Case Study

Efektywna i oszczędna produkcja wyrobów z tworzyw sztucznych

Zaprojektowana i zbudowana przez Orex hybrydowa maszyna do rotomouldingu SHUTTLE-5700 HYBRID umożliwia stosowanie odnawialnych źródeł energii w procesie formowania wyrobów z tworzyw sztucznych, a także zapewnia oszczędność materiałów i wyższą wydajność.

Produkowane przez Orex maszyny do rotomouldingu to specjalistyczne urządzenia wykorzystywane w procesie produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych metodą rotacyjnego formowania. Stosowane są m.in. podczas wytwarzania zbiorników do przechowywania wody, zabawek, obudów oraz innych przedmiotów o skomplikowanych kształtach. Na zamówienie klienta z Niemiec Orex zaprojektował i zbudował maszynę specjalną: SHUTTLE-5700 HYBRID. To pierwsze tak duże i zaawansowane technologicznie urządzenie polskiej firmy. Na tle innych dostępnych na rynku konstrukcji tego typu wyróżnia się ono uniwersalnością stosowanych metod wykorzystania źródeł energii oraz wysoką wydajnością, pozwalającą uzyskać istotne oszczędności. Rozwiązanie to bazuje na technologii Siemensa i wyposażeniu szaf dostarczonych przez Rittal.

Jak działa rotomoulding?

Rotoformowanie, znane również jako rotomoulding lub formowanie rotacyjne, to proces produkcji trójwymiarowych produktów z tworzyw sztucznych.

„Proces rotomouldingu zapewnia znaczące korzyści w porównaniu do konkurencyjnych metod formowania wyrobów z tworzyw sztucznych. Ogranicza straty materiałowe, przyczynia się do osiągnięcia wyższej jakości produktów końcowych i pozwala na obniżenie kosztów wytwarzania krótkich serii. Umożliwia też dostarczanie wyrobów o skomplikowanych kształtach i złożonych geometrycznie detalach”
– wyjaśnia Sławomir Kocur, specjalista ds. zaopatrzenia i logistyki Działu Automatyki w Orex.

Centralnym elementem budowanych przez Orex maszyn jest piec. Pod wpływem wysokiej temperatury oraz obrotu matrycy w dwóch płaszczyznach dochodzi w nim do osadzania się tworzywa na ściankach formy. Istotną funkcję w tym procesie pełni system ogrzewania obejmujący takie elementy jak palniki gazowe oraz urządzenia grzejne innych technologii. Kształtowanie przedmiotów możliwe jest m.in. dzięki systemowi obracania zapewniającemu równomierne rozprowadzenie stopionego tworzywa sztucznego na wewnętrznych ściankach formy, co prowadzi do uzyskania jednolitej warstwy wyrobu. Funkcją uzupełniającą maszyny do rotomouldingu jest system chłodzenia. Umożliwia on schłodzenie produktu po uformowaniu, co pozwala utrwalić kształt wyrobu.

W uzyskiwaniu wysokiej jakości produktów kluczowe jest właściwe sterowanie procesami. Dostarczane przez Orex maszyny do rotomouldingu, w tym SHUTTLE-5700 HYBRID, wyposażone są w zaawansowane systemy automatyzacji i sterowania zapewniające nie tylko precyzyjną kontrolę procesu formowania, lecz także monitorowanie parametrów oraz programowanie różnych cykli i konfiguracji formierskich.

Proces rotomouldingu wymaga zachowania ścisłego reżimu technologicznego i kontroli parametrów na każdym etapie produkcji.

Proces formowania może być sterowany ręcznie lub automatycznie. Sercem układu sterowania jest sterownik PLC SIMATIC S7-1500, a możliwość zarządzania i nadzoru nad procesem zapewnia interfejs dotykowy SIMATIC Comfort HMI.

Rozwiązania hybrydowe

SHUTTLE-5700 HYBRID łączy różne technologie nagrzewania formy, co pozwala zwiększyć efektywność energetyczną, zredukować poziom emisji gazów cieplarnianych do atmosfery oraz poprawić wydajność procesu. Przewagą maszyn hybrydowych jest możliwość zamiennego stosowania palników gazowych lub grzałek elektrycznych zasilanych m.in. energią odnawialną, wytwarzaną przez baterie słoneczne i generatory wiatrowe do nagrzewania komory formierskiej.

