ในบริบทของการผลิตสีเขียว เทคโนโลยีประหยัดพลังงานของเครื่องตัดฟิล์มได้รับการพัฒนา

หัวใจสำคัญของการผลิตสีเขียวคือรูปแบบการผลิตที่ทันสมัยซึ่งคำนึงถึงการใช้ทรัพยากรและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างครอบคลุม ควบคู่ไปกับการคำนึงถึงฟังก์ชัน คุณภาพ และต้นทุนของผลิตภัณฑ์ ในฐานะอุปกรณ์หลักสำหรับการแปรรูปวัสดุฟิล์มบาง (เช่น BOPP, BOPET, CPP, เครื่องแยกแบตเตอรี่ลิเธียม ฯลฯ) การใช้พลังงานของเครื่องตัดฟิล์มจึงสัมพันธ์โดยตรงกับต้นทุนการดำเนินงานและประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมขององค์กรการผลิต ดังนั้น การพัฒนาเทคโนโลยีประหยัดพลังงานจึงได้รับความสนใจอย่างมาก

ต่อไปนี้เป็นทิศทางหลักบางประการในการพัฒนาเทคโนโลยีประหยัดพลังงานสำหรับเครื่องตัดฟิล์ม:

ประการแรก เทคโนโลยีประหยัดพลังงานเพื่อการใช้พลังงานโดยตรง

เทคโนโลยีประเภทนี้มุ่งเป้าไปที่ผู้บริโภคพลังงานรายใหญ่โดยตรงในระหว่างการทำงานของเครื่องตัด โดยเฉพาะระบบขับเคลื่อน

1. การประยุกต์ใช้มอเตอร์ประสิทธิภาพสูงและมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM)

◦ ปัญหาตามแบบแผน: เครื่องตัดในยุคแรกๆ มักใช้มอเตอร์อะซิงโครนัสธรรมดา ซึ่งมีประสิทธิภาพต่ำและกินพลังงานสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความเร็วต่ำและโหลดเบา

◦ เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน: มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสประสิทธิภาพสูงพิเศษ หรือมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร ที่มีระดับประสิทธิภาพการใช้พลังงาน IE4 และ IE5 มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีข้อดีคือประสิทธิภาพสูง ความหนาแน่นกำลังสูง และแรงบิดความเร็วต่ำสูง ผลการประหยัดพลังงานมีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการตัดเฉือนที่ต้องสตาร์ท-หยุดบ่อยครั้งและการทำงานแบบปรับความเร็วได้ ซึ่งสามารถประหยัดพลังงานได้ 10%-20%

2. การเผยแพร่ระบบขับเคลื่อนเซอร์โวอัจฉริยะ

◦ ปัญหาแบบเดิม: แม้ว่าไดรฟ์ความถี่แปรผันเวกเตอร์แบบดั้งเดิมจะดีกว่าการสตาร์ทโดยตรง แต่ยังคงมีช่องว่างสำหรับการปรับปรุงความแม่นยำในการควบคุมและการตอบสนองแบบไดนามิก

◦ เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน: หน่วยหลักของเครื่องตัดที่ทันสมัยระดับไฮเอนด์ (เช่น การคลาย การลาก และการม้วน) โดยทั่วไปจะใช้ระบบขับเคลื่อนเซอร์โว

▪ ฟังก์ชันป้อนกลับพลังงาน: มอเตอร์จะอยู่ในสถานะสร้างพลังงานระหว่างการคลายเบรกและการควบคุมความตึงของการม้วนกลับ ระบบขับเคลื่อนทั่วไปใช้พลังงานนี้ในรูปของความร้อนผ่านความต้านทานเบรก ส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงาน ระบบเซอร์โวพร้อมชุดป้อนกลับพลังงานสามารถป้อนพลังงานที่สร้างใหม่นี้กลับไปยังระบบไฟฟ้าเพื่อนำไปใช้งานกับอุปกรณ์อื่นๆ ได้ และเห็นผลการประหยัดพลังงานอย่างชัดเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานตัดความเร็วสูงและแรงดึงสูง ซึ่งสามารถกู้คืนพลังงานได้จำนวนมาก

▪ การจ่ายพลังงานตามความต้องการ: ระบบเซอร์โวควบคุมแรงบิดและความเร็วอย่างแม่นยำ หลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ "รถม้าขนาดใหญ่" ให้พลังงานที่แม่นยำตามความต้องการของกระบวนการจริง และลดการสูญเสียพลังงานปฏิกิริยา

