Optimalizace spotřeby energie a operací při výrobě cementu

-- 21.12.09 15:39

V rámci modernizace cementárny společnosti Lehigh Cement v Union Bridge ve státě Madison bylo integrováno řízení procesů a řízení spotřeby energie s cílem zvýšit efektivitu v celém závodě.

Společnost Lehigh Cement se v posledních letech zajímala o nové přístupy k optimalizaci spotřeby energie a zvýšení provozní efektivity. Firma usilovala o odstranění separace jednotlivých automatizovaných uzlů tím, že integrovala svou softwarovou platformu do jednoho centra, a v rámci těchto aktivit dokonce převedla výrobní data do podnikového systému SAP. Tento přístup nabourává představu, že jediným cenově příznivým způsobem, jak mohou výrobci cementu zvýšit efektivitu svého provozu, jsou řídicí prvky na bázi PLC/HMI. Integrované systémy procesní automatizace jsou navrženy tak, aby splňovaly a mnohonásobně překračovaly specifické požadavky pro výrobu cementu, zejména těch, jejichž cílem je optimalizovat spotřebu energie, prodloužit životnost řídicího systému a nakonec snížit celkové provozní náklady po dobu životnosti systému.

Společnost Lehigh Cement je divizí skupiny HeidelbergCement Group, třetího největšího výrobce cementu na světě. V prvním čtvrtletí roku 2008 zaměstnávala globálně přes 65 000 lidí a vyrobila 19,6 milionů tun slínku a cementu. Tato společnost rovněž ve svých výrobních závodech vyrobila 61 milionů tun kameniva a 10 milionů tun hotové betonové směsi. Při modernizaci společnosti Lehigh došlo k propojení těchto jednotlivých automatizovaných uzlů – několika systémů na bázi PLC/HMI v rámci celého závodu. Vedení závodu tímto usilovalo o snížení pracovních a provozních nákladů pomocí řídicího systému, který by řídil a monitoroval vše z jednoho centra. Splnění tohoto úkolu však nebylo snadné.

V závodu v Union Bridge se rozhodli jít ve stopách dalších závodů skupiny Heidelberg ve světě a pro standardizaci své automatizační platformy využili systém Simatic PCS 7 a aplikační knihovnu Cemat společnosti Siemens. Tento systém nabízí rozsáhlé diagnostické možnosti pro jednotlivé objekty, jako jsou motory, ventily a regulační klapky, které lze konzistentním způsobem využívat v rámci celého závodu i mimo něj. Operátor zaškolený na jednom úseku závodu se může snadno naučit obsluhu na dalším úseku, a dokonce i v jiném závodě v rámci organizace společnosti Lehigh. Díky tomu mohou manažeři přemisťovat operátory do míst, která vyžadují největší pozornost v rámci závodu, a dokonce i do jiných výrobních závodů společnosti Lehigh.

Flexibilita otevřeného systému

Nový systém řídí všechny úseky, včetně zpracování surovin, předehřívání a pece, drcení slínku, balení a skladování. To zahrnuje 17 600 aktivních I/O bodů a 3 000 bodů, které je ještě nutno nainstalovat. Aplikační knihovnu Cemat tvoří předem vytvořené funkční bloky, obrazovky a obslužná grafika určená pro komplexní provozování cementárny. Zajišťuje velmi přehledný stejnoměrný tok dat, od dobývání surovin až po hotový výrobek. Integrace softwarových sad pro optimalizaci procesů od různých dodavatelů umožňuje snadno doplňovat do systému řídicí prvky pro procesy, jako je optimalizace drcení, skener pláště pece, kontrola jakosti a databáze řídicího systému pece. Aplikační knihovna může pomoci operátorům vidět závod z větší perspektivy, protože systém zahrnuje velmi mnoho různých operací.

K operacím knihovny patří témata, jako je způsob odstraňování problémů s minimálními prostoji a vzájemná koordinace pohonů, regulačních klapek, pásových dopravníků a analogových měření v rámci závodu. Díky tomu je možné sdílet nejlepší provozní postupy v rámci organizace společnosti Lehigh, aniž by se operátoři museli nově učit základní koncepci obsluhy nebo funkčnost jednotlivých objektů, jako jsou motory a regulační klapky. Funkčnost jednotlivých bloků vychází z dlouholetých zkušeností na daném pracovišti, takže technické zajištění je jednodušší a spolehlivé. Operátoři se proto mohou zaměřit na koordinaci procesu, která je pro daný přiřazený proces jedinečná. Identifikace případných chyb je snadná díky podrobným chybovým hlášením seskupeným do operačně specifických oblastí nebo skupin.

Monitorování spotřeby energie

Integrace údajů z monitorování spotřeby energie do systému PCS 7, kterou společnost Lehigh provedla, se ukázala jako mimořádně přínosná. Vzhledem k vysokému požadovanému proudu pro provoz motorů může být každé zlepšení velmi ziskové. Společnost Lehigh svůj program založila na vysoce výkonných motorech, využití technologie inteligentních motorových řídicích center (MCC) a úzké integraci motorů a pohonů do systému procesní automatizace. Společnost Lehigh Cement tento přístup uplatňuje pro snížení spotřeby energie a nákladů v rámci všech svých výrobních operací. Závod využívá systém monitorování spotřeby energie podporovaný vyhrazeným řídicím prvkem PCS 7 a celkem 218 zařízení pro monitorování spotřeby propojených po sběrnici Profibus.

Tato zařízení byla nainstalována ve všech MCC a pohonech a poskytují informace o spotřebě energie v reálném čase. Monitorovací zařízení operátorům poskytují přehled o spotřebě energie včetně hodnot proudu, napětí a účiníku, které jsou sekvenčně zobrazovány pro každou fázi a proud. Díky této funkčnosti lze operátorům prostřednictvím rozhraní HMI prezentovat kalkulace spotřeby energie a měření v každém místě závodu, dokonce i pro každý pohon a motor. Pokud daný úsek neběží efektivně, operátor může vidět, kde se neefektivní místo nachází a může provést příslušné změny.

Pokud například dochází k prudkým výkyvům ve spotřebě energie nebo se spotřeba závodu na jednu tunu produktu zvyšuje, vedení závodu nyní může přijmout nápravná opatření okamžitě. Dříve měla společnost Lehigh Cement umístěna zařízení pro monitorovací spotřeby energie jen na několika klíčových místech v rámci svých výrobních procesů, která navíc vyžadovala ruční záznam údajů. Problém se spotřebou energie se mohl odhalit až na konci měsíce, kdy se všechny údaje daly dohromady. Nyní se ruční sběr dat odstranil a operátoři závodu mohou na základě dat v reálném čase reagovat okamžitě a problém napravit.

Autor: Iltaf Khan, Lehigh Cement a Moin Shaikh, Siemens Process Automation Systems

Sponzorované odkazy

	Řízení a údržba průmyslového podniku Redaktoři časopisu průběžně sledují nejnovější trendy ve všech aspektech výroby v průmyslových závodech a přinášejí odběratelům informace, které potřebují pro udržení své konkurenceschopnosti.
	All for Power - odborný časopis o energetice Časopis All for Power se zaměřuje na uhelnou a jadernou energetiku, plynárenství, teplárenství a energetické strojírenství. Medium přináší i racionální pohledy na OZE.
	4METAL.CZ - portál kovozpracujícího odvětví Skupina 4metal je sdružení kovozpracujících a strojírenských firem. Katalog firem, Burza strojů a materiálů, Burza práce, akce, aktuality, média. To vše na jedné adrese.