„Stosowane przez Orex rozwiązania hybrydowe są niezwykle istotne w kontekście troski o klimat. Zastępowanie konwencjonalnych źródeł energii źródłami odnawialnymi przyczynia się do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych oraz do redukcji śladu węglowego”
– podkreśla Marcin Koter, kierownik ds. sprzedaży w Siemens Polska.

Maszyny typu SHUTTLE-5700 HYBRID należą do grupy najważniejszych produkowanych przez Orex modeli urządzeń hybrydowych służących do termicznego procesu obróbki sproszkowanych tworzyw sztucznych PE metodą rotoformowania. Wyposażone są w zaawansowane systemy monitorowania i diagnostyki zapewniające bieżącą analizę parametrów urządzenia oraz zapobieganie potencjalnym nieprawidłowościom w działaniu. Dodatkowo, stosowane przez Orex rozwiązania bazujące na technologii Siemensa, pozwalają na precyzyjną kontrolę procesu, co z kolei przekłada się na wyższą jakość produktów i bardziej efektywne zarządzanie produkcją.

Technologia Siemensa w rozwiązaniach do rotomouldingu

Proces rotomouldingu wymaga zachowania ścisłego reżimu technologicznego i kontroli parametrów na każdym etapie produkcji. Podczas wytwarzania odpowiednio przygotowana forma z materiałem w postaci sproszkowanego polietylenu poddawana jest obrotowi w komorze pieca w zadanym czasie, z odpowiednią prędkością i zmianami kierunków obrotu. Istotnym aspektem poprawności przebiegu procesu jest wytworzenie i utrzymywanie odpowiedniej temperatury formowania. Urządzenie Orex SHUTTLE-5700 HYBRID zostało dostosowane do pracy z grzałkami elektrycznymi obejmującymi 24 panele grzewcze po 40kW oraz z ogrzewaniem gazowo-olejowym obejmującym dwa palniki o mocy 1250kW każdy. Ponieważ zainstalowane są w wymienniku ciepła, pozwala to na czystą wymianę powietrza w komorze pieca oraz zapewnia lepsze warunki spalania gazu i oleju opałowego.

„Maszyna SHUTTLE wyposażona została w nowoczesne systemy kontroli ruchu i pozycji, kontrolery grzewcze PID, szybkie styczniki SSR oraz czujniki temperatury, ciśnienia i pozycji. Pozwala to dowolnie kształtować proces technologiczny, zapewniając szerokie możliwości produkcyjne i technologiczne” – wskazuje Sławomir Kocur.

Zbudowana przez Orex maszyna wykorzystuje szereg rozwiązań Siemensa z rodzin SIMATIC, SIMATIC NET, SINAMICS oraz aparatury łączeniowej niskiego napięcia SIRIUS/SENTRON.

Stosowane przez Orex rozwiązania bazujące na technologii Simensa pozwalają na precyzyjną kontrolę procesu, co z kolei przekłada się na wyższą jakość produktów i bardziej efektywne zarządzanie produkcją.

Proces formowania może być sterowany ręcznie lub automatycznie. Sercem układu sterowania jest sterownik PLC SIMATIC S7-1500. Jednostka zarządza komponentami wykonawczymi, zbiera pomiary oraz przetwarza zebrane informacje w celu realizacji algorytmów procesu. Możliwość zarządzania, nadzoru nad procesem, a także akwizycję danych zapewnia interfejs dotykowy SIMATIC Comfort HMI. Ważnym aspektem jest również zastosowanie niezawodnej aparatury łączeniowej z rodziny SIRIUS/SENTRON.

