Нарастващата електрификация на промишлените съоръжения променя начина, по който заводите се проектират, експлоатират и разширяват. Електрическата инфраструктура вече не може да се разглежда като отделен комунален слой, независим от автоматизацията на производството. В отговор на тази промяна Hitachi Energy и Rockwell Automation обявиха сътрудничество, насочено към интегрирана архитектура от електрическата мрежа до производствения процес, която свързва електроенергийната инфраструктура с автоматизацията и цифровите системи, отговорни за производството.
От отделни системи към архитектура от мрежата до производствения процес
Традиционно електроразпределението, качеството на електроенергията, защитата, енергийният мениджмънт, управлението на процесите и автоматизацията на производството често са проектирани като отделни инженерни области. Този подход може да създаде граници между системите, които доставят енергия, и системите, които я потребяват.
Предложеният от Hitachi Energy и Rockwell Automation подход е насочен към по-координирана архитектура. Той обединява експертен опит в областите на свързването към електрическата мрежа, качеството на електроенергията, защитата и управлението, енергийния мениджмънт, автоматизацията на процесите и цифровите операции.
От инженерна гледна точка стойността на тази концепция не се изчерпва с това да се свържат повече системи към една и съща мрежа. По-съществената промяна е възможността електрическите условия и производствените изисквания да станат част от общ модел за планиране и експлоатация.
Защо електрификацията се превръща във въпрос на производство
Промишлената електрификация все повече е свързана с производствения капацитет, вместо да се разглежда само като енергиен проект или проект за устойчиво развитие.
По-високото електрическо натоварване може да се отрази на капацитета на подстанциите, архитектурата на разпределителната система, качеството на електроенергията, координацията на защитите, двигателните системи, задвижванията и наличността на производственото оборудване. Същевременно промените в производствените процеси могат пряко да променят електрическото натоварване и изискванията към експлоатацията.
Така се създава двупосочна зависимост: електрическата система влияе върху производството, а производството определя как трябва да бъдат проектирани и експлоатирани електрическите системи.
Следователно архитектурата от електрическата мрежа до производствения процес може да осигури обща рамка за отчитане на тези взаимозависимости при проектирането, пускането в експлоатация и работата на завода.
Добивът и металургията като първоначална област на приложение
Добивът и металургията ще бъдат първоначалният фокус на сътрудничеството. Този сектор ясно показва защо електрическата инфраструктура и автоматизацията трябва да се разглеждат заедно.
Процеси като трошене, смилане, транспортиране и преработка на полезни изкопаеми потребяват значителни количества електроенергия. Поради това прекъсване или влошаване на качеството на електроенергията може да се отрази на използването на оборудването, непрекъснатостта на производството и оперативните разходи.
Миннодобивните компании са подложени и на натиск да увеличат капацитета, като същевременно модернизират съществуващите съоръжения. Електрификацията добавя още една инженерна променлива към проекти, които и без това са ограничени от капиталовите разходи, инфраструктурата и изискванията за пускане в експлоатация.
Компаниите посочват анализ, според който капиталовите разходи за растеж и създаване на нов миннодобивен капацитет могат да достигнат приблизително 1 трилион долара през следващото десетилетие.
Качеството на електроенергията е част от ефективността на автоматизацията
Качеството на електроенергията е важен инженерен фактор.
Инженерите по автоматизация често се съсредоточават върху наличността на контролерите, резервирането на мрежата, работата на входно-изходните модули, измервателните прибори и логиката на управление. Тези системи обаче в крайна сметка зависят от електрическа инфраструктура, която трябва да осигурява подходящо качество на напрежението, защита и непрекъснатост на захранването.
Големите електродвигатели, регулируемите задвижвания, преобразувателите и друго силово електронно оборудване могат да предизвикват електрически смущения или да създават значителни колебания в натоварването. Обратно, нестабилните електрически условия могат да се разпространят към оборудването за автоматизация и производствените процеси.
Затова интегрирането на информацията за качеството на електроенергията с данните за автоматизацията и оперативната дейност може да даде по-цялостна представа за работата на завода.
Защитата и управлението се нуждаят от по-добър оперативен контекст
Традиционно системите за защита работят въз основа на електрически параметри и предварително зададени схеми за защита. Междувременно автоматизацията на процесите реагира на производствените условия и състоянието на оборудването.
