Hệ thống điều khiển cán thép an toàn Smorgon 

Một hệ thống điều khiển an toàn trong Rockwell Automation’s GuardLogix giúp theo dõi hoạt động của hệ thống cán thép mới của Smorgon Steel và đáp ứng đủ khả năng linh hoặt cho những qui trình dài.

Trong bất kì một nhà máy nào việc phát triển hệ thống sản xuất là nhằm đạt được sự an toàn tuyệt đối và tối ưu hóa sản phẩm. KPI có thể là một thách thức. Đó là khi qui mô hoạt động lớn, sản phẩm nặng và hoạt động ở tốc độ cao. Xử lý tất cả những vấn đề này với một timeframe, việc đo đạc là hết sức đơn giản đặc biệt là trong vùng điều khiển an toàn và tự động hóa.

 Nhà sản xuất thép hàng đầu Australia, Smorgon Steel, gặp phải vấn đề này ở thời điểm nâng cấp hiện tại nhà máy thép. Cơ sở sản xuất đặt tại Laverton North ngoại ô Melbourne, Victoria, nhà máy sản xuất hàng năm với 50.000 tấn thép, độ dài hơn 15 m. Trong lịch sử, độ dài thép trải qua một qui trình làm thẳng cuối cùng bằng một cơ cấu làm thẳng independently-owned off-site, 4 km từ Smorgon. Nên khi cơ cấu off site kết thúc hoạt động vào tháng 3 năm 2005, một thách thức thật sự được gửi đến nhà máy sản xuất thép.

Theo như Wayne Pearse, giám đốc điện dự án thép Smorgon, duy trì sản xuất là ưu tiên số một của công ty. Pearse nói: “ Smorgon trước hết cần phải có một thị trường và khách hàng”.

Công ty sẽ nhanh chóng thiết phục việc di dời toàn bộ nhà máy đến Laverton North là lựa chọn tốt nhất. Trong khi những lợi ích chủ yếu là việc đảm bảo có ý nghĩa được tạo ra trong chi phí vận chuyển thép, thách thức cốt lõi là đảm bảo việc di dời có thể đạt được trong một khung thời gian chặt chẽ và không có một tác động đến năng suất hiện tại.
Như là việc đo đạc tạm thời, Smorgon Steel đã đạt được kết quả mở rộng 6 tháng trong việc giao kèo cho thuê nhà xưởng off site, đã điều khiển nó với chính lực lượng lao động. Trong khi đó, việc thiết kế và phát triển của cơ cấu kéo thẳng thép mới đã bắt đầu. Toàn bộ dự án, từ tư tưởng đến hành động phải hoàn thành trong 6 tháng. Sẽ có áp lực lớn.

Kéo thẳng thép

Cơ cấu kéo thẳng off site dựa vào những máy nâng hạng nặng và lao động tay chân đến việc cơ động theo chiều dài thép trong một qui trình đóng cán của đơn đặt hàng yêu cầu cao nhất. Những thanh thép 2 tấn đã được giao, không dây đai, có tính định hướng và được kéo thẳng, sau đó được đóng gói để vận chuyển không cần bất kì sự tự động hoặc điều khiển từ xa nào. Theo Pearse, việc kết hợp máy nâng và con người với một không gian làm việc bận rộn là không chấp nhận được trong điều kiện an toàn ở Smorgon Steel. Phải có một cách thức nào đó tốt hơn thế.

Công ty đã quyết định thật sự là “cách tốt nhất” ở vị trí của hệ thống xử lý vật liệu “forklift plus manual handling”, một mạng của những băng tải, những bàn di chuyển quay và những cần cẩu trên sẽ không xử lý những thanh thép nặng như nó được trải qua một qui trình kéo thẳng. Hơn nữa, toàn bộ qui trình sẽ được đặt trong 3 hàng rào an toàn để đảm bảo nhân viên tránh được những nguy hiểm. Một hệ thống điều khiển an toàn tích hợp sẽ cho phép điều khiển từ xa của toàn bộ hệ thống kéo thép, vận chuyển thép, qui trình đóng kiện từ bàn giao đến tiếp đặt ở nơi an toàn bên ngoài vùng hàng rào bảo vệ.

