Sve veća elektrifikacija industrijskih postrojenja menja način na koji se fabrike projektuju, njima upravlja i kako se proširuju. Električna infrastruktura više se ne može posmatrati kao zaseban komunalni sloj, odvojen od proizvodne automatizacije. Prepoznajući ovu promenu, Hitachi Energy i Rockwell Automation najavili su saradnju usmerenu na integrisanu arhitekturu od mreže do procesa, koja povezuje infrastrukturu za napajanje električnom energijom sa sistemima automatizacije i digitalnim sistemima odgovornim za proizvodnju.
Od zasebnih sistema do arhitekture od mreže do procesa
Tradicionalno su se distribucija električne energije, kvalitet napajanja, zaštita, upravljanje energijom, upravljanje procesima i proizvodna automatizacija često projektovali kao zasebne inženjerske discipline. Takav pristup može stvoriti granice između sistema koji obezbeđuju energiju i sistema koji je troše.
Predloženi pristup kompanija Hitachi Energy i Rockwell Automation vodi ka usklađenijoj arhitekturi. Objedinjuje stručnost u povezivanju na mrežu, kvalitetu napajanja, zaštiti i upravljanju, upravljanju energijom, automatizaciji procesa i digitalnom poslovanju.
Sa inženjerske tačke gledišta, vrednost ovog koncepta nije samo u tome da se više sistema postavi na istu mrežu. Značajnija promena je mogućnost da električni uslovi i proizvodni zahtevi budu deo istog modela planiranja i rada.
Zašto elektrifikacija postaje pitanje proizvodnje
Industrijska elektrifikacija se sve više povezuje sa proizvodnim kapacitetom, umesto da se posmatra isključivo kao energetski projekat ili projekat održivosti.
Veća potražnja za električnom energijom može uticati na kapacitet trafostanica, arhitekturu distribucije, kvalitet napajanja, koordinaciju zaštite, motorske sisteme, pogone i raspoloživost proizvodne opreme. Istovremeno, promene u proizvodnim procesima mogu direktno menjati električno opterećenje i radne zahteve.
Time nastaje dvosmerna veza: električni sistem utiče na proizvodnju, dok proizvodnja određuje kako električni sistem treba projektovati i koristiti.
Arhitektura od mreže do procesa zato može pružiti zajednički okvir za razmatranje ovih međuzavisnosti tokom projektovanja, puštanja u rad i upravljanja postrojenjem.
Rudarstvo i metalurgija kao početna primena
Rudarstvo i metalurgija biće početni fokus saradnje. Ovaj sektor jasno pokazuje zašto električnu infrastrukturu i automatizaciju treba razmatrati zajedno.
Procesi kao što su drobljenje, mlevenje, transport i prerada minerala troše velike količine električne energije. Prekid napajanja ili pogoršanje kvaliteta električne energije zato mogu uticati na iskorišćenost opreme, kontinuitet proizvodnje i operativne troškove.
Rudarske kompanije su istovremeno pod pritiskom da povećaju kapacitet i modernizuju postojeća postrojenja. Elektrifikacija dodaje još jedan inženjerski faktor projektima koji su već ograničeni kapitalom, infrastrukturom i zahtevima za puštanje u rad.
Kompanije navode analizu prema kojoj bi kapitalni izdaci za rast novih rudarskih kapaciteta mogli dostići približno 1 bilion dolara tokom naredne decenije.
Kvalitet napajanja deo je učinka automatizacije
Jedan od važnih inženjerskih aspekata jeste kvalitet napajanja.
Inženjeri automatizacije često se usredsređuju na raspoloživost kontrolera, redundantnost mreže, performanse I/O sistema, instrumentaciju i upravljačku logiku. Međutim, ovi sistemi na kraju zavise od električne infrastrukture koja mora da obezbedi odgovarajući kvalitet napona, zaštitu i kontinuitet napajanja.
Veliki motori, pogoni sa promenljivom brzinom, pretvarači i druga energetska elektronska oprema mogu izazvati električne smetnje ili stvoriti zahtevne profile opterećenja. Nasuprot tome, nestabilni električni uslovi mogu se preneti na opremu za automatizaciju i proizvodne procese.
Integracija podataka o kvalitetu napajanja sa podacima o automatizaciji i radu postrojenja zato može pružiti potpuniju sliku njegovih performansi.
Zaštiti i upravljanju potreban je bolji operativni kontekst
Sistemi zaštite tradicionalno rade prema električnim parametrima i unapred definisanim šemama zaštite. Automatizacija procesa, s druge strane, reaguje na stanje proizvodnje i opreme.
