مشروع ترقية الأتمتة لخطوط إنتاج مصنع الصلب

العميل هو مصنع خاص لإنتاج قضبان الصلب والأسلاك في ماهاراشترا، الهند. وباعتباره مؤسسة محلية متوسطة الحجم لمعالجة الصلب، فإنه متخصص في إنتاج حديد التسليح والقضبان المستديرة للبناء، بطاقة إنتاجية سنوية تبلغ حوالي 300 ألف طن متري. كان نظام أتمتة خط الإنتاج الحالي للمصنع قيد الخدمة لأكثر من 12 عامًا؛ وكانت وحدات التحكم الأساسية فيه قديمة جدًا، مما أدى إلى زيادة تكرار الأعطال المتعلقة بالتوقف عن العمل عامًا بعد عام، ولم يتمكن النظام من تلبية متطلبات التحكم الجديدة في كفاءة الطاقة.
خطط العميل لإكمال ترقية الأتمتة لخطوط الإنتاج الأساسية خلال فترة الصيانة السنوية للإغلاق. وفي النهاية، اشترى العميل مجموعة كاملة من وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة SIMATIC SIMATIC S7 والوحدات الداعمة. بلغت قيمة العقد الإجمالية 500 ألف يوان صيني، وشملت ترقيات التحكم وتجديد قطع الغيار لخط الدرفلة الرئيسي وفرن التسخين وورشة العمل المساعدة عبر جميع أقسام الإنتاج.

قائمة مشتريات منتجات العميل
• مجموعة واحدة من نظام SIMATIC S7-400H المتكرر لوحدة التحكم الرئيسية (التحكم الأساسي لخط الدرفلة الرئيسي)
• مجموعتان من وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة من سلسلة SIMATIC S7-1500 (التحكم في درجة الحرارة لأفران التسخين، والتحكم المنطقي لخط التشطيب)
• وحدات SIMATIC S7-300 Series PLC: دفعة واحدة (للمحطات التابعة الجديدة واستبدال قطع الغيار في الموقع)
• وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة من سلسلة SIMATIC S7-1200: 5 مجموعات (للعمليات المساعدة مثل نقل المواد الخام، ومعالجة المياه، وأنظمة إزالة الغبار)

ثانياً. القضايا الأساسية والحلول للمشروع
المشكلة 1: صعوبة دمج الأنظمة القديمة والجديدة، مما يجعل التحكم الموحد غير ممكن
كان لدى موقع العميل في الأصل محطات تابعة متعددة من طراز S7-300 ومعدات تحكم بالسرعة DC. بعد ترقية المحطة الرئيسية الأساسية، كان من الضروري تحقيق المراقبة الموحدة وتبادل البيانات بين وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة القديمة والجديدة وأقسام الإنتاج القديمة والجديدة. وفي الوقت نفسه، احتاج العميل إلى إضافة بعض محطات العمل التابعة الجديدة. إذا تم استبدال جميع المعدات بالجيل الجديد، فستتجاوز الميزانية بشكل كبير، ولن يتوافق جدول التحديث مع نافذة الصيانة.
الحل: تم اعتماد بنية تحكم موزعة متعددة الطبقات، مع وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة S7-400H متكررة تعمل كوحدة تحكم رئيسية للخط بأكمله. من خلال استخدام شبكة بروتوكول مزدوج تجمع بين Profibus-DP و Profinet، يدمج النظام بسلاسة المحطات التابعة S7-300 الحالية مع المحطات المساعدة S7-1200 المضافة حديثًا؛ يستخدم قسم فرن التسخين S7-1500 لتحقيق تحكم دقيق في درجة الحرارة بحلقة مغلقة، مع دمج جميع بيانات وحدة التحكم بشكل موحد في نظام المراقبة WinCC الحالي للعميل، مما يلغي الحاجة إلى استبدال برنامج المضيف. يحل هذا الحل محل المحطة الرئيسية الأساسية ووحدات التحكم الرئيسية في قسم العمليات فقط، مع الاحتفاظ بأكثر من 60٪ من معدات العميل الحالية، مع استكمال النظام بوحدات احتياطية S7-300 للاستبدال في الموقع للمكونات القديمة. هذا النهج لا يلبي متطلبات ترقية الأداء فحسب، بل يظل أيضًا ضمن ميزانية العميل بدقة.

المشكلة 2: عدم كفاية موثوقية المعدات في ظروف التشغيل القصوى، مما يؤدي إلى ارتفاع معدلات الأعطال باستمرار
تتجاوز درجة الحرارة المحيطة في ورش مصانع الصلب الهندية باستمرار 45 درجة مئوية على مدار العام، مع تركيزات عالية من الغبار المعدني. بالإضافة إلى ذلك، تعاني شبكة الطاقة الخاصة بالمصنع من تقلبات وارتفاعات متكررة. واجه العميل سابقًا العديد من حالات تلف وحدات PLC بسبب درجات الحرارة المرتفعة وارتفاعات الطاقة، مع حد أقصى لثلاث مرات توقف عن العمل بسبب الأعطال في شهر واحد، مما أدى إلى خسائر كبيرة. كانوا قلقين من أن المعدات الجديدة لن تكون قادرة على تحمل هذه الظروف التشغيلية القاسية.
حل:
1. يستخدم نظام PLC بأكمله وحدات SIMATIC ذات نطاق درجة حرارة واسع، تدعم درجات حرارة التشغيل من -25 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية، مما يجعلها مناسبة لبيئات درجات الحرارة المرتفعة في الهند؛
2. يتم توفير حل خزانة تحكم مقاومة للغبار بتصنيف IP54، مع قنوات تبريد مدمجة وفلاتر غبار لمنع دخول الغبار المعدني؛
3. تم دمج إمدادات الطاقة الصناعية المتكررة SITOP، مع حماية شاملة ضد الجهد الزائد، والجهد المنخفض، والارتفاعات لمقاومة تقلبات الشبكة؛
4. تم تضمين 5٪ من قطع الغيار الحيوية المعرضة للتآكل مع كل طلب لدعم الاستبدال السريع في الموقع وتقليل وقت التوقف عن العمل الناجم عن الأعطال.

المشكلة 3: جدول تسليم ضيق لا يمكن أن يتوافق مع نافذة الصيانة
نافذة الصيانة السنوية للإغلاق للعميل هي 45 يومًا فقط، بينما تستغرق عملية الطلب والتخليص الجمركي القياسية عبر الحدود أكثر من 60 يومًا. إذا تأخر تسليم المعدات، فسيتم تعليق خطة التحديث، مما يؤدي إلى خسارة إنتاج يومية تقدر بأكثر من 200 ألف يوان.