アッシュ･グローブ･セメント社が信頼性を向上

背景

ボブ･ライト氏は、モータを多用するセメント製造業界の電気技師として30年以上にわたって、DCモータとドライブからACモータとドライブのテクノロジへの進化、情報アクセスの改善、モータ関連のエネルギー消費を削減するための圧力の増加など、すべてを見てきました。

1975年に、カンザス州シャヌートのアッシュ･グローブ･セメント社を訪れたときには、ライト氏は高圧ACモータを制御するために低圧ACドライブを使用することは不可能であるとあなたに言ったでしょう。時代と技術は確かに変化しました。

ライト氏は、大手セメントメーカの9つの工場の1つであるアッシュ･グローブ社の100年前の施設の電気事業を監督しています。合わせて、これらの工場の年間生産能力は約900万トンのセメントです。セメント業界の他の企業と同様に、Ash Groveは競争の激化、絶えず変動する需要、生産性を効率的に向上させるという強い圧力に直面しています。

生産を最大化するために、シャヌート工場は一日中、毎日セメントを製造しています。1,000台近くのモータが合計45,000馬力を生成し、毎分5トンのセメントの生産を促進します。

ライト氏は次のように述べています。「私たちのプラントの成功または失敗は私たちのモータに依存しています。モータを保護し、生産を制御し、効率的に運用するには、信頼性の高い機器と継続的なメンテナンスが必要です。」

信頼性が低く、時代遅れのモータ制御システムの問題を解決するために、アッシュ･グローブ社は、既存の2,300HPの高圧ACモータに、技術的に高度な低圧可変周波数ACドライブを取付けるという珍しいが効果的なソリューションに投資しました。アッシュ･グローブ社は、ドライブテクノロジを更新しただけでなく、設備投資を維持するためのアプローチを最新化しました。これまでの結果、初期の節約額は250,000ドル、稼働時間は90%です。

「少し前まで、製造メーカはそれが壊れるまで実行するという考え方を持っていました。しかし今では、モータのような設備投資を保護するためのツールがあります」と、ライト氏は述べています。

アッシュ･グローブ社の以前の信頼性の低いモータ制御システムでは、定期的なメンテナンスが必要でした。

課題

アッシュ･グローブ社では、モータが巨大な回転する岩で満たされた窯から、1日当たり最大4,500トンのセメントの粉砕まですべてに動力を供給します。需要が高まっており、プラント、つまりモータを稼働状態に保つ必要性が高まっています。中国が独自のインフラの構築にセメント生産を捧げているため、材料の輸入は減少し、国内のセメントの需要を押し上げています。

アッシュ･グローブ社は、セメント製造工程で使用されるクリンカーを製造するために、現場の採石場で採掘された石灰石を使用し、他の原料と混合し、150フィートの長さのロータリーキルンで2,000°Fまで材料を加熱します。まだ熱い配管で、大理石サイズから直径3インチまでの範囲のクリンカーは、鋼球で満たされたミルがそれを粉末セメントに粉砕する前に、冷却プロセスを経ます。

アッシュ･グローブ社の作業者は、毎月これら3つのボールミルにサービスを提供する時期になると問題を抱えていました。技術者が修理のために工場に入るには、時代遅れの60HPの発電機モータを使用して、正確な位置に達するまで工場を1インチずつ回転させました。

「スポッティング」と呼ばれる機器を手動で配置するプロセスは、技術者が動力システムから直接高圧モータに正確にトルクを加える効果的な方法がなかったために困難になりました。これは、ミルをゆっくりと回転させるために使用される手法です。「かさばるミルを正確な位置に移動する際の問題に加えて、コギング、またはモータの突然の始動と停止は、機器に機械的および電気的損傷を引き起こす可能性があります」と、ライト氏は述べています。

この問題は、生産を最大化しながらダウンタイムを最小化するという同社の目標を妨げました。「定期的なメンテナンスを実行したり、障害を解決したりするために1時間ごとに稼働をシャットダウンすると、その時間に300トンのセメントを生産できた可能性があります」と、ライト氏は説明します。

問題の頻度と費用にうんざりしていたライト氏は、アッシュ･グローブ社の残りの施設のオートメーションサプライヤであるロックウェル・オートメーションの営業担当者と不満を共有しました。

ライト氏は次のように述べています。「従来、この状況では、新しいスポッティングコントローラとギアモータまたは高圧ドライブが必要でした。しかし、ロックウェル･オートメーションのエンジニアは、わずかなコストで他のソリューションよりも優れたACドライブソリューションを設計しました。」

ソリューション

アッシュ･グローブ社は、ミルスポッティングに電力を供給する発電機を、ロックウェル･オートメーションの事前構成済みの480V、450HPのAC可変周波数ドライブに置き換えました。Allen‑Bradley®のACドライブは、スポッティングプロセス中にのみ既存の3つの4,000V、2,300HPのACモータに電力を供給して、ボールミルを効率的に回転させ、制御された開始と停止を実現します。ミルを全速力で稼働するために、アッシュ･グローブ社は速度制御のない同期モータスタータを使用しています。

