ฮิตาชิ เอนเนอร์จีและร็อกเวลล์ ออโตเมชันผสานพลังงานและระบบอัตโนมัติ เพื่อเร่งการเปลี่ยนผ่านสู่ระบบไฟฟ้าในภาคอุตสาหกรรม

การใช้พลังงานไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในโรงงานอุตสาหกรรมกำลังเปลี่ยนแปลงวิธีออกแบบ เดินเครื่อง และขยายโรงงาน โครงสร้างพื้นฐานด้านไฟฟ้าไม่อาจถือเป็นชั้นสาธารณูปโภคที่แยกขาดจากระบบอัตโนมัติการผลิตได้อีกต่อไป เมื่อเล็งเห็นถึงการเปลี่ยนแปลงนี้ Hitachi Energy และ Rockwell Automation ได้ประกาศความร่วมมือที่มุ่งพัฒนาสถาปัตยกรรมแบบครบวงจรตั้งแต่โครงข่ายไฟฟ้าจนถึงกระบวนการผลิต ซึ่งเชื่อมโยงโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานไฟฟ้าเข้ากับระบบอัตโนมัติและระบบดิจิทัลที่รับผิดชอบการผลิต

จากระบบแยกส่วนสู่สถาปัตยกรรมตั้งแต่โครงข่ายไฟฟ้าจนถึงกระบวนการผลิต

แต่เดิม การจ่ายไฟฟ้า คุณภาพไฟฟ้า ระบบป้องกัน การจัดการพลังงาน การควบคุมกระบวนการ และระบบอัตโนมัติการผลิตมักได้รับการออกแบบโดยแยกเป็นสาขาวิศวกรรมต่างหาก แนวทางนี้อาจทำให้เกิดรอยต่อระหว่างระบบที่จ่ายพลังงานกับระบบที่ใช้พลังงาน

แนวทางที่ Hitachi Energy และ Rockwell Automation เสนอจะมุ่งสู่สถาปัตยกรรมที่ประสานงานกันมากขึ้น โดยผสานความเชี่ยวชาญด้านการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้า คุณภาพไฟฟ้า การป้องกันและควบคุม การจัดการพลังงาน ระบบอัตโนมัติในกระบวนการผลิต และการดำเนินงานดิจิทัล

จากมุมมองทางวิศวกรรม คุณค่าของแนวคิดนี้ไม่ได้อยู่ที่การนำระบบจำนวนมากขึ้นมาเชื่อมต่อบนเครือข่ายเดียวกันเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญกว่าคือความเป็นไปได้ที่จะนำสภาวะทางไฟฟ้าและข้อกำหนดการผลิตมาพิจารณาร่วมกันในแบบจำลองเดียวกัน ทั้งในขั้นวางแผนและการปฏิบัติงาน

เหตุใดการใช้ไฟฟ้าจึงกลายเป็นประเด็นด้านการผลิต

การใช้พลังงานไฟฟ้าในภาคอุตสาหกรรมมีความเชื่อมโยงกับกำลังการผลิตมากขึ้นเรื่อยๆ แทนที่จะมองว่าเป็นเพียงโครงการด้านพลังงานหรือความยั่งยืน

ความต้องการใช้ไฟฟ้าที่สูงขึ้นอาจส่งผลต่อขีดความสามารถของสถานีไฟฟ้าย่อย สถาปัตยกรรมระบบจำหน่าย คุณภาพไฟฟ้า การประสานการทำงานของระบบป้องกัน ระบบมอเตอร์ ระบบขับเคลื่อน และความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์การผลิต ขณะเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงกระบวนการผลิตก็อาจส่งผลโดยตรงต่อโหลดไฟฟ้าและข้อกำหนดในการเดินระบบ

จึงเกิดความสัมพันธ์แบบสองทาง กล่าวคือ ระบบไฟฟ้าส่งผลต่อการผลิต ขณะที่การผลิตเป็นตัวกำหนดว่าต้องออกแบบและเดินระบบไฟฟ้าอย่างไร

ดังนั้น สถาปัตยกรรมตั้งแต่โครงข่ายไฟฟ้าจนถึงกระบวนการผลิตจึงเป็นกรอบร่วมที่ใช้พิจารณาความสัมพันธ์เหล่านี้ได้ในขั้นวิศวกรรม การทดสอบเดินระบบ และการปฏิบัติงานในโรงงาน

