في سياق التصنيع الأخضر، تم تطوير تكنولوجيا توفير الطاقة لآلة تقطيع الأفلام

جوهر التصنيع الأخضر هو نموذج تصنيع حديث يراعي بشكل شامل استهلاك الموارد والتأثير البيئي، مع ضمان أداء المنتج وجودته وتكلفته. وباعتبارها جهازًا رئيسيًا لمعالجة مواد الأغشية الرقيقة (مثل BOPP، وBOPET، وCPP، وفواصل بطاريات الليثيوم، وغيرها)، فإن استهلاك الطاقة في آلة تقطيع الأغشية يرتبط ارتباطًا مباشرًا بتكاليف التشغيل والأداء البيئي لشركات الإنتاج. ولذلك، حظي تطوير تقنياتها الموفرة للطاقة باهتمام كبير.

وفيما يلي بعض الاتجاهات الرئيسية في تطوير تكنولوجيا توفير الطاقة لآلات تقطيع الأفلام:

أولاً، تكنولوجيا توفير الطاقة للاستهلاك المباشر للطاقة

يستهدف هذا النوع من التكنولوجيا بشكل مباشر مستهلكي الطاقة الكبار أثناء تشغيل آلات التقطيع، وخاصة أنظمة القيادة.

1. تطبيق المحركات عالية الكفاءة والمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (PMSM).

◦ المشاكل التقليدية: استخدمت آلات التقطيع المبكرة عمومًا محركات غير متزامنة عادية، والتي كانت ذات كفاءة منخفضة واستهلاك أعلى للطاقة، خاصة عند السرعات المنخفضة والأحمال الخفيفة.

◦ تقنية توفير الطاقة: محركات غير متزامنة فائقة الكفاءة أو محركات متزامنة ذات مغناطيس دائم، بتصنيفات كفاءة طاقة IE4 وIE5. تتميز محركات المغناطيس الدائم المتزامنة بمزايا الكفاءة العالية، وكثافة الطاقة العالية، وعزم الدوران الكبير عند السرعات المنخفضة، كما أن تأثيرها الموفر للطاقة ملحوظ بشكل خاص في عمليات القطع ذات التشغيل والإيقاف المتكرر والسرعات المتغيرة، حيث توفر ما بين 10% و20%.

2. تعميم نظام محرك السيرفو الذكي

◦ المشاكل التقليدية: على الرغم من أن محركات التردد المتغير المتجهة التقليدية أفضل من البدء المباشر، إلا أنه لا يزال هناك مجال للتحسين في دقة التحكم والاستجابة الديناميكية.

◦ تكنولوجيا توفير الطاقة: تعتمد الوحدات الرئيسية لآلات التقطيع الحديثة المتطورة (مثل الفك والجر واللف) بشكل عام على أنظمة محرك المؤازرة.

وظيفة تغذية راجعة للطاقة: يكون المحرك في حالة توليد طاقة أثناء فكّ الفرامل والتحكم في شد إعادة اللف. تستهلك المحركات التقليدية هذه الطاقة على شكل حرارة من خلال مقاومة الفرامل، مما يؤدي إلى هدرها. يمكن لنظام المؤازرة المزود بوحدة تغذية راجعة للطاقة إعادة هذا الجزء من الطاقة المُعاد توليدها إلى شبكة الكهرباء لاستخدامها من قِبل معدات أخرى، ويكون تأثير توفير الطاقة واضحًا للغاية، خاصةً في عمليات القطع عالية السرعة والشد، حيث يُمكن استعادة كمية كبيرة من الطاقة.

▪ إمداد الطاقة عند الطلب: يتحكم نظام المؤازرة بدقة في عزم الدوران والسرعة، مما يتجنب ظاهرة "العربات الكبيرة التي تجرها الخيول"، ويوفر طاقة دقيقة وفقًا لاحتياجات العملية الفعلية، ويقلل من خسائر الطاقة التفاعلية.

3. اختيار المكونات الموفرة للطاقة

◦ يتم استخدام PLC منخفض الطاقة وواجهة الإنسان والآلة (HMI) وأجهزة الاستشعار وإضاءة LED لتقليل استهلاك الطاقة في وضع الاستعداد والتشغيل للجهاز بأكمله بالتفصيل.

ثانيًا، توفير الطاقة غير المباشرة من خلال تحسين العملية والكفاءة

إن زيادة كفاءة الإنتاج، وخفض معدلات الخردة، وتحسين العمليات هي الطرق الأكثر فعالية لتوفير الطاقة في حد ذاتها.

1. الاستجابة لاتجاه التخفيف والسرعة

◦ التحديات: تفرض مواد الأغشية الرقيقة (مثل فواصل بطاريات الليثيوم) وسرعات التقطيع الأعلى (حتى أكثر من 1000 متر/دقيقة) متطلبات شديدة فيما يتعلق بدقة التحكم الديناميكي واستقرار المعدات.

◦ تكنولوجيا كفاءة الطاقة:

نظام تحكم عالي الدقة في الشد: يعتمد نظام تحكم آلي بالكامل في الشد (مثل نظام الأسطوانة العائمة + نظام التحكم المغلق بمستشعر الشد)، مزود بمحرك سيرفو عالي الاستجابة لضمان شد مستقر للغاية طوال العملية، بدءًا من بدء التشغيل، والتسارع، والثبات، والتباطؤ، وحتى التوقف. هذا يقلل من تمدد الفيلم، والتشقق، والتجعد الناتج عن تقلبات الشد، مما يقلل بشكل مباشر من معدلات الخردة واستهلاك الطاقة لإعادة التشغيل في أوقات التوقف.

