에너지

에너지는 에너지 보안, 환경 보호 및 운영 안전, 시스템 효율성, 분산 시스템의 신뢰성 및 제어,
청정 에너지 기술 등 다양한 문제가 관련된 복합적인 분야입니다.

Nucor, 강철 재활용을 위한 효율성 개선 사례

"LabVIEW 및 PAC를 사용한 프로그래밍과 PLC 및 래더 로직을 사용한 프로그래밍을 통해 효율성이 10배 증가하고 시설 자동화 비용이 대폭 절감되었습니다."

- 데이브 브란트, Nucor Corp

과제
공장의 안전과 효율성을 향상시키면서 주 전체 에너지 규정을 준수하기 위해 소비되는 에너지의 양을 줄이는 철강 재활용 시설을 위한 자동화 시스템을 개발합니다.
솔루션
내쇼날 인스트루먼트의 PAC(프로그래밍 가능한 자동화 컨트롤러) 및 NI LabVIEW 그래픽 프로그래밍 환경을 사용하여 공장 자동화 솔루션을 개발하여 철강 재활용에 필요한 에너지 양을 정확하게 측정하고 시설 안전을 개선합니다.

3파운드의 강철 중 2개는 이전에 사용한 강철로 생산되어 북미에서 가장 많이 재활용되는 소재입니다. 재활용 철강은 원자재로 새로운 철강을 생상하는 것 보다 60~74% 적은 에너지를 소비하는데, 이는 1년 동안 1800만 가구에 전력을 공급하는데 필요한 에너지 양에 해당합니다.

철강 재활용 개선

철강 회사들은 공정을 보다 효율적이고 환경 친화적으로 만들기 위해 지속적으로 재활용 작업을 개선하고 있습니다. Nucor는 환경 자원을 관리하는데 높은 가치를 두며 이를 위해 북미에서 가장 큰 재활용 업체가 되었습니다. 2005년에 우리는 오하이오 주 마리온에 있는 Marion Steel Company를 매입하여 미국 철강 소비량의 거의 60%를 중앙에 위치 시켰습니다. 이번 인수를 통해 높은 시설 표준을 유지하기 위해 공장의 효율성과 안전성을 위해 시설 자동화 시스템을 구형해야 한다는 것을 즉시 인식했습니다.

NI 소프트웨어 및 하드웨어로 에너지 소비 감소

Marion 시설에서 우리는 재활용 강철을 사용하여 철근, 사인 지지대, 윤곽선 및 케이블 장벽 시스템의 전체 라인을 제조합니다. 철강 재활용 공정에서 고철은 전기 아크로(EAF)에서 가열되고 생산되는 철강 유형에 따라 점성 강철에 원소 조합이 추가되어 적절한 철강 합금을 만듭니다. 이 공정은 용광로에 배치된 스크랩의 양에 따라 크게 달라지는 많은 양의 에너지를 필요로 합니다. 우리가 Marion 시설을 구입했을 때 작업자는 추정치에 의존하여 용광로에 배치된 강철의 양을 결정하여 종종 금속이 과열되게 했습니다. 이로 인해 다시 재활용 해야 하는 불만족스러운 최종 제품이 생성되어 회사의 시간, 비용 및 에너지가 소모됩니다.

재활용 철강은 원료로 새로운 철강을 생산하는 것보다 60~74% 적은 에너지를 소비합니다.
철강 재활용 공정 중에 고철은 전기아크로 (EAF)에서 가열되며, 고로에 배치된 고철의 양에 따라 크게 달라지는 많은 양의 에너지가 필요합니다.
노에 배치된 고철의 정확한 양을 알면 Nucor는 노를 가열하는데 필요한 전기량을 정확하게 계산할 수 있습니다.