„W rozwiązaniu służącym do sterowania zastosowano najnowocześniejsze rozwiązania Siemensa zapewniające precyzyjną kontrolę nad procesem. Ważnymi komponentami odpowiedzialnymi za sterowanie są serwonapędy SINAMICS z zaawansowanymi funkcjami bezpieczeństwa. Dzięki ich użyciu uzyskano w tej konstrukcji płynną regulację prędkości obrotów dla małej i dużej rotacji (0,5-7 obr/min)” – mówi Krzysztof Staszek, ekspert programista automatyki przemysłowej w Orex Rotomoulding.

Zastosowanie enkoderów absolutnych na osiach napędowych pozwala na dokładną kontrolę ruchu obrotowego ramion. Dzięki zastosowaniu tej zaawansowanej technologii możliwe jest precyzyjne pozycjonowanie formy w sposób zapewniający bezpieczeństwo i szybkość obsługi podczas załadunku, rozładunku i serwisowania.

Maszyna Orex standardowo wyposażona jest w licznik zużycia energii elektrycznej, analizator jakości sieci elektrycznej oraz licznik zużycia gazu.

Bezpieczeństwo przede wszystkim

Kluczowym elementem każdej linii technologicznej jest ochrona ludzi przed urazami oraz eksploatowanego sprzętu przed uszkodzeniami. W przypadku rozwiązania Orex kryteria te są ściśle przestrzegane i nadzorowane przez dedykowane do tego celu systemy wspierane m.in. przez technologię Siemensa.

„Bezpieczeństwo maszyny SHUTTLE przez cały czas eksploatacji zapewnia zespół urządzeń i zabezpieczeń wspierany przez nowoczesne, aktywne systemy detekcji gazów, czujniki płomienia, zamki ryglujące oraz blokady ruchu. W połączeniu ze specjalnie wydzielonymi i zabezpieczonymi strefami pracy, wyszkolonym i świadomym personelem obsługi, maszyna stanowi bezpieczne i nowoczesne stanowisko pracy” – stwierdza Krzysztof Staszek.

Aby dodatkowo zwiększyć bezpieczeństwo pracy, komora pieca posiada awaryjny wyciąg spalin oraz dodatkowy wentylator wymiany ciepła. Co więcej, dostęp do maszyny zabezpieczony jest ogrodzeniem bezpieczeństwa z bramkami technologicznymi i serwisowymi. Urządzenie ma wydzielone strefy, w których mogą przebywać wyłącznie upoważnieni pracownicy wykonujący czynności operatorskie oraz konserwacyjne.

Obsługa SHUTTLE-5700 HYBRID oraz kontrola przebiegu procesu odbywają się z poziomu dotykowego panelu sterowniczego.

Bezpieczeństwo maszyny SHUTTLE przez cały czas eksploatacji zapewnia zespół urządzeń i zabezpieczeń wspierany przez nowoczesne, aktywne systemy detekcji gazów, czujniki płomienia, zamki ryglujące oraz blokady ruchu.

Każde stanowisko wyposażone zostało w niezależny ręczny pulpit sterowniczy. Nad bezpieczeństwem i jakością procesu technologicznego czuwa system SAFETY realizowany przez sterownik PLC FAIL-SAFE Siemensa oraz wyposażone w funkcje SAFETY, najwyższej klasy serwonapędy SINAMICS naszej produkcji

Marcin Koter, kierownik ds. sprzedaży, Siemens Polska

Wyposażenie szaf

Istotnym elementem wyposażenia maszyny są rozwiązania firmy Rittal, w tym szafy sterownicze i rozdzielcze VX25 wraz z klimatyzacją oraz systemy rozdziału mocy VX25 Ri4Power i RiLine60.

Oprócz rozwiązań Siemensa, w SHUTTLE-5700 HYBRID zastosowano także wyposażenie firmy Rittal – szafy sterownicze i rozdzielcze VX25 wraz z klimatyzacją oraz systemy rozdziału mocy VX25 Ri4Power i RiLine60. Łącznie w konstrukcji zainstalowanych jest 12 szaf firmy Rittal wyposażonych w aparaturę niskonapięciową.

