Die Stahl-Herstellung ist ein sehr energie-intensives Geschäft. Um den Energieverbrauch zu reduzieren, entschloss sich ein Betreiber dazu, seine Stahl-Recyclinganlage zu automatisieren - mittels Programmable Automation Controller (PACs) und einer grafischen Programmierumgebung.

Stahl ist das Material, das in Nordamerika am häufigsten recycelt wird. Zwei von drei Tonnen stammen aus bereits verwendetem Stahl: Denn man benötigt deutlich weniger Energie, Stahl aufzubereiten als ihn neu aus Rohmaterialien herzustellen. Genauer gesagt: zwischen 60 und 74 Prozent weniger. Dies entspricht dem jährlichen Stromverbrauch von umgerechnet 18 Millionen Haushalten.
Nucor, eines der größten Recycling-Unternehmen in Nordamerika, erwarb 2005 die Firma Marion Steel in Marion, Ohio, das sich in zentraler Lage zu fast 60 Prozent der Stahlverbraucher in den Vereinigten Staaten befindet. Nucor stellte schnell fest, dass die Anlage automatisiert werden muss, um die Wirtschaftlichkeit und die Sicherheit im Werk zu verbessern.

Den Energieverbrauch verringern

Das Sortiment, das in Marion aus recyceltem Stahl hergestellt wird, umfasst Betonstahl, Pfosten, Schienen und Drahtseilzäune. Für den Recyclingprozess wird dazu Altmetall in einem Lichtbogenofen erhitzt. Je nach gefertigtem Stahltyp werden dem zähflüssigen Stahl dann verschiedene Grundbestandteile hinzugefügt, um die entsprechende Stahllegierung zu erhalten. Dies erfordert große Mengen Energie, die je nach Schrott-Anteil sehr unterschiedlich sein können.
Als Nucor die Produktionsanlage in Marion erwarb, verließen sich die Bediener auf Schätzungen, nach denen sie die im Ofen befindliche Stahlmenge bestimmten. Das hatte zur Folge, dass das Metall häufig überhitzt wurde. Ergebnis: Man erhielt ein unzulängliches Endprodukt, das erneut recycelt werden musste.
Um die Anzahl der Wiedererwärmungen zu verringern, entwickelte Nucor mit NI LabView und NI-Compact-FieldPoint-Controllern ein Wiegesystem, das die Stahl-Menge bei jedem Brennvorgang berechnet. Da nun die exakte Menge des im Ofen platzierten Altmetalls bekannt ist, können die Experten den für das Erhitzen des Ofens erforderlichen Stromverbrauch präzise berechnen. Vor der Implementierung des neuen Systems konnte das Stahl-Unternehmen die Anzahl der Wiedererwärmungen nicht verfolgen. Es konnte allerdings feststellen, dass bei den über 6.000 Chargen im Jahr 2007, also nach der Implementierung des neuen Systems, nur 10 Wiedererwärmungen erfolgten - wesentlich weniger als im Jahr 2006.

Spannungsschwankungen beseitigen

Zieht man zur Erwärmung des Ofens große Mengen Elektrizität ab, treten Spannungsschwankungen im Stromnetz auf. Dem Unternehmen werden damit nicht nur Bußgelder für die Nutzung von zu viel Elektrizität auferlegt, die Schwankungen in der Stromversorgung betrafen auch die Einwohner von Marion. Um den Stromverbrauch zu reduzieren, entwickelte Nucor deshalb einen rechnergestützten Reaktor, der mit dem Ofen in Reihe geschaltet wurde. Dazu setzten die Entwickler das NI LabView FPGA-Modul sowie die NI Compact­Rio-Plattform ein. Diese misst die Energie, die dem Stromnetz entzogen wird. Erreicht der Ofen den vorgeschriebenen Grenzwert, ändert das System die Steuermethode und reduziert entsprechend die Strom-Menge.
Ein weiteres Ziel der Anlagenverbesserung bestand darin, den Standort Marion zu einem sicheren Arbeitsplatz zu machen. Bisher mussten Bediener den Schalter des Lichtbogenofens manuell bedienen, was eine Gefahr für seine Sicherheit darstellt, sollte die Sicherung durchbrennen. Aus diesem Grund setzt Nucor nun einen dezentralen Netzschalter ein, der auf einem Compact-NI-FieldPoint-PAC und einem HMI basiert.

Fazit

Mit Hard- und Software von NI entwickelte Nucor verschiