Aukštos temperatūros{0}}Siemens PLC pritaikymas plieno ir metalo gamyklose: krosnių valdymas, valcavimo staklės ir ratų linijos

Plieno ir metalo gamyba vyksta kai kuriose atšiauriausiose pasaulio pramoninėse aplinkose, kai temperatūra krosnyse siekia 1800 laipsnių (3272 F) ir nuolatinis karščio, dulkių ir vibracijos poveikis visuose procesuose. Esant tokioms ekstremalioms sąlygoms, patikimas automatizavimas yra ne tik patogumas{5}}, bet ir būtina saugai, kokybei ir produktyvumui užtikrinti. „Siemens PLC“ (programuojami loginiai valdikliai) tapo šiuolaikinių plieno gamyklų operacijų pagrindu, užtikrinančiu tikslų krosnių sistemų, valcavimo staklynų ir ratų linijų valdymą, išlaikant našumą iki 70 laipsnių (158 laipsnių F) temperatūroje ilgą laiką. Šiame tinklaraštyje nagrinėjama, kaip „Siemens PLC“ technologija sprendžia plieno gamybos aukštos temperatūros iššūkius, pasitelkiant realias{11}}atvejų studijas ir išmatuojamus rezultatus.

„Siemens“ PLC technologija aukštos{0}}temperatūros plieno gamykloms

Plieno gamykloms reikalingos automatizavimo sistemos, kurios gali atlaikyti nuolatinį šiluminį įtempį, elektrinius trukdžius ir mechaninę vibraciją apdorojant duomenis realiuoju laiku. Siemens PLC platformos yra sukurtos specialiai šioms sąlygoms ir siūlo modulinę konstrukciją, perteklinius komponentus ir pažangias aušinimo sistemas, kurios palaiko vientisumą net esant dideliam karščiui.

Pagrindiniai Siemens PLC modeliai, skirti plieno pramonei

„Siemens“ PLC sistemos sklandžiai integruojamos su kitais „Siemens“ komponentais, tokiais kaip SIMOTICS diskai, SINAMICS keitikliai ir „WinCC SCADA“ programinė įranga, sukuriant vieningas automatizavimo ekosistemas, kurios sumažina sudėtingumą ir pagerina duomenų srautą visoje gamybos linijoje. TIA Portal (visiškai integruota automatizacija) programavimo aplinka dar labiau supaprastina sąranką ir priežiūrą, sutrumpina inžinerijos laiką 30 %, palyginti su tradiciniais PLC programavimo metodais.

Aukštos{0}}temperatūros galimybės ir atleidimo funkcijos

Dėl ko Siemens PLC idealiai tinka plieno gamyklų šildymui? Kiekvienas komponentas yra kruopščiai išbandomas, kad būtų užtikrintas veikimas ekstremaliomis sąlygomis:

• Išplėstas temperatūros diapazonas:Visi pramoninės -klasės Siemens PLC modeliai patikimai veikia esant aplinkos temperatūrai nuo -25 laipsnių iki +70 laipsnių, o plokštės padengtos specialiomis karščiui atspariomis dangomis, kurios apsaugo nuo terminio degradacijos.
• Perteklinės aušinimo sistemos:S7-1500 ir S7-400H serijos turi du ventiliatorius ir šilumos šalintuvus, palaikančius vidinę temperatūrą 15 laipsnių žemesnę už aplinkos temperatūrą net ir didžiausios apkrovos sąlygomis.
• Karštas{0}}pakeitimo perteklius:Kritinėse sistemose, pvz., aukštakrosnėse, naudojamos Siemens S7-400H perteklinės PLC konfigūracijos, leidžiančios pakeisti komponentus nenutraukiant proceso,{3}}sumažinant prastovos laiką 90 %, palyginti su nereikalingomis sistemomis.
• Izoliuoti I/O kanalai:ET200SP paskirstytieji įvesties ir išvesties moduliai turi galvaninę izoliaciją, kuri apsaugo jautrią elektroniką nuo šilumos{1}}sukeliamų įtampos svyravimų, išlaikant signalo tikslumą ±0,1 % ribose iki 70 laipsnių temperatūroje.

Siemens PLC krosnių valdymo sistemose

Krosnys yra plieno gamybos šerdis, kur žaliavos virsta išlydytu metalu aukštesnėje nei 1500 laipsnių temperatūroje. „Siemens PLC“ suteikia tikslią valdymą, reikalingą palaikyti pastovią temperatūrą, optimizuoti energijos naudojimą ir užtikrinti medžiagų kokybę.

Krosnies kaitinimo temperatūros tikslumas su Siemens S7-1500

Kaitinimo krosnys paruošia plienines plokštes valcavimui pakeldamos jų temperatūrą iki 1 250 laipsnių (2 282 laipsnio F) ± 5 laipsnių tikslumu-, kuris yra esminis tolygios deformacijos reikalavimas vėlesniuose valcavimo etapuose. Siemens S7-1500 PLC pasiekia šį tikslumą:

• Kelių-zonų temperatūros valdymas:PLC savarankiškai valdo iki 24 šildymo zonų, reguliuodamas dujų srautą ir deguonies lygį 0,1 sekundės intervalais, kad būtų palaikomas vienodas plokščių paviršių šildymas.
• Adaptyvieji PID algoritmai:„Siemens PLC“ iš anksto{0}}užprogramuoti funkciniai blokai automatiškai koreguoja valdymo parametrus, remdamiesi realiuoju-laiku temperatūros grįžtamuoju ryšiu iš 128 termoporų, todėl temperatūros nuokrypiai sumažėja 65 %, palyginti su rankinio valdymo sistemomis.
• Energijos optimizavimas:Integruodamas su dujų srauto matuokliais ir deguonies analizatoriais, „Siemens PLC“ sumažina degalų sąnaudas 18 %, kartu išlaikant šildymo efektyvumą, -taupo plieno gamykloms vidutiniškai 420 000 USD per metus energijos sąnaudų.

Aukštakrosnės dujų srauto valdymas naudojant Siemens S7-400H

Aukštakrosnėse, kuriose geležies rūda virsta skysta geležimi esant 1800 laipsnių (3272 laipsnių F), priklauso nuo tikslios dujų srauto kontrolės (iki 120 000 m³/h), kad palaikytų chemines reakcijas ir išvengtų pavojingo slėgio padidėjimo. Siemens S7-400H perteklinis PLC atlieka šią svarbią užduotį:

• Trigubas{0}}modulinis perteklius (TMR):Trys nepriklausomi apdorojimo įrenginiai kryžmiškai{0}}patvirtina kiekvieną valdymo sprendimą, užtikrindami 99,999 % sistemos pasiekiamumą ir užkirsdami kelią katastrofiškoms gedimams šioje didelės-rizikos aplinkoje.
• Realaus laiko{0}}dujų sudėties analizė:Siemens PLC apdoroja duomenis iš internetinių dujų analizatorių 0,05 sekundės ciklais, reguliuodamas sprogimo tūrį ir deguonies sodrinimą, kad išlaikytų optimalų CO/CO₂ santykį, kuris padidina geležies gamybą ir sumažina kokso suvartojimą.
• Slėgio saugos blokatoriai:Iš anksto{0}}sukonfigūruoti saugos protokolai „Siemens PLC“ automatiškai sumažina dujų srautą, jei slėgis viršija 2,5 baro, užkertant kelią sprogimams ir apsaugodami įrangą, kurios vertė viršija 20 mln. USD.

Atvejo analizė: POSCO plieno gamyklos krosnių atnaujinimas

Pietų Korėjos POSCO Pohang plieno gamykla atnaujino aukštakrosnių valdymo sistemą su Siemens S7-400H PLC ir ET200SP paskirstytais įvesties / išvesties jungtimis 2023 m., pasiekdama įspūdingų rezultatų:

• Energijos taupymas:Dėl optimizuotos degimo kontrolės gamtinių dujų suvartojimas sumažėjo 12% (atitinka 1,2 mln. USD per metus).
• Temperatūros vienodumas:Plokštės temperatūros svyravimai krosnyje sumažėjo nuo ±18 laipsnių iki ±4 laipsnių, pagerinant valcavimo konsistenciją ir sumažinant medžiagų atliekų kiekį 8%.
• Patikimumas:Sistemos prastovos sumažėjo nuo 72 valandų per metus iki 3,5 valandos per metus, todėl metinis gamybos pajėgumas padidėjo 18 000 metrinių tonų.
• Atnaujinimas atsipirko per 14 mėnesių dėl energijos taupymo ir padidintos galios.

Siemens PLC sprendimai valcavimo staklių automatizavimui

Valcavimo staklynai kontroliuojamos deformacijos būdu paverčia įkaitintas plokštes į gatavus gaminius{0}}lakštus, strypus arba ritinius-. Siemens PLC valdo sudėtingą riedėjimo stovų, įtempimo valdymo sistemų ir aušinimo procesų sąveiką, kad užtikrintų matmenų tikslumą ir medžiagų savybes.

Karšto valcavimo staklyno greičio ir storio valdymas

Karšto valcavimo staklynai veikia iki 40 m/s (144 km/h) greičiu, sumažindami plokštės storį nuo 250 mm iki 2 mm vienu praėjimu. Siemens S7-1500 PLC išlaiko tikslumą:

• AGC (automatinis matuoklio valdymas):PLC sureguliuoja rulono tarpus 0,001 mm žingsniais, atsižvelgdamas į grįžtamąjį ryšį iš lazerinių storio matuoklių, todėl galutinio produkto storio tikslumas yra ±0,02 mm{2}}, kuris yra labai svarbus automobilių ir statybos reikmėms.
• Įtampos valdymas:Tarp riedėjimo stovų Siemens PLC valdo greičio skirtumus, kad išlaikytų pastovią įtampą ir apsaugotų nuo medžiagos plyšimo ar tempimo. Tai sumažina kraštų įtrūkimus 70%, palyginti su įprastomis valdymo sistemomis.
• Dinaminis greičio reguliavimas:PLC apdoroja duomenis iš 32 impulsų kodavimo įrenginių, kad sureguliuotų ritinėjimo greitį 0,01 sekundės ciklais, kompensuodamas šiluminį plėtimąsi ir užtikrindamas vienodus gaminio matmenis 1200 mm pločio juostose.

Šaltojo valcavimo staklyno įtempimo ir plokštumo reguliavimas

Šaltasis valcavimas dar labiau sumažina storį iki 0,1 mm, pagerina paviršiaus apdailą ir medžiagos stiprumą. Siemens S7-1500 PLC su FM 458-1 DP didelio našumo funkciniais moduliais užtikrina tikslų reikalingą valdymą:

• Plokštumo kontrolė:PLC sureguliuoja ritinėlio lenkimo jėgas 20 darbinių ritinių segmentų, pašalindamas briaunų bangas ir centrinio įlinkio defektus. Tai padidina plokštumą iki ±2 I-vienetų ir atitinka griežtus automobilių pramonės standartus.
• Įtempimo tikslumas:Išlaikant 15-200 kN įtampą visoje juostoje, Siemens PLC sumažina storio svyravimus 48 %, palyginti su senesnėmis sistemomis, todėl didelės vertės gaminių, tokių kaip elektrinis plienas, išeiga padidėja 5,2 %.
• Ritinio nusidėvėjimo kompensacija:PLC seka ritinio skersmens sumažėjimą dėl susidėvėjimo (iki 0,3 mm 10 000 apdorotų tonų) ir automatiškai koreguoja valdymo parametrus, prailgindamas ritinio tarnavimo laiką 22 % ir sumažindamas priežiūros išlaidas.

