Modernisering av cementfabriken i Rüdersdorf ett tekniskt sjumilasteg

Transkript

1 Modernisering av cementfabriken i Rüdersdorf ett tekniskt sjumilasteg pulpeterna skulle koncentreras till ett och samma kontrollrum för den planerade nya ugnslinjen nr 5. Den befintliga konventionella elektriska utrustningen och givarna, om än i gott skick, var föråldrade och måste ersättas med modern utrustning som uppfyller kraven på automatisk cementproduktion. Moderniseringsprojektet inleddes med att elavdelningen inom Rüdersdorfer Ze- Raimund Claußnitzer Rüdersdorfer Zement GmbH Frieder Albert ABB Automatisierungsanlagen Cottbus GmbH ment GmbH tillsammans med ABB utvecklade ett koncept för hur den befintliga elektriska utrustningen i anläggningen skulle moderniseras för att senare kunna integreras med styrningen för den planerade nya klinkerproduktionslinjen. Moderniseringsarbetet inleddes Steg för steg förnyades specifika anläggningsdelar i elektrotekniskt hänseende och utrustades med ABB Master/Advantstyrsystem och anslöts via MasterBus 300 (fiberoptisk informationsöverföring) med ett integrerat Advant Cement System som resultat [1]. Rüdersdorfer Zement GmbH har under perioden grundligt låtit modernisera sin fabrik. Fabriken räknas idag som en av Europas modernaste cementanläggningar. ABB Automatisierungsanlagen Cottbus GmbH i samarbete med ABB Industrie AG i Schweiz fungerade som generalentreprenör för konstruktion, leverans, montage och driftsättning av hela den elektriska utrustningen. Framför allt de nya driftstyrsystemen, som Advant Cement System med sina Cement Information Management Solutions (CMIS), innebar stora fördelar med avseende på produktion, kvalitet, energiförbrukning, personalbehov och underhållskostnader. Drifterfarenheterna är goda och underhållskostnaderna har sjunkit betydligt i jämförelse med den äldre anläggningen. D å Rüdersdorfer Zement GmbH 1990 övertogs av Readymix-koncernen inleddes en ny epok för fabriken. Det gällde att så snabbt som möjligt anpassa cementproduktionen till de krav som ställdes av den hastigt växande cementmarknaden i Berlin med omgivningar och att leverera cement med mycket hög kvalitet. Alla investeringsbeslut fattades med utgångspunkt från produktivitetsökning med innovativa produktionsmetoder och kvalitetshöjning med hjälp av modernaste teknik på området. Stor vikt lades vid att minimera miljöbelastningen och att utnyttja energin optimalt. Det var helt enkelt frågan om att bygga Europas modernaste cementfabrik 1. Planen gick ut på att installera ett modernt styrsystem som avsnitt för avsnitt skulle ta över styrningen av produktionsprocessen. De befintliga 13 lokala styr- Modernisering av den elektriska utrustningen ABB Automatisierungsanlagen Cottbus GmbH i samarbete med schweiziska ABB Industrie AG var generalentreprenör för konstruktion, leverans, montage och driftsättning av den fullständiga elektriska utrustningen. Detta innebar att en betydande del av totalinvesteringen förlades i förbundslandet Brandenburg Kronologi för de viktigaste moderniseringsstegen 1991 Automatisering av vattentransporten i stenbrottet 1992 Cementkvarn 1 Ny halvmobil kross Nytt huvudställverk för 6 kv Nya elektrostatiska filter Cementkvarnarna nya rullpressar Råmaterialblandning Transportör i dagbrottet Modernisering av lepolugnarna 3 och CIMS-Assistant-Manager Cementsilor Klinkerlager Lokalt nätverk för styrsystemen Beställning av ugnslinje 5 med virvelbädd 1994 Kolkvarnsanläggning 1995 Start av produktionen på ugnslinje Råmaterialkvarnarna 4 7 Central statisk VAR-anläggning 34 ABB Tidning 2/1997

2 Fabriken vid Rüdersdorfer Zement GmbH. Fabriken moderniserades genomgripande under perioden och är idag en av Europas modernaste cementanläggningar. 1 en viktig regionalpolitisk aspekt. I enlighet med önskemålen från Rüdersdorfer Zement GmbH involverades flera lokala företag i projektet. Vid driftsättningen arbetade fabrikens personal sida vid sida med driftsättningspersonalen från ABB. Den elektriska utrustningen i det moderniserade cementverket motsvarar den modernaste teknik som marknaden erbjuder. Lågspänningsställverken av typ MNS har utförts i säkringslös teknik. Standardiserade utbytbara moduler av utdragstyp ger tillräcklig flexibilitet för framtida utbyggnad av anläggningen och minimerar behovet av reservdelshållning. Totalt installerades mer än 250 nya fack. Det nya mellanspänningsställverket av typ ZS1 är utrustat med utdragbara vakuumeffektbrytare och lämpar sig även för styrning av motorer. 2 Transformatorer, mellanspänningsställverk och lågspänningsställverk I transformatorstationen på 110 kv-nivån byttes en transformator på 40 MVA. De nya mellanspänningsställverken av typ ZS1 2 är utrustade med utdragbara vakuumeffektbrytare. De klarar av att bryta strömmar på upp till 40 ka vid 6 kv och lämpar sig även för styrning av motorer. För cementkvarnarna och den nya ugnslinjen har totalt 38 nya ställverksfack installerats. ABB Tidning 2/

