เตาหลอมไฟฟ้าแบบ EAF ที่ทำงานด้วยระบบควบคุมแบบแมนนวล โดยผู้ปฏิบัติงานที่มีทักษะจะปรับแท็ปหม้อแปลงและตำแหน่งอิเล็กโทรดด้วยความรู้สึก ก็สามารถให้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจได้ แต่เตาหลอมไฟฟ้าแบบ EAF ที่ทำงานด้วยระบบอัตโนมัติระดับ 2 ที่ปรับแต่งมาอย่างดี สามารถลดเวลาการทำงานลงได้ 8-12% ลดการสิ้นเปลืองอิเล็กโทรดลง 10-15% และลดการใช้พลังงานไฟฟ้าลง 20-40 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อตัน ความแตกต่างนี้ไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย สำหรับโรงงานที่มีกำลังการผลิต 500,000 ตันต่อปี และจ่ายค่าไฟฟ้า 0.08 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง การประหยัดพลังงาน 30 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อตัน จะคิดเป็นเงิน 1.2 ล้านดอลลาร์ต่อปี
MONTE INTELLIGENCE ผสานระบบควบคุมกระบวนการเข้ากับชุดอุปกรณ์สำหรับเตาหลอมไฟฟ้า (EAF) ของเรา บทความนี้จะกล่าวถึงสถาปัตยกรรมควบคุม อัลกอริทึมที่ขับเคลื่อนระบบ และความท้าทายในการนำไปใช้งานจริง
ระบบอัตโนมัติระดับ 1 ทำหน้าที่ควบคุมแบบเรียลไทม์ เช่น การปรับตำแหน่งอิเล็กโทรด การควบคุมระบบไฮดรอลิก และการควบคุมการไหลของน้ำหล่อเย็น ฟังก์ชันเหล่านี้ทำงานบนตัวควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้ (PLC) โดยมีรอบการทำงาน 10-50 มิลลิวินาที ระบบควบคุมตำแหน่งอิเล็กโทรดเป็นฟังก์ชันที่สำคัญที่สุดในระดับ 1 เนื่องจากต้องรักษาระยะอาร์คให้คงที่แม้จะมีสิ่งรบกวนจากการเคลื่อนที่ของเศษโลหะ การเกิดฟองของตะกรัน และความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในระบบจ่ายไฟ
การควบคุมอิเล็กโทรดโดยอาศัยค่าอิมพีแดนซ์เป็นวิธีการมาตรฐาน ตัวควบคุมจะวัดแรงดันและกระแสของอาร์ค คำนวณค่าอิมพีแดนซ์ (Z = V/I) และปรับตำแหน่งอิเล็กโทรดเพื่อรักษาระดับอิมพีแดนซ์ให้คงที่ ระดับอิมพีแดนซ์จะแตกต่างกันไปตามขั้นตอนการให้ความร้อน: ค่าอิมพีแดนซ์สูงขึ้นในช่วงการหลอมเศษโลหะเพื่อป้องกันเปลือกเตาจากการแผ่รังสีของอาร์ค และค่าอิมพีแดนซ์ต่ำลงในช่วงที่โลหะหลอมเหลวอยู่ในสถานะคงที่เพื่อเพิ่มกำลังไฟฟ้าให้สูงสุด
ตัวควบคุมสมัยใหม่ใช้การควบคุมอัตราขยายแบบปรับได้ — อัตราขยายแบบสัดส่วนและแบบอินทิกรัลของวงจร PID จะปรับโดยอัตโนมัติตามสภาวะการทำงาน เมื่ออาร์คไม่เสถียร (เศษโลหะยุบตัวลง การเปลี่ยนแปลงของตะกรันที่เป็นฟอง) อัตราขยายจะเพิ่มขึ้นเพื่อให้ตอบสนองได้เร็วขึ้น เมื่ออาร์คเสถียร อัตราขยายจะลดลงเพื่อหลีกเลี่ยงการเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรดที่ไม่จำเป็น ซึ่งจะทำให้สิ้นเปลืองอิเล็กโทรดและสึกหรอของระบบไฮดรอลิกมากขึ้น
ระบบอัตโนมัติระดับ 2 ให้การเพิ่มประสิทธิภาพระดับความร้อนซึ่งอยู่เหนือการควบคุมแบบเรียลไทม์ระดับ 1 ระบบระดับ 2 รับข้อมูลจำเพาะเกรดเหล็กจากระบบการจัดการการผลิต (MES) ของโรงงาน คำนวณจุดตั้งค่าที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละขั้นตอนของความร้อน และดาวน์โหลดจุดตั้งค่าเหล่านั้นไปยังระบบระดับ 1 หลังจากความร้อนเสร็จสิ้น ระบบระดับ 2 จะวิเคราะห์ประสิทธิภาพเทียบกับเป้าหมายและปรับจุดตั้งค่าสำหรับความร้อนครั้งต่อไปตามผลลัพธ์