3. การเลือกใช้ส่วนประกอบประหยัดพลังงาน

◦ PLC พลังงานต่ำ อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI) เซ็นเซอร์ และไฟ LED ถูกนำมาใช้เพื่อลดการใช้พลังงานในโหมดสแตนด์บายและการทำงานของเครื่องจักรทั้งหมดโดยละเอียด

ประการที่สอง การประหยัดพลังงานทางอ้อมที่ทำได้โดยการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ

การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต การลดอัตราเศษวัสดุ และการปรับปรุงกระบวนการต่างๆ ถือเป็นวิธีที่มีประสิทธิผลที่สุดในการประหยัดพลังงาน

1. ตอบสนองต่อกระแสความบางและความเร็ว

◦ ความท้าทาย: วัสดุฟิล์มที่บางกว่า (เช่น ตัวแยกแบตเตอรี่ลิเธียม) และความเร็วในการตัดที่สูงกว่า (สูงสุดมากกว่า 1,000 ม./นาที) ทำให้เกิดข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับความแม่นยำในการควบคุมแบบไดนามิกและความเสถียรของอุปกรณ์

◦ เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน:

▪ ระบบควบคุมแรงดึงความแม่นยำสูง: ใช้ระบบควบคุมแรงดึงอัตโนมัติเต็มรูปแบบ (เช่น แบบลูกกลิ้งลอย + ระบบควบคุมแบบวงปิดเซ็นเซอร์แรงดึง) มาพร้อมกับมอเตอร์เซอร์โวที่ตอบสนองสูง เพื่อให้มั่นใจถึงแรงดึงที่เสถียรอย่างยิ่งตลอดกระบวนการ ตั้งแต่เริ่มต้น เร่งความเร็ว คงที่ ลดความเร็ว ไปจนถึงหยุด ช่วยลดการยืดตัว การแตกหัก และรอยย่นของฟิล์มอันเนื่องมาจากความผันผวนของแรงดึง ลดอัตราการสูญเสียและการใช้พลังงานโดยตรงสำหรับการรีสตาร์ทระหว่างหยุดทำงาน

▪ เทคโนโลยีการม้วนและคลายม้วนขั้นสูง: เช่น การม้วนอัตโนมัติแบบสองสถานีและเทคโนโลยีการรับพรีไดรฟ์ ช่วยให้สามารถผลิตได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องหยุดเครื่องจักร หลีกเลี่ยงการสูญเสียพลังงานมหาศาลจากการสตาร์ทและหยุดทำงานของมอเตอร์หลักบ่อยครั้ง การสลับและการรวมขดลวดส่วนกลางและพื้นผิวอย่างชาญฉลาดยังสามารถปรับให้เข้ากับคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกันและเพิ่มประสิทธิภาพได้อีกด้วย

2. การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์และฝาแฝดทางดิจิทัล

◦ ปัญหาแบบเดิมๆ: ความล้มเหลวของอุปกรณ์อย่างกะทันหันหรือการสูญเสียความแม่นยำทำให้เกิดเวลาหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนและข้อบกพร่องในการผลิต

◦ เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน:

▪ การตรวจสอบสภาพ: การตรวจสอบสถานะสุขภาพของส่วนประกอบที่สำคัญแบบเรียลไทม์ (เช่น ตลับลูกปืนและกระปุกเกียร์) ผ่านเซ็นเซอร์ตรวจจับการสั่นสะเทือน เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ ฯลฯ เพื่อให้สามารถบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ได้ และหลีกเลี่ยงความล้มเหลวร้ายแรงและการสูญเสียผลผลิตจำนวนมหาศาลและการใช้พลังงานที่ตามมา

▪ Digital Twin: สร้างแบบจำลองดิจิทัลของเครื่องตัดในพื้นที่เสมือนจริง จำลองและเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการ (เช่น เส้นโค้งความตึง เส้นโค้งความเร็ว) ก่อนการผลิตจริงเพื่อค้นหาแผนการผลิตที่เหมาะสมที่สุดและประหยัดพลังงานมากที่สุด และลดการสูญเสียตัวอย่างและการใช้พลังงานของเครื่องจักรจริง

ประการที่สาม การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโครงสร้างและการใช้วัสดุ

