Peningkatan elektrifikasi kemudahan industri mengubah cara loji direkayasa, dikendalikan dan dikembangkan. Infrastruktur elektrik tidak lagi boleh dianggap sebagai lapisan utiliti yang berasingan daripada automasi pengeluaran. Menyedari perubahan ini, Hitachi Energy dan Rockwell Automation telah mengumumkan kerjasama yang tertumpu pada seni bina grid-ke-proses bersepadu yang menghubungkan infrastruktur bekalan kuasa elektrik dengan sistem automasi dan digital yang bertanggungjawab terhadap pengeluaran.
Daripada Sistem Berasingan kepada Seni Bina Grid-ke-Proses
Secara tradisional, pengagihan elektrik, kualiti kuasa, perlindungan, pengurusan tenaga, kawalan proses dan automasi pengeluaran sering direka sebagai disiplin kejuruteraan yang berasingan. Pendekatan ini boleh mewujudkan sempadan antara sistem yang membekalkan tenaga dengan sistem yang menggunakannya.
Pendekatan yang dicadangkan oleh Hitachi Energy dan Rockwell Automation menuju ke arah seni bina yang lebih terselaras. Pendekatan ini menggabungkan kepakaran dalam sambungan grid, kualiti kuasa, perlindungan dan kawalan, pengurusan tenaga, automasi proses serta operasi digital.
Dari sudut kejuruteraan, nilai konsep ini bukan sekadar meletakkan lebih banyak sistem pada rangkaian yang sama. Perubahan yang lebih penting ialah kemungkinan menjadikan keadaan elektrik dan keperluan pengeluaran sebahagian daripada model perancangan dan operasi yang sama.
Mengapa Elektrifikasi Semakin Menjadi Isu Pengeluaran
Elektrifikasi industri semakin berkait dengan kapasiti pengeluaran, dan bukan lagi dilihat hanya sebagai projek tenaga atau kemampanan.
Permintaan elektrik yang lebih tinggi boleh menjejaskan kapasiti pencawang, seni bina pengagihan, kualiti kuasa, penyelarasan perlindungan, sistem motor, pemacu dan ketersediaan peralatan pengeluaran. Pada masa yang sama, perubahan dalam proses pengeluaran boleh mengubah beban elektrik dan keperluan operasi secara langsung.
Hal ini mewujudkan hubungan dua hala: sistem elektrik mempengaruhi pengeluaran, manakala pengeluaran menentukan cara sistem elektrik perlu direka dan dikendalikan.
Oleh itu, seni bina grid-ke-proses boleh menyediakan rangka kerja bersama untuk mempertimbangkan saling kebergantungan ini semasa kejuruteraan, pentauliahan dan operasi loji.
Perlombongan dan Logam sebagai Aplikasi Awal
Perlombongan dan logam akan menjadi tumpuan awal kerjasama ini. Sektor ini memberikan contoh yang jelas tentang sebab infrastruktur elektrik dan automasi perlu dipertimbangkan bersama.
Proses seperti penghancuran, pengisaran, penghantaran dan pemprosesan mineral menggunakan sejumlah besar kuasa elektrik. Oleh itu, gangguan atau kemerosotan kualiti kuasa boleh menjejaskan penggunaan peralatan, kesinambungan pengeluaran dan kos operasi.
Syarikat perlombongan juga berdepan tekanan untuk meningkatkan kapasiti sambil memodenkan kemudahan sedia ada. Elektrifikasi menambahkan satu lagi pemboleh ubah kejuruteraan kepada projek yang sudah dibatasi oleh keperluan modal, infrastruktur dan pentauliahan.
Syarikat-syarikat tersebut memetik analisis yang menganggarkan perbelanjaan modal pertumbuhan untuk kapasiti perlombongan baharu boleh mencecah kira-kira $1 trilion dalam dekad akan datang.
Kualiti Kuasa Merupakan Sebahagian daripada Prestasi Automasi
Satu pertimbangan kejuruteraan yang penting ialah kualiti kuasa.
Jurutera automasi sering menumpukan perhatian pada ketersediaan pengawal, redundansi rangkaian, prestasi I/O, instrumentasi dan logik kawalan. Namun, sistem ini akhirnya bergantung pada infrastruktur elektrik yang perlu menyediakan kualiti voltan, perlindungan dan kesinambungan yang sesuai.
Motor besar, pemacu kelajuan berubah-ubah, penukar dan peralatan elektronik kuasa lain boleh menyebabkan gangguan elektrik atau menghasilkan profil beban yang mencabar. Sebaliknya, keadaan elektrik yang tidak stabil boleh merebak ke peralatan automasi dan proses pengeluaran.
Oleh itu, penyepaduan maklumat kualiti kuasa dengan data automasi dan operasi dapat memberikan gambaran prestasi loji yang lebih menyeluruh.
Perlindungan dan Kawalan Memerlukan Konteks Operasi yang Lebih Baik
Sistem perlindungan secara tradisional beroperasi berdasarkan parameter elektrik dan skim perlindungan yang telah ditetapkan. Sementara itu, automasi proses bertindak balas terhadap keadaan pengeluaran dan status peralatan.