Văn hóa vùng làm việc rộng an toàn của Smorgon Steel là một yếu tố chính trong thiết kế của cơ cấu kéo thép mới. Những trạm cô lập an toàn theo tiêu chuẩn kích thước thường lệ và những hệ thống cài cổng sẽ được sử dụng trong nhà máy mới này.

Qui trình thiết kế là một qui trình có hệ thống bao gồm việc phân tích nguy cơ nguy hiểm chính thức, được đưa ra bởi những đội thao tác viên, kĩ thuật viên, kĩ sư và luôn luôn trong tiêu chuẩn an toàn. Làm việc với tiêu chuẩn Australian cho việc bảo vệ máy – AS4024 – những ma trận nguy cơ được phát triển để xác định điều kiện an toàn của hệ thống.

Category 3 sẽ được sử dụng cho nhà máy rộng, category 4 sử dụng để cảnh báo hệ thống dừng khẩn cấp. Những nhóm qui tắc bên ngoài cũng được tư vấn. Pearse giải thích: “ Smorgon đã làm việc với Worksafe Victoria để chắc chắn tất cả những qui tắc an toàn được giải quyết”.

Pearse nói: “ Chúng tôi đã quyết định rằng category 3 những yêu cầu có thể gặp trong vùng an toàn thứ 3, bằng việc sử dụng phản hồi double-block-and-bleed plus trong thủy lực và khí nén, safe-off on the drives và nhiều thứ khác.” “Qui trình thiết kế đã cung cấp một chỉ dẫn cơ bản như cái đã được yêu cầu điều khiển và qui trình hoạt động như thế nào.”

Tính an toàn cao

Trong khi thiết kế broad khái niệm hệ thống đã được xác lập, thì platform điều khiển vẫn còn một câu hỏi. Điều khiển đạt đến sư an toàn mang tính truyền thống là để triển khai một cặp điều khiển được liên kết với nhau – một PLC thông thường được kết nối với một bộ điều khiển an toàn chuyên dụng. Việc thiết kế và sự phát triển của hệ thống điều khiển đưa ra 2 trạng thái riêng biệt: PLC dựa trên điều khiển thông thường được xác lập trước hết như hệ thống nền, trong khi đó khía cạnh điều khiển an toàn được trang bị như là trạng thái thứ 2.

Khi mà thành quả này được sử dụng trong những ứng dụng điều khiển an toàn ở Smorgon Steel Laverton North, đặc tính theo dõi nhanh của dự án nhà máy cán thép đang được đánh giá những chức năng khác. Một điều khiển an toàn tích hợp và tiêu chuẩn nếu hiện hữu sẽ cho phép hoạt động nhanh hơn và linh hoạt.

Pearse được đưa ra cho một chức năng ý tưởng với việc đưa ra bộ điều khiển Allen-
Bradley GuardLogix – họ Logix mới nhất của những giải pháp điều khiển Integrated Architecture từ tập đoàn tự động công nghiệp Rockwell Automation.

Bộ điều khiển Allen-Bradley GuardLogix có đặc điểm như 2 quá trình an toàn kép. Điều này có nghĩa là tích hợp điều khiển thông thường và điều khiển an toàn trong một platform. Phần mềm chương trình GuardLogix uses RSLogix 5000 và cho phép những người dùng lập trình và quản lý hệ thống điều khiển an toàn đó bằng cách sử dụng những phương pháp điều khiển tiêu chuẩn thông thường.