1. การออกแบบน้ำหนักเบา

◦ การปรับปรุงโครงสร้าง (Topology) ของส่วนประกอบต่างๆ เช่น เฟรมและลูกกลิ้ง หรือวัสดุน้ำหนักเบา เช่น โลหะผสมอลูมิเนียมความแข็งแรงสูง เพื่อลดโมเมนต์ความเฉื่อยของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ในขณะเดียวกันก็ยังคงความแข็งแกร่งและความทนทาน ซึ่งหมายความว่าใช้พลังงานเร่งน้อยลงในการขับเคลื่อนและลดภาระของมอเตอร์เซอร์โว ส่งผลให้การใช้พลังงานลดลง

2. การประยุกต์ใช้ความต้านทานแรงเสียดทานต่ำ

◦ ใช้ตลับลูกปืนปิดผนึกประสิทธิภาพสูงและความต้านทานต่ำ

◦ ช่วยให้มั่นใจถึงความแม่นยำในการปรับสมดุลแบบไดนามิกที่สูงมากของลูกกลิ้งนำทางและลูกกลิ้งดึงทั้งหมด ช่วยลดการสั่นสะเทือนและความต้านทานเพิ่มเติมในระหว่างการทำงานความเร็วสูง

◦ ลูกกลิ้งที่มีความแม่นยำสูงพร้อมการขัดเงาแบบกระจก โครเมียม หรือเคลือบเซรามิก เพื่อลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานกับพื้นผิวฟิล์ม

ประการที่สี่ การจัดการและการกู้คืนพลังงานความร้อน

1. การจัดการความร้อนของมีดผ่า

◦ ในระหว่างการตัดด้วยความเร็วสูง แรงเสียดทานระหว่างเครื่องมือและฟิล์มจะก่อให้เกิดความร้อน ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของการตัดและอายุการใช้งานของเครื่องมือ ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเดิมอาจใช้พลังงานมากกว่า วัสดุเครื่องมือและการออกแบบระบบระบายความร้อนแบบใหม่ เช่น ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนประสิทธิภาพสูง สามารถจัดการความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ช่วยลดการใช้พลังงานของระบบระบายความร้อนเพิ่มเติม

2. การบูรณาการพลังงานความร้อนในสภาพแวดล้อมการประชุมเชิงปฏิบัติการ

◦ แม้ว่าเครื่องตัดจะไม่ใช่ผู้กินพลังงานความร้อนหลัก แต่พลังงานที่ส่งกลับมาและความร้อนเสียจากระบบอากาศอัด (สำหรับส่วนประกอบลมอัด) สามารถรวมอยู่ในระบบการจัดการพลังงานของโรงงานทั้งหมดได้ เพื่อการวางแผนและการรีไซเคิลโดยรวม

สรุปและแนวโน้มการพัฒนา

แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตคือการผสานรวมและอัจฉริยะ เครื่องตัดฟิล์มจะไม่เป็นเพียงอุปกรณ์ที่แยกตัวอีกต่อไป แต่จะทำหน้าที่เป็นโหนดในโรงงานอัจฉริยะ ด้วยเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตในทุกสิ่ง (IoT) ข้อมูลการใช้พลังงานและข้อมูลการผลิตของเครื่องตัดฟิล์มทั้งหมดจะถูกอัปโหลดไปยังระบบดำเนินการผลิต (MES) และระบบการจัดการพลังงาน (EMS) แบบเรียลไทม์ ตารางการผลิตและการกระจายพลังงานของโรงงานทั้งหมดจะถูกปรับให้เหมาะสมอย่างต่อเนื่องผ่านการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ เพื่อให้บรรลุการประหยัดพลังงานสูงสุดในระดับระบบ

โดยรวมแล้ว เทคโนโลยีการประหยัดพลังงานของเครื่องตัดฟิล์มในบริบทของการผลิตสีเขียวกำลังพัฒนาจากการประหยัดพลังงานเบื้องต้นของส่วนประกอบเพียงชิ้นเดียวไปเป็นโซลูชันการประหยัดพลังงานที่ครอบคลุมในปัจจุบันของเมคคาทรอนิกส์ การตรวจจับ การขับเคลื่อน การควบคุม และการวิเคราะห์ข้อมูล โดยมีเป้าหมายสูงสุดคือการปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์และประสิทธิภาพการผลิตพร้อมลดการใช้พลังงานต่อหน่วยมูลค่าผลผลิตให้น้อยที่สุด