包装現場のエネルギーコスト削減：空圧バルブとスマートセンサーで持続可能性を実現

Emerson（エマソン）のスペシャリスト執筆。

温室効果ガス排出量の3分の1以上が食品システムによって生み出されており、包装プロセスはその約5.4%を占めています。排出量を削減し、最終的にはゼロにするため、消費財（CPG）企業は脱炭素化目標を設定しています。CPG企業が行動を起こしカーボンニュートラルに向かう中、施設全体でエネルギー使用を確実に削減する方法を模索しています。

多くの企業が確実にエネルギー消費を削減している方法の一つが、新しい省エネ型空圧バルブ技術の統合です。空圧制御バルブは、コスト効率が良く信頼性の高い性能で幅広い包装システムに不可欠です。その普及と、空圧バルブメーカーが開発した多様な新しいスマート機能は、CPG企業がエネルギーを節約し、空圧システムからより大きな価値を得る大きな機会を提供しています。

フローセンサーを使用したエネルギー使用の最適化

一般的に、CPG企業には多くの機械があり、通常は異なるメーカー製で、メインの圧縮空気供給ラインを共有しています。包装施設がこれらの機器の稼働と包装ラインのプロセス駆動に使用する圧縮空気の生成には、相当量のエネルギーが必要です。残念ながら、これらすべてが効率的に使用されるわけではなく、一部の圧縮空気はリークによって浪費される可能性があります。リークは検出が難しく、多くの場合、巨大なエネルギー損失と高額なダウンタイムを招いてから気づかれます。

空圧システム監視は、リークを検出しエネルギー使用を制御する方法の一つです。ほとんどの機械には監視技術が内蔵されていません。しかし、スマート空圧センサーでリトロフィットできます。EmersonのAVENTICS™シリーズAF2センサーのようなフローセンサーは、リークを早期に（甚至は発生前に）特定・対処し、エネルギー使用を最適化することを可能にします。

圧縮空気消費量をリアルタイムで測定することで、フローセンサーは空圧システムの性能とエネルギー消費の明確な把握を提供します。この情報を使用して、企業はエネルギー使用をより深く理解し、効果的に制御するための有意義な行動を取れます。

単なるフローメーター以上のものとして、AF2は圧力、温度、質量流量、体積流量、流速、総質量、総体積、エネルギーという8つの異なるプロセスパラメータを測定します。その大型で設定可能なOLEDディスプレイは運転データを明確に表示し、オペレーターが読み取りやすくなっています。オペレーターはフローチャートなどのさまざまな可視化を設定でき、測定値だけでなくプロセスカーブと累積値も確認できます。センサーは最大7日分のメモリーを保存するため、オペレーターは基本的な機械履歴にもアクセスできます。

AF2は機械レベルでデータを提供し、供給ラインのどの機械にリークがあるかを示唆します。データを使用して、オペレーターは機械の気流を理解し、それを機械サイクルと相関付けることができます。機械のサイクルとそのエアプロファイルをより深く理解することで、オペレーターはリアルタイムデータを基準データ（標準的な気流プロファイルやライン上で最も優れた機械のデータなど）と比較できます。基準データからの逸脱があれば、オペレーターは問題を特定し、リークを引き起こしているコンポーネントの交換など、迅速に対応できます。

サイクルプロファイルと空気消費量の比較は、オペレーターが通常アクセスできない機械の健全性、潜在的なリーク、エネルギー消費に関する貴重な情報を提供します。これにより、オペレーターは自信を持って意思決定し、包装ラインのエネルギー使用をより適切に制御する行動を取れます。

実際、AF2のデータ取得能力と体系的なアプローチにより、オペレーターはDIN ISO 50001に従って空圧システムの空気消費を監視できます。このISO規格は、組織がエネルギー管理システムを確立、実施、維持、改善するのを支援するために作成されました。

AF2単体でCPG企業は収集データを自社のITネットワーク内に保持できます。またはゲートウェイ経由でデータをクラウドに抽出できます。ゲートウェイと特別に開発されたソフトウェアと組み合わせると、オペレーターは高度なダッシュボードにアクセスし、履歴データを保存し、アラートをトリガーするパラメータ閾値を作成し、リーク分析を完了し、他の機械センサーとデータを相関させ、サイトアカウンティングを完了するなど、さらに多くのことが可能になります。