재가열 횟수를 줄이기 위해 각 연소에서 강철의 양을 정확하게 계산하는 LabVIEW 및 NI Compact FieldPoint 컨트롤러를 사용하여 저렴한 스케일 및 계량 시스템을 개발했습니다. 용광로에 배치된 고철의 정확한 양을 알면 용광로를 가열하는데 필요한 전기량을 정확하게 계산할 수 있습니다. 이 스케일 시스템을 구현하기 전에 우리의 철재 측정은 실패했거나 실패했습니다. 새로운 시스템을 구현하기 전에 재가열 횟수를 추적하는 방법이 없었지만 2007년에 6,000개가 넘는 배치 중 새 시스템을 배포 한 후 10번의 재가열만 수행하여 2006년보다 훨씬 적었습니다.

데이터 수집 애플리케이션의 또 다른 스크린 샷
Nucor는 미국에서 가장 큰 철근 제조업체입니다.
실시간 생산 데이터 애플리케이션의 스크린 샷

LabVIEW 및 NI ComapctRIO로 깜박임 제거

재활용을 위해 용광로를 가열하는데 필요한 많은 양의 전기를 끌어오르는데 관련된 한가지 위험은 전력망에서 깜박임을 유발하는 것입니다. 너무 많은 전기를 사용하여 벌금을 받았을 뿐만 아니라 전력망 깜박임이 Marion 주민들에게 불편함을 안겨주었습니다. 전력 소비를 줄이기 위해 LabVIEW FPGA 모듈과 Power Grid에서 끌어온 에너지의 양을 측정하는 CompactRIO 플랫폼을 사용하여 퍼니스와 직렬로 연결된 온라인 리액터를 개발했습니다. 퍼니스가 규정된 한계에 도달하면 시스템은 제어 방법을 빠르게 변경하여 인출되는 전력량을 줄일 수 있습니다.

  • LabVIEW로 시설 안전 개선

    Nucor의 핵심 가치 중 하나는 직원의 안전입니다. 따라서 시설 개선의 또 다른 목표는 Marion 사업장을 보다 안전한 작업장으로 만드는 것이었습니다. 우리는 EAF를 켜고 끄는 방법을 업그레이드 해야 한다고 결정했습니다. 시스템을 개조하기 전에 작업자는 수동으로 on / off 스위치를 당겨야 했기 때문에 퓨즈가 끊어 질 경우 부상을 입을 수 있습니다. Compact FieldPoint PAC 및 HMI는 작업자를 잠재적으로 위험한 상황에 처하게 하지 않는 원격 전원 스위치를 만드는데 사용되었습니다.

    NI PAC를 사용한 공장 자동화의 이점

    NI 하드웨어와 소프트웨어를 사용하여 우리는 우리가 사용하는 전기를 크게 줄이고 오하이오주 Marion 시설에서 잠재적 인 안전 문제를 제거하는 다양한 자동화 시스 템을 개발했습니다. 모든 통신 프로토콜 (이더넷, 직렬, 모드 버스 및 EtherCAT), PID 제어 루프 및 시퀀싱 알고리즘을 처리하는 하나의 플랫폼을 보유 할 수 있어 시간과 비용이 절약되었습니다. LabVIEW 그래픽 시스템 디자인을 통해 우리는 모든 통신 및 제어 루프를 병렬화하여 개발을 더욱 단순화 할 수 있었으며, 이로 인해 가독성과 유지 보수가 가능한 코드 외에도 시스템 성능이 향상되었습니다. 개발을 완료 한 지 몇 달 후, 시스템으로 돌아와 약간의 변경 작업을 수행하고 블록 다이어그램을 열고 업데이트가 필요한 작업을 빠르게 찾고 변경 한 후 자리를 떠날 수 있었습니다.

  • 전력 소비를 줄이기 위해 Nucor는 LabVIEW FPGA 모듈 및 전력 그리드에서 끌어온 에너지의 양을 측정하는 CompactRIO 플랫폼을 사용하여 퍼니스와 직렬로 연결된 온라인 반응기를 개발했습니다.

글쓴이 정보:

Dave Brandt
Nucor Corp / Marion, OH, 미국
David.Brandt@nucor.com


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