녹색 제조의 맥락에서 필름 슬리팅 머신의 에너지 절약 기술이 개발되었습니다.

녹색 제조의 핵심은 제품 기능, 품질, 그리고 비용을 보장하는 동시에 자원 소비와 환경 영향을 종합적으로 고려하는 현대적인 제조 모델입니다. 박막 소재(예: BOPP, BOPET, CPP, 리튬 배터리 분리막 등) 가공의 핵심 장비인 필름 슬리팅 머신의 에너지 소비는 생산 기업의 운영 비용 및 환경 성과와 직접적인 관련이 있습니다. 따라서 에너지 절약 기술 개발은 많은 주목을 받고 있습니다.

필름 슬리팅 머신을 위한 에너지 절약 기술 개발의 주요 방향은 다음과 같습니다.

첫째, 직접 에너지 소비를 위한 에너지 절감 기술

이러한 유형의 기술은 주로 구동 시스템인 슬리팅 머신 작동 중 대량의 에너지를 소비하는 층을 직접적으로 목표로 합니다.

1. 고효율 모터 및 영구자석 동기 모터(PMSM)의 적용

◦ 기존 문제점: 초기 슬리팅 머신은 일반적으로 일반 비동기 모터를 사용했는데, 이는 특히 저속 및 경부하에서 효율이 낮고 에너지 소비가 더 많았습니다.

◦ 에너지 절약 기술: IE4 및 IE5 에너지 효율 등급을 갖춘 초고효율 비동기 모터 또는 영구자석 동기 모터. 영구자석 동기 모터는 고효율, 고출력 밀도, 그리고 큰 저속 토크라는 장점을 가지고 있으며, 특히 빈번한 기동-정지 및 가변속 운전이 이루어지는 슬리팅 공정에서 에너지 절약 효과가 매우 뛰어나 10~20%의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다.

2. 지능형 서보 드라이브 시스템의 대중화

◦ 기존 문제: 기존 벡터 가변 주파수 드라이브는 직접 기동보다 우수하지만 제어 정확도와 동적 응답 측면에서 개선의 여지가 여전히 있습니다.

◦ 에너지 절약 기술: 현대 고급 슬리팅 머신의 주요 장치(풀기, 견인, ​​감기 등)는 일반적으로 서보 구동 시스템을 채택합니다.

▪ 에너지 피드백 기능: 모터는 풀림 브레이크 및 되감기 장력 제어 시 전력을 생성합니다. 기존 드라이브는 브레이크 저항을 통해 이 에너지를 열 형태로 소모하여 낭비합니다. 에너지 피드백 장치가 장착된 서보 시스템은 회생된 에너지의 일부를 전력망으로 되돌려 다른 장비에서 사용할 수 있도록 합니다. 특히 고속, 고장력 슬리팅 작업에서 에너지 절감 효과가 매우 뛰어나며, 이를 통해 많은 양의 에너지를 회수할 수 있습니다.

▪ 주문형 에너지 공급: 서보 시스템은 토크와 속도를 정밀하게 제어하여 "대형 마차" 현상을 피하고 실제 프로세스 요구 사항에 따라 정확한 에너지를 제공하며 무효 전력 손실을 줄입니다.

3. 에너지 절감 부품 선정

◦ 저전력 PLC, HMI(인간-기계 인터페이스), 센서, LED 조명 등을 활용하여 전체 기계의 대기 및 작동 시 전력 소모를 세부적으로 줄였습니다.

둘째, 공정 및 효율성 개선을 통한 간접적인 에너지 절감 효과

생산 효율성을 높이고, 폐기물 비율을 낮추고, 프로세스를 최적화하는 것이 그 자체로 에너지를 절약하는 가장 효과적인 방법입니다.

1. 얇아지고 빨라지는 추세에 대응

◦ 과제: 더 얇은 필름 소재(리튬 배터리 분리막 등)와 더 빠른 슬리팅 속도(최대 1000m/분 이상)로 인해 장비의 동적 제어 정확도와 안정성에 대한 요구 사항이 매우 높아졌습니다.

◦ 에너지 효율 기술:

▪ 고정밀 장력 제어 시스템: 완전 자동 장력 제어 시스템(플로팅 롤러 방식 + 장력 센서 폐루프 제어 등)을 채택하고, 고응답 서보 모터를 장착하여 시동, 가속, 정상, 감속, 정지까지 전 공정에 걸쳐 매우 안정적인 장력을 보장합니다. 이를 통해 장력 변동으로 인한 필름 늘어짐, 균열, 주름 발생을 최소화하여 불량률과 가동 중단 시 재가동에 필요한 에너지 소비를 크게 줄입니다.

