25/11/2014
Door Liam van Koert
In een monsterproject zette Tata Steel Nederland de gasreiniging van twee cokesfabrieken over van een DCS naar een PLC/SCADA systeem. Alleen de voorbereiding nam al 3 jaar in beslag. Dankzij een goede voorbereiding kon de systemintegrator voortvarend aan de slag.
‘Er waren nogal wat afwegingen te maken’, zegt Vincent Toorenburg. Als Senior Project Engineer Electrical, Instrumentation & Control van de afdeling PTC bij Tata Steel Nederland BV in Velsen-Noord was hij een van de kartrekkers van een omvangrijke migratie van twee cokesfabrieken. ‘We hadden in de gasreiniging van beide cokesfabrieken een Contronic P DCS systeem van Hartmann & Braun draaien. En hoewel reserveonderdelen en support zelfs vandaag nog wel te krijgen zijn, viel het eigenlijke doek voor dit systeem al in 1999. Aangezien het onvermijdelijk een grote stap zou worden, hebben we het meteen maar als kans opgepakt. Een kans om met een open blik alles eens goed onder de loep te nemen.’
Veel verschillen
De opties die op tafel lagen? Dat waren er nogal wat. Op de eerste plaats zijn er dus niet één, maar 2 cokesfabrieken op het 750 hectare grote terrein van Tata Steel. Ze lijken erg op elkaar, het zijn echt 2 afzonderlijke fabrieken. Toorenburg: ‘De ene cokesfabriek is de andere niet. En ook binnen één cokesfabriek zijn er installaties van verschillende makelij die elk hun eigen besturing hebben: ABB, Siemens, Rockwell, GE, het zit er allemaal in. Zo zijn er besturingssystemen voor deurmachines, uitstootmachines, de ovens waarin het cokesproces plaatsvindt (de ‘zwarte kant’) en de gasreinigingsinstallatie, de zogenaamde ‘witte kant’. Omdat de processen aan de zwarte en de witte kant sterk verschillen, zijn ze verdeeld over verschillende technisch beheerteams. Nu is het nooit de bedoeling geweest om de besturing van de beide cokesfabrieken volledig identiek te maken, maar we wilden daar waar het kon wel zoveel mogelijk identieke systemen. Het nieuwe systeem moest dus voor beide fabrieken geschikt zijn.’
Keuze voor PLC
Toorenburg: ‘In een cokesfabriek heb je zowel met sequentiële als met analoge processen te maken. Zo doorloopt een uitstootmachine vaste stappen, maar is de gasreiniging een continu chemisch proces. In de bestaande situatie was er een DCS systeem voor de gasreiniging en daarnaast een groot aantal standalone PLC systemen voor bijvoorbeeld de uitstootmachine. Na een nauwkeurige inventarisatie van de automatisering bleek de keuze voor een PLC-SCADA systeem om verschillende redenen een logische. De standalone PLC systemen moesten geïntegreerd worden in het nieuwe besturingssysteem en daarvoor is een DCS systeem minder geschikt, omdat dat relatief star is met dedicated hardware en een eigen visualisatie. In ons geval zou dat betekenen dat er 25 Modbus-interfaces gemaakt zouden moeten worden. Het alternatief was een veel transparanter PLC systeem. Gezien de installed base lag de keuze voor een GE of Rockwell systeem voor de hand. Uiteindelijk is gekozen voor ControlLogix van Rockwell met hieraan gekoppeld het SCADA softwarepakket Cimplicity van GE. De communicatie verloopt rechtstreeks via ethernet en ControlNET zonder extra interfaces.’ Dan schiet Toorenburg nóg een belangrijke reden te binnen om voor een PLC oplossing te kiezen. ‘Binnen Tata is er een beperkt aantal mensen dat vergaande DCS kennis heeft en dat betekende dat er bij een keuze voor DCS dus flink zou moeten worden opgeleid, terwijl er bij Tata Steel genoeg doorgewinterde PLC-SCADA mensen rondlopen.’