เหมืองแร่และโลหะเป็นการใช้งานระยะแรก

ความร่วมมือนี้จะมุ่งเน้นอุตสาหกรรมเหมืองแร่และโลหะเป็นอันดับแรก ภาคอุตสาหกรรมนี้เป็นตัวอย่างชัดเจนว่าทำไมจึงต้องพิจารณาโครงสร้างพื้นฐานด้านไฟฟ้าควบคู่กับระบบอัตโนมัติ

กระบวนการต่างๆ เช่น การบด การโม่ การลำเลียง และการแปรรูปแร่ ใช้พลังงานไฟฟ้าปริมาณมาก ดังนั้น ไฟฟ้าดับหรือคุณภาพไฟฟ้าที่เสื่อมลงจึงอาจส่งผลต่ออัตราการใช้ประโยชน์จากอุปกรณ์ ความต่อเนื่องในการผลิต และต้นทุนการดำเนินงาน

บริษัทเหมืองแร่ยังเผชิญแรงกดดันให้เพิ่มกำลังการผลิตพร้อมกับปรับปรุงโรงงานเดิมให้ทันสมัย การใช้ไฟฟ้าจึงเพิ่มตัวแปรทางวิศวกรรมอีกประการให้กับโครงการที่มีข้อจำกัดด้านเงินลงทุน โครงสร้างพื้นฐาน และข้อกำหนดในการทดสอบเดินระบบอยู่แล้ว

บริษัททั้งสองอ้างอิงผลการวิเคราะห์ที่ประเมินว่า การลงทุนเพื่อเพิ่มกำลังการผลิตเหมืองแร่แห่งใหม่อาจมีมูลค่ารวมประมาณ 1 ล้านล้านดอลลาร์สหรัฐในทศวรรษหน้า

คุณภาพไฟฟ้าเป็นส่วนหนึ่งของประสิทธิภาพระบบอัตโนมัติ

คุณภาพไฟฟ้าเป็นประเด็นสำคัญประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาทางวิศวกรรม

วิศวกรระบบอัตโนมัติมักให้ความสำคัญกับความพร้อมใช้งานของคอนโทรลเลอร์ ระบบเครือข่ายสำรอง ประสิทธิภาพของ I/O เครื่องมือวัด และลอจิกควบคุม อย่างไรก็ตาม ท้ายที่สุดแล้วระบบเหล่านี้ต้องพึ่งพาโครงสร้างพื้นฐานด้านไฟฟ้าที่สามารถจ่ายไฟได้อย่างต่อเนื่อง พร้อมคุณภาพแรงดันไฟฟ้าและระบบป้องกันที่เหมาะสม

มอเตอร์ขนาดใหญ่ ไดรฟ์ปรับความเร็วรอบ คอนเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังอื่นๆ อาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าหรือมีรูปแบบโหลดที่ท้าทาย ในทางกลับกัน สภาวะทางไฟฟ้าที่ไม่เสถียรก็อาจส่งผลต่ออุปกรณ์ระบบอัตโนมัติและกระบวนการผลิต

ดังนั้น การผสานข้อมูลคุณภาพไฟฟ้าเข้ากับข้อมูลระบบอัตโนมัติและการดำเนินงานจึงช่วยให้มองเห็นประสิทธิภาพของโรงงานได้ครบถ้วนยิ่งขึ้น

ระบบป้องกันและควบคุมต้องมีบริบทการปฏิบัติงานที่ดีขึ้น

โดยทั่วไป ระบบป้องกันจะทำงานตามพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าและแผนการป้องกันที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ส่วนระบบอัตโนมัติในกระบวนการผลิตจะตอบสนองต่อสภาวะการผลิตและสถานะของอุปกรณ์

การผสานการทำงานระหว่างสองด้านนี้ให้ดียิ่งขึ้นอาจช่วยให้ทีมปฏิบัติการเข้าใจเหตุการณ์ทางไฟฟ้าโดยเชื่อมโยงกับสินทรัพย์การผลิตได้ ตัวอย่างเช่น สามารถประเมินเหตุขัดข้องทางไฟฟ้าได้ไม่เพียงในฐานะเหตุการณ์ด้านการป้องกัน แต่ยังพิจารณาได้ว่าระบบการผลิตใดได้รับผลกระทบ การใช้ประโยชน์จากอุปกรณ์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไร และจำเป็นต้องฟื้นฟูการผลิตหรือไม่

