Kaksin verroin parempaa kermalla...

Mitä tekemistä kermalla ja paineilmalla on keskenään? Se käy ilmi seuraavasta menestystarinasta, joka kertoo Bayerische Milchindustrie eG:n maito-osuuskunnasta baijerilaisessa Zapfendorfissa. Kyse on puhtaasta vedestä, tarkemmin sanottuna erään meijerilaitoksen teollisesta jätevedenkäsittelystä.

Puhdas vesi oli vaatimus, joka haluttiin toteuttaa helposti käsiteltävällä, luotettavalla ja myös tulevaisuuden haasteisiin vastaavalla konetekniikalla. Kriteerinä olivat myös mahdollisimman alhaiset kustannukset. Mahdollisuuden tarjosi nykyaikainen ruuvipuhallinasema.

Meijeriosuuskunta BMI:llä on pitkät perinteet ja kansainvälistä kokemusta. BMI:n tällä hetkellä suurin laitos sijaitsee Pohjois-Baijerin Zapfendorfissa. Vakiotuotteita ovat rasvaton maitojauhe ja herajauhe, joiden ohella tuotetaan myös lisääntyvässä määrin erilaisia erikoisvalmisteita. Nykyaikaisilla ultrasuodatusmenetelmillä tuotetaan korkealaatuisia valkuaistiivisteitä. Näiden tuotteiden merkitys lisääntyy koko ajan elintarviketeollisuudessa, ruokavalioissa, lasten ravitsemuksessa ja terveysvalmisteissa. Muita tuotteita ovat mm. maitosokeri sekä maito- ja heratuotteet, joiden rasvapitoisuutta on vakioinnin yhteydessä lisätty sekä kuivattu hera, josta sokeri on osittain poistettu. Zapfendorfissa sijaitsee myös voita, kermaa, rahkaa ja hapanmaitotuotteita valmistava tuotantolaitos.

Kasvaneen kysynnän ja sen myötä laajentuneen tuotannon seurauksena alkoi vuonna 2014 uuden, suuremman puhdistuslaitoksen suunnittelu maitotuotteiden valmistuksen yhteydessä syntyvän veden puhdistamiseksi. Tarkoituksena oli puhdistaa vesi ravintoainekuormasta biologisesti neljässä SBR-reaktorissa. Prosessin mikro-organismien ilmansaanti haluttiin varmistaa neljällä puhaltimella.

Jotta vedenkäsittelylaitteiston käyttökustannukset olisivat mahdollisimman alhaiset, haluttiin energiaa kuluttavassa ilmastuksessa käyttää markkinoille juuri saatuja ruuvipuhaltimia siihen saakka tavallisesti käytössä olleiden roottoripuhaltimien sijaan. Ruuvipuhaltimet ovat periaatteessa alhaisille paineille optimoituja, kuivakäyviä ruuvikompressoreita, jotka jo 400 millibaarin paine-erosta alkaen käyvät huomattavasti tehokkaammin. SIGMA-profiilin kaltaisten ruuvimaisten roottorien ansiosta näillä koneilla saavutetaan korkeampi hyötysuhde. Merkittävää energian- ja kustannustensäästöä syntyy, jos – kuten BMI:n kohdalla – tarvitaan 600 ja 800 millibaarin paine-eroja ja puhaltimille kertyy vedenkäsittelyn tavoin runsaasti käyttötunteja.

BMI:n ensimmäisissä suunnitteluluonnoksissa ensimmäisen sukupolven ruuvipuhaltimet olivat vielä perinteisiä puolivalmisteita – ts. suurimmaksi osaksi mekaanisia komponentteja, jotka olisivat toimintavalmiita vasta sen jälkeen, kun ne on sähköistetty ulkopuolisen toimittajan valmistamalla sähkökytkentäkaapilla. Pian katse kuitenkin kohdistui seuraavan sukupolven ruuvipuhaltimiin – siis ohjausta ja tehoelektroniikkaa myöten kytkentävalmiisiin täydellisiin koneisiin – jotka jo tuolloin alkoivat määritellä uudelleen tekniikan tasoa markkinoilla.

Uusien ruuvipuhaltimien tarjoama kokonaisratkaisu oli lopulta ratkaiseva tekijä päätöksenteossa. BMI:n Zapfendorfin tuotantolaitokseen valittiin integroidulla taajuusmuuttajalla varustetut FBS-M-SFC-tyyppiset ruuvipuhaltimet, jotka sisältävät myös älykkään SIGMA CONTROL 2 -ohjauksen. Tämän ohjauksen kautta puhaltimet ovat Profibus-väylän välityksellä suoraan yhteydessä valvomoon, jossa niiden käynti- ja tilatiedot visualisoidaan. Valvomosta käsin määritellään kierrosluvut ja sitä kautta tilavuusvirta, joka puhaltimien on tuotettava. Näin myös puhaltimien kauko-ohjaus toimii väyläjärjestelmän kautta.

