Trong bối cảnh sản xuất xanh, công nghệ tiết kiệm năng lượng của máy cắt màng đã được phát triển

Cốt lõi của sản xuất xanh là mô hình sản xuất hiện đại, xem xét toàn diện mức tiêu thụ tài nguyên và tác động môi trường, đồng thời đảm bảo chức năng, chất lượng và chi phí sản phẩm. Là thiết bị chủ chốt trong xử lý vật liệu màng mỏng (như BOPP, BOPET, CPP, máy tách pin lithium, v.v.), mức tiêu thụ năng lượng của máy cắt màng liên quan trực tiếp đến chi phí vận hành và hiệu suất môi trường của doanh nghiệp sản xuất. Do đó, việc phát triển công nghệ tiết kiệm năng lượng đã thu hút được nhiều sự chú ý.

Sau đây là một số hướng chính trong quá trình phát triển công nghệ tiết kiệm năng lượng cho máy cắt màng:

Đầu tiên, công nghệ tiết kiệm năng lượng cho tiêu thụ năng lượng trực tiếp

Loại công nghệ này nhắm trực tiếp vào những thiết bị tiêu thụ nhiều năng lượng trong quá trình vận hành máy cắt, chủ yếu là hệ thống truyền động.

1. Ứng dụng động cơ hiệu suất cao và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM).

◦ Các vấn đề truyền thống: Các máy cắt đầu tiên thường sử dụng động cơ không đồng bộ thông thường, có hiệu suất thấp và mức tiêu thụ năng lượng cao hơn, đặc biệt là ở tốc độ thấp và tải nhẹ.

◦ Công nghệ tiết kiệm năng lượng: Động cơ không đồng bộ hoặc động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu hiệu suất cực cao đạt mức hiệu suất năng lượng IE4 và IE5. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có ưu điểm là hiệu suất cao, mật độ công suất cao và mô-men xoắn lớn ở tốc độ thấp, hiệu quả tiết kiệm năng lượng đặc biệt đáng kể trong quá trình cắt với tần suất khởi động-dừng thường xuyên và vận hành tốc độ thay đổi, có thể tiết kiệm 10%-20%.

2. Phổ biến hệ thống truyền động servo thông minh

◦ Các vấn đề truyền thống: Mặc dù bộ truyền động tần số biến đổi vectơ truyền thống tốt hơn khởi động trực tiếp, nhưng vẫn còn chỗ để cải thiện độ chính xác điều khiển và phản ứng động.

◦ Công nghệ tiết kiệm năng lượng: Các bộ phận chính của máy cắt cuộn cao cấp hiện đại (như máy tháo cuộn, máy kéo và máy quấn) thường sử dụng hệ thống truyền động servo.

▪ Chức năng phản hồi năng lượng: Động cơ ở trạng thái phát điện trong quá trình phanh tháo cuộn và điều khiển lực căng khi tua lại. Các hệ thống truyền động thông thường tiêu thụ năng lượng này dưới dạng nhiệt thông qua lực cản phanh, gây lãng phí. Hệ thống servo với bộ phản hồi năng lượng có thể đưa phần năng lượng tái tạo này trở lại lưới điện để các thiết bị khác sử dụng, và hiệu quả tiết kiệm năng lượng rất rõ rệt, đặc biệt là trong các trường hợp cắt tốc độ cao, lực căng cao, có thể thu hồi một lượng lớn năng lượng.

▪ Cung cấp năng lượng theo yêu cầu: Hệ thống servo điều khiển chính xác mô-men xoắn và tốc độ, tránh hiện tượng "xe ngựa kéo lớn", cung cấp năng lượng chính xác theo nhu cầu quy trình thực tế và giảm tổn thất công suất phản kháng.

3. Lựa chọn linh kiện tiết kiệm năng lượng

◦ Sử dụng PLC công suất thấp, giao diện người-máy (HMI), cảm biến và đèn LED để giảm mức tiêu thụ điện năng ở chế độ chờ và hoạt động của toàn bộ máy.

Thứ hai, tiết kiệm năng lượng gián tiếp đạt được bằng cách cải thiện quy trình và hiệu quả

Tăng hiệu quả sản xuất, giảm tỷ lệ phế phẩm và tối ưu hóa quy trình là những cách hiệu quả nhất để tiết kiệm năng lượng.

1. Đáp ứng xu hướng mỏng đi và tốc độ

◦ Thách thức: Vật liệu màng mỏng hơn (như bộ tách pin lithium) và tốc độ cắt cao hơn (lên tới hơn 1000m/phút) đặt ra những yêu cầu cực kỳ khắt khe về độ chính xác điều khiển động và độ ổn định của thiết bị.

◦ Công nghệ tiết kiệm năng lượng:

▪ Hệ thống kiểm soát độ căng chính xác cao: Áp dụng hệ thống kiểm soát độ căng hoàn toàn tự động (như loại con lăn nổi + điều khiển vòng kín cảm biến độ căng), được trang bị động cơ servo phản ứng nhanh, đảm bảo độ căng cực kỳ ổn định trong suốt quá trình từ khởi động, tăng tốc, ổn định, giảm tốc đến dừng. Điều này giúp giảm thiểu hiện tượng màng bị kéo giãn, gãy và nhăn do dao động độ căng, trực tiếp giảm tỷ lệ phế liệu và tiêu thụ năng lượng khi khởi động lại máy sau thời gian ngừng máy.