تقنية متطورة لإعادة اللف وفك اللف: بفضل اللف الأوتوماتيكي ثنائي المحطة وتقنية الاستقبال المسبق، تضمن الآلة إنتاجًا مستمرًا دون توقف، مما يجنب فقدان الطاقة الهائل الناتج عن التشغيل والإيقاف المتكرر للمحرك الرئيسي. كما أن التبديل الذكي والدمج بين اللف المركزي والسطحي يتكيفان مع خصائص المواد المختلفة، مما يُحسّن الكفاءة.

2. الصيانة التنبؤية والتوائم الرقمية

◦ القضايا التقليدية: تؤدي الأعطال المفاجئة للمعدات أو فقدان الدقة إلى توقف غير مخطط له وعيوب في الإنتاج.

◦ تكنولوجيا كفاءة الطاقة:

▪ مراقبة الحالة: مراقبة الحالة الصحية للمكونات الحرجة (مثل المحامل وعلب التروس) في الوقت الفعلي من خلال أجهزة استشعار الاهتزاز وأجهزة استشعار درجة الحرارة وما إلى ذلك، لتحقيق الصيانة التنبؤية وتجنب الأعطال الكارثية والخسائر الإنتاجية الضخمة الناتجة عنها واستهلاك الطاقة.

▪ التوأم الرقمي: بناء نموذج رقمي لآلة التقطيع في الفضاء الافتراضي، ومحاكاة وتحسين معلمات العملية (مثل منحنيات التوتر ومنحنيات السرعة) قبل الإنتاج الفعلي للعثور على مخطط الإنتاج الأمثل والأكثر توفيرًا للطاقة، وتقليل فقدان العينة واستهلاك الطاقة للآلة المادية.

ثالثا، تحسين التصميم الإنشائي وتطبيق المواد

1. تصميم خفيف الوزن

◦ تحسين طوبولوجيا المكونات، مثل الإطارات والبكرات، أو المواد خفيفة الوزن مثل سبائك الألومنيوم عالية القوة، لتقليل عزم القصور الذاتي للأجزاء المتحركة، مع الحفاظ على صلابتها ومتانتها. هذا يعني تقليل طاقة التسارع اللازمة لتشغيلها، وتقليل الحمل على محركات السيرفو، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة.

2. تطبيق مقاومة الاحتكاك المنخفضة

◦ استخدم محامل محكمة الغلق ذات أداء عالي ومقاومة منخفضة.

◦ يضمن دقة عالية للغاية في التوازن الديناميكي لجميع بكرات التوجيه والجذب، مما يقلل من الاهتزاز والمقاومة الإضافية أثناء التشغيل بسرعات عالية.

◦ بكرات عالية الدقة مع طلاء مصقول أو مطلي بالكروم أو السيراميك لتقليل معامل الاحتكاك مع سطح الفيلم.

رابعا، إدارة الطاقة الحرارية واستعادتها

1. إدارة حرارة سكين التقطيع

أثناء عملية التقطيع عالية السرعة، يُولّد الاحتكاك بين الأداة والغشاء حرارة، مما يؤثر على جودة التقطيع وعمر الأداة. قد يكون التبريد الهوائي التقليدي أكثر استهلاكًا للطاقة. أما مواد الأدوات وتصاميم التبريد الأحدث، مثل المبادلات الحرارية عالية الكفاءة، فتُحسّن كفاءة إدارة الحرارة، مما يُقلل من استهلاك الطاقة للتبريد الإضافي.

2. دمج الطاقة الحرارية في بيئة الورشة

◦ على الرغم من أن آلة التقطيع نفسها ليست مستهلكًا رئيسيًا للطاقة الحرارية، إلا أنه يمكن تضمين الطاقة التي تعيدها والحرارة المهدرة لنظام الهواء المضغوط (للمكونات الهوائية) في نظام إدارة الطاقة للمصنع بأكمله للتخطيط الشامل وإعادة التدوير.

الملخص واتجاه التطور

التوجه المستقبلي للتطوير هو التكامل والذكاء الاصطناعي. لن تكون آلة تقطيع الأفلام جهازًا معزولًا، بل ستكون بمثابة عقدة في المصنع الذكي. بفضل تقنية إنترنت الأشياء (IoT)، تُحمّل بيانات استهلاك الطاقة والإنتاج لجميع آلات التقطيع إلى نظام تنفيذ التصنيع (MES) ونظام إدارة الطاقة (EMS) آنيًا، ويُحسّن جدول الإنتاج وتوزيع الطاقة في المصنع بأكمله باستمرار من خلال تحليل البيانات الضخمة، لتحقيق أقصى قدر من توفير الطاقة على مستوى النظام.

بشكل عام، تتطور تكنولوجيا توفير الطاقة لآلات تقطيع الأفلام في سياق التصنيع الأخضر من توفير الطاقة الأولي لمكون واحد إلى حلول توفير الطاقة الشاملة اليوم من الميكاترونيك والاستشعار والقيادة والتحكم وتحليل البيانات، مع الهدف النهائي المتمثل في تحسين جودة المنتج وكفاءة الإنتاج مع تقليل استهلاك الطاقة لكل وحدة من قيمة الإخراج.