Ohjausten ja kokonaisratkaisuna toteutetun laitteistokonseptin ansiosta koneet myös soveltuvat teollisuus 4.0 -ympäristöön. Lisääntyvän verkottumisen ja digitalisoinnin seurauksena tämä neljänneksi teolliseksi vallankumoukseksi kutsuttu teollisuustuotannon ja nyt myös vesitekniikan mullistus edellyttää laajaa koneiden välistä tai ylemmän tason prosessinohjausjärjestelmän kanssa tapahtuvaa kommunikointia. Tavoitteena on koneen joustavampi ohjaus sekä sen käynti- ja tilatietojen diagnosointi reaaliaikaisesti optimaalisen käynnin varmistamiseksi ja ennakoivan huollon toteuttamiseksi. Tämä tarkoittaa, että puhaltimesta luetaan yhteen suuntaan joukko tietoja sen käynti- ja huoltotilasta. Toiseen suuntaan sitä kauko-ohjataan ihannetapauksessa vain yhden kaapelin – dataväyläkaapelin – kautta.

Muun muassa seuraavat arvot voidaan lukea reaaliaikaisesti analogisina arvoina: imu-, loppu- ja eropaine, imu- ja loppulämpötila, öljyn lämpötila, äänieristyskotelon sisälämpötila, imusuodattimen paineen aleneminen, nopeussäädetyissä puhaltimissa puhaltimen kierrosluku, taajuusmuuttajan virranotto sekä välipiirin jännite. Valvonnassa ovat moottorien lämpötila ja virranotto, öljytaso, tehoelektroniikan piirilevyjen lämpötilat ja monta muuta kohdetta.

Jokaiselle näistä arvoista on asetettu varoituksen ja häiriön laukaisevat kynnysarvot, jotka väyläprotokollan avulla voidaan myös ottaa käyttöön prosessinohjausjärjestelmässä ja siten tarjota mahdollisuus vaivattomaan valvontaan. Lisäksi tulevat vielä käyttötuntimittarit koneelle ja sen yksittäiskomponenteille kuten ruuviyksikölle, moottorille, ohjaukselle, teholähteelle, huolto-osille jne. Imuilman suodattimen, öljyn, kiilahihnojen ym. kaltaisille huolto-osille on asetettu myös aikavälit, joiden umpeuduttua ohjaus antaa huoltoilmoituksen. Prosessikuvasta näkyvät koneiden käyntitilat: OFF, käynnistysvalmis, käynti, varoitus ja häiriö.

Käyttäjän näkökulmasta ratkaisu näiden monipuolisten kytkentävalmiiden koneiden hyväksi oli selvä sen jälkeen, kun yksityiskohtaisesti oli verrattu, mitä kaikkea tarvittaisiin, jotta yksittäiskomponenteilla saavutettaisiin vastaava sähköautomaation toimivuus. Oli selvää, että se ei jäisi vain puhaltimien, taajuusmuuttajien ja kytkentäkaappien hankintaan. Koneiden ja ohjausten toiminnallisuuden yksityiskohtaisessa vertailussa huomioitiin myös kustannukset, joita aiheuttaisivat kytkentäreleet ja ylivirtalaukaisimet tuulettimien ja öljy- ja vakuumipumppujen sähköisten apukäyttöjen kytkemiseksi sekä taajuusmuuttajat ja analysointilaitteet lämpötilojen, paineiden, öljytason tai jopa öljynpaineen antureille. Anturien signaalit on arvioitava, niille on asetettava kynnysarvot ja niistä on johdettava loogisia sähköisiä toimintoja. Käyttöönotto sujui nopeasti ja vaivatta ilman epäselvyyksiä muutoin lukuisina esiintyvissä rajapinnoissa. Lisäksi kaikki on selkeästi dokumentoitu, CE-merkitty ja EMC-suojattu, mikä myös palvelee työturvallisuutta. Kaiken kattava toimitus helpotti paitsi investointikustannusten suunnittelua myös energiakustannusten vertailulaskelmaa, koska täysin käyttövalmiin koneen suoritustiedot olivat läpinäkyvinä jo etukäteen tiedossa.

Suunnitteluvarmuuden ohella myös prosessivarmuus oli turvattu. Jos kauko-ohjaukseen joskus tulisi toimintahäiriö, voidaan puhaltimet prosessinohjausjärjestelmästä riippumatta vaivatta muuttaa käsiohjaukselle SIGMA CONTROL 2 -ohjauksen valikon kautta ilman johdotuksen tai parametroinnin muutoksia (kuten aikaisemmin ulkoisiin taajuusmuuttajiin kytkettäessä jne.). Näin nämä koneet voivat hätätilanteessa viimeisenä toimintakykyisenä saarekkeena varmistaa mikro-organismien ilmansaannin ja siten pitää ne elossa.

Neljän modernin ruuvipuhaltimen tähänastista kaksivuotista käyttöjaksoa tarkastellessaan projektin johtaja kertoo paitsi erittäin hyvästä huollosta, joka kattaa ruuvipuhaltimet, taajuusmuuttajat, ohjauksen ja kytkennän valvomoon, myös siitä, että ruuvipuhallinten tarjotut suoritusarvot todella vastaavat ISO 1217 -standardin liitteen E mukaisia taattuja arvoja. Näin ennakoitu erittäin hyvä energiatehokkuus myös toteutuu. Projektin johtajan mukaan koneiden kokonaisratkaisu toi myös tuntuvaa säästöä investointikuluihin.

• Ruuvipuhallin FBS 660 M
• Tuote-esite
• Verkkosovellus: Tutustu ruuvipuhaltimiin interaktiivisesti