Растущая электрификация промышленных объектов меняет подходы к проектированию, эксплуатации и расширению производственных предприятий. Электрическую инфраструктуру больше нельзя рассматривать как отдельный от производственной автоматизации инженерный уровень. Осознавая эти перемены, Hitachi Energy и Rockwell Automation объявили о сотрудничестве, цель которого — создать интегрированную архитектуру «от сети до процесса», объединяющую инфраструктуру электроснабжения с системами автоматизации и цифровыми системами, отвечающими за производство.
От разрозненных систем к архитектуре «от сети до процесса»
Традиционно распределение электроэнергии, качество электроснабжения, защита, управление энергопотреблением, управление технологическими процессами и производственная автоматизация часто проектировались как отдельные инженерные дисциплины. Такой подход может создавать границы между системами, которые поставляют энергию, и системами, которые её потребляют.
Предлагаемый Hitachi Energy и Rockwell Automation подход предполагает переход к более скоординированной архитектуре. Он объединяет компетенции в области подключения к электросети, качества электроснабжения, защиты и управления, управления энергопотреблением, автоматизации технологических процессов и цифровых операций.
С инженерной точки зрения ценность этой концепции не сводится к подключению большего числа систем к одной сети. Более существенное изменение — возможность учитывать состояние электроснабжения и производственные требования в рамках единой модели планирования и эксплуатации.
Почему электрификация становится вопросом производства
Промышленная электрификация всё теснее связана с производственными мощностями, а не рассматривается только как энергетический или экологический проект.
Рост потребности в электроэнергии может повлиять на мощность подстанций, архитектуру распределения электроэнергии, качество электроснабжения, координацию защит, системы электродвигателей и приводов, а также доступность производственного оборудования. В то же время изменения в производственных процессах могут напрямую менять электрическую нагрузку и требования к эксплуатации.
Таким образом, возникает взаимосвязь: электрическая система влияет на производство, а производство определяет, как электрическую систему необходимо проектировать и эксплуатировать.
Поэтому архитектура «от сети до процесса» может обеспечить общую основу для учёта этих взаимозависимостей при проектировании, пусконаладке и эксплуатации предприятия.
Горнодобывающая промышленность и металлургия как первые области применения
Первоначально сотрудничество будет сосредоточено на горнодобывающей промышленности и металлургии. Этот сектор наглядно показывает, почему электрическую инфраструктуру и автоматизацию необходимо рассматривать вместе.
Такие процессы, как дробление, измельчение, транспортировка и переработка полезных ископаемых, потребляют значительное количество электроэнергии. Поэтому перебои или ухудшение качества электроснабжения могут влиять на использование оборудования, непрерывность производства и эксплуатационные расходы.
Горнодобывающие компании также испытывают давление: им необходимо наращивать мощности и одновременно модернизировать действующие предприятия. Электрификация добавляет ещё один инженерный фактор к проектам, которые и без того ограничены капиталом, инфраструктурой и требованиями к пусконаладке.
Компании ссылаются на анализ, согласно которому капитальные затраты на развитие новых мощностей в горнодобывающей отрасли в течение следующего десятилетия могут достичь примерно 1 триллиона долларов.
Качество электроснабжения — часть эффективности автоматизации
Одним из важных инженерных факторов является качество электроснабжения.
Инженеры по автоматизации часто уделяют основное внимание доступности контроллеров, резервированию сетей, характеристикам ввода-вывода, контрольно-измерительным приборам и логике управления. Однако все эти системы зависят от электрической инфраструктуры, которая должна обеспечивать надлежащее качество напряжения, защиту и непрерывность электроснабжения.
Мощные электродвигатели, частотно-регулируемые приводы, преобразователи и другое силовое электронное оборудование могут создавать электрические помехи или формировать сложные профили нагрузки. И наоборот, нестабильные параметры электроснабжения могут влиять на оборудование автоматизации и производственные процессы.
Поэтому интеграция данных о качестве электроснабжения с данными автоматизации и эксплуатации позволяет получить более полное представление о работе предприятия.
Для защиты и управления необходим более полный эксплуатационный контекст
Традиционно системы защиты работают на основе электрических параметров и заранее заданных схем защиты. Автоматизация технологических процессов, в свою очередь, реагирует на состояние производства и оборудования.