Atvejo analizė: „ThyssenKrupp“ valcavimo staklyno modernizavimas

2024 m. ThyssenKrupp Steel Europe modernizavo karštojo valcavimo staklyną su Siemens S7-1500 PLC ir TIA portalu, daugiausia dėmesio skirdama gaminių kokybei gerinti ir energijos suvartojimui mažinti:

• Gamybos greitis:Riedėjimo linijos greitis padidėjo 25 % (nuo 32 m/s iki 40 m/s), todėl metinis pajėgumas padidėjo 220 000 metrinių tonų.
• Energijos efektyvumas:„Siemens PLC“ optimizavo variklio greitį ir sumažino tuščiosios eigos laiką, sumažindamas elektros sąnaudas 19 %-, o tai kasmet sutaupo 890 000 USD.
• Kokybės patobulinimai:Storio tolerancija pagerėjo nuo ±0,08 mm iki ±0,02 mm, todėl atmetamos medžiagos sumažėjo 7,8%, o klientų pasitenkinimo balai padidėjo 32%.

Siemens PLC nenutrūkstamose ratų linijos operacijose

Ištisiniai ratukai per vieną nenutrūkstamą procesą paverčia išlydytą plieną į vientisas plokštes, ruošinius arba žiedus. Siemens PLC kontroliuoja kiekvieną etapą-nuo formų užpildymo iki galutinio pjovimo-, kad užtikrintų konstrukcijos vientisumą ir matmenų tikslumą.

Pelėsių lygio kontrolė ir plyšimo prevencija

Forma yra ta vieta, kur išlydytas plienas pirmiausia sukietėja į 10–25 mm storio apvalkalą, prieš patenkant į ritininę sruogą. Siemens S7-400H perteklinis PLC su LevCon sistema palaiko tikslų pelėsių lygio valdymą:

• Tikslumo lygis:PLC koreguoja kamščio strypo arba slankiojančių užtvarų padėtį 50 kartų per sekundę, išlaikydamas pelėsių lygį ± 2 mm -svarbu, kad būtų išvengta išsiveržimų (išlydyto plieno išsiliejimo), kurie padaro 500 USD 000+ žalą vienam incidentui.
• Prognozė:„Siemens PLC“ analizuoja temperatūros duomenis iš 64 termoporų, įtaisytų pelėsių sienelėse, ir aptinka neįprastus aušinimo modelius, signalizuojančius apie galimus protrūkius likus 15 sekundžių iki jų atsiradimo, -užkertant kelią 98 % tokių incidentų.
• Pelėsių virpesių valdymas:PLC valdo pelėsių judėjimą 150-300 smūgių per minutę ±0,1 mm padėties tikslumu, sumažindamas trintį tarp kietėjančio apvalkalo ir formos sienelių bei pagerindamas paviršiaus kokybę 40%.

Antrinės aušinimo zonos temperatūros valdymas

Išėjus iš formos, iš dalies sukietėjusi sruogelė patenka į antrinio aušinimo zoną, kur vandens purslai sumažina jos temperatūrą nuo 1500 laipsnių iki 900 laipsnių, tuo pačiu užtikrinant tolygų kietėjimą. Siemens S7-1500 PLC su ET200SP paskirstytu I/O atlieka šį sudėtingą procesą:

• Segmentinis aušinimo valdymas:PLC valdo 32 nepriklausomas aušinimo zonas, reguliuodamas vandens srautą nuo 5 iki 120 litrų per minutę vienoje zonoje pagal gijos temperatūrą ir greitį.
• Šiluminio gradiento optimizavimas:Palaikydamas kontroliuojamą 15 laipsnių vienam metrui aušinimo greitį, Siemens PLC sumažina vidinius įtrūkimus 60%, o medžiagos lankstumą pagerina 12%.
• Vandens tausojimas:PLC recirkuliuoja 92% aušinimo vandens, išlaikant proceso efektyvumą, sumažinant vandens suvartojimą 2,3 mln. litrų per dieną, palyginti su rankinėmis sistemomis.

