Il retrofit dà nuova vita ai filatoi

Safilin, una società che unisce il capitale francese all'esperienza polacca, produce prodotti a base di lino e canapa, compresi i filati utilizzati nell'abbigliamento, nell'arredamento, nei tessuti tecnici, nell'alimentazione, nell'industria automobilistica e in molti altri settori. L'azienda produce anche roving per materiali compositi, nonché spaghi e filati ritorti per una varietà di applicazioni. In Polonia, Safilin gestisce impianti di produzione a Miłakowo e Szczytno. Quest'ultimo sito ospita sia una filatura a umido che un impianto di pettinatura. L'impianto produce circa 2.000 tonnellate di prodotti finiti all'anno. Per la filatura a umido, utilizza macchine PM88, comunemente chiamate PM. Queste macchine sono in funzione dal 1982, il che significa che funzionano da più di 40 anni. Come parte della sua strategia industriale, l'azienda ha deciso di esplorare alternative alle apparecchiature esistenti e sfruttare la sua profonda esperienza di processo per creare un vantaggio competitivo nella produzione di filati di lino. Cercando di sfruttare al massimo le risorse esistenti, il team di gestione ha lanciato un programma di retrofit volto a dare una seconda vita alla macchina PM rinominandola PZ-KA. La decisione di modernizzare le macchine obsolete ha consentito l'automazione dei processi e la visualizzazione in tempo reale dei parametri di produzione, con conseguente miglioramento dell'efficienza operativa e significativi risparmi sui costi. Un fattore chiave di successo è stata la creazione di un team di progetto completo, che riuniva specialisti Safilin di varie discipline che hanno contribuito attivamente all'iniziativa.

Il processo di filatura del lino prevede la stesura e contemporaneamente la torsione di un rotolo trattato chimicamente, cioè un frammento di lino pretrattato e leggermente ritorto di una densità lineare specificata.

»Nello stabilimento di Szczytno, la filatura viene effettuata con il metodo della filatura a umido. Una bobina mobile viene posizionata sul telaio rotante, dove inizia il processo di «preparazione della filatura». Si tratta di far passare la rowing attraverso un bagno d'acqua mantenuto a 18-22°C e poi attraverso una serie di guide che gli consentono di distendersi gradualmente e in modo controllato,»
spiega Aleksandra Kaszubowska, ingegnere di processo presso Safilin.

La macchina PM88 era composta da tre componenti principali: un armadio elettrico, un armadio meccanico e un modulo di lavoro. L'armadio meccanico è stato progettato per trasmettere la potenza motrice attraverso un sistema di ingranaggi, catene e cinghie. In effetti, l'intero meccanismo, composto da circa 50 componenti, principalmente ingranaggi cilindrici, era azionato da un unico motore elettrico.

»Questa soluzione ha reso difficile la modifica dei parametri della macchina, poiché richiedeva un intervento manuale, inclusa la sostituzione degli ingranaggi per modificare i rapporti di trasmissione. Inoltre, è stato necessario utilizzare componenti di regolazione meccanica, come un meccanismo a cricchetto per il controllo del movimento ciclico. Ciò ha richiesto regolazioni precise delle impostazioni e prolungato il tempo necessario per adattare la macchina a una nuova gamma di prodotti,»
ricorda Aneta Siemak, supervisore del dipartimento di filatura.

I lavori sul progetto di retrofit sono iniziati nel maggio 2023 e sono proseguiti fino a luglio 2024. L'intero armadio meccanico è stato riprogettato e adattato per l'installazione di servomotori. Durante la modernizzazione, sono stati sostituiti diversi componenti, incluso il treno di ingranaggi, che è stato sostituito con sistemi servoazionati. Anche i gruppi di cuscinetti e gli alberi di trasmissione sono stati modificati per funzionare nelle nuove condizioni. Queste modifiche hanno consentito una regolazione precisa dei parametri operativi della macchina, migliorando significativamente le prestazioni complessive.

»Grazie ai servomotori, non è più necessario l'intervento manuale nel sistema di trasmissione, eliminando la necessità di sostituire gli ingranaggi. I parametri della macchina vengono ora regolati tramite il controller PLC. Inoltre, abbiamo la piena visibilità di ogni parametro all'interno di ogni sezione di lavoro della macchina, consentendo una riconfigurazione rapida e semplice delle impostazioni e l'ottimizzazione del processo di produzione,» afferma Maciej Rusinek, Chief Energy Engineer di Safilin.

»Abbiamo ottimizzato la durata dei componenti chiave della trasmissione di potenza, come cuscinetti, alberi e altri assiemi, il che ha notevolmente migliorato l'affidabilità dell'intero sistema,» aggiunge Kamil Baran, ingegnere meccanico presso Safilin.