ระบบระดับ 2 จะแบ่งวงจรการทำงานของเตาหลอมไฟฟ้า (EAF) ออกเป็นหลายขั้นตอน ได้แก่ การใส่เศษเหล็กชุดที่ 1, การหลอมครั้งที่ 1, การใส่เศษเหล็กชุดที่ 2, การหลอมครั้งที่ 2, การกลั่น และการเทเหล็กออกมา แต่ละขั้นตอนจะมีค่าเป้าหมายสำหรับแรงดันไฟฟ้าของอาร์ค กระแสไฟฟ้าของอาร์ค อัตราการไหลของออกซิเจน อัตราการฉีดคาร์บอน และการทำงานของหัวเผา ระบบระดับ 2 จะปรับค่าเป้าหมายเหล่านี้โดยพิจารณาจากส่วนผสมของเศษเหล็กจริง อุณหภูมิการเทเหล็กที่ต้องการ และปริมาณคาร์บอนที่ต้องการ
การประยุกต์ใช้โครงข่ายประสาทเทียมในการควบคุมเตาหลอมไฟฟ้า (EAF) ได้เปลี่ยนจากงานวิจัยมาสู่ระบบการผลิตแล้ว การประยุกต์ใช้ที่พบมากที่สุดคือการทำนายจุดสิ้นสุด — การประมาณอุณหภูมิของวัสดุหลอมเหลวและปริมาณคาร์บอนเมื่อสิ้นสุดการให้ความร้อนโดยอาศัยข้อมูลกระบวนการแบบเรียลไทม์ โดยไม่ต้องรอผลการวิเคราะห์ทางเคมี โครงข่ายประสาทเทียมที่ฝึกฝนด้วยข้อมูลการให้ความร้อนในอดีตสามารถทำนายอุณหภูมิจุดสิ้นสุดได้ภายใน ±15°C และปริมาณคาร์บอนจุดสิ้นสุดได้ภายใน ±0.02% สำหรับ 85-90% ของการให้ความร้อนทั้งหมด
ข้อมูลที่ป้อนเข้าสู่เครือข่ายการทำนายจุดสิ้นสุด ได้แก่ พลังงานไฟฟ้าสะสม ปริมาณออกซิเจนสะสม ปริมาณคาร์บอนที่ฉีดเข้าไปสะสม อุณหภูมิและองค์ประกอบของก๊าซไอเสีย (CO, CO2, H2) การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิน้ำหล่อเย็น และระยะเวลาที่ผ่านไป เครือข่ายจะเรียนรู้ความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรเหล่านี้และสภาวะจุดสิ้นสุดจากข้อมูลการให้ความร้อนในอดีตหลายพันครั้ง เมื่อได้รับการฝึกฝนแล้ว เครือข่ายจะให้การประมาณค่าแบบเรียลไทม์ ซึ่งช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถดำเนินการแก้ไขได้ เช่น ปรับการไหลของออกซิเจน เพิ่มคาร์บอน ขยายหรือลดระยะเวลาการให้ความร้อน ก่อนที่จะทำการสุ่มตัวอย่างเพื่อยืนยันจุดสิ้นสุดที่แท้จริง
ระบบการจัดการพลังงานเชิงคาดการณ์มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อเตาหลอมไฟฟ้าทำงานบนโครงข่ายไฟฟ้าที่มีข้อจำกัด เตาหลอมไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีความผันผวนสูง ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมจากบริษัทผู้ให้บริการไฟฟ้าอาจเพิ่มต้นทุนค่าไฟฟ้าได้ถึง 5-15 ดอลลาร์ต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง ระบบการจัดการพลังงานเชิงคาดการณ์จะใช้ข้อมูลความร้อนเพื่อคาดการณ์ความต้องการพลังงานล่วงหน้า 5-15 นาที และจัดการโหลดเพื่อให้คงอยู่ในขอบเขตความต้องการตามสัญญา หากการคาดการณ์เกินขีดจำกัด ระบบสามารถลดแรงดันไฟฟ้าของหม้อแปลงชั่วคราว ปรับตำแหน่งอิเล็กโทรดเพื่อลดกระแสไฟฟ้า หรือเลื่อนการเริ่มต้นความร้อนครั้งต่อไปได้
โครงสร้างพื้นฐานด้านข้อมูลมักเป็นอุปสรรคสำคัญในการนำระบบควบคุมกระบวนการขั้นสูงมาใช้ ระบบต้องการข้อมูลจาก PLC (ระดับ 1) ระบบจัดการพลังงาน เครื่องวิเคราะห์ก๊าซไอเสีย ระบบวัดอุณหภูมิ และระบบข้อมูลห้องปฏิบัติการ ข้อมูลต้องซิงโครไนซ์เวลาด้วยความแม่นยำภายในหนึ่งวินาที โรงงานหลายแห่งพบระหว่างการอัปเกรดระบบอัตโนมัติว่าโครงสร้างพื้นฐานด้านข้อมูลที่มีอยู่ไม่สามารถรองรับข้อกำหนดเหล่านี้ได้ และการอัปเกรดเครือข่ายและฐานข้อมูลกลายเป็นส่วนสำคัญของต้นทุนโครงการ
MONTE INTELLIGENCE ร่วมมือกับผู้จัดจำหน่ายระบบอัตโนมัติชั้นนำเพื่อส่งมอบระบบควบคุมเตาหลอมไฟฟ้าแบบบูรณาการ ขอบเขตงานของเราครอบคลุมถึงการกำหนดคุณสมบัติของระบบควบคุม วิศวกรรมการบูรณาการ การทดสอบระบบ และการฝึกอบรมผู้ปฏิบัติงาน
หากต้องการปรึกษาเกี่ยวกับการควบคุมกระบวนการทำงานที่เฉพาะเจาะจงกับโครงสร้างเตาหลอมของคุณ โปรดติดต่อ helenxu@cnlymonte.com