Более тесная интеграция этих областей позволит эксплуатационным командам рассматривать электрические события в контексте производственных активов. Например, электрическое возмущение можно будет оценивать не только как событие срабатывания защиты, но и с точки зрения того, какие производственные системы оно затронуло, как изменилось использование оборудования и требуется ли восстановление производства.
Это не отменяет необходимости в независимых функциях защиты. Напротив, это создаёт возможность улучшить обмен информацией между системами защиты, управления электрооборудованием, автоматизации технологических процессов и диспетчерскими системами.
Цифровые операции создают связующий уровень
В процессе эксплуатации промышленного предприятия сочетание электрификации, автоматизации и цифровых технологий может сделать доступной информацию об энергопотреблении, производительности и использовании активов.
Эта информация может помочь в анализе эксплуатации и стать основой для выявления взаимосвязей между электрической нагрузкой и производственными процессами.
На мой взгляд, это один из наиболее практичных аспектов сотрудничества. Цифровая интеграция наиболее полезна, когда она превращает прежде разрозненные инженерные данные в информацию, на основе которой операторы и специалисты по техническому обслуживанию могут действовать. Само по себе увеличение объёма собираемых данных не повышает эффективность предприятия, если эти данные не связаны с состоянием оборудования, производственными требованиями и эксплуатационными решениями.
Планирование будущего наращивания мощностей
Промышленные электрические системы редко остаются неизменными. Производственные мощности могут расти, могут устанавливаться дополнительные приводы и новое технологическое оборудование, а со временем на предприятии могут появиться альтернативные источники энергии.
Раздельное проектирование электрических систем и систем автоматизации может осложнить последующее расширение, поскольку каждое изменение может потребовать доработок сразу в нескольких инженерных областях.
Вместо этого скоординированная архитектура может создать масштабируемую основу для наращивания производственных мощностей, дальнейшей электрификации и интеграции новых источников энергии.
Это особенно актуально для горнодобывающих проектов, где инфраструктуре может потребоваться адаптация к существенным изменениям в течение всего срока эксплуатации предприятия.
Инженерное преимущество: меньше границ
Главный технический аргумент в пользу сотрудничества — сокращение границ между электротехникой и автоматизацией.
Современное промышленное предприятие может включать распределительные сети среднего и низкого напряжения, оборудование защиты и управления, электродвигатели и приводы, системы на базе ПЛК или DCS, промышленные сети, контрольно-измерительные приборы, платформы управления энергопотреблением и приложения для мониторинга активов. Эти системы уже взаимодействуют на физическом уровне, даже если их проектируют и обслуживают раздельно.
Концепция «от сети до процесса» учитывает это физическое взаимодействие и стремится обеспечить более скоординированный подход к проектированию и эксплуатации.
Для проектных команд это может улучшить координацию при проектировании систем, пусконаладке, устранении неисправностей и дальнейшем расширении.
Не только горнодобывающая промышленность и металлургия
Хотя первоначально сотрудничество ориентировано на горнодобывающую промышленность и металлургию, те же инженерные принципы применимы и в других энергоёмких отраслях.
Производственные предприятия, центры обработки данных, химические производства, транспортная инфраструктура и другие крупные промышленные объекты всё больше зависят от высокой доступности электроэнергии и точно управляемых производственных процессов.
По мере развития электрификации различие между «энергосистемой» и «производственной системой» будет становиться всё менее значимым с точки зрения эксплуатации.
Что это означает для промышленной автоматизации
Сотрудничество Hitachi Energy и Rockwell Automation отражает более широкую тенденцию в промышленной инженерии: электрическая инфраструктура становится всё более заметным фактором производительности.
Долгосрочная возможность заключается не просто в подключении электрооборудования к сетям автоматизации. Речь идёт о создании архитектуры, в которой состояние электроснабжения, производственные требования, использование активов и потребление энергии можно учитывать совместно.
Для инженеров по промышленной автоматизации это означает, что архитектуры будущих предприятий, вероятно, потребуют более тесной координации между системами распределения электроэнергии, защитой, приводами, платформами ПЛК/DCS, промышленными сетями, управлением энергопотреблением и цифровыми операциями.
Практический результат будет зависеть от того, как компании воплотят эту концепцию в конкретных архитектурах и промышленных решениях. Однако технический вектор очевиден: по мере электрификации промышленных процессов электротехнику и автоматизацию всё чаще необходимо проектировать как части одной системы.