По-тясната интеграция между тези области може да помогне на оперативните екипи да разбират електрическите събития в контекста на производствените активи. Например електрическо смущение може да се оцени не само като събитие, свързано със защитата, но и според това кои производствени системи са засегнати, как се е променило използването на оборудването и необходимо ли е възстановяване на производството.
Това не премахва нуждата от независими защитни функции. Вместо това създава възможност за по-добър обмен на информация между защитата, електрическото управление, автоматизацията на процесите и системите за надзор.
Цифровите операции създават свързващия слой
По време на експлоатацията на промишлено съоръжение съчетаването на електрификация, автоматизация и цифрови технологии може да осигури информация за енергопотреблението, производителността и използването на активите.
Тази информация може да подпомогне оперативния анализ и да даде основа за установяване на връзките между електрическото натоварване и производственото поведение.
Според мен това е един от по-практичните аспекти на сътрудничеството. Цифровата интеграция е най-полезна, когато превръща изолирани досега инженерни данни в информация, по която операторите и екипите по поддръжката могат да предприемат действия. Самото събиране на повече данни не подобрява работата на завода, освен ако тези данни не са свързани със състоянието на оборудването, производствените изисквания и оперативните решения.
Планиране на бъдещ капацитет
Промишлените електрически системи рядко остават непроменени. Производственият капацитет може да нарасне, да бъдат монтирани допълнителни задвижвания, да се въведе ново технологично оборудване, а в бъдеще към съоръжението може да се добавят и алтернативни енергийни източници.
Независимото проектиране на електрическите системи и системите за автоматизация може да затрудни бъдещото разширяване, тъй като всяка промяна може да изисква корекции в множество инженерни области.
Вместо това координираната архитектура може да осигури мащабируема основа за увеличаване на производствения капацитет, разширяване на електрификацията и интегриране на нови енергийни източници.
Това е особено важно за миннодобивните проекти, при които инфраструктурата може да трябва да поеме значителни промени през целия експлоатационен живот на съоръжението.
Инженерната полза: по-малко граници
Най-силният технически аргумент в полза на сътрудничеството е намаляването на границите между електроинженерството и автоматизацията.
Едно съвременно промишлено съоръжение може да включва разпределителни системи за средно и ниско напрежение, оборудване за защита и управление, двигатели и задвижвания, PLC или DCS системи, промишлени мрежи, измервателни прибори, платформи за енергиен мениджмънт и приложения за мониторинг на активите. Тези системи вече взаимодействат физически, дори когато се проектират и управляват отделно.
Концепцията за архитектура от електрическата мрежа до производствения процес отчита това физическо взаимодействие и се стреми да осигури по-координирана инженерна и оперативна рамка.
За проектните екипи това може да подобри координацията при проектиране на системите, пускане в експлоатация, отстраняване на неизправности и бъдещо разширяване.
Отвъд добива и металургията
Макар че добивът и металургията са първоначалният фокус, същите инженерни принципи могат да се приложат и в други енергоемки отрасли.
Производствените предприятия, центровете за данни, химическите съоръжения, транспортната инфраструктура и други големи промишлени обекти все повече зависят от висока наличност на електроенергия и прецизно контролирани производствени процеси.
С разрастването на електрификацията разликата между „електроенергийна система“ и „производствена система“ ще става все по-малко значима от оперативна гледна точка.
Значение за промишлената автоматизация
Сътрудничеството между Hitachi Energy и Rockwell Automation отразява по-широка тенденция в промишленото инженерство: електрическата инфраструктура все по-видимо влияе върху производителността.
Дългосрочната възможност не се изчерпва със свързването на електрооборудването към мрежите за автоматизация. Целта е да се създаде архитектура, в която електрическите условия, производствените изисквания, използването на активите и енергопотреблението могат да се разглеждат заедно.
За инженерите по промишлена автоматизация това означава, че бъдещите архитектури на заводите вероятно ще изискват по-тясна координация между електроразпределението, защитата, задвижванията, PLC/DCS платформите, промишлените мрежи, енергийния мениджмънт и цифровите операции.
Практическият резултат ще зависи от това как компаниите ще превърнат концепцията в конкретни архитектури и промишлени приложения. Техническата посока обаче е ясна: с нарастването на електрификацията на промишлените процеси електроинженерството и автоматизацията все повече трябва да се проектират като части от една и съща система.
