Retrofitting daje maszynom przędzalniczym nowe życie

Safilin, firma z kapitałem francuskim i polskim know-how, jest producentem wyrobów z lnu i konopi, takich jak przędza używana w przemysłach odzieżowym, meblarskim, technicznym, żywnościowym, motoryzacyjnym i wielu innych. Firma wytwarza również tzw. rovingi do kompozytów i sznurki oraz przędze skręcone dla różnych branż. W Polsce firma posiada zakłady w Miłakowie oraz w Szczytnie. W tej drugiej lokalizacji zlokalizowana jest przędzalnia na mokro oraz czesalnia. Roczna produkcja oddziału to około 2000 ton gotowego produktu. Do przędzenia na mokro wykorzystuje on maszyny PM88, nazywane również PM-kami. Pracują one od 1982 roku, czyli ponad 40 lat. W swojej strategii industrialnej firma zdecydowała o poszukiwaniu alternatyw wobec wykorzystywanych urządzeń i wykorzystaniu swojej znajomości procesu do budowania przewagi konkurencyjnej w wytwarzaniu przędz lnianych. Chcąc wykorzystać istniejące zasoby kierownictwo firmy podjęło decyzję o wdrożeniu programu retroffitu, aby dać maszynie PM drugie życie, zmieniając jednocześnie jej nazwę na PZ-KA. Decyzja o unowocześnieniu starszych maszyn umożliwiła automatyzację procesów oraz wizualizację parametrów wytwarzania w czasie rzeczywistym, zapewniając usprawnienie produkcji i oszczędności. Bardzo dobrą decyzją było stworzenie kompleksowego zespołu projektowego, w którym z zaangażowaniem uczestniczyli zatrudnieni w Safilin specjaliści z różnych obszarów.

Proces przędzenia lnu polega na rozciąganiu i jednoczesnym skręcaniu obrobionego chemicznie niedoprzędu, czyli wstępnie przetworzonej i skręconej taśmy lnianej o zadanej gramaturze.

„W oddziale w Szczytnie przędzenie odbywa się metodą "na mokro". Szpula niedoprzędu umieszczana jest na przędzarce, gdzie następuje proces „przygotowania do przędzenia”. Polega on na przepuszczeniu niedoprzędu przez wannę z wodą o temperaturze 18-22°C oraz przez szereg prowadników, które umożliwiają powolne rozwijanie się niedoprzędu”
– tłumaczy Aleksandra Kaszubowska, inżynier procesu w Safilin.

Maszyna PM88 złożona była z trzech głównych elementów: szafy elektrycznej, mechanicznej oraz modułu roboczego. Szafa mechaniczna zaprojektowana została do transmisji napędu za pomocą przekładni zębatych, łańcuchowych i pasowych. W zasadzie cały układ, składający się z około 50 elementów – głównie kół zębatych walcowych – napędzany był przez zaledwie jeden silnik elektryczny.

„Takie rozwiązanie utrudniało zmianę parametrów maszyny, ponieważ wymagało ręcznej ingerencji, w tym wymiany kół zębatych w celu zmiany przełożenia. Dodatkowo konieczne było stosowanie mechanicznych elementów regulacyjnych, takich jak mechanizm zapadkowy do sterowania ruchem cyklicznym. Wymagało to precyzyjnego doboru nastaw i wydłużało czas potrzebny na przystosowanie maszyny do nowego asortymentu”
– wspomina Aneta Siemak, Mistrz działu przędzalni.

Prace nad retrofittingiem rozpoczęły się w maju 2023 i trwały do lipca 2024. Cała szafa mechaniczna została dostosowana do montażu serwomotorów. Podczas modernizacji wymieniono kilka komponentów, m.in. układ kół zębatych, który został zastąpiony serwomotorami. Zespoły łożyskowe oraz wały napędowe przystosowano do pracy w nowych warunkach. Wprowadzone zmiany umożliwiły regulację parametrów pracy maszyny, a tym samym podniesienie jej efektywności.

„Dzięki serwomotorom nie ma już potrzeby ręcznej ingerencji w układ napędowy, co eliminuje konieczność wymiany kół zębatych. Zmiana parametrów maszyny odbywa się teraz poprzez sterownik PLC. Dodatkowo mamy pełny wgląd w każdy parametr danej sekcji roboczej maszyny, co pozwala na łatwe i szybkie przesterowywanie ustawień i optymalizację procesu produkcji” – mówi Maciej Rusinek, główny energetyk w Safilin.

