هزینه پنهان معماریهای کنترل جداشده در تولید فلزات
عملیات متالورژیکی از جمله محیطهای تولید پیوسته با بیشترین مصرف انرژی در جهان به شمار میروند. فرآیندهای ذوب، تصفیه و نورد فولاد مقادیر زیادی برق و گازهای سوختی مصرف میکنند. با این حال، هدررفت واقعی انرژی اغلب ناشی از تجهیزات قدیمی نیست بلکه از سیستمهای کنترل پراکندهای است که نمیتوانند دادهها را بهطور مؤثر به اشتراک بگذارند.
اکثر تأسیسات متالورژیکی قدیمی شبکههای PLC جداگانه برای منطق تجهیزات و پلتفرمهای DCS برای تنظیم فرآیندهای حرارتی دارند. این جدایی شکاف اساسی در دید دادهها ایجاد میکند. مدیران تولید نمیتوانند معیارهای مصرف انرژی همزمان در بخشهای ذوب، ریختهگری و نورد را به دست آورند. در نتیجه، الگوهای غیرعادی مصرف برق برای مدت طولانی شناسایی نمیشوند.
روشهای سنتی گزارشدهی دستی باعث تأخیر ۱۵ تا ۲۰ درصدی در شناسایی ناهنجاریهای انرژی میشوند. علاوه بر این، این معماریهای جداشده از الزامات انطباق با سیستم مدیریت انرژی ISO 50001 پشتیبانی نمیکنند. تأثیر عملیاتی بهویژه در بارهای اوج تولید که به بهینهسازی در زمان واقعی نیاز است، بسیار شدید میشود.
یکپارچهسازی بومی پلتفرم: رویکرد ABB System 800xA برای دید انرژی
ABB System 800xA چارچوبی واقعاً یکپارچه برای اتوماسیون صنعتی ارائه میدهد که تقسیم سنتی PLC و DCS را حذف میکند. این پلتفرم منطق گسسته را با کنترل فرآیند پیوسته در یک محیط مهندسی واحد ادغام میکند. در نتیجه، مهندسان دیگر با ابزارهای برنامهنویسی، پایگاههای داده برچسب و سیستمهای تاریخچه جداگانه دست و پنجه نرم نمیکنند.
معماری شامل عملکردهای تخصصی پایش توان بهطور مستقیم در لایه کنترل است. این طراحی از جمعآوری با فرکانس بالا دادههای ولتاژ، جریان، ضریب توان و اعوجاج هارمونیک بدون نیاز به سختافزار اضافی پشتیبانی میکند. علاوه بر این، پشته ارتباطی OPC UA داخلی همگامسازی در سطح میلیثانیه را در تمام دستگاههای متصل تضمین میکند.
تمام دادههای تولید و انرژی به یک سیستم مدیریت اطلاعات صنعتی یکپارچه جریان مییابند. این تجمیع نیاز به نرمافزار میانی خارجی یا برنامهنویسی دروازه سفارشی را حذف میکند. همچنین، پلتفرم بهطور یکپارچه با چارچوبهای IIoT صنعت ۴.۰ و نقشه راه تحلیلهای مبتنی بر ابر هماهنگ است.
شناسایی پویا اتلاف انرژی از طریق پایش در سطح تجهیزات
پلتفرم کنترل یکپارچه امکان ردیابی دقیق انرژی در سطح هر ماشین و مرحله فرآیند را فراهم میکند. هر گره تولیدی مصرف انرژی دقیقی دریافت میکند که به سیستم اجازه میدهد الگوهای مصرف غیرعادی را بهطور خودکار شناسایی کند. پلتفرم نمودارهای بصری جریان انرژی برای واحدهای کوره، ایستگاههای نورد و سیستمهای موتور کمکی تولید میکند.
اپراتورها میتوانند بهطور متوسط در عرض سه دقیقه با استفاده از ابزارهای تشخیصی داخلی نقاط انحراف انرژی را پیدا کنند. این قابلیت شناسایی سریع، عیبیابی واکنشی را به مدیریت انرژی پیشگیرانه تبدیل میکند. آرشیو دادههای تاریخی همچنین از ایجاد پایه مصرف دقیق و ارزیابی عملکرد در شیفتهای تولید پشتیبانی میکند.
سیستم همچنین گزارشدهی انتشار کربن و مستندسازی انطباق با مقررات را ساده میکند. مدیران انرژی میتوانند گزارشهای مصرف دقیق برای دورههای زمانی خاص، کمپینهای تولید یا درجههای محصول بدون نیاز به جمعآوری دستی دادهها استخراج کنند.
دادههای عملکرد واقعی از تأسیسات متالورژیکی
بهینهسازی کارخانه نورد فولاد سوئیس
یک عملیات نورد فولاد مستقر در سوئیس پلتفرم یکپارچه ABB را برای اجرای زمانبندی بار انرژی پویا به کار گرفت. سیستم مصرف برق کوره قوس الکتریکی را بر اساس ساختار قیمتگذاری اوج و غیر اوج شبکه در بازههای ۱۵ دقیقهای تنظیم میکند. این رویکرد هزینههای برق سالانه را ۱۲ درصد کاهش داد و دقت پیشبینی تأمین را ۱۵ درصد بهبود بخشید. مهمتر اینکه، کارخانه این صرفهجوییها را بدون کاهش ظرفیت تولید به دست آورد.
تأسیسات یکپارچه فولاد ضدزنگ اروپایی
یک مجتمع تولید فولاد ضدزنگ ۳۰۰ مگاواتی سیستم 800xA را برای بهینهسازی بازیابی گازهای جانبی و کنترل شعلهور کردن به کار گرفت. پلتفرم یکپارچه حجم شعلهور کردن گازهای زائد را در کل چرخه تولید ۱۰ درصد کاهش داد. بهرهوری استفاده از انرژی تجهیزات از ۸۳ درصد به ۹۱.۵ درصد افزایش یافت که صرفهجویی ماهانه متوسط ۱۵۰۰۰ یورو در هزینه انرژی ایجاد کرد.