ทั้งนี้ ไม่ได้หมายความว่าจะยกเลิกความจำเป็นในการมีฟังก์ชันระบบป้องกันที่ทำงานอย่างอิสระ แต่เป็นการเปิดโอกาสให้มีการแลกเปลี่ยนข้อมูลที่ดีขึ้นระหว่างระบบป้องกัน การควบคุมทางไฟฟ้า ระบบอัตโนมัติในกระบวนการผลิต และระบบควบคุมระดับกำกับดูแล

การดำเนินงานดิจิทัลสร้างชั้นเชื่อมโยงข้อมูล

เมื่อโรงงานอุตสาหกรรมเริ่มเดินระบบ การผสานเทคโนโลยีการใช้ไฟฟ้า ระบบอัตโนมัติ และเทคโนโลยีดิจิทัลเข้าด้วยกันจะช่วยให้เข้าถึงข้อมูลด้านการใช้พลังงาน ประสิทธิภาพการผลิต และการใช้ประโยชน์จากสินทรัพย์ได้

ข้อมูลเหล่านี้ช่วยสนับสนุนการวิเคราะห์การปฏิบัติงาน และเป็นพื้นฐานสำหรับค้นหาความเชื่อมโยงระหว่างโหลดไฟฟ้ากับรูปแบบการผลิต

ในมุมมองของฉัน นี่เป็นหนึ่งในแง่มุมที่นำไปใช้ได้จริงมากที่สุดของความร่วมมือนี้ การผสานระบบดิจิทัลมีประโยชน์สูงสุดเมื่อช่วยเปลี่ยนข้อมูลทางวิศวกรรมที่เคยแยกส่วน ให้เป็นข้อมูลที่ผู้ปฏิบัติงานและทีมบำรุงรักษานำไปใช้ได้จริง การเก็บข้อมูลเพิ่มเพียงอย่างเดียวไม่ได้ช่วยปรับปรุงโรงงาน เว้นแต่ข้อมูลนั้นจะเชื่อมโยงกับสถานะอุปกรณ์ ข้อกำหนดการผลิต และการตัดสินใจในการปฏิบัติงาน

การวางแผนเพื่อรองรับกำลังการผลิตในอนาคต

ระบบไฟฟ้าในภาคอุตสาหกรรมแทบไม่เคยหยุดนิ่ง กำลังการผลิตอาจเพิ่มขึ้น อาจติดตั้งไดรฟ์เพิ่มเติม เพิ่มอุปกรณ์กระบวนการใหม่ และในอนาคตโรงงานอาจนำแหล่งพลังงานทางเลือกมาใช้ด้วย

การออกแบบระบบไฟฟ้าและระบบอัตโนมัติแยกจากกันอาจทำให้การขยายโรงงานในภายหลังทำได้ยากขึ้น เพราะการปรับเปลี่ยนแต่ละครั้งอาจต้องแก้ไขงานในหลายสาขาวิศวกรรม

ในทางกลับกัน สถาปัตยกรรมที่ประสานงานกันจะช่วยวางรากฐานที่ขยายต่อได้ เพื่อรองรับกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้น การใช้ไฟฟ้าที่มากขึ้น และการผสานแหล่งพลังงานใหม่

เรื่องนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับโครงการเหมืองแร่ ซึ่งโครงสร้างพื้นฐานอาจต้องรองรับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ตลอดอายุการดำเนินงานของโรงงาน

ประโยชน์ทางวิศวกรรม: ลดรอยต่อระหว่างระบบ

เหตุผลทางเทคนิคที่หนักแน่นที่สุดของความร่วมมือนี้คือการลดรอยต่อระหว่างวิศวกรรมไฟฟ้ากับวิศวกรรมระบบอัตโนมัติ

