Nel contesto della produzione ecologica, si è sviluppata la tecnologia di risparmio energetico della macchina per il taglio delle pellicole

Il fulcro della produzione ecologica è un modello di produzione moderno che considera in modo completo il consumo di risorse e l'impatto ambientale, garantendo al contempo funzionalità, qualità e costi del prodotto. Essendo un'attrezzatura chiave per la lavorazione di materiali a film sottile (come BOPP, BOPET, CPP, separatori per batterie al litio, ecc.), il consumo energetico delle macchine per il taglio di film è direttamente correlato ai costi operativi e alle prestazioni ambientali delle imprese di produzione. Pertanto, lo sviluppo di tecnologie a risparmio energetico ha attirato molta attenzione.

Ecco alcune direzioni chiave nello sviluppo di tecnologie di risparmio energetico per le macchine per il taglio di pellicole:

In primo luogo, la tecnologia di risparmio energetico per il consumo diretto di energia

Questo tipo di tecnologia è rivolta direttamente ai grandi consumatori di energia durante il funzionamento delle macchine da taglio, principalmente ai sistemi di azionamento.

1. Applicazione di motori ad alta efficienza e motori sincroni a magneti permanenti (PMSM).

◦ Problemi tradizionali: le prime macchine da taglio utilizzavano generalmente motori asincroni ordinari, che avevano bassa efficienza e un consumo energetico più elevato, soprattutto a basse velocità e con carichi leggeri.

◦ Tecnologia a risparmio energetico: motori asincroni ultra-efficienti o motori sincroni a magneti permanenti con classi di efficienza energetica IE4 e IE5. I motori sincroni a magneti permanenti presentano i vantaggi di elevata efficienza, elevata densità di potenza e elevata coppia a bassa velocità. L'effetto di risparmio energetico è particolarmente significativo nel processo di taglio con frequenti avvii e arresti e funzionamento a velocità variabile, che può far risparmiare il 10%-20%.

2. Diffusione del sistema di servoazionamento intelligente

◦ Problemi tradizionali: sebbene i tradizionali azionamenti a frequenza variabile vettoriale siano migliori dell'avviamento diretto, c'è ancora margine di miglioramento nella precisione del controllo e nella risposta dinamica.

◦ Tecnologia a risparmio energetico: le unità principali delle moderne macchine da taglio di fascia alta (come lo svolgimento, la trazione e l'avvolgimento) adottano generalmente sistemi di servoazionamento.

▪ Funzione di feedback energetico: il motore è in uno stato di generazione di energia durante il freno di svolgimento e il controllo della tensione di riavvolgimento. Gli azionamenti convenzionali consumano questa energia sotto forma di calore attraverso la resistenza di frenatura, con conseguente spreco. Il servosistema con unità di feedback energetico può reimmettere questa parte dell'energia rigenerata nella rete elettrica per l'utilizzo da parte di altre apparecchiature, e l'effetto di risparmio energetico è molto evidente, soprattutto in casi di taglio ad alta velocità e alta tensione, che possono recuperare una grande quantità di energia.

▪ Fornitura di energia su richiesta: il servosistema controlla con precisione la coppia e la velocità, evitando il fenomeno dei "grandi carri trainati da cavalli", fornendo energia precisa in base alle effettive esigenze del processo e riducendo le perdite di potenza reattiva.

3. Selezione dei componenti a risparmio energetico

◦ Per ridurre in dettaglio il consumo energetico in standby e in funzione dell'intera macchina, vengono utilizzati PLC a basso consumo, interfaccia uomo-macchina (HMI), sensori e illuminazione a LED.

In secondo luogo, risparmi energetici indiretti ottenuti migliorando i processi e l'efficienza

Aumentare l'efficienza produttiva, ridurre gli scarti e ottimizzare i processi sono di per sé i metodi più efficaci per risparmiare energia.

1. Rispondere alla tendenza al diradamento e alla velocità

◦ Sfide: i materiali a film più sottili (come i separatori delle batterie al litio) e le velocità di taglio più elevate (fino a oltre 1000 m/min) pongono requisiti estremi per la precisione del controllo dinamico e la stabilità delle apparecchiature.

◦ Tecnologia ad alta efficienza energetica:

▪ Sistema di controllo della tensione ad alta precisione: adotta un sistema di controllo della tensione completamente automatico (come il tipo a rullo flottante + controllo a circuito chiuso del sensore di tensione), dotato di un servomotore ad alta risposta per garantire una tensione estremamente stabile durante l'intero processo dall'avvio, all'accelerazione, alla stabilizzazione, alla decelerazione fino all'arresto. Ciò riduce al minimo l'allungamento, la frattura e le pieghe della pellicola dovuti alle fluttuazioni di tensione, riducendo direttamente i tassi di scarto e il consumo di energia per i riavvii durante i tempi di fermo.