Penyepaduan yang lebih erat antara kedua-dua bidang ini boleh membantu pasukan operasi memahami peristiwa elektrik dalam konteks aset pengeluaran. Contohnya, gangguan elektrik boleh dinilai bukan sahaja sebagai peristiwa perlindungan, tetapi juga berdasarkan sistem pengeluaran yang terjejas, perubahan penggunaan peralatan dan keperluan untuk memulihkan pengeluaran.
Ini tidak menghapuskan keperluan untuk fungsi perlindungan yang bebas. Sebaliknya, ini membuka peluang untuk pertukaran maklumat yang lebih baik antara sistem perlindungan, kawalan elektrik, automasi proses dan sistem penyeliaan.
Operasi Digital Membentuk Lapisan Penghubung
Apabila kemudahan industri mula beroperasi, gabungan elektrifikasi, automasi dan teknologi digital dapat mendedahkan maklumat tentang penggunaan tenaga, prestasi pengeluaran dan penggunaan aset.
Maklumat ini dapat menyokong analisis operasi dan menyediakan asas untuk mengenal pasti hubungan antara beban elektrik dengan tingkah laku pengeluaran.
Pada pandangan saya, inilah salah satu aspek kerjasama yang lebih praktikal. Penyepaduan digital paling berguna apabila data kejuruteraan yang sebelum ini terasing ditukar menjadi maklumat yang boleh digunakan oleh operator dan pasukan penyelenggaraan. Mengumpulkan lebih banyak data sahaja tidak akan meningkatkan prestasi loji melainkan data itu dikaitkan dengan status peralatan, keperluan pengeluaran dan keputusan operasi.
Perancangan untuk Kapasiti Masa Hadapan
Sistem elektrik industri jarang kekal statik. Kapasiti pengeluaran boleh ditingkatkan, pemacu tambahan boleh dipasang, peralatan proses baharu boleh diperkenalkan dan sumber tenaga alternatif mungkin akhirnya menjadi sebahagian daripada kemudahan.
Reka bentuk sistem elektrik dan automasi secara berasingan boleh menyukarkan pengembangan kemudian kerana setiap pengubahsuaian mungkin memerlukan perubahan merentasi pelbagai bidang kejuruteraan.
Sebaliknya, seni bina yang terselaras boleh mewujudkan asas yang boleh diskalakan untuk kapasiti pengeluaran tambahan, peningkatan elektrifikasi dan penyepaduan sumber tenaga baharu.
Hal ini amat relevan untuk projek perlombongan, yang infrastrukturnya mungkin perlu menampung perubahan besar sepanjang tempoh operasi kemudahan.
Manfaat Kejuruteraan: Sempadan yang Lebih Sedikit
Hujah teknikal terkuat bagi kerjasama ini ialah pengurangan sempadan antara kejuruteraan elektrik dengan kejuruteraan automasi.
Kemudahan industri moden boleh merangkumi pengagihan voltan sederhana dan rendah, peralatan perlindungan dan kawalan, motor dan pemacu, sistem PLC atau DCS, rangkaian industri, instrumentasi, platform pengurusan tenaga dan aplikasi pemantauan aset. Sistem-sistem ini sememangnya saling berinteraksi secara fizikal, walaupun direkayasa dan diurus secara berasingan.
Konsep grid-ke-proses mengiktiraf interaksi fizikal itu dan berusaha menyediakan rangka kerja kejuruteraan dan operasi yang lebih terselaras.
Bagi pasukan projek, hal ini boleh meningkatkan penyelarasan semasa reka bentuk sistem, pentauliahan, penyelesaian masalah dan pengembangan pada masa hadapan.
Melangkaui Perlombongan dan Logam
Walaupun perlombongan dan logam menjadi sasaran awal, prinsip kejuruteraan yang sama boleh diterapkan pada industri lain yang intensif tenaga.
Kilang pembuatan, pusat data, kemudahan kimia, infrastruktur pengangkutan dan tapak industri besar lain semakin bergantung pada bekalan elektrik yang tersedia tinggi serta proses pengeluaran yang dikawal dengan ketat.
Apabila elektrifikasi berkembang, perbezaan antara "sistem kuasa" dengan "sistem pengeluaran" akan terus menjadi semakin kurang bermakna dari sudut operasi.
Maknanya untuk Automasi Industri
Kerjasama Hitachi Energy dan Rockwell Automation mencerminkan hala tuju lebih luas dalam kejuruteraan industri: infrastruktur elektrik semakin jelas menjadi komponen prestasi pengeluaran.
Peluang jangka panjang bukan sekadar menghubungkan peralatan kuasa dengan rangkaian automasi. Tujuannya adalah untuk mewujudkan seni bina yang membolehkan keadaan elektrik, keperluan pengeluaran, penggunaan aset dan penggunaan tenaga dipertimbangkan bersama.
Bagi jurutera automasi industri, ini bermakna seni bina loji masa hadapan berkemungkinan memerlukan penyelarasan lebih rapat antara pengagihan elektrik, perlindungan, pemacu, platform PLC/DCS, rangkaian industri, pengurusan tenaga dan operasi digital.
Hasil praktikalnya bergantung pada cara syarikat-syarikat tersebut menterjemahkan konsep ini kepada seni bina dan aplikasi industri yang khusus. Namun, hala tuju teknikalnya jelas: apabila proses industri semakin elektrifikasi, kejuruteraan kuasa dan kejuruteraan automasi semakin perlu direka sebagai sebahagian daripada sistem yang sama.