„Dwie szafy zasilające wyposażono w wyłącznik główny 2500A firmy Siemens i rozłączniki bezpiecznikowe firmy Rittal NH3 630A. Z kolei w szafach odpływowych do zasilania poszczególnych grzałek zastosowano mosty szynowe RiLine60 z szynami 30x10mm wraz z rozłącznikami bezpiecznikowymi oraz adapterami przyłączeniowymi”
– tłumaczy Bartosz Kaźmierczyk, product manager odpowiedziany za obszar rozdziału mocy w Rittal.

System szaf i szyn tworzy kompleksowe rozwiązanie przeznaczone do konstruowania certyfikowanych rozdzielnic niskiego napięcia z wewnętrznym podziałem przestrzeni. System VX25 Ri4Power został przetestowany z aparaturą Siemensa zgodnie z normą PN-EN 61439, w tym także z wyłącznikiem powietrznym ACB 3WL1225 2500A zastosowanym w tym projekcie.

„Jest to rozwiązanie mające zastosowanie w aplikacjach do 6300 amperów. VX25 Ri4Power łączy w sobie dystrybucję zasilania z techniką sterowniczą w jednej szafie. Kompleksowy, modułowy system umożliwia szybką i elastyczną realizację każdego pola z formami separacji od 1 do 4b. Pozwala także na tworzenie indywidualnie skonfigurowanych przestrzeni szyn zbiorczych, jednostek funkcyjnych oraz obszarów przyłączeniowych”
– mówi Bartosz Kaźmierczyk z Rittal.

W projekcie zastosowano też cztery klimatyzatory Blue e+ o mocy chłodniczej 2kW. Każdy z nich zamocowany został na drzwiach rozdzielnicy. W celu zwiększenia ich wydajności energetycznej, Rittal stosuje w klimatyzatorach innowacyjną technologię hybrydową. Polega ona na połączeniu klasycznego klimatyzatora sprężarkowego z systemem heat pipe zapewniającym pasywne chłodzenie. Sprężarka znajduje zastosowanie tylko wówczas, gdy chłodzenie pasywne staje się niewystarczające. Oznacza to zarówno niższe zużycie energii, jak i ograniczenie emisji CO2.

Celem zapewnienia komfortu cieplnego dla urządzeń zainstalowanych w środku szaf, zostały zastosowane klimatyzatory Blue e+ o mocy chłodniczej 2kW.

Wysoka jakość, oszczędności i walory ekologiczne

Zastosowanie proekologicznych rozwiązań i materiałów, w tym zasilania opartego o odnawialne i niskoemisyjne źródła energii, to wyróżniki maszyn tworzonych przez Orex. Inne przewagi rozwiązań hybrydowych tego producenta to m.in. niższe straty materiałowe oraz zmniejszenie kosztów produkcji w przypadku małych serii.

Sama metoda rotoformowania, w przeciwieństwie do innych procesów formowania takich jak wtryskiwanie lub tłoczenie, nie wymaga wysokiego ciśnienia koniecznego do tłoczenia materiału. Dzięki tej własności jest to idealna metoda do produkcji dużych, holistycznych produktów, takich jak zbiorniki czy zewnętrzne obudowy. Ponadto, proces rotoformowania minimalizuje straty materiałowe. W odróżnieniu od metod konkurencyjnych, w których nadmiar materiału jest wycinany i utylizowany, podczas rotoformowania niemalże całe tworzywo sztuczne użyte do formowania używane jest w procesie, co przekłada się na niższe koszty produkcji.

„Narzędzia stosowane do rotoformowania są zazwyczaj prostsze i tańsze w porównaniu do narzędzi wykorzystywanych w innych technologiach formowania. Dzięki temu proces jest bardziej dostępny dla producentów, zwłaszcza tych, którzy chcą produkować wyroby w krótkich seriach. Ponadto, produkty uzyskane w tym procesie wyróżniają się wyższą jakością – są jednolite, nie zawierają spoin i spawów, co sprawia, że są bardziej odporne na niszczenie i uszkodzenia mechaniczne. Wszystko to czyni rotoformowanie atrakcyjnym wyborem w przypadku produktów, które muszą działać w trudnych warunkach środowiskowych”
– podsumowuje Przemysław Orlik, CEO Orex Rotomoulding

Skontaktuj się z nami