La riduzione del numero di componenti meccanici ha anche semplificato la manutenzione fornendo un migliore accesso alle parti critiche e riducendo significativamente i tempi di fermo. Nel complesso, questi miglioramenti hanno contribuito a una maggiore efficienza della macchina e a una maggiore affidabilità operativa.

Armadio elettrico di controllo prima della modernizzazione.

Grazie al retrofit, anche la sicurezza del funzionamento della macchina è stata notevolmente migliorata. Il PZ-KA è ora dotato di un nuovo sistema di sicurezza progettato in conformità con i requisiti identificati attraverso il processo di valutazione del rischio. Tra le altre caratteristiche, la macchina è stata dotata di pulsanti di arresto di emergenza standard a fungo.

»Il sistema di sicurezza è supervisionato da un relè di sicurezza programmabile della famiglia SIRIUS 3SK2. Oltre alla funzione di arresto di emergenza di base, è stata implementata anche una funzione di richiesta di sblocco che consente di arrestare la macchina in sicurezza,» afferma Ewelina Radomska, specialista in salute, sicurezza e ambiente.

L'automazione è controllata dal CPU Siemens integrata nel controller SIMATIC S7-1500, che coordina il funzionamento dei servoazionamenti e degli altri componenti della macchina. Tra le sue funzioni vi sono la sincronizzazione delle velocità e dei processi di azionamento, nonché il controllo delle elettrovalvole e dei sistemi di ventilazione. Il pannello operatore HMI TP1200 Comfort, a sua volta, gestisce le funzioni di base della macchina. Consente la diagnostica dei componenti del sistema, compresi gli azionamenti, e fornisce il controllo e il monitoraggio dei parametri di processo. Il pannello visualizza anche i dati operativi chiave, come il livello di riempimento della bobina su cui viene avvolto il filo.

Il progetto di modernizzazione delle macchine comprendeva un'ampia gamma di attività legate all'integrazione tecnologica e all'implementazione di nuove soluzioni IT. L'obiettivo principale di questa parte del progetto era creare un sistema in grado di raccogliere digitalmente i dati di produzione, elaborarli e analizzarli per ottimizzare i processi di produzione.

»I dati raccolti consentono di ricreare un quadro completo del funzionamento della macchina, consentendoci di identificare potenziali problemi, pianificare azioni correttive e migliorare l'efficienza operativa. Vengono registrati più di 120 parametri della macchina, i più importanti dei quali includono la velocità del mandrino, l'oscillazione della rotaia anulare, la velocità di avanzamento e la velocità di consegna,» afferma Jan Słowiński.

»Come parte del progetto, i server delle applicazioni sono stati configurati per raccogliere dati di produzione in tempo reale. La trasmissione dei dati è semplificata dall'ambiente di orchestrazione dei processi Node-RED, che consente l'automazione dei flussi di dati tra diversi sistemi. Combinato con l'utilità di pianificazione cron, ci offre una completa flessibilità nel definire quando e come vengono trasmesse le informazioni. Tutti i dati della macchina raccolti sono archiviati in un database SQL,» spiega Maciej Chudziński, Ingegnere del Software presso Safilin.

La fase finale dell'implementazione IT è stata lo sviluppo di un sistema di visualizzazione dei dati in Power BI. Questa piattaforma consente la creazione di report interattivi e dashboard analitici che forniscono agli utenti informazioni chiare e dinamiche sulle prestazioni di produzione. Queste visualizzazioni supportano l'identificazione dei problemi e facilitano il processo decisionale basato sui dati.

I risultati raggiunti attraverso la modernizzazione del PM88 hanno avuto un tale successo che l'impianto prevede di aggiornare macchine aggiuntive. Secondo le ipotesi del progetto, il ritorno sull'investimento dovrebbe essere raggiunto in poco più di un anno. Altri vantaggi includono una maggiore sicurezza operativa e un significativo miglioramento delle condizioni di lavoro, grazie a una riduzione dei livelli di rumore da 94 dB a 89,5 dB. Anche la qualità del prodotto finito è migliorata, in particolare in termini di resistenza e uniformità del filato. Grazie alle soluzioni IT implementate, gli indicatori di qualità del filato vengono ora monitorati continuamente in Power BI.

I vantaggi finanziari derivano principalmente dai minori costi di produzione dei filati, ottenuti attraverso un aumento di circa il 19% della produttività delle macchine. In termini assoluti, la produzione media è passata da 176 kg al giorno a 209,5 kg al giorno.