▪ 고급 되감기 및 풀기 기술: 듀얼 스테이션 자동 권취 및 프리드라이브 수신 기술을 통해 기계 정지 없이 연속 생산이 가능하며, 메인 모터의 잦은 시동 및 정지로 인한 막대한 에너지 손실을 방지합니다. 중앙 권취 및 표면 권취의 지능형 스위칭 및 조합은 다양한 소재 특성에 맞춰 효율을 향상시킵니다.

2. 예측 유지 관리 및 디지털 트윈

◦ 기존 문제: 갑작스러운 장비 고장이나 정확도 저하로 인해 계획되지 않은 가동 중단과 생산 결함이 발생합니다.

◦ 에너지 효율 기술:

▪ 상태 모니터링: 진동 센서, 온도 센서 등을 통해 중요 구성 요소(베어링 및 기어박스 등)의 상태를 실시간으로 모니터링하여 예측 유지 관리를 달성하고 치명적인 고장과 그로 인한 막대한 생산 손실 및 에너지 소비를 방지합니다.

▪ 디지털 트윈: 가상 공간에서 슬리팅 머신의 디지털 모델을 구축하고, 실제 생산 전에 공정 매개변수(예: 장력 곡선, 속도 곡선)를 시뮬레이션하고 최적화하여 최적의 에너지 절감 생산 방안을 찾고, 물리적 기계의 샘플 손실과 에너지 소비를 줄입니다.

셋째, 구조설계 및 재료적용 최적화

1. 가벼운 디자인

◦ 프레임, 롤러 등의 구성 요소 또는 고강도 알루미늄 합금과 같은 경량 소재의 위상 최적화를 통해 구동 부품의 관성 모멘트를 줄이는 동시에 강성과 강도를 유지합니다. 이를 통해 구동에 필요한 가속 에너지가 감소하고 서보 모터의 부하가 감소하여 에너지 소비량이 감소합니다.

2. 저마찰 저항 적용

◦ 고성능, 저저항 밀폐형 베어링을 사용하세요.

◦ 모든 가이드 및 트랙션 롤러의 동적 밸런싱 정확도가 매우 높아 고속 작동 중 진동과 추가 저항을 줄입니다.

◦ 필름 표면과의 마찰 계수를 줄이기 위해 거울 광택, 크롬 또는 세라믹 코팅이 된 고정밀 롤러.

넷째, 열에너지 관리 및 회수

1. 슬리팅 나이프 열 관리

◦ 고속 슬리팅 작업 시 공구와 필름 사이의 마찰로 인해 열이 발생하여 슬리팅 품질과 공구 수명에 영향을 미칩니다. 기존의 공랭 방식은 에너지 소모가 더 클 수 있습니다. 고효율 열교환기와 같은 최신 공구 소재와 냉각 설계는 열을 더욱 효율적으로 관리하여 추가 냉각에 필요한 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

2. 작업장 환경에서의 열 에너지 통합

◦ 슬리팅 머신 자체는 열에너지를 많이 소모하지 않지만, 슬리팅 머신에서 회수되는 전력과 압축 공기 시스템의 폐열(공압 부품용)은 전체 공장의 에너지 관리 시스템에 포함되어 전반적인 계획 및 재활용이 가능합니다.

요약 및 개발 동향

미래 발전 추세는 통합과 지능화입니다. 필름 슬리팅 머신은 더 이상 고립된 장치가 아니라 스마트 팩토리의 노드 역할을 하게 될 것입니다. 사물 인터넷(IoT) 기술을 통해 모든 슬리팅 머신의 에너지 소비 데이터와 생산 데이터가 생산 실행 시스템(MES)과 에너지 관리 시스템(EMS)에 실시간으로 업로드됩니다. 또한, 빅데이터 분석을 통해 전체 공장의 생산 일정과 에너지 분배를 지속적으로 최적화하여 시스템 차원에서 최대의 에너지 절감 효과를 달성합니다.

결론적으로, 친환경 제조라는 맥락에서 필름 슬리팅 머신의 에너지 절약 기술은 처음에는 단일 구성 요소의 에너지 절약에서 시작하여 오늘날에는 메카트로닉스, 감지, 구동, 제어 및 데이터 분석을 포함한 포괄적인 에너지 절약 솔루션으로 발전하고 있으며, 궁극적인 목표는 단위 출력 가치당 에너지 소비를 최소화하면서 제품 품질과 생산 효율성을 개선하는 것입니다.