▪ Công nghệ cuộn và tháo cuộn tiên tiến: chẳng hạn như công nghệ cuộn tự động hai trạm và công nghệ tiếp nhận truyền động trước, giúp máy sản xuất liên tục mà không cần dừng máy, tránh tổn thất năng lượng lớn do động cơ chính khởi động và dừng liên tục. Việc chuyển mạch thông minh và kết hợp cuộn trung tâm và cuộn bề mặt cũng có thể thích ứng với các đặc tính vật liệu khác nhau và cải thiện hiệu suất.

2. Bảo trì dự đoán và bản sao kỹ thuật số

◦ Các vấn đề truyền thống: Thiết bị hỏng đột ngột hoặc mất độ chính xác dẫn đến thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch và lỗi sản xuất.

◦ Công nghệ tiết kiệm năng lượng:

▪ Giám sát tình trạng: Giám sát thời gian thực tình trạng hoạt động của các bộ phận quan trọng (như ổ trục và hộp số) thông qua cảm biến rung, cảm biến nhiệt độ, v.v. để đạt được mục tiêu bảo trì dự đoán và tránh các hỏng hóc nghiêm trọng gây ra tổn thất sản xuất và tiêu thụ năng lượng lớn.

▪ Bản sao kỹ thuật số: Xây dựng mô hình kỹ thuật số của máy cắt trong không gian ảo, mô phỏng và tối ưu hóa các thông số quy trình (như đường cong lực căng, đường cong tốc độ) trước khi sản xuất thực tế để tìm ra phương án sản xuất tối ưu và tiết kiệm năng lượng nhất, đồng thời giảm thiểu thất thoát mẫu và mức tiêu thụ năng lượng của máy vật lý.

Thứ ba, tối ưu hóa thiết kế kết cấu và ứng dụng vật liệu

1. Thiết kế nhẹ

◦ Tối ưu hóa cấu trúc liên kết của các bộ phận như khung và con lăn, hoặc vật liệu nhẹ như hợp kim nhôm cường độ cao để giảm mô men quán tính của các bộ phận chuyển động, đồng thời duy trì độ cứng và độ bền. Điều này đồng nghĩa với việc cần ít năng lượng gia tốc hơn để truyền động và giảm tải cho động cơ servo, từ đó giảm mức tiêu thụ năng lượng.

2. Ứng dụng lực cản ma sát thấp

◦ Sử dụng ổ trục kín có hiệu suất cao, lực cản thấp.

◦ Đảm bảo độ chính xác cân bằng động cực cao của tất cả các con lăn dẫn hướng và kéo, giảm rung động và lực cản bổ sung trong quá trình vận hành tốc độ cao.

◦ Con lăn có độ chính xác cao với lớp phủ đánh bóng gương, mạ crôm hoặc gốm để giảm hệ số ma sát với bề mặt màng phim.

Thứ tư, quản lý và thu hồi năng lượng nhiệt

1. Quản lý nhiệt của dao cắt

◦ Trong quá trình cắt tốc độ cao, ma sát giữa dụng cụ và màng phim sẽ sinh nhiệt, ảnh hưởng đến chất lượng cắt và tuổi thọ dụng cụ. Làm mát bằng khí truyền thống có thể tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. Vật liệu dụng cụ và thiết kế làm mát mới hơn, chẳng hạn như bộ trao đổi nhiệt hiệu suất cao, có thể quản lý nhiệt hiệu quả hơn, giảm mức tiêu thụ năng lượng của quá trình làm mát bổ sung.

2. Tích hợp năng lượng nhiệt trong môi trường xưởng

◦ Mặc dù bản thân máy cắt không phải là thiết bị tiêu thụ nhiều năng lượng nhiệt, nhưng công suất trả về của máy và nhiệt thải của hệ thống khí nén (dành cho các bộ phận khí nén) có thể được đưa vào hệ thống quản lý năng lượng của toàn bộ nhà máy để lập kế hoạch và tái chế tổng thể.

Tóm tắt và xu hướng phát triển

Xu hướng phát triển trong tương lai là tích hợp và thông minh. Máy cắt màng sẽ không còn là một thiết bị biệt lập nữa mà sẽ đóng vai trò là một nút trong nhà máy thông minh. Thông qua công nghệ Internet vạn vật (IoT), dữ liệu tiêu thụ năng lượng và dữ liệu sản xuất của tất cả các máy cắt màng được tải lên hệ thống thực thi sản xuất (MES) và hệ thống quản lý năng lượng (EMS) theo thời gian thực, đồng thời lịch trình sản xuất và phân phối năng lượng của toàn bộ nhà máy được tối ưu hóa liên tục thông qua phân tích dữ liệu lớn, nhằm đạt được mức tiết kiệm năng lượng tối đa ở cấp độ hệ thống.

Nhìn chung, công nghệ tiết kiệm năng lượng của máy cắt màng trong bối cảnh sản xuất xanh đang phát triển từ việc tiết kiệm năng lượng ban đầu của một thành phần duy nhất cho đến các giải pháp tiết kiệm năng lượng toàn diện hiện nay về cơ điện tử, cảm biến, truyền động, điều khiển và phân tích dữ liệu, với mục tiêu cuối cùng là cải thiện chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất đồng thời giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi đơn vị giá trị đầu ra.