Bolja integracija ovih oblasti mogla bi operativnim timovima da omogući da razumeju električne događaje u kontekstu proizvodne opreme. Na primer, električna smetnja može se procenjivati ne samo kao događaj zaštite već i prema tome koji su proizvodni sistemi bili pogođeni, kako se promenila iskorišćenost opreme i da li je potreban oporavak proizvodnje.
Time se ne ukida potreba za nezavisnim funkcijama zaštite. Umesto toga, stvara se mogućnost za bolju razmenu informacija između zaštite, električnog upravljanja, automatizacije procesa i nadzornih sistema.
Digitalno poslovanje stvara vezni sloj
Kada industrijsko postrojenje počne sa radom, kombinacija elektrifikacije, automatizacije i digitalnih tehnologija može pružiti uvid u potrošnju energije, proizvodne performanse i iskorišćenost opreme.
Ove informacije mogu podržati operativnu analizu i poslužiti kao osnova za utvrđivanje veza između električnog opterećenja i ponašanja proizvodnje.
Po mom mišljenju, ovo je jedan od praktičnijih aspekata saradnje. Digitalna integracija je najkorisnija kada prethodno izdvojene inženjerske podatke pretvara u informacije na osnovu kojih operateri i timovi za održavanje mogu da deluju. Samo prikupljanje veće količine podataka ne unapređuje rad postrojenja ako ti podaci nisu povezani sa stanjima opreme, proizvodnim zahtevima i operativnim odlukama.
Planiranje budućih kapaciteta
Industrijski električni sistemi retko su nepromenljivi. Proizvodni kapacitet može se povećati, mogu se ugraditi dodatni pogoni, uvesti nova procesna oprema, a alternativni izvori energije s vremenom mogu postati deo postrojenja.
Nezavisno projektovanje električnih sistema i sistema automatizacije može otežati kasnije proširenje jer svaka izmena može zahtevati promene u više inženjerskih oblasti.
Usklađena arhitektura umesto toga može postaviti skalabilnu osnovu za dodatne proizvodne kapacitete, veću elektrifikaciju i integraciju novih izvora energije.
Ovo je naročito važno za rudarske projekte, gde infrastruktura možda mora da podrži značajne promene tokom radnog veka postrojenja.
Inženjerska prednost: manje granica
Najjači tehnički argument za ovu saradnju jeste smanjenje granica između elektrotehničkog inženjerstva i inženjerstva automatizacije.
Savremeno industrijsko postrojenje može sadržati srednjenaponsku i niskonaponsku distribuciju, opremu za zaštitu i upravljanje, motore i pogone, PLC ili DCS sisteme, industrijske mreže, instrumentaciju, platforme za upravljanje energijom i aplikacije za nadzor opreme. Ovi sistemi već međusobno fizički deluju, čak i kada se projektuju i njima upravlja odvojeno.
Koncept od mreže do procesa prepoznaje tu fizičku interakciju i nastoji da obezbedi usklađeniji inženjerski i operativni okvir.
Za projektne timove to bi moglo da poboljša koordinaciju tokom projektovanja sistema, puštanja u rad, otklanjanja kvarova i budućih proširenja.
Izvan rudarstva i metalurgije
Iako su rudarstvo i metalurgija početni cilj, isti inženjerski principi mogu se primeniti i u drugim energetski intenzivnim industrijama.
Proizvodni pogoni, data centri, hemijska postrojenja, saobraćajna infrastruktura i druga velika industrijska postrojenja sve više zavise od visoke raspoloživosti električne energije i precizno kontrolisanih proizvodnih procesa.
Kako se elektrifikacija širi, razlika između „energetskog sistema” i „proizvodnog sistema” iz operativne perspektive postaće sve manje značajna.
Šta ovo znači za industrijsku automatizaciju
Saradnja kompanija Hitachi Energy i Rockwell Automation odražava širi pravac razvoja industrijskog inženjerstva: električna infrastruktura postaje sve uočljiviji činilac proizvodnih performansi.
Dugoročna prilika nije samo u povezivanju energetske opreme sa mrežama za automatizaciju. Cilj je stvoriti arhitekturu u kojoj se električni uslovi, proizvodni zahtevi, iskorišćenost opreme i potrošnja energije mogu posmatrati zajedno.
Za inženjere industrijske automatizacije to znači da će buduće arhitekture postrojenja verovatno zahtevati bližu koordinaciju distribucije električne energije, zaštite, pogona, PLC/DCS platformi, industrijskih mreža, upravljanja energijom i digitalnog poslovanja.
Praktični rezultat zavisiće od toga kako kompanije pretoče ovaj koncept u konkretne arhitekture i industrijske primene. Međutim, tehnički pravac je jasan: kako industrijski procesi postaju sve elektrifikovaniji, elektrotehničko inženjerstvo i inženjerstvo automatizacije moraju se sve više projektovati kao delovi istog sistema.
