Nucor 鋼鐵公司使用 NI LabVIEW 與 NI 硬體提煉資源回收鋼材

Author(s):
Dave Brandt - Nucor Corp

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, Basic Materials - Steel/ Lumber/ Construction

Products:
Compact FieldPoint, LabVIEW, FPGA Module, CompactRIO

The Challenge:
開發鋼材資源回收設施的自動化系統，以降低能源耗用率達法定標準，同時提升廠房的效率與安全性。

The Solution:
使用 NI 可程式化自動控制器 (PAC) 與 NI LabVIEW 圖形化程式設計環境，開發廠房的自動化解決方案、精確量測鋼材回收所耗用的資源，並提升廠房的安全度。

每 3 磅的資源回收鋼材約可提煉出 2 磅的鋼鐵，並為北美洲最重要的資源回收作業。回收鋼材所耗用的能源，約為熔煉全新鋼材所需能源的 60% ~ 74%，足可供 1,800 萬戶人家的 1 年所需。

 

提升鋼材資源回收的效率

鋼鐵公司持續改良回收作業的程序，以達到更高效率並兼顧環境保護原則。在 Nucor 鋼鐵公司，我們特別重視環境資源與保護，我們也因此成為北美地區最大的資源回收廠商。在 2005 年時，我們併購了俄亥俄州馬里昂市 (Marion) 的 Marion Steel Company，除了使之成為中央重鎮，並讓公司佔有全美國約 60% 鋼鐵消耗量。為了保持廠房的高標準規格，我們立刻了解到廠房自動化系統的必要性，並要能進一步提升廠房的效率與安全度。

以 NI 軟體與硬體降低能源耗用度

在馬里昂廠房，我們使用回收鋼材製造鋼筋、招牌支架、交通導桿 (Delineator)，與纜線護欄系統。在鋼材回收程序中，廢五金必須於電弧爐 (Electric arc furnace，EAF) 中加熱，並根據該廢鋼材的生產方式，加入其他不同材料以取得所需的合金。此程序需要大量能源，且端視熔爐中的廢鋼材數量而有所變化。當我們剛併購 Marion 工廠之時，該公司的工作人員仍以人工預估的方式，決定熔爐中的鋼材總量，並常常發生過度加熱的情形。因此成品無法滿足生產條件並需要重新熔煉，浪費許多時間、成本，與能源。

為了減少重新加熱的次數，我們使用 LabVIEW 與 NI Compact FieldPoint 控制器 開發低價位的調整與加權系統，可精確計算每次熔煉所需的鋼材數量。由於可清楚知道熔爐所需的廢鋼材確切數量，我們更能精確提供熔爐加熱時的電力。在建置此調整系統之前，我們極難以掌握廢鋼材的數量，而且並沒有追蹤記錄重新加熱的次數。在佈署了新系統後的 2007 全年裡，共超過 6,000 次的提煉作業，僅重新熔煉 10 次；遠遠少於 2006 年的次數。

 

以 LabVIEW 與 NI CompactRIO 減少電壓閃爍 (Flicker)

供給大量電力以加熱熔爐的風險之一，即為電力網路 (Power grid) 可能產生閃爍情況。我們不僅因為使用過多電力而遭到罰款，電力網路亦常發生電壓不穩而閃爍的情形，影響到馬里昂市的居民。為了降低電力耗用量，我們使用 LabVIEW FPGA 模組 與 CompactRIO 平台  開發熔爐的連鎖線上反應器，可量測從電力網路中吸取的總能源量。若熔爐逼近預先設定的限制值，系統將快速更改控制方式，以降低所耗用的電力。

 

以 LabVIEW 提升廠房安全

Nucor 公司的核心價值之一，即為員工的職場安全。因此我們另 1 個改善廠房環境的目標，即是讓馬里昂工廠成為更安全的工作場所，我們決定改變啟動或關閉 EAF 的方法。在更新此系統之前，操作員必須手動開啟/關閉熔爐開關，若此時保險絲發生爆炸，即可能造成嚴重傷亡。我們使用 Compact FieldPoint PAC 與 HMI 建立遠端電源開關，不再讓操作員處於危險情況下進行作業。

 

使用 NI PAC 達到廠房自動化的優點

透過 NI 的軟體與硬體，我們開發多種自動化系統，可大幅降低所需的電力，並減少馬里昂市廠房的安全問題。透過 LabVIEW 與 PAC 的程式設計，再進而比較 PLC 與階梯邏輯 (Ladder logic) 的程式設計，我們提升了 10 倍效率，並大幅降低自動化的成本。此外，由於使用 NI 平台可有效監控電力耗用狀態，因此我們也降低工廠耗電對周遭居民帶來的影響。

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Dave Brandt
Nucor Corp
David.Brandt@nucor.com

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