افزایش برقی‌سازی تأسیسات صنعتی در حال تغییر شیوه طراحی، بهره‌برداری و توسعه کارخانه‌هاست. دیگر نمی‌توان زیرساخت برق را لایه‌ای خدماتی و جدا از اتوماسیون تولید در نظر گرفت. هیتاچی انرژی و راکول اتومیشن با درک این تغییر، از همکاری‌ای خبر داده‌اند که بر معماری یکپارچه‌ای از شبکه برق تا فرایند متمرکز است و زیرساخت برق را به سیستم‌های اتوماسیون و دیجیتالِ مسئول تولید متصل می‌کند.
از سیستم‌های مجزا تا معماری یکپارچه از شبکه برق تا فرایند
به‌طور سنتی، توزیع برق، کیفیت توان، حفاظت، مدیریت انرژی، کنترل فرایند و اتوماسیون تولید اغلب در قالب حوزه‌های مهندسی جداگانه طراحی شده‌اند. این رویکرد می‌تواند میان سیستم‌های تأمین‌کننده انرژی و سیستم‌های مصرف‌کننده آن مرزهایی ایجاد کند.
رویکرد پیشنهادی هیتاچی انرژی و راکول اتومیشن به‌سمت معماری هماهنگ‌تری حرکت می‌کند. این رویکرد، تخصص در اتصال به شبکه، کیفیت توان، حفاظت و کنترل، مدیریت انرژی، اتوماسیون فرایند و عملیات دیجیتال را با هم ترکیب می‌کند.
از دیدگاه مهندسی، ارزش این مفهوم صرفاً در قرار دادن سیستم‌های بیشتر روی یک شبکه واحد نیست. تغییر مهم‌تر، امکان گنجاندن شرایط الکتریکی و الزامات تولید در یک مدل مشترک برای برنامه‌ریزی و بهره‌برداری است.
چرا برقی‌سازی به مسئله‌ای برای تولید تبدیل می‌شود
برقی‌سازی صنعتی بیش از پیش با ظرفیت تولید پیوند می‌خورد و دیگر صرفاً به‌عنوان پروژه‌ای مرتبط با انرژی یا پایداری دیده نمی‌شود.
افزایش تقاضای برق می‌تواند بر ظرفیت پست‌ها، معماری توزیع، کیفیت توان، هماهنگی حفاظت، سیستم‌های موتور و درایو و دسترس‌پذیری تجهیزات تولید اثر بگذارد. در همین حال، تغییر در فرایندهای تولید می‌تواند بار الکتریکی و الزامات بهره‌برداری را مستقیماً تغییر دهد.
این وضعیت رابطه‌ای دوسویه ایجاد می‌کند: سیستم برق بر تولید اثر می‌گذارد و تولید نیز تعیین می‌کند که سیستم برق چگونه باید طراحی و بهره‌برداری شود.
بنابراین، معماری یکپارچه از شبکه برق تا فرایند می‌تواند چارچوبی مشترک برای در نظر گرفتن این وابستگی‌ها در مراحل مهندسی، راه‌اندازی و بهره‌برداری از کارخانه فراهم کند.
معدن و فلزات به‌عنوان نخستین حوزه کاربرد
معدن و فلزات نخستین حوزه تمرکز این همکاری خواهد بود. این بخش نمونه‌ای روشن از نیاز به بررسی هم‌زمان زیرساخت برق و اتوماسیون است.
فرایندهایی مانند خردایش، آسیاب‌کنی، انتقال مواد و فرآوری مواد معدنی، مقدار قابل‌توجهی برق مصرف می‌کنند. در نتیجه، قطع برق یا افت کیفیت توان می‌تواند بر میزان بهره‌برداری از تجهیزات، تداوم تولید و هزینه‌های عملیاتی اثر بگذارد.
شرکت‌های معدنی همچنین برای افزایش ظرفیت و نوسازی تأسیسات موجود با فشار روبه‌رو هستند. برقی‌سازی متغیر مهندسی دیگری به پروژه‌هایی می‌افزاید که از پیش با محدودیت‌های سرمایه، زیرساخت و الزامات راه‌اندازی مواجه‌اند.