▪ Tecnologia avanzata di riavvolgimento e svolgimento: come l'avvolgimento automatico a doppia stazione e la tecnologia di ricezione pre-drive, realizza una produzione continua senza fermare la macchina, evitando l'enorme perdita di energia causata dai frequenti avvii e arresti del motore principale. La commutazione intelligente e la combinazione di avvolgimento centrale e superficiale possono anche adattarsi alle diverse caratteristiche dei materiali e migliorare l'efficienza.

2. Manutenzione predittiva e gemelli digitali

◦ Problemi tradizionali: guasti improvvisi delle apparecchiature o perdita di precisione causano tempi di inattività non pianificati e difetti di produzione.

◦ Tecnologia ad alta efficienza energetica:

▪ Monitoraggio delle condizioni: monitoraggio in tempo reale dello stato di salute dei componenti critici (come cuscinetti e riduttori) tramite sensori di vibrazione, sensori di temperatura, ecc., per ottenere una manutenzione predittiva ed evitare guasti catastrofici e conseguenti enormi perdite di produzione e consumo energetico.

▪ Digital Twin: crea un modello digitale della macchina da taglio nello spazio virtuale, simula e ottimizza i parametri di processo (come curve di tensione, curve di velocità) prima della produzione effettiva per trovare lo schema di produzione ottimale e con il maggior risparmio energetico e ridurre la perdita di campioni e il consumo energetico della macchina fisica.

In terzo luogo, ottimizzazione della progettazione strutturale e dell'applicazione dei materiali

1. Design leggero

◦ Ottimizzazione topologica di componenti come telai e rulli, o materiali leggeri come leghe di alluminio ad alta resistenza per ridurre il momento di inerzia delle parti mobili, mantenendone al contempo rigidità e resistenza. Ciò significa che è richiesta meno energia di accelerazione per azionarle e meno carico sui servomotori, con conseguente riduzione del consumo energetico.

2. Applicazione di bassa resistenza all'attrito

◦ Utilizzare cuscinetti sigillati ad alte prestazioni e bassa resistenza.

◦ Garantisce un'altissima precisione di bilanciamento dinamico di tutti i rulli di guida e di trazione, riducendo le vibrazioni e la resistenza aggiuntiva durante il funzionamento ad alta velocità.

◦ Rulli ad alta precisione con rivestimento lucidato a specchio, cromato o ceramico per ridurre il coefficiente di attrito con la superficie della pellicola.

Quarto, gestione e recupero dell'energia termica

1. Gestione del calore del coltello da taglio

◦ Durante il taglio ad alta velocità, l'attrito tra l'utensile e il film genera calore, compromettendo la qualità del taglio e la durata dell'utensile. Il raffreddamento ad aria tradizionale può richiedere più energia. I materiali degli utensili e i sistemi di raffreddamento più recenti, come gli scambiatori di calore ad alta efficienza, possono gestire il calore in modo più efficiente, riducendo il consumo energetico del raffreddamento aggiuntivo.

2. Integrazione dell'energia termica nell'ambiente di officina

◦ Sebbene la macchina da taglio in sé non sia un grande consumatore di energia termica, la potenza da essa restituita e il calore di scarto del sistema di aria compressa (per i componenti pneumatici) possono essere inclusi nel sistema di gestione dell'energia dell'intero impianto per la pianificazione e il riciclaggio complessivi.

Riepilogo e trend di sviluppo

La tendenza futura è l'integrazione e l'intelligenza. La macchina per il taglio di pellicole non sarà più un dispositivo isolato, ma fungerà da nodo nella fabbrica intelligente. Grazie alla tecnologia Internet of Things (IoT), i dati sui consumi energetici e di produzione di tutte le macchine per il taglio vengono caricati in tempo reale nel sistema di esecuzione della produzione (MES) e nel sistema di gestione dell'energia (EMS), e la pianificazione della produzione e la distribuzione dell'energia dell'intero impianto vengono costantemente ottimizzate attraverso l'analisi dei big data, al fine di ottenere il massimo risparmio energetico a livello di sistema.

Nel complesso, la tecnologia di risparmio energetico delle macchine per il taglio di pellicole nel contesto della produzione ecologica si sta evolvendo dal risparmio energetico iniziale di un singolo componente alle attuali soluzioni complete di risparmio energetico di meccatronica, rilevamento, azionamento, controllo e analisi dei dati, con l'obiettivo finale di migliorare la qualità del prodotto e l'efficienza produttiva, riducendo al minimo il consumo di energia per unità di valore di output.