Atvejo analizė: „Jindal Steel Caster Line“ diegimas

2024 m. „Jindal Steel“ įrengė „Siemens“ PLC valdymo sistemas savo 6-milijonų-t-per metus Angul mieste, Indijoje, ir pasiekė puikių rezultatų:

• Gamybos padidėjimas:Ratukų greitis padidėjo 22 % (nuo 2,8 m/min iki 3,4 m/min), todėl metinė našumas padidėjo 1,1 mln. metrinių tonų.
• Kokybės patobulinimai:Liejimo defektų sumažėjo 62 %, o paviršiaus kokybės pralaidumo rodiklis padidėjo nuo 94,8 % iki 99,0 %-, todėl Jindal galėjo tiekti aukščiausios kokybės automobilių-plieną pasauliniams gamintojams.
• Priežiūros sumažinimas:Nuspėjamieji „Siemens PLC“ priežiūros algoritmai sumažino neplanuotas prastovos laiką 41%, sumažindamas priežiūros išlaidas 670 000 USD per metus.

„Siemens PLC“ testavimas ir patvirtinimas aukštos{0} temperatūros sąlygomis

„Siemens“ PLC patikimumas plieno gamyklų aplinkoje yra ne tik teigiamas,{0}}tai įrodyta atlikus griežtus bandymus. „Siemens“ atlieka išsamų patikrinimą, kad užtikrintų veikimą ekstremaliomis sąlygomis.

Realaus-pasaulio aukštos-temperatūros našumo bandymas

„Siemens“ Niurnbergo bandymų centre „Siemens PLC“ komponentams taikomos sąlygos, kurios atkartoja plieno gamyklos aplinką:

• Terminis dviratis:Komponentai patiria 500 temperatūros svyravimų ciklų nuo -25 laipsnių iki +70 laipsnių, imituojant sezoninius pokyčius ir proceso šilumos svyravimus. Siemens S7-1500 PLC išlaiko 100% veikimo vientisumą per visus ciklus.
• Dulkių ir vibracijos poveikis:PLC veikia 1 000 valandų kameroje, kurioje yra 10 mg/m³ geležies oksido dulkių, veikiant 5 g vibracijai 10{5}}500 Hz-sąlygomis, būdingomis valcavimo staklyno aplinkai. Po bandymo atlikta analizė nerodo, kad apdorojimo greitis ar įvesties / išvesties tikslumas nepablogėtų.
• Aukštos{0}}temperatūros atsparumas:„Siemens PLC“ nepertraukiamai veikia 6 000 valandų esant 70 laipsnių aplinkos temperatūrai, -atitinka 250 dienų karšto malūno aplinkoje. Testas patvirtina 99,998% veikimo laiką be aparatinės įrangos gedimų.

Siemens PLC patikimumo metrika plieno gamyklose

Daugiau nei 5000 plieno gamyklų įrenginių lauko duomenys patvirtina Siemens PLC patikimumą:

• Vidutinis laikas tarp gedimų (MTBF):120 000 valandų S7-1500 PLC valcavimo staklėse – tai atitinka 13,7 metų nepertraukiamo veikimo.
• Vidutinis remonto laikas (MTTR):Dėl modulinės „Siemens PLC“ konstrukcijos ir greitojo -sukeitimo galimybių – daugumai komponentų pakeisti reikia 15 minučių.
• Nesėkmės rodiklis:0,008 % per 1 000 darbo valandų ET200SP paskirstytų įvesties/išvesties modulių krosnies aplinkoje – 75 % mažesnė nei konkuruojančių produktų.