„Zoptymalizowaliśmy wytrzymałość kluczowych elementów przeniesienia napędu, takich jak łożyska, wały i inne podzespoły, co znacząco poprawiło niezawodność całego układu” – dodaje Kamil Baran, inżynier mechanik w Safilin.

Redukcja liczby elementów mechanicznych umożliwia też łatwiejszy dostęp do komponentów podczas konserwacji, co znacząco skróciło czas przestojów. Wszystko to przyczyniło się do zwiększenia ogólnej efektywności i niezawodności maszyny.

Rozdzielnia elektryczna przed modernizacją.

Dzięki retrofittingowi poprawiło się także bezpieczeństwo użytkowania maszyny. PZ-KA posiada obecnie nowy system zabezpieczeń, dostosowany do wymagań wynikających z oceny ryzyka. Maszyna została wyposażona m.in. w standardowe grzybkowe przyciski zatrzymania awaryjnego.

„System bezpieczeństwa nadzorowany jest przez programowalny przekaźnik bezpieczeństwa z rodziny SIRIUS 3SK2. Do podstawowej funkcji zatrzymania awaryjnego dodano również funkcję żądania odryglowania, która pozwala na bezpieczne zatrzymanie maszyny” – mówi Ewelina Radomska, specjalista ds. BHP i Ochrony Środowiska

Za automatykę odpowiada koordynująca pracę serwonapędów i innych podzespołów jednostka CPU Siemensa znajdująca się w sterowniku SIMATIC S7-1500. Zapewnia ona, m.in., synchronizację prędkości i procesów napędów, sterowanie elektrozaworami i wentylacją. Z kolei panel operatorski HMI TP1200 Comfort zarządza podstawowymi funkcjami maszyny. Pozwala na diagnostykę elementów układu, w tym napędów oraz sterowanie i monitorowanie parametrów procesu. Wizualizuje m.in. poziom napełnienia cewki, na którą nawijana jest przędza.

Projekt modernizacji maszyny obejmował szereg działań związanych z integracją technologiczną i wdrożeniem nowych rozwiązań IT. Głównym celem tej części wdrożenia było stworzenie systemu umożliwiającego cyfrowe zbieranie danych z produkcji, ich przetwarzanie oraz analizę w celu optymalizacji procesów.

„Pozyskiwane dane umożliwiają odtworzenie pełnego obrazu działania maszyny, co pozwala na identyfikowanie potencjalnych problemów, planowanie działań naprawczych oraz wzrost efektywności operacyjnej. Gromadzonych jest ponad 120 parametrów maszyny, z których najważniejszymi są: prędkość wrzecion, oscylacja ławy, zasilanie i wydawanie” – mówi Jan Słowiński.

„W ramach projektu skonfigurowano serwery aplikacyjne. Ich zadaniem jest zbieranie informacji produkcyjnych na żywo. Usprawnienie przesyłania danych zapewnia środowisko modelowania procesów Node-RED. Pozwala ono na automatyzację ich przepływów między różnymi systemami. Jego połączenie z programem cron daje nam pełną dowolność w ustalaniu harmonogramu przesyłanych informacji. Zebrane dane z maszyny zgromadzone są w bazie SQL” – tłumaczy Maciej Chudziński, inżynier ds. oprogramowania w Safilin.

Końcowym etapem wdrożenia części IT było opracowanie systemu wizualizacji danych w Power BI. Dzięki tej platformie możliwe jest tworzenie interaktywnych raportów i pulpitów analitycznych, które dostarczają użytkownikom przejrzystych i dynamicznych informacji o wydajności produkcji. Wizualizacje te umożliwiają identyfikowanie problemów oraz podejmowanie decyzji opartych na danych.

Efekty uzyskane podczas modernizacji PM88 są tak dobre, że zakład planuje retrofitting kolejnych maszyn. Zgodnie z założeniami projektowymi zwrot z inwestycji ma nastąpić w czasie nieco ponad roku. Inne korzyści to m.in. wzrost bezpieczeństwa eksploatacji i znacząca poprawa warunków pracy dzięki niższemu poziomowi hałasu, który obniżył się z 94dB do 89,5dB. Poprawiła się także jakość produktu gotowego i parametry, takie jak wytrzymałość i równomierność. Wskaźniki jakościowe przędzy, dzięki wdrożonym rozwiązaniom informatycznym, monitorowane są na bieżąco w Power BI.

Na efekt finansowy składa się w głównej mierze obniżenie kosztów wytwarzania przędzy poprzez przyśpieszenie o około 19% pracy maszyny. W liczbach bezwzględnych wartość wytworzonego produktu zwiększyła się średnio ze 176 kg/dzień do 209,5 kg/dzień.