โรงงานอุตสาหกรรมสมัยใหม่อาจประกอบด้วยระบบจำหน่ายไฟฟ้าแรงดันปานกลางและแรงดันต่ำ อุปกรณ์ป้องกันและควบคุม มอเตอร์และไดรฟ์ ระบบ PLC หรือ DCS เครือข่ายอุตสาหกรรม เครื่องมือวัด แพลตฟอร์มจัดการพลังงาน และแอปพลิเคชันติดตามตรวจสอบสินทรัพย์ ระบบเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กันทางกายภาพอยู่แล้ว แม้จะได้รับการออกแบบและบริหารจัดการแยกจากกันก็ตาม

แนวคิดการเชื่อมโยงตั้งแต่โครงข่ายไฟฟ้าจนถึงกระบวนการผลิตตระหนักถึงปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพดังกล่าว และมุ่งสร้างกรอบการทำงานด้านวิศวกรรมและการปฏิบัติงานที่ประสานกันมากขึ้น

สำหรับทีมโครงการ แนวทางนี้อาจช่วยปรับปรุงการประสานงานในขั้นออกแบบระบบ ทดสอบเดินระบบ แก้ไขปัญหา และขยายโรงงานในอนาคต

นอกเหนือจากอุตสาหกรรมเหมืองแร่และโลหะ

แม้ในระยะแรกจะมุ่งเน้นอุตสาหกรรมเหมืองแร่และโลหะ แต่หลักการทางวิศวกรรมเดียวกันนี้ก็สามารถนำไปใช้กับอุตสาหกรรมอื่นที่ใช้พลังงานสูงได้

โรงงานผลิต ศูนย์ข้อมูล โรงงานเคมี โครงสร้างพื้นฐานด้านการขนส่ง และสถานประกอบการอุตสาหกรรมขนาดใหญ่อื่นๆ ต่างต้องพึ่งพาความพร้อมใช้งานของไฟฟ้าในระดับสูงและกระบวนการผลิตที่ควบคุมอย่างแม่นยำมากขึ้นเรื่อยๆ

เมื่อการใช้ไฟฟ้าขยายตัวมากขึ้น ในมุมมองด้านการปฏิบัติงาน เส้นแบ่งระหว่าง “ระบบไฟฟ้า” กับ “ระบบการผลิต” จะยิ่งมีความหมายลดลงเรื่อยๆ

ความหมายต่อระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรม

ความร่วมมือระหว่าง Hitachi Energy และ Rockwell Automation สะท้อนทิศทางที่กว้างขึ้นของวิศวกรรมอุตสาหกรรม นั่นคือโครงสร้างพื้นฐานด้านไฟฟ้ากำลังกลายเป็นองค์ประกอบที่เห็นได้ชัดขึ้นเรื่อยๆ ของประสิทธิภาพการผลิต

โอกาสในระยะยาวไม่ได้อยู่แค่การเชื่อมต่ออุปกรณ์จ่ายไฟเข้ากับเครือข่ายระบบอัตโนมัติ แต่อยู่ที่การสร้างสถาปัตยกรรมซึ่งสามารถพิจารณาสภาวะทางไฟฟ้า ข้อกำหนดการผลิต การใช้ประโยชน์จากสินทรัพย์ และการใช้พลังงานร่วมกันได้

สำหรับวิศวกรระบบอัตโนมัติในภาคอุตสาหกรรม หมายความว่าสถาปัตยกรรมโรงงานในอนาคตมีแนวโน้มที่จะต้องประสานงานอย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้นระหว่างระบบจำหน่ายไฟฟ้า ระบบป้องกัน ไดรฟ์ แพลตฟอร์ม PLC/DCS เครือข่ายอุตสาหกรรม การจัดการพลังงาน และการดำเนินงานดิจิทัล

ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติจะขึ้นอยู่กับวิธีที่บริษัททั้งสองนำแนวคิดนี้ไปพัฒนาเป็นสถาปัตยกรรมและการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมที่เป็นรูปธรรม อย่างไรก็ตาม ทิศทางทางเทคนิคชัดเจนแล้วว่า เมื่อกระบวนการในภาคอุตสาหกรรมใช้ไฟฟ้ามากขึ้น วิศวกรรมไฟฟ้ากำลังและวิศวกรรมระบบอัตโนมัติก็จำเป็นต้องได้รับการออกแบบให้เป็นส่วนหนึ่งของระบบเดียวกันมากขึ้นเรื่อยๆ