AF2のシンプルさと情報の幅広さは、CPG企業にデジタルトランスフォーメーションの旅の基礎的なエントリーポイントと、確実にエネルギーを節約する貴重な方法を提供します。

センサーからのデータは、オペレーターの個人スマートデバイス上でインサイトと可視化として提示され、アクセス、解釈、意思決定への活用が容易になります（画像提供：Emerson）。

比例バルブによる廃棄物削減

毎分約100万本のプラスチックボトルが販売されていると推定されています。これらの多くはポリエチレンテレフタレート（PET）ボトルです。世界的な需要を満たすため、毎年約3,500台のストレッチブロー成形（SBM）システムが製造・導入されています。

最新の生産システムは、SBMプロセスとボトリングプロセスを継続的な生産フローで組み込んでいます。コンビネーションシステムは、生産から充填へのボトル輸送の必要性を排除することで、ラインの物理的フットプリントとカーボンフットプリントの両方を削減できます。主要なSBM機能を駆動する空圧バルブ技術も、大幅なエネルギー節約を実現できます。

生産システムのエネルギー消費で最大の違いを生む3つの空圧技術は、比例制御バルブ、エアプレパレーションシステム、ブローイングブロックです。空圧エアプレパレーションシステムは効率を改善し、プリフォームアクチュエータとストレッチブロー瓶拡張ステップで使用される低圧・高圧空気のより大きな制御を提供します。コンパクトで高性能なブローイングブロックのプリブロー、ブロー、リサイクル、排気機能がボトル体積成長をより適切に制御します。しかし、高度な比例バルブはプリブロー拡張に革命をもたらし、このステップのエネルギー効率を大幅に改善します。

Emersonは、PET生産におけるプリブロー拡張ステップのオン/オフ高圧フローを置き換えるために特別に設計された比例制御バルブソリューションを提供しています。革新的なソリューションは、特別に設計された比例バルブ、制御エレクトロニクス、ソフトウェアを組み合わせています。比例バルブは、オン/オフ高圧フローがブロープロセス全体で均一な流量を提供するのではなく、流量を変調することで金型内での各ボトルの膨張を微調整します。システムはブローイングシーケンスのセットポイントをバルブに格納するか、SBMプログラマブルロジックコントローラ（PLC）からの制御指示に応答して、意図的なボトル成長を実現し、エンドユーザーが加熱されたボトルが金型内でどのように膨張するかを精密に調整できるようにします。

ボトル壁と形状形成を微調整する能力により、より薄く軽量なボトルの製造が可能になり、ボトルあたりの材料使用量を削減できます。また、品質を犠牲にすることなくボトル形成に必要なブローエア圧力とプリブロー炉の加熱温度を低減することでエネルギーも節約できます。

ボトル成長を精密に変調することに加え、この高度な比例バルブ技術には、PETボトルブローイングプロセスのエネルギー効率と持続可能性を改善するいくつかの追加機能があります。システムは各ブローの品質を示すフィードバック結果も提供できます。この重要なデータはボトルメーカーが成形プロセスを完璧にするのを助け、ボトル品質と一貫性を向上させ、スクラップを削減できます。また、予防メンテナンスを可能にする状態監視データも提供し、効率を改善しダウンタイムを削減します。

新しい比例バルブ技術の省エネメリットに加え、このシステムはボトルメーカーがより複雑なボトル形状を生産する際により高いスループットを達成できるようにします。これは消費者にとってより魅力的です。また、プロセスはソフトウェア/PLCフォーミュラで簡単に更新できるため、機械上の各ブローイングステーションを停止せずにさらなる改善のために調整できます。

より良い制御、より大きな節約

新しいスマート空圧バルブ技術は、CPG企業に確実にエネルギー使用を削減する方法を提供します。包装ラインへのスマートセンサー統合とPETボトル生産における比例バルブは、CPG企業にプロセスを制御し結果を洗練させる能力を与えます。これらの技術が提供する高度な制御、精密さ、慎重さなしに、包装ラインを確実に脱炭素化することはできません。

JHFosterのエキスパートにご連絡いただき、貴社施設でエネルギー節約を始める方法をご確認ください。