3 Mätteknik De olika mätapparater som levererats av ABB, av kunden och av externa leverantörer har installerats av ABB och driftsatts i samarbete med personalen vid Rüdersdorfer Zement GmbH. Totalt installerades mer än 2000 nya mätpunkter 5. Kablage Totalt medförde ombyggnadsarbetena och nybyggnaden av ugnslinje 5 förläggning av mer än 700 km kabel. Modernisering av styrutrustningen Med den nya ugnslinjen nr 5 förfogar Rüdersdorfer Zement GmbH över tre ugnslinjer. Hela anläggningen styrs idag från ett centralt kontrollrum 6, 7. För manövreringen används: 4 storbildsskärmar av projektionstyp 5 Advant Station 520 med 10 bildskärmar 6 MasterView 850 med 10 bildskärmar Dessutom finns en systemterminal i systemingenjörens kontor. Roterugnarna drivs av två drivsystem med U-omriktare och motorer på 490 kw. Drivsystem Alla viktiga drivsystem har utrustats med motorer och omriktare av senaste generationen. Vid konstruktionen lades särskild vikt vid hög verkningsgrad. För varvtalsreglerade drivsystem har möjligheterna till energibesparing utnyttjats till fullo. Så gott som alla varvtalsreglerade drivsystem är utrustade med ABBs pulsmodulerade omriktare (U-omriktare) i familjen SAMI-F med effekter upp till 1400 kw. Ugnarna drivs idag av två drivsystem med U-omriktare och självventilerade motorer på 490 kw som klarar det höga vridmomentbehovet vid start av en roterugn 3. För avgasfläktarna valdes kaskadreglerade asynkronmotorer på 3300 kw med ett reglerområde på 50% 4. Detta drivsystem utmärks framför allt av sin höga verkningsgrad över hela reglerområdet. En aspekt värd att framhålla är den låga ljudnivån för de nya strömriktarna. 3 Nätverkskonfiguration Två nätverk av typ MasterBus 300 kopplar ihop stationerna i styrsystemet 7. Som skydd mot eventuella elektromagnetiska störningar (EMC) har kommunikationskanalerna till största delen utförts med fiberoptisk teknik. Nätverk 31 cementproduktion 2 operatörsstationer (MasterView 850) 11 processtationer (MasterPiece 200/1) Nätverk 32 klinkerproduktion Klinkerproduktionen har indelats i två segment för att underlätta möjlig framtida utbyggnad: Äldre anläggningar 5 operatörsstationer (4 MasterView 850, 1 Advant Station 520) 10 processtationer (7 MasterPiece 200/1, 36 ABB Tidning 2/1997

4 Asynkron kaskadreglerad motordrift för avgasfläktarna med en effekt på 3300 kw och ett reglerområde på 50 %. 4 1 Advant Controller 450, 2 Master- Piece 90) Den nya ugnslinjen nr 5 4 operatörsstationer (Advant Station 520) 9 processtationer (8 MasterPiece 200/1, 1 MasterPiece 90) Via anläggningens kommunikationsbussar sammankopplas idag 26 MasterPiece 280 och en Advant Controller 450, vilka därmed samtliga har kontakt med de distribuerade databaserna, operatörsstationerna och övervakningsstationerna. Flexibiliteten i Advant Cement System [1] tillät stegvis utbyggnad. De distribuerade I/O-enheterna 8 kommunicerar via ABB Master Fieldbus-ledningar, vilka till största delen är utförda i fiberoptisk teknik. Den nya Advant Controller 450 är fullt kompatibel med process- och operatörsstationerna inom ABB Master-systemet. Det nyinstallerade processtyrsystemet tillämpar seriell dataöverföring och ger en mycket hög automationsgrad. Det styr: över 2000 drivsystem och magnetventiler över 2000 mätpunkter ca 20 undersystem Systemet får sina indata via mer än digitala in- och utgångar, 2300 analoga kanaler och 20 seriella gränssnitt. Styrsystemets sektioneringsmöjligheter har medvetet utnyttjats i Rüdersdorfprojektet för att ge en entydig koppling Mätanläggning med tryckgivare. Totalt har över 2000 mätpunkter nyinstallerats. 5 ABB Tidning 2/