Pearse có một hệ thống thử nghiệm GuardLogix-based của giải pháp điều khiển được đề xuất ( Nó cũng tích hợp Allen-Bradley drives, mạng lưới an toàn và I/O) được kết nối, lập trình và thi hành trong văn phòng của anh ta chỉ trong 2 ngày và chạy trong 3 giờ. Sự phát triển nhanh này gắn với hiệu suất của hệ thống được kiểm nghiệm khắt khe, Pearse thuyết phục rằng GuardLogix là giải pháp lý tưởng cho dự án theo dõi nhanh này. Pearse nói: “ Sau khi tôi có được chứng nhận GuardLogix’s TÜV thì nó trở nên đầy hứa hẹn”

Giải pháp tích hợp

Bộ điều khiển GuardLogix là trái tim của toàn bộ giải pháp điều khiển được tích hợp “safety-plus-standard” cho toàn bộ nhà máy. Toàn bộ hệ thống bao gồm các mạng điều khiển, biến tần, Device Net. Với 19 cấp tốc độ khác nhau được sử dụng trong nhà máy (bao gồm cho rất nhiều máy như bàn vận chuyển, cần cẩu,…) thông qua bộ biến tần Allen-Bradley PowerFlex 70 AC với “DriveGuard”. Thêm vào đó, một mảng phân phối cho cả hai Allen-Bradley Flex I/O và Safety I/O phục vụ cho những yêu cầu phân tán các I/O trong nhà máy.

Các biến tần PowerFlex 70 với “DriveGuard” được sử dụng cho mỗi biến tần với 19 cấp tốc độ khác nhau trong nhà máy kéo thẳng thép, được cung cấp bởi Pears và nhóm của anh ta với việc tiết kiệm thời gian lắp đặt đáng kể, nhân công và không gian trong tủ điều khiển. DriveGuard bao gồm một card điện tử được gắn bên trong biến tần PowerFlex 70. Mỗi biến tần trang bị một chức năng “safe off” nằm trong danh mục 3. Quan trọng hơn, DriveGuard đáp ứng được chức năng “ safe off” trong mục 3 mà không cần bất kỳ những contactor c an toàn cho ngõ ra và an toàn của biến tần được sử dụng trong trong mục 3 của ứng dụng. Với 19 biến tần riêng biệt được lắp đặt, tiết kiệm được không gian trong tủ điều khiển và tủ “switchroom”.

Các biến tần và các I/O phân tán được liên kết với nhau qua hệ thống DriveGuard chính thông qua mạng DeviceNet. Hai mạng DeviceNet độc lập- DeviceNet chuẩn, thêm vào mục 4-phù hợp với mạng DeviceNet an toàn- được sử dụng trong truyền thông đạt tiêu chuẩn và an toàn. Theo lời của ông Pearse, sự kết hợp của các I/O phân tán và mạng DeviceNet nâng cao mạnh mẽ về mặt lắp đặt và thời gian kết nối. “ Trong khi một mạng DeviceNet Safety đơn vẫn đủ, chúng tôi sử dụng hai mạng độc lập vì nó sử dụng chắc chắn và sẽ tồn tại cùng với nhà máy” theo lời của Pearse.

Trung tâm của tủ điều khiển, bộ xử lý GuardLogix với 19 biến tần PowerFlex 70AC, với ba bảng điều khiển ở nhà máy dành cho người vận hành tại nhà máy và từ xa thông qua mạng Safety và Flex I/O.

Với những dự án mà nhóm của Pearse đảm nhận có thể phát triển thành cả hai hệ thống điều khiển an toàn và tiêu chuẩn và đồng thời, toàn bộ hệ thống điều khiển hoàn toàn thành công và nhiệm vụ được hoàn thành trong một khoảng thời gian nghiêm ngặt. Theo Pearse “toàn bộ việc tích hợp bản chất của GuardLogix cho chúng ta khả năng kiểm soát toàn bộ hệ thống và những chức năng đã được thiết lập, điều này tạo ra một công cụ đơn giản và linh động của việc phát triển hệ thông này”, “đồng thời, với môi trường lập trình đạt chuẩn và an toàn [RSLogix 5000], cấu hình hệ thống và thời gian xử lý lỗi được giảm đáng kể”

Bảo trì và bảo đảm an toàn

Duy trì một tiêu chuẩn an toàn-vừa vận hành vừa giám sát-là điều quan trọng trong trong nhà máy mới. Đó là mục tiêu của Pearse để đảm bảo rằng hệ thống an toàn, như là các cổng chốt cơ khí và thủ tục, vận hành và nhận dạng bất kỳ nơi nào trong nhà máy. Theo lời Pearse “đa dạng hóa các qui trình an toàn khác nhau chỉ gây ra tai nạn nhầm lẫn và chính yếu”