ارتقاء هوشمند کارگاه ذوب JSW Steel
JSW Steel معماری کنترل یکپارچه را برای بهبود منطق تنظیم دمای کوره ملاقهای پیادهسازی کرد. سیستم از گرمایش بیش از حد و چرخههای مکرر گرم کردن مجدد که بهطور سنتی انرژی زیادی هدر میدهند، جلوگیری میکند. سرعت عملکرد ریختهگر ۴ تا ۵ درصد افزایش یافت در حالی که کیفیت محصول ثابت ماند. مصرف انرژی کوره تک به ازای هر تن فولاد ۸.۷ درصد کاهش یافت.
شاخصهای عملکرد اضافی
تحلیلهای متعدد پروژه نشان میدهد که راهحل پایش انرژی یکپارچه PLC-DCS بازدهی مثبت مداوم دارد. کارخانههای فلزی متوسط معمولاً سرمایهگذاری بازسازی را ظرف ۱۲ تا ۱۵ ماه بازمیگردانند. کارخانههای بزرگ فولاد یکپارچه میتوانند کاهش هزینههای انرژی سالانه به میلیونها یورو را تجربه کنند. مزیت اساسی در تغییر از حسابداری منفعل انرژی به پیشگیری فعال از اتلاف است که جهتگیری استراتژیک اصلی متالورژی هوشمند صنعت ۴.۰ محسوب میشود.
راهبردهای استقرار برای سناریوهای گرینفیلد و براونفیلد
ساخت کارخانه جدید
پروژههای گرینفیلد میتوانند پلتفرم یکپارچه کامل ABB System 800xA را از مرحله مهندسی اولیه پیادهسازی کنند. این رویکرد امکان پیکربندی پیشفرض برچسبهای پایش انرژی برای فرآیندهای ذوب، ریختهگری و نورد را فراهم میکند. مهندسان باید ظرفیت رابط ابری IIoT را برای پذیرش هوش مصنوعی و تحلیلهای پیشرفته آینده رزرو کنند.
مدرنسازی تأسیسات موجود
بازسازیهای براونفیلد معمولاً حسگرها و محرکهای میدانی موجود را حفظ میکنند تا هزینه سرمایهای را به حداقل برسانند. ارتقاء شامل جایگزینی کنترلکنندههای پراکنده PLC و DCS با سختافزار یکپارچه ABB و انتقال دادههای تاریخی انرژی به پلتفرم جدید است. اکثر تأسیسات آموزش اپراتور HMI را ظرف یک هفته تکمیل میکنند و اختلال تولید را به حداقل میرسانند.
مدیریت چند سایت سازمانی
گروههای شرکتی که چندین سایت تولیدی دارند میتوانند تأسیسات را از طریق پلتفرم صنعتی ابری ABB Ability متصل کنند. این اتصال امکان مقایسه مصرف انرژی بین کارخانهها و ارزیابی عملکرد را فراهم میکند. سیستم بهطور خودکار گزارشهای بهینهسازی انرژی در سطح سازمان را به صورت ماهانه تولید میکند.
تحول به سوی مدیریت پیشبینی انرژی در فلزات
مدیریت انرژی متالورژیکی همچنان در حال گذار از گزارشدهی آماری به استراتژیهای کنترل پیشبینی است. پلتفرمهای یکپارچه PLC و DCS اکنون به عنوان پایه داده اصلی برای پیادهسازی کارخانههای هوشمند در صنعت فلزات عمل میکنند. این معماریها از حسابداری جامع کربن و مدیریت انطباق ESG پشتیبانی میکنند و به تولیدکنندگان کمک میکنند تا با چارچوبهای تعرفه کربن جهانی در حال ظهور سازگار شوند.
توسعههای آینده الگوریتمهای هوش مصنوعی را برای شناسایی الگوهای ظریف هدررفت انرژی که سیستمهای مبتنی بر قوانین سنتی از دست میدهند، در بر خواهد گرفت. مدلهای یادگیری ماشین آموزشدیده بر دادههای تاریخی تولید میتوانند پروفایلهای بهینه توان کوره و منحنیهای شتاب نورد را پیشبینی کنند. این تحول هدررفت انرژی بسیار کم را بیشتر کاهش میدهد و در عین حال استانداردهای کیفیت محصول را حفظ میکند.
سناریوهای کاربردی برای پلتفرمهای کنترل انرژی یکپارچه
بهینهسازی توان کوره قوس الکتریکی
همگامسازی در زمان واقعی موقعیت الکترود، تنظیمات تپ ترانسفورماتور و کنترل پیشگرمایش قراضه بر اساس سیگنالهای قیمت انرژی و اهداف تولید.
مدیریت احتراق کوره پیشگرمایش
تنظیم دقیق نسبت هوا به سوخت با استفاده از بازخورد مداوم اکسیژن و دما مرتبط با دادههای ردیابی بیلت.
کنترل شتاب نورد گرم
تنظیم پویا سرعت و گشتاور موتور هماهنگ با زمانبندی تخلیه کوره برای کاهش هزینههای تقاضای اوج توان.
بهینهسازی توزیع گازهای جانبی
تعادل خودکار گاز کوره بلند، گاز کوره کوک و گاز کوره اکسیژن پایه در چندین نقطه مصرف.
نوشته شده توسط فانگ زکای، مهندس حرفهای متمرکز بر اتوماسیون فرآیند و سیستمهای کنترل برای مشتریان جهانی نفت و گاز.