Eisenpakket
De kogel is door de kerk. Het wordt PLC. Maar wat doe je dan? ‘Het proces is wel wat iteratiever dan het nu lijkt’, glimlacht Toorenburg. ‘Behalve de eisen die bepalend waren voor de systeemkeuze, hadden we nog een aantal andere eisen. Zo moest het platform voldoen aan de laatste stand der techniek, moest de installatie-opdeling intact blijven, moesten installaties onafhankelijk van elkaar uit bedrijf genomen kunnen worden, moest er gekoppeld worden met bestaande informatiesystemen, moesten alle veldcomponenten gehandhaafd blijven en wilden we ook nog bestaande panelen en connectoren hergebruiken. Bovendien moest de ombouw gerealiseerd worden terwijl het cokesproductieproces volledig in bedrijf bleef. Je kan een cokesoven namelijk niet gedurende langere periode uitzetten. Doe je dat wel, dan ontstaan er krimpscheuren in de vuurvaste stenen. Dat betekent dat de oven volledig opnieuw bemetseld moet worden en zoiets zou veel geld kosten. Ook het gasreinigingsproces moest dus continu in bedrijf blijven en dat betekende dat de switch-over naar het nieuwe systeem in één keer moest plaatsvinden.’
Het halve werk
Wat de voorbereiding betreft, houdt Toorenburg niet van half werk. Maar liefst 3 jaar is alles tot op het laatste bitje uitgezocht, vastgelegd in een database en gespecificeerd. Daarmee was de voorbereiding klaar en kon de uitvoering starten. Voor de detail engineering, hardware levering en automatisering maakt Tata Steel bij voorkeur gebruik van de expertise van leveranciers, waarbij Tata Steel zelf de regisseur blijft en zich richt op goed contractmanagement. Voor de uitvoering van dit project is een contract gesloten met de firma EKB uit Beverwijk. Deze contractor had in dit omvangrijke project ook een belangrijke rol bij de realisatie van diverse software en hardware elementen. Er moesten regelfuncties geprogrammeerd worden waarmee het oude DCS als het ware is nagebouwd. Dit heeft geresulteerd in een bibliotheek van 121 functies. Voor wat betreft software is er ook veel aandacht besteed aan de visualisatie. Tata Steel Nederland BV is een groot voorstander van ‘less is more’ en wil de operator alleen die informatie laten zien die hij op dat moment nodig heeft en dan uiteraard wel op een duidelijke manier.
Daarnaast is het engineeren van een nieuwe lessenaar en besturingskasten één ding, maar deze aansluiten op bestaande oude kabels en connectoren zonder dat er maar één kabeltje breekt, is toch wel spannend. Ook hier geldt dat een goede voorbereiding het halve werk is, in dit geval werk dat door de contractor is gedaan. Samen met de contractor is alles uitvoerig getest en doorgenomen, totdat zeker was dat alles -probleemloos zou verlopen. De gekozen automatiseringsfirma over de samenwerking met Tata Steel: ‘We waren overtuigd dat de gegevens die we van Tata Steel ontvingen correct waren, zodat we het niet nodig vonden om ze te toetsen. Alles was echt heel goed doordacht en zodanig gedocumenteerd dat alle functionaliteit vast lag.’
Terugkijkend
Betekent het succes van dit project dat je een DCS systeem altijd door een PLC oplossing kunt vervangen? Dat blijft natuurlijk altijd maatwerk. Het nabouwen van regelfuncties is in ieder geval een precieze en tijdrovende klus waar vanzelfsprekend kosten mee gemoeid zijn. De rekenkracht van PLC’s is vandaag de dag in ieder geval geen knelpunt meer. Is het mogelijk om de migratie uit te voeren terwijl het productieproces gewoon door draait? In dit project is dat met een PLC gerealiseerd.
Cokesfabriek
In een cokesfabriek wordt van steenkolen cokes gemaakt door middel van droge destillatie. Gebroken steenkool wordt in een zuurstofvrije omgeving indirect verwarmd tot ongeveer 1000 graden Celsius, waarbij gas vrijkomt. Dit gas wordt in de gasreiniging gekoeld en ontdaan van schadelijke bestanddelen, waarna een nuttig stookgas overblijft; het cokesovengas. De cokes wordt ingezet in het hoogovenproces om ijzererts te reduceren tot ruw ijzer.
In Nederland hebben redelijk wat cokesfabrieken gestaan; 7 om precies te zijn. De eerste verschenen begin 1900 in Limburg, dicht bij de steenkoolbron. In 1923 werd de eerste in Velsen-Noord gebouwd, dicht bij het vuur van de Koninklijke hoogovens. Hier staan er tegenwoordig 2; het zijn de enige cokesfabrieken die nog in bedrijf zijn. Zij voorzien de hoogovens jaarlijks van 2,3 miljoen ton cokes om er 7,5 miljoen ton staal mee te maken.
Bron: www.automatie-pma.com