این شرکت‌ها به تحلیلی اشاره می‌کنند که برآورد کرده است هزینه سرمایه‌ای رشد برای ایجاد ظرفیت جدید معدنی ممکن است در دهه آینده به حدود ۱ تریلیون دلار برسد.
کیفیت توان بخشی از عملکرد اتوماسیون است
کیفیت توان یکی از ملاحظات مهم مهندسی است.
مهندسان اتوماسیون اغلب بر دسترس‌پذیری کنترل‌کننده، افزونگی شبکه، عملکرد ورودی/خروجی، ابزار دقیق و منطق کنترلی تمرکز می‌کنند. بااین‌حال، این سیستم‌ها در نهایت به زیرساخت برقی وابسته‌اند که باید کیفیت مناسب ولتاژ، حفاظت و تداوم تأمین را فراهم کند.
موتورهای بزرگ، درایوهای دورمتغیر، مبدل‌ها و دیگر تجهیزات الکترونیک قدرت می‌توانند اختلالات الکتریکی ایجاد کنند یا به الگوهای بار سنگین نیاز داشته باشند. در مقابل، شرایط ناپایدار برق می‌تواند به تجهیزات اتوماسیون و فرایندهای تولید سرایت کند.
بنابراین، یکپارچه‌سازی اطلاعات کیفیت توان با داده‌های اتوماسیون و عملیات می‌تواند دیدی کامل‌تر از عملکرد کارخانه ارائه دهد.
حفاظت و کنترل به زمینه عملیاتی بهتری نیاز دارند
سیستم‌های حفاظت به‌طور سنتی بر اساس پارامترهای الکتریکی و طرح‌های حفاظتی ازپیش‌تعریف‌شده عمل می‌کنند. در مقابل، اتوماسیون فرایند به شرایط تولید و وضعیت تجهیزات واکنش نشان می‌دهد.
یکپارچگی بیشتر میان این حوزه‌ها می‌تواند به تیم‌های بهره‌برداری کمک کند رویدادهای الکتریکی را در بستر دارایی‌های تولیدی درک کنند. برای نمونه، می‌توان اختلال الکتریکی را نه‌فقط به‌عنوان رویدادی حفاظتی، بلکه از نظر سیستم‌های تولیدیِ تحت‌تأثیر، تغییر در میزان بهره‌برداری از تجهیزات و نیاز به بازیابی تولید نیز ارزیابی کرد.
این کار نیاز به عملکردهای مستقل حفاظتی را از میان نمی‌برد، بلکه فرصتی برای تبادل بهتر اطلاعات میان حفاظت، کنترل الکتریکی، اتوماسیون فرایند و سیستم‌های نظارتی فراهم می‌کند.
عملیات دیجیتال لایه اتصال را ایجاد می‌کند
پس از آغاز بهره‌برداری از یک تأسیسات صنعتی، ترکیب برقی‌سازی، اتوماسیون و فناوری‌های دیجیتال می‌تواند اطلاعاتی درباره مصرف انرژی، عملکرد تولید و میزان بهره‌برداری از دارایی‌ها در اختیار بگذارد.
این اطلاعات می‌تواند از تحلیل‌های عملیاتی پشتیبانی کند و زمینه شناسایی ارتباط میان بار الکتریکی و رفتار تولید را فراهم آورد.
از دیدگاه من، این یکی از جنبه‌های کاربردی‌تر همکاری است. یکپارچه‌سازی دیجیتال زمانی بیشترین فایده را دارد که داده‌های مهندسیِ پیش‌تر جداافتاده را به اطلاعاتی تبدیل کند که اپراتورها و تیم‌های تعمیر و نگهداری بتوانند بر اساس آن اقدام کنند. صرفاً گردآوری داده‌های بیشتر، عملکرد کارخانه را بهبود نمی‌دهد؛ مگر آنکه این داده‌ها به وضعیت تجهیزات، الزامات تولید و تصمیم‌های عملیاتی پیوند بخورند.
برنامه‌ریزی برای ظرفیت آینده
سیستم‌های برق صنعتی به‌ندرت ثابت می‌مانند. ممکن است ظرفیت تولید افزایش یابد، درایوهای بیشتری نصب شوند، تجهیزات فرایندی جدیدی وارد شوند و در نهایت منابع انرژی جایگزین نیز بخشی از تأسیسات شوند.
