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2018年度創新精選

技術發展是人類社會進步的重要動能,一件件技研成果形塑著人們未來生活的樣貌。每年ABB的研發人員都會提出數百件技術突破或改良方案,《connects》特別為台灣讀者分享八大精選技術,接軌國際。完整內容可參詳2018年第一季的集團技術期刊《ABB Review》。

世界首創33kV及66kV離岸風電變壓器 — WindSTAR

為達環境永續,綠色能源更顯重要,預估至2020年,將有超過65%的北歐新型風場為66 kV等級,力求減少電力損失、提升系統成本效益、延長設備生命週期。為此,ABB開發出全球第一款33kV及66 kV大型風力發電變壓器— —WindSTAR,設備體積輕巧且佔地面積小,可在風機塔座及機艙的狹窄空間順暢運作,並搭載模組化設計,因應客戶特殊需求,有效降低運輸、建造成本。

WindSTAR具堅固、可靠且安全優勢,為降低發生火災風險,變壓器內選用芳香族聚醯胺纖維(aramid)高溫絕緣紙,絕緣液則採用環境友善的高閃點酯。此外,WindSTAR可耐受瞬間負載變動,具備33kV和72.5 kV等級應用,可望降低整體能耗並節省客戶總體營運成本。至今,全球已有128台33kV機組及16台66kV的WindSTAR機組,正式投入離岸風力發電運轉作業。

敏捷製造新法 — ABB Ability MOM

針對工業4.0生產需求,ABB推出ABB AbilityTM製造營運管理系統,做為敏捷製造(Agile manufacturing)的最佳技術支援。所謂敏捷製造,是現代化生產過程中,針對多變、難以預先規劃的產品規格走向,企業有效整合商業資源及製程控制,高效且快速地反應,並採取最適生產策略。

為滿足敏捷製造需求及智慧製造挑戰,ABB AbilityTM製造營運管理(Manufacturing Operations Management)系統提供齊備、可擴充的模組化套件,全面整合製造流程中的人員、資產設備及IT/OT系統,促成即時反應、高適應性的生產決策。ABB藉由ABB AbilityTM製造營運管理系統實現精實生產與敏捷製造,已於全球60多個製造工廠導入應用。日前,ABB更將ABB AbilityTM MOM應用於一條整合無人搬運車(AGV)與工業機器人的高度彈性智慧物流產線,廠管人員透過遠端儀表板的可視化介面,輕鬆查看訂單現況、設備能耗、報警訊息等,並因應即時生產狀況,做出精準又明智決策,實現敏捷製造最終目標。

新型IEC不鏽鋼防水馬達

食品飲料產業在生產加工過程中,最大挑戰即是食品安全及環境衛生。因應食品飲料產業的潔淨生產及沖洗需求,過去業者多選用帶罩式馬達(shrouded motor)。然而這類靠風扇冷卻的馬達,其缺點一來風扇容易沾附空氣中懸浮汙染物,二來拆卸護罩清洗時,不僅耗時且人力成本高。為解決產業的關鍵痛點,ABB推出由集團成員Baldor Electric Company累積20多年經驗開發而成的「新型IEC不銹鋼防水馬達」,適用於歐洲及亞洲市場。這款新品的優勢在於可耐受嚴峻地沖洗環境,例如攝氏80度的高溫、100 bar的高壓,更通過單點承重撞擊IP69K保護等級的測試。

新型IEC不銹鋼防水馬達為全密閉不通風(Totally enclosed non-ventilated,TENV)設計,功率可達1.5 kW。馬達表面光滑可減少生產環境的污染物沾附,提高安全性。相較標準馬達,新型IEC不銹鋼防水馬達的平均壽命延長五倍,可耐受高壓噴霧,大幅延長運轉時間,提高食品安全,降低整體營運成本,成為食品和飲料產業的最佳新選擇。

智能電驅軌道運輸設備 — ACOPOStrak

「智造」時代,適應性製造(Adaptive Manufacturing)迎來破壞式創新。ABB收購的B&R公司開發出智能電驅軌道運輸設備— —ACOPOStrak,具備高響應、強適應的敏捷生產要素,實現大量客製化及批量生產。有如工業界的玩具火車軌道,ACOPOStrak具備四種軌道模組弧度,包含直線、45°段及左右彎曲22.5°,讓運輸軌道配置更為靈活,輕鬆佈局各種閉環式、開環式、多線並聯變形軌道,適應各類型產線及加工站,降低車間廠房空間使用率。

分流器(diverter)是ACOPOStrak不可忽視的關鍵組件,具100%電磁性而不會產生機械磨耗。如同高速公路閘道設計一般,分流器讓產線上搭載物件的滑塊(shuttle)可順暢分流配送、合流匯集,即使切換軌道也無需減速,不影響產能。ACOPOStrak適用於大量客製化的生產運輸流程,以瓶裝飲料為例,產線上可同時匯聚來自不同工作站的三種口味飲料,以六瓶為單位進行包裝,快速簡便且全自動化。當包裝過程中偵測出瑕疵品時,還可透過分流器即時撿貨淘汰,同樣不影響運輸速度與生產效率。

