعی تا سال 2030 حدود 23.7 درصد در سال افزایش خواهد یافت، عمدتاً به این دلیل که دولت‌ها در مورد انتشار کربن سخت‌گیرانه‌تر شده‌اند و قیمت‌های انرژی به طور مداوم نوسان می‌کنند. تولیدکنندگان خودروی بزرگی که در رده بالا قرار دارند، مشاهده کرده‌اند که هزینه‌های انرژی پس از نصب این سیستم‌های هوشمند PLC که از راهنمایی‌های ISO 50001 برای مدیریت انرژی پیروی می‌کنند، بین 30 تا حتی 40 درصد کاهش یافته است. چیزی که این فناوری را جذاب می‌کند این است که به کسب‌وکارها این امکان را می‌دهد تا اهداف زیست‌محیطی خود را برآورده کنند و در عین حال هزینه‌های روزانه خود را کاهش دهند. اعداد و ارقام داستان جالبی را نیز روایت می‌کنند؛ شاید تا 12.6 میلیارد دلار سود در بخش‌های صنایع سنگین وجود داشته باشد اگر شرکت‌ها این تغییر را انجام دهند.

همافزایی IIoT و PLC برای نظارت و کنترل دقیق انرژی

سیستم‌های PLC امروزی از طریق IIoT به هم متصل می‌شوند تا مصرف انرژی را در سراسر تجهیزات کارخانه به دقت پیگیری کنند. وقتی واحدها شبکه‌های سنسور را با استفاده از استانداردهایی مانند OPC UA نصب می‌کنند، داده‌های زنده‌ای درباره مقدار برق مصرفی هر دستگاه به دست می‌آورند. این موضوع برای مدیران کارخانه به معنای این است که می‌توانند متوجه شوند کجا انرژی هدر می‌رود - به عنوان مثال، فشرده‌کننده‌ها خیلی طولانی کار می‌کنند یا موتورها وقتی نیازی نیست، برق اضافی می‌کشند - و سپس رفع خودکار مشکل را مستقیماً از داخل خود برنامه‌ریزی PLC تنظیم کنند. سیستم در واقع خودش به یک نگهبان هوشمند برای مسائل بهره‌وری تبدیل می‌شود.

اتصال PLC به سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر و شبکه‌های هوشمند

کنترلرهای پیشرفته PLC اکنون از طریق دروازه‌های ارتباطی استاندارد به صورت مستقیم با آرایه‌های خورشیدی، توربین‌های بادی و زیرساخت‌های شبکه هوشمند ارتباط برقرار می‌کنند. این جریان داده دوطرفه به کارخانه‌ها این امکان را می‌دهد که:

• خرید انرژی را بر اساس سیگنال‌های قیمتی شبکه بهینه کنند
• بارهای غیرضروری را به صورت خودکار به ساعات غیر اوج منتقل کنند
• در دوره‌های با تقاضای بالا، تولید انرژی تجدیدپذیر در محل را اولویت دهید
  چنین یکپارچه‌سازی‌هایی به تولیدکنندگان کمک می‌کنند تا وابستگی خود را به سوخت‌های فسیلی کاهش دهند در حالی که زمان کارکرد تولید را حفظ می‌کنند.

ساخت کارخانه‌های پاسخگوی شبکه: آینده تولید پایدار

کارخانه‌های هوشمند در سراسر کشور شروع به پذیرش رویکردهای پاسخ به تقاضا مبتنی بر PLC کرده‌اند که به‌صورت هماهنگ با شبکه‌های برق محلی کار می‌کنند. زمانی که کمبود برق رخ می‌دهد، این سیستم‌های PLC به‌صورت خودکار عملیات غیرضروری را کاهش می‌دهند یا منابع پشتیبان برق را به‌کار می‌گیرند. دیگر نیازی نیست کسی در مواقع بحران به‌دور از کلیدها بچرخد. مزیت واقعی اینجا تنها صرفه‌جویی در هزینه‌های قبض نیست. این سیستم‌های خودکار در واقع به حفظ ثبات تأمین برق منطقه‌ای در شرایط بحرانی کمک می‌کنند. مکان‌های صنعتی به شریکی در حفظ قابلیت اطمینان شبکه تبدیل می‌شوند نه فقط مصرف‌کننده انرژی.

‫سوالات متداول‬

PLC چیست؟

یک PLC یا کنترل‌کننده منطقی قابل‌برنامه‌ریزی، یک کامپیوتر دیجیتال است که برای اتوماسیون فرآیندهای الکترومکانیکی مانند کنترل ماشین‌آلات در خطوط مونتاژ کارخانه استفاده می‌شود.

کنترل‌کننده‌های PLC صرفه‌جویی در انرژی چگونه کار می‌کنند؟

کنترل‌کننده‌های PLC صرفه‌جویی در انرژی با تطبیق عملیات به‌صورت زنده بر اساس شرایط فعلی، بهینه‌سازی مصرف انرژی و شناسایی ناکارآمدی‌ها به‌منظور کاهش هدررفت انرژی کار می‌کنند.

مزایای ادغام PLCها با سیستم‌های مدیریت هوشمند انرژی چیست؟

ادغام PLCها با سیستم‌های مدیریت هوشمند انرژی امکان توزیع بهتر انرژی بین ماشین‌آلات را فراهم می‌کند، استفاده از انرژی تجدیدپذیر را در اولویت قرار می‌دهد و هزینه‌های تقاضای اوج را کاهش می‌دهد که منجر به صرفه‌جویی در هزینه و بهبود کارایی انرژی می‌شود.

سیستم‌های PLC چگونه به پایداری و اهداف ESG کمک می‌کنند؟

PLCها با کاهش مصرف انرژی و انتشار کربن، افزایش سازگاری با انرژی‌های تجدیدپذیر و افزایش عمر تجهیزات به پایداری و اهداف ESG کمک می‌کنند.