پروژه ارتقاء اتوماسیون برای خطوط تولید کارخانه فولاد

مشتری یک تولید کننده خصوصی فولاد میلگرد و مفتول در ماهاراشترا، هند است. این شرکت به عنوان یک واحد پردازش فولاد داخلی در اندازه متوسط، در تولید میلگرد و میله‌های گرد برای ساخت و ساز تخصص دارد و ظرفیت تولید سالانه آن تقریباً ۳۰۰,۰۰۰ تن متریک است. سیستم اتوماسیون خط تولید موجود کارخانه بیش از ۱۲ سال در خدمت بود؛ کنترل‌کننده‌های اصلی آن به شدت قدیمی شده بودند و منجر به افزایش خرابی‌های ناشی از توقف کار در سال به سال می‌شدند و سیستم قادر به برآورده کردن الزامات جدید کنترل بهره‌وری انرژی نبود.
مشتری قصد داشت ارتقاء اتوماسیون خطوط تولید اصلی خود را در طول پنجره نگهداری سالانه تکمیل کند. در نهایت، مشتری طیف کاملی از PLC های SIMATIC SIMATIC S7 و ماژول‌های پشتیبانی را خریداری کرد. ارزش کل قرارداد ۵۰۰,۰۰۰ یوان بود که شامل ارتقاء کنترل و تکمیل قطعات یدکی برای خط نورد اصلی، کوره گرمایش و کارگاه کمکی در تمام بخش‌های تولید می‌شد.

لیست خرید محصول مشتری
• ۱ مجموعه سیستم اصلی PLC افزونه SIMATIC S7-400H (کنترل اصلی خط نورد)
• ۲ مجموعه PLC سری SIMATIC S7-1500 (کنترل دما برای کوره‌های گرمایش، کنترل منطقی برای خط تکمیل)
• ماژول‌های PLC سری SIMATIC S7-300: یک دسته (برای ایستگاه‌های زیرمجموعه جدید و جایگزینی قطعات یدکی در محل)
• PLC های سری SIMATIC S7-1200: ۵ مجموعه (برای فرآیندهای کمکی مانند انتقال مواد خام، تصفیه آب و سیستم‌های حذف گرد و غبار)

II. مسائل و راه حل‌های اصلی پروژه
مسئله ۱: دشواری در ادغام سیستم‌های قدیمی و جدید، غیرممکن ساختن کنترل یکپارچه
سایت مشتری در ابتدا دارای چندین ایستگاه زیرمجموعه S7-300 و تجهیزات کنترل سرعت DC بود. پس از ارتقاء ایستگاه اصلی، لازم بود نظارت یکپارچه و تبادل داده بین PLC های قدیمی و جدید و بخش‌های تولید قدیمی و جدید حاصل شود. در عین حال، مشتری نیاز به افزودن برخی ایستگاه‌های کاری زیرمجموعه جدید داشت. اگر تمام تجهیزات با نسل جدید جایگزین می‌شدند، بودجه به طور قابل توجهی فراتر می‌رفت و برنامه نوسازی با پنجره نگهداری همخوانی نداشت.
راه حل: یک معماری کنترل لایه‌ای و توزیع شده اتخاذ شد، با یک PLC افزونه S7-400H به عنوان کنترل‌کننده اصلی کل خط. با استفاده از یک شبکه دو پروتکلی ترکیبی Profibus-DP و Profinet، سیستم به طور یکپارچه ایستگاه‌های زیرمجموعه S7-300 موجود را با ایستگاه‌های کمکی S7-1200 اضافه شده ادغام می‌کند؛ بخش کوره گرمایش از S7-1500 برای دستیابی به کنترل دمای حلقه بسته با دقت بالا استفاده می‌کند، با تمام داده‌های کنترل‌کننده که به طور یکنواخت در سیستم نظارت WinCC موجود مشتری ادغام می‌شوند، و نیاز به جایگزینی نرم‌افزار میزبان را از بین می‌برد. این راه حل فقط ایستگاه اصلی و کنترل‌کننده‌های بخش فرآیند کلیدی را جایگزین می‌کند، بیش از ۶۰٪ از تجهیزات موجود مشتری را حفظ می‌کند، در حالی که سیستم را با ماژول‌های یدکی S7-300 برای جایگزینی قطعات قدیمی در محل تکمیل می‌کند. این رویکرد نه تنها الزامات ارتقاء عملکرد را برآورده می‌کند، بلکه به شدت در چارچوب بودجه مشتری باقی می‌ماند.

مسئله ۲: قابلیت اطمینان ناکافی تجهیزات در شرایط عملیاتی شدید، منجر به نرخ خرابی مداوم بالا
دمای محیط در کارگاه‌های فولادسازی هند به طور مداوم در طول سال از ۴۵ درجه سانتی‌گراد فراتر می‌رود، با غلظت بالای گرد و غبار فلزی. علاوه بر این، شبکه برق کارخانه دچار نوسانات و افزایش‌های مکرر می‌شود. مشتری قبلاً چندین مورد از آسیب دیدن ماژول‌های PLC به دلیل دمای بالا و افزایش‌های برق را تجربه کرده بود، با حداکثر سه توقف ناشی از خرابی در یک ماه، که منجر به ضررهای قابل توجهی می‌شد. آنها نگران بودند که تجهیزات جدید نیز نتوانند در برابر این شرایط عملیاتی سخت مقاومت کنند.
راه حل:
۱. کل سیستم PLC از ماژول‌های SIMATIC با محدوده دمایی وسیع استفاده می‌کند که از دماهای عملیاتی از -۲۵ درجه سانتی‌گراد تا ۶۰ درجه سانتی‌گراد پشتیبانی می‌کنند و آنها را برای محیط‌های با دمای بالا هند مناسب می‌سازد؛
۲. یک راه حل کابینت کنترل ضد گرد و غبار IP54 ارائه شده است که دارای کانال‌های خنک‌کننده داخلی و فیلترهای گرد و غبار برای جلوگیری از ورود گرد و غبار فلزی است؛
۳. منابع تغذیه صنعتی افزونه SITOP ادغام شدند که دارای حفاظت جامع در برابر ولتاژ بیش از حد، ولتاژ کم و افزایش‌ها برای مقاومت در برابر نوسانات شبکه هستند؛
۴. ۵٪ از قطعات یدکی حیاتی که در معرض سایش و پارگی هستند با هر سفارش گنجانده شد تا از جایگزینی سریع در محل و به حداقل رساندن زمان توقف ناشی از خرابی‌ها پشتیبانی کند.

مسئله ۳: برنامه تحویل فشرده که نمی‌تواند با پنجره نگهداری همخوانی داشته باشد
پنجره نگهداری سالانه مشتری فقط ۴۵ روز است، در حالی که فرآیند استاندارد سفارش‌گذاری و ترخیص گمرکی فرامرزی بیش از ۶۰ روز طول می‌کشد. اگر تحویل تجهیزات به تأخیر بیفتد، برنامه نوسازی به حالت تعلیق در می‌آید و منجر به زیان تولید روزانه بیش از ۲۰۰,۰۰۰ یوان می‌شود.