ライト氏は次のように述べています。「セメント業界で30年以上の経験を持つ私は、自分自身をDCの信者だと考えています。ロックウェル･オートメーションが高トルクアプリケーション向けのACモータ制御ソリューションを開発するまで、ACテクノロジがゼロ速度で100%のトルクを生成できるとは信じていませんでした。」

発電機モータアプリケーションを置き換えるように構成されたAllen-Bradleyの低圧ACドライブは、ボールミルがスポッティングに必要な6Hzで動作するトルク制御機能を備えています。ドライブは、モータの磁束とトルク生成電流を分離して独立して制御できるため、ゼロ速度までフルトルクを提供できます。これらの機能と正確なモータ速度制御を組み合わせることで、ACドライブは、通常DCモータ用に予約されているアプリケーションを含む要求の厳しいモータ制御アプリケーションを処理できます。

ドライブがアッシュ･グローブ社に到着したとき、設計は通常よりも複雑な設置を要求しているように見えました。その結果、ライト氏はロックウェル･オートメーションに支援を求めました。ロックウェル･オートメーションのフィールド･サービス･エンジニアは、ライトが問題なくドライブアプリケーションを適切にプログラムし、トラブルシューティングできるように、ドライブ起動サービスを提供しました。

「ロックウェル･オートメーションのエンジニアは、ドライブを立上げ、到着から1時間以内にすべてを稼働させるのを手伝ってくれました」と、ライト氏は振り返ります。「このシームレスで迅速な移行により、統合から実際の機械操作までの時間が短縮されました。」

ドライブを既存のAllen‑BradleyのControlLogix®プログラマブル･オートメーション･コントローラにネットワーク接続することにより、アッシュ･グローブ社は運用パフォーマンスを向上させ、重要な生産データへのリアルタイムアクセスを受取り、高度な診断および保護機能を通じて貴重な資産を保護します。統合されたアプローチは、生産性を向上させ、コストを削減することにより、アッシュ･グローブ社が運用全体で最終的な結果を推進するのに役立ちます。

アッシュ･グローブ社のカンザス州のシャヌート施設全体で約1,000台のモータがアプリケーションに電力を供給し、年間1億5,000万トンのクリンカーを生産しています。

結果

ロックウェル・オートメーションのACドライブテクノロジを実装することで、アッシュ･グローブ社は信頼性の高いモータ制御、経済的節約、資産保護の向上を実現しました。

ライト氏は次のように述べています。「24時間セメントを生産し、1,000台近くのモータで稼働に電力を供給する施設で電気機器を維持することは非常に過酷です。ドライブテクノロジの信頼性は、電気技師としての安心感を与えるだけでなく、生産量の増加と90%以上の稼働率にもつながります。」

ロックウェル･オートメーションのエンジニアのアプリケーション知識とドライブの技術的能力を組み合わせることで、アッシュ･グローブ社はコストを節約できました。

「高圧ドライブの半分以下のコストであることに加えて、このアプリケーションで低圧ACドライブを使用すると、メンテナンスとエネルギー消費のコストを節約し、仕事をより良くすることができます」と、ライト氏は述べています。

アッシュ･グローブ社は、低圧ACドライブを選択することで初期に25万ドルの節約になり、メンテナンスで年間数千ドルを節約しました。以前の発電機とは異なり、スムーズな可変周波数ドライブテクノロジは、機器の機械的摩耗、およびモータの保守に費やされる時間と費用を削減するのに役立ちます。新しいドライブでは、毎年モータのメンテナンスを行なうかわりに、モータの維持と巻き戻しがはるかに少なくて済みます。ACドライブを非常に低速で動作して位置決めを制御できるため、ボールミルの定期的なメンテナンスに必要なスポッティングプロセスが容易になります。

ライト氏は次のように述べています。「私たちはモータを長期的に維持することを信じています。モータが壊れるまで動かすのではなく、モータを保護するための努力を捧げることで、より多くのお金を節約できます。」

アッシュ･グローブ社は、モータとギアボックスのメンテナンス、および機器の交換に費やす費用を削減することに加えて、電力消費を削減しました。

ライト氏は次のように述べています。「以前は、スポッティングプロセス中に発電機のモータを動かしていました。発電機とは異なり、可変周波数ドライブは、工場の整備中に消費する電力がはるかに少ないため、エネルギーを節約できます。」

モータ技術への投資を保護するために、アッシュ･グローブ社は、必要に応じてロックウェル･オートメーションのサポートで社内の取り組みを補完する全体的なメンテナンス戦略を開発しました。

ライト氏は次のように述べています。「低圧ACドライブを使用して高圧アプリケーションに電力を供給する革新的な技術は、信頼性が高く、費用効果の高いソリューションであることが証明されました。将来的にはロックウェル･オートメーションと協力して、目標を達成するためのすぐに使えるアプローチを開発する予定です。」