طراحی مستقل سیستم‌های برق و اتوماسیون می‌تواند توسعه بعدی را دشوارتر کند، زیرا هر تغییر ممکن است به اصلاحاتی در چندین حوزه مهندسی نیاز داشته باشد.
در عوض، معماری هماهنگ می‌تواند زیربنایی مقیاس‌پذیر برای افزایش ظرفیت تولید، گسترش برقی‌سازی و یکپارچه‌سازی منابع انرژی جدید فراهم کند.
این موضوع برای پروژه‌های معدنی اهمیت ویژه‌ای دارد، زیرا زیرساخت‌ها ممکن است در طول عمر بهره‌برداری تأسیسات ناچار به پاسخ‌گویی به تغییرات چشمگیری باشند.
مزیت مهندسی: مرزهای کمتر
قوی‌ترین استدلال فنی برای این همکاری، کاهش مرزهای میان مهندسی برق و مهندسی اتوماسیون است.
یک تأسیسات صنعتی مدرن ممکن است شامل توزیع برق فشار متوسط و ضعیف، تجهیزات حفاظت و کنترل، موتور و درایو، سیستم‌های PLC یا DCS، شبکه‌های صنعتی، ابزار دقیق، پلتفرم‌های مدیریت انرژی و برنامه‌های پایش دارایی باشد. این سیستم‌ها حتی زمانی که جداگانه طراحی و مدیریت می‌شوند، در عمل با یکدیگر تعامل دارند.
مفهوم یکپارچه از شبکه برق تا فرایند، این تعامل فیزیکی را به رسمیت می‌شناسد و می‌کوشد چارچوبی هماهنگ‌تر برای مهندسی و بهره‌برداری فراهم کند.
برای تیم‌های پروژه، این رویکرد می‌تواند هماهنگی در طراحی سیستم، راه‌اندازی، عیب‌یابی و توسعه‌های آینده را بهبود دهد.
فراتر از معدن و فلزات
اگرچه معدن و فلزات نخستین هدف هستند، همین اصول مهندسی را می‌توان در دیگر صنایع پرمصرف انرژی نیز به کار گرفت.
کارخانه‌های تولیدی، مراکز داده، تأسیسات شیمیایی، زیرساخت‌های حمل‌ونقل و دیگر مراکز صنعتی بزرگ، بیش از پیش به دسترس‌پذیری بالای برق و فرایندهای تولید با کنترل دقیق وابسته‌اند.
با گسترش برقی‌سازی، تمایز میان «سیستم برق» و «سیستم تولید» از دیدگاه عملیاتی پیوسته کم‌معناتر خواهد شد.
این همکاری برای اتوماسیون صنعتی چه معنایی دارد
همکاری هیتاچی انرژی و راکول اتومیشن بازتاب‌دهنده روندی گسترده‌تر در مهندسی صنعتی است: زیرساخت برق به مؤلفه‌ای هرچه آشکارتر در عملکرد تولید تبدیل می‌شود.
فرصت بلندمدت صرفاً اتصال تجهیزات برق به شبکه‌های اتوماسیون نیست. هدف ایجاد معماری‌ای است که در آن شرایط الکتریکی، الزامات تولید، میزان بهره‌برداری از دارایی‌ها و مصرف انرژی در کنار هم بررسی شوند.
برای مهندسان اتوماسیون صنعتی، این یعنی معماری‌های آینده کارخانه احتمالاً به هماهنگی نزدیک‌تری میان توزیع برق، حفاظت، درایوها، پلتفرم‌های PLC/DCS، شبکه‌های صنعتی، مدیریت انرژی و عملیات دیجیتال نیاز خواهند داشت.
نتیجه عملی به چگونگی تبدیل این مفهوم به معماری‌ها و کاربردهای صنعتی مشخص از سوی شرکت‌ها بستگی دارد. بااین‌حال، مسیر فنی روشن است: هرچه فرایندهای صنعتی برقی‌تر می‌شوند، مهندسی برق و مهندسی اتوماسیون نیز بیش از پیش باید به‌عنوان بخش‌هایی از یک سیستم واحد طراحی شوند.