Mỗi khu vực trong ba khu vực an toàn được trang bị một trung tâm an toàn riêng và ít nhất có một cổng đăng nhập cho phép tác động bằng tay đến sản phẩm. Hệ thống điều khiển đảm bảo rằng tất cả những nguồn năng lượng được cách ly và các thiết bị sẽ ngưng hoạt động trước khi bất kỳ cổng đăng nhập nào được mở. Mỗi khi được cách ly, bộ chỉ thị trên ngõ vào báo rằng hệ thống đã an toàn cho phép người vận hành mở cổng. Toàn bộ hệ thống chỉ được cho phép sau khi người vận hành mở khóa móc cá nhân để mở cổng. Mỗi cổng được cố định với một cuộn dây Allen-Bradley GuardMaster TLS-GD2-chốt vận hành an toàn được cùng trong mục 3-các chốt trong khu vực an toàn thâm nhập vào chương trình điều khiển.

Duy trì trạng thái tốt nhất cho nhà máy kéo thép được thực hiện dễ dàng bằng màn hình HMI Allen-Bradley PanelView Plus được kết nối đến GuardLogix thông qua EtherNet/IP. Được gắn trên kênh chính của PLC, màn hình PanelView HMI đã được cấu hình bởi Pearse và nhóm của anh ta sẽ cung cấp chi tiết chuẩn đoán lỗi hệ thống, cho phép kỹ thuật viên thực hiện chuẩn đoán lỗi mà không cần xâm nhập vào code chương trình GuardLogix. Ngoài ra còn hệ thống hỗ trợ được cung cấp bới Rockwell Automation trong mục hỗ trợ TechConnect-Rockwell Automation cho phần cứng và phần mềm. Theo giải thích của Pearse “ Smorgon là một khách hàng Tech Connect và quan tâm đến ý kiến của chuyên gia về toàn bộ chương trình bảo trì”.

Một tương lai linh hoạt

Với nhà máy kéo thép mới được đưa vào hoạt động hoàn toàn từ tháng 9 năm 2005, Pearse vạch ra các hiệu ứng xa hơn cho giải pháp GuardLogix trên khu vực phía Bắc Laverton. Pearse nói “chúng ta có nhiều kế hoạch để thực hiện một hệ thống truy xuất với kết nối không dây đến phôi thép đặt phía trên. GuardLogix cho phép chúng ta kết hợp nhuần nhuyễn ứng dụng này vào hệ thống điều khiển của chúng ta, một lần nữa, chúng ta có khả năng phát triển bộ điều khiển thông thường và an toàn”.
Ngoài ra,để mở rộng ứng dụng của GuardLogix, mang đến khả năng truy cập trực tuyến đến hệ thống điều khiển Smorgon, là lợi thế cao cho công ty. Pearse nói “Khả năng kết nối internet cho sự hỗ trợ chuẩn đoán ngoài vùng là điều cần thiết, xét cho cùng thì hệ thống của chúng tôi hoạt động liên tục 24 giờ trong một ngày, 5 ngày trong một tuần. Chúng tôi đã có cơ sở hạ tầng tại chỗ cho phép việc truy nhập internet từ các máy tính cá nhân tại chỗ, vì thế khả năng kết nối ngoài vùng là một bước tiến hợp lý”.

GuardLogix cải tiến được tích hợp hệ thống điều khiển an toàn đã giúp Smorgon Steel nhận ra sự thành công trên 2 tiêu chí: sự an toàn vận hành có tầm cỡ thế giới và sự tiết kiệm tài chính vững vàng trong chi phí chuyên chở – phát sinh nếu ép thẳng ngoài vùng. Bằng cách dựa trên sức bật Cấu trúc tích hợp và tài thể hiện khéo léo của Tự động hóa Rockwell vượt ngoài tính đặc thù, Pearse và cộng sự đã có khả năng tối ưu hóa sản xuất, trong khi vẫn đảm bảo độ an toàn tuyệt đối tại sàn công tác của nhà máy Smorgon Steel.