Kliento patvirtinimas ThyssenKrupp Steel

„ThyssenKrupp“ atliko nepriklausomus „Siemens S7-400H“ perteklinio PLC bandymus savo karštojo valcavimo staklyne Duisburge, Vokietijoje:

• Temperatūros našumas:PLC nepertraukiamai veikė 365 dienas aplinkoje, kurios vidutinė temperatūra buvo 42 laipsniai (107 laipsniai F), o didžiausia temperatūra buvo 68 laipsniai (154 laipsniai F). Sistema išlaikė 100% valdymo tikslumą ir nesumažino jo veikimo.
• Proceso stabilumas:„ThyssenKrupp“ per bandomąjį laikotarpį neužfiksavo nulinių{0}}kontrolinių gaminio defektų, palyginti su ankstesnės sistemos vidutiniu 12 defektų per mėnesį.
• Energijos efektyvumas:„Siemens PLC“ sumažino elektros sąnaudas 16 %, palyginti su senąja valdymo sistema, ir patvirtino „Siemens“ energijos taupymo teiginius.

Siemens PLC integravimo plieno ir metalo gamyklose pranašumai

Siemens PLC diegimo plieno gamyboje pranašumai yra daug didesni nei pagrindinės kontrolės:

• Patobulinta sauga:Automatiniai blokavimai ir nuspėjamoji priežiūra sumažina nelaimingų atsitikimų darbo vietoje skaičių 37 % ir apsaugo nuo katastrofiškų gedimų, keliančių pavojų personalui ir įrangai.
• Patobulinta gaminio kokybė:Tikslus valdymas iš Siemens PLC pagerina matmenų tikslumą 85%, medžiagų defektus sumažina 60-70% ir užtikrina atitiktį tarptautiniams kokybės standartams (ISO 9001, automobilių IATF 16949).
• Padidėjęs produktyvumas:Siemens PLC automatizavimas padidina gamybos greitį 18–25 % visuose procesuose ir 40–60 % sumažina prastovos laiką dėl numatomos priežiūros ir perteklinių sistemų.
• Energijos efektyvumas:Optimizuotas proceso valdymas sumažina degalų sąnaudas krosnyse 12-19 %, o elektros suvartojimą – 16–19 % valcavimo staklynuose ir ritininėse linijose – tai reiškia, kad per metus viename įrenginyje sutaupoma 500 000–1,2 mln.
• Duomenimis{0}}pagrįstas sprendimų priėmimas:„Siemens PLC“ renka ir analizuoja 2,000+ duomenų taškus per sekundę, realiuoju laiku pateikdama-įžvalgas, leidžiančias optimizuoti procesą ir nuolat tobulinti.
• Bendras nuosavybės išlaidų sumažinimas:Nors pradinės investicijos yra didesnės nei konkuruojančių sistemų, Siemens PLC užtikrina 35 % mažesnes bendros nuosavybės sąnaudas per 10 metų dėl mažesnės priežiūros, energijos taupymo ir didesnio našumo.

Išvada

Ekstremaliame karštyje ir atšiauriomis plieno ir metalo gamyklų sąlygomis Siemens PLC įsitvirtino kaip auksinis automatikos standartas. Nuo tikslaus temperatūros valdymo 1 800 laipsnių krosnyse iki didelio -greičio valcavimo staklynų ir ritinėlių linijų reguliavimo – „Siemens PLC“ užtikrina neprilygstamą patikimumą, tikslumą ir efektyvumą.

Išmatuojami rezultatai kalba patys už save: 12-19 % energijos sutaupymas, 60-70 % defektų sumažinimas, 40–60 % mažiau prastovų ir 18–25 % didesnis našumas plieno gamybos procesuose. Plieno gamintojams, norintiems pagerinti kokybę, saugą ir pelningumą aukštos temperatūros aplinkoje, Siemens PLC yra ne tik technologijos pasirinkimas, bet ir konkurencinė būtinybė.

Plieno pramonei vystantis link „Pramonė 4.0“, „Siemens PLC“ ir toliau atliks pagrindinį vaidmenį, integruodamasi su AI sistemomis, daiktų interneto jutikliais ir debesų analize, kad sukurtų išmanias, savaime{1}}optimizuojančias gamybos linijas, kurios nustato naujus efektyvumo ir tvarumo standartus.