5 Det nya centrala kontrollrummet, som ligger i anslutning till den nya ugnslinjen nr 5 och ersätter 12 lokala manöverpulpeter. 6 Tabell 1: Stegvis automation av produktionsprocesserna inom Rüdersdorfer Zement GmbH År Manöverpulpeter: lokala centrala 1 1 Operatörsstationer Processtationer Anläggningsdelar CR OS PS CR OS PS CR OS PS CR OS PS CR OS PS CR OS PS Styrcentral B 4 x Vattenhantering, dagbrott x Infart B 4 x x x x x x Efterkross x x Råmaterialkvarnar 1 7 x x x x x 1 1 Vattenhantering, Steinitz x x x x x 1 Ugnarna 1 och 2 x x x x x Granulering x x x x x Blandningsverk x x Cementsiloanläggning x x Ugnarna 3 och 4 x x x Kolkvarnarna 1 4 x x x Cementkvarnarna 1 5 x x 1 1 x 1 3 x Den nya ugnslinjen Automatiserade Kontrollrum Cement- Klinkerlager Ny ugns- Råmaterialanläggningsdelar Vatten- kvarn 2 5, Kolmalnings- linje 5 kvarnar 4 7 hantering, Rull- anläggning Granulering dagbrott pressar Blandnings- för de 2 Cement- Krossverk verk lepolugnarna CR Gamla manöverpulpeter OS Operatörsstationer PS Processtationer kvarn 1 Transportör, dagbrott Ramaterialblandning 2 lepolugnar Elektrostatiskt filter Cementsilor Lokaltnätverk för alla PS 38 ABB Tidning 2/1997

6 Det nya styrsystemets konfiguration AB Advant Operatörsstation MP Master-Piece AC Advant Controller MV MasterView 7 mellan de olika operatörsplatserna och respektive processavsnitt. Sektioneringen gör det samtidigt lättare att hitta och analysera eventuella fel. I konsekvens därmed har varje processtekniskt avsnitt i den nya ugnslinjen sitt eget avsnitt i styrsystemet 9. Stegvis automation Tabell 1 visar hur automationsprojektet genomförts över tiden och hur de olika automationsstegen har gjort det möjligt att utnyttja potentiella fördelar. Nästan alla ovan beskrivna moderniseringsåtgärder genomfördes antingen under planerade driftuppehåll för underhåll eller under löpande drift med ytterst korta produktionsavbrott. Ingenjörerna och elektrikerna vid Rüdersdorfer Zement GmbH och ABBs driftsättningsingenjörer Distribuerade I/O-enheter i ett 8 ställverksskåp för motordrivsystem och installationstekniker hade hela tiden ett nära samarbete. Under projektets gång ökade cementproduktionen kontinuerligt och inskränktes inte av moderniseringsarbetet. Under ett veckoslut på försommaren 1995 flyttades alla lokala manöverpulpeter in i det centrala kontrollrummet. Detta innebar att vare sig den löpande produktionen eller driftsättningsarbetet på ugnslinje 5 behövde avbrytas. Under flytten övertogs de aktuella stationernas funktioner av andra operatörsstationer. När de lokala manöverpulpeterna hade flyttats in i det centrala kontrollrummet och anslutits till anläggningsbussen kunde de åter tas i drift. Det självkonfigurerande Advant Cement System tillåter anslutning och frånkoppling av busstationer under löpande drift. Systemet detekterar nya eller återanslutna busstationer automatiskt. Inget funktionsbortfall noterades i samband med flyttningsarbetet. ABB Tidning 2/