裝載成品或半成品的滑塊,具熱插拔(Hot-Swappable)功能,不需關閉電源停下產線,操作人員即可批量拆裝滑塊,在滑塊併入生產主線的切換或維修過程間,整個運輸系統仍可保持高速運作。ACOPOStrak的運行速度,可達5 g加速度;最高速度可超過4公尺/秒,滑塊間的最短間距為50公厘。另外,ACOPOStrak具備軟體應用開發程式,用戶可在模擬環境測試,縮短開發驗證時間。ACOPOStrak的模組化生產運輸設計,完美回應「智造」時代的定製需求。

新型38 kV中壓屋內真空斷路器

ABB成功推出新一代伺服馬達驅動的中壓屋內真空斷路器(medium-voltage indoor vacuum circuit breaker)。與傳統彈簧裝置(spring mechanism)或電磁啟斷器(magnetic actuator)相比,伺服馬達的機械驅動性能更具優勢,搭載優化的中壓屋內真空設計,可有效延長斷路器使用壽命。新型真空斷路器的額定電壓可達38 kV 2,500 A,短路電流為31.5 kA。

新型中壓真空斷路器的問世,對鋼鐵業用戶而言,可謂是一大福音。由於工業用電弧爐(electric arc furnace)是鋼鐵業不可或缺的生產設備,而保護電弧爐的斷路器每天至少啟斷超過百次,因此可靠耐用的新型中壓真空斷路器倍受用戶引頸企盼。2017年初,ABB與世界上最大鋼鐵製造商之一的NUCOR達成產品驗證試用安裝協議,將新型斷路器設置於位在美國西雅圖的煉鋼廠產線。累積與NUCOR的實際使用經驗,新型中壓真空斷路器規劃於2018年正式進入全球市場。

新式數位塗料霧化器

塗料霧化器是一種將塗料霧化噴塗於汽車車身的裝置。靜電式旋杯霧化器轉速可達60,000 rpm,透過通電形成100kV靜電場,85%的塗料可高速精準地噴灑於目標物表面。目前坊間的塗料霧化器有著以下共通的設計:高速高準度的氣動馬達以調整旋杯、調整圖樣的氣環、高壓發電機,以及控制啟動與清洗的閥門裝置等。

為提升可靠度與噴塗品質,ABB發展結合智能感測器(整合中央處理器)與RFID追蹤功能的新式數位塗料霧化器,可有效控制塗料霧化噴灑及識別故障功能。新式霧化器搭載超小型慣性運動感測器(含3D加速度計、3D陀螺儀及溫控感測器),可監控噴塗過程的各個環節。加上感測器收集角度轉換、頻率等高寬頻(6.7 kHz)數據,提供實時數據分析,持續提升霧化器安全性能。此外,因安裝RFID電子標籤,讓霧化噴塗位置、塗料濃度更加精準,並可追蹤輔助元件的使用歷程紀錄,盡早訂購備品,避免產線停機。未來,ABB將持續精進演算法及雲端數據分析,更精準優化汽車噴塗產線,有效提升用戶生產效率。

自動電源切換開關TruONETM

不間斷電源供應對於醫院、資料中心或電信中心,至關重要。但電力事件難以避免,因此自動電源切換開關(ATS)即是專為設備發生跳電狀況時,立即啟動備援發電機所設計的保護裝置。然而安裝ATS卻不是一項簡單的任務,得將多種感測器、控制器、開關及人機介面一一正確連線。

ABB打破過往安裝繁瑣的問題,開發新一代自動電源切換開關TruONETM,僅需一條線路及標準外箱,就能整合各項元件,將安裝速度提升80%;佈線、測試時間與成本降低90%。TruONETM超越IEC、UL的電氣安全規範,創下業界新標準。此外,TruONETM更是全球第一款內建狀態監測和預防維護功能的ATS。TruONETM可支援七項通訊協議,與Emax 2空氣斷路器同為ABB AbilityTM數位解決方案的一員,搭載相同規格的人機介面及軟體,大大提升設備互聯性。

ABB AbilityTM智能感測器增加泵應用

ABB AbilityTM智能感測器已成功應用於低壓馬達的即時運轉監測,ABB更進一步將其應用於同樣廣泛設置在工業環境的泵。泵,又俗稱幫浦,從製藥廠到石化天然氣廠房,都可見其身影。以污水處理廠為例,離心泵常要面對嚴峻的環境挑戰,在長時間抽取汙水之下,泵常會發生堵塞或汽蝕現象,影響製程順暢進行。因此得靠人員定期檢查,但維保屬高勞力密集工作,且近年來面臨招募不易的人力斷層問題,使得泵的即時監測需求日益升高。

ABB AbilityTM智能感測器在低壓馬達的應用,創下有效縮短70%停機時間、延長30%馬達壽命、降低至少10%能耗的卓越成績。結合ABB的馬達技術與瑞士離心泵生產商Egger Pumps Technology AG的泵應用Know-How,啟動這項聯合開發技術。2017年,ABB匯集瑞士、德國、印度的技術開發人才,收集分析各種工業液壓環境數據,發展診斷模型。當年七月,雙方於瑞士AVA汙水處理廠進行驗證測試,一邊收集實測數據,一邊解決泵轉速、失調、空穴效應(cavitation)及堵塞等應用挑戰。

最終完成試驗,ABB順利將智能感測器擴及泵應用,令維保人員可簡易透過手機、閘道器傳送設備關鍵運轉參數至ABB AbilityTM雲端平台,即時掌握最新狀況,避免無預警停機,更顯著降低巡檢人員暴露於高風險設備的機率。