7 a b Skärmbilder över den nya ugnslinjen 5 9 c a b c Översikt över råmaterialkvarnen Processförlopp och processdata för roterugnen Övervakning av klinkerkylningen Det administrativa informationssystemet ett avgörande bidrag till företagets konkurrenskraft Ledningen för Rüdersdorfer Zement GmbH insåg redan från början att ett väl fungerande administrativt informationssystem är avgörande för anläggningens konkurrenskraft. Utmaningen och samtidigt den stora potentiella fördelen låg i att utnyttja all den produktionsinformation som fanns tillgänglig i anläggningen. En enorm mängd data från produktion, kvalitetssäkring och administration måste samlas in och utvärderas. Här talar vi om information som ofta är svårbehandlad och som inte alltid lagras. Informationen måste sållas, koncentreras och behandlas så att den ger viktiga upplysningar om anläggningen som helhet. Utan integrerat informationssystem hade denna uppgift knappast kunnat lösas med godtagbart resultat. I december 1993 föll kundens val på Det administrativa informationssystemet CIMS Det administrativa informationssystemet CIMS (Cement Information Management Solutions) ger tillgång till data från den centrala CIMS-servern via samtliga PC som är anslutna till anläggningens administrativa system. Denna information, som tex konfigurationsritningar, produktionsrapporter och kvalitetskurvor, presenteras för företagsledningen, driftledningen, processtyrningspersonalen och underhållspersonalen med enkla musklick. ABB har utvecklat CIMS speciellt för cementindustrins behov. systemet CIMS (Cement Information Management Solutions). Idag integrerar CIMS information från företagsledningen, ekonomiavdelningen, processen, kvalitetsavdelningen, speditionsavdelningen och avdelningen för mekaniskt och elektriskt underhåll. 45 användare kan via 35 persondatorer utvärdera produktionsdata, ta fram aktuella rapporter, studera underhållsbehovet och inventera förråden, utan att lämna sina skrivbord. Att behandla data från 2000 drivsystem för tre klinkerproduktionslinjer, fyra kolkvarnar, fem cementkvarnar och tjugo cementsilor är en tuff utmaning. Idag ställer CIMS följande information till förfogande för Rüdersdorfer Zement GmbH: Anläggningsöversikt ABB Tidning 2/1997

8 Rapporter från huvudanläggningarna: produktionsrapport för ugnslinje 5 samt 15 övervakningsrapporter med avseende på drifttid, produktion i enskilda anläggningsavsnitt, aktuellt underhållsbehov (utgående från den registrerade drifttiden), händelse- och larmstatistik, cementförråd indelat i cementtyper samt energiförbrukning Trenddata: värden lagras minut för minut i perioder upp till 30 dagar för utvalda parametrar För att ge tillräckligt stöd för systemets användare är CIMS sammankopplat med: Ett av de största Advant Cement System som installerats inom cementindustrin Rüdersdorfer Zement GmbHs Novellnätverk Robotlaboratoriet 35 bildskärmsterminaler I CIMS ingår dessutom följande: Gränssnitt mot robotlaboratoriet POLAB för sammanställning av integrerade kvalitetsrapporter med processdata i form av tabeller och kurvor Gateway för utbyte av data och recept mellan robotlaboratoriet och råmaterials- och cementkvarnsprocesstationer Indikering av kvalitetsdata från robotlaboratoriet på operatörsstationerna i kontrollrummet Gränssnitt mot den centrala databasen i den server som hör till Rüdersdorfer Zements försäljningsavdelning, för att möjliggöra det nödvändiga datautbytet. Ett gränssnitt mot SAP-systemet planeras Synkronisering för hela styrsystemet via ett radiosynkroniserat ur som är kopplat till CIMS I mars 1994 driftsattes en provisorisk förbindelse för receptutbyte mellan det dåvarande POLAB-laboratoriet och ABB Master. I maj 1994 färdigställdes fas 1, omfattande cementproduktion, cementleverans och utbyggnad av gränssnittet mot POLAB. CIMS-funktionen Personal Assistant installerades på det befintliga Översikt över cementfabriken i Rüdersdorf 10 Novell-nätverket och ger därmed varje enskild PC-användare tillgång till samtliga CIMS-data. Då fas 2 avslutades i januari 1995 var det andra MasterNet-nätverket i information som står till förfogande och vad som är ännu viktigare besluten blir bättre underbyggda. Sammanfattningsvis kan sägas att Rüdersdorfs Advant Cement System moderniseringen av den föråldrade, inte sammankopplat med databasservern på försäljningssidan. Integreringen av den nya ugnslinjen 5 längre produktiva cementfabriken i Rüdersdorf har lett till ett tidsenligt och lönsamt företag. inleddes i juli För ugnslinje 5 utvecklades en specialanpassad gemensam produktionsrapport som lades in i systemet. Med en lagringskapacitet utvidgad till 3 GB står alla viktiga processdata för de senaste 30 dagarna till ständigt Referens [1] Krings, L.: Advant Cement System integrerad processtyrning och företagsledning. ABB Tidning 6/7 95, förfogande. Författarnas adresser Lönsam investering Drifterfarenheterna sedan 1992 är goda. Den elektriska anläggningen har visat sig erbjuda hög tillgänglighet. Driftavbrotten på Raimund Claußnitzer Rüdersdorfer Zement GmbH Postfach 13/14 D Rüdersdorf grund av elektrotekniska fel har reducerats avsevärt i jämförelse med den tidigare anläggningen. Antalet styrsystemoperatörer har kunnat reduceras drastiskt samtidigt som processen har blivit mera överskådlig. Det administrativa informationssystemet CIMS möjliggör dessutom integration av all Frieder Albert ABB Automatisierungsanlagen Cottbus GmbH Postfach D Cottbus Fax: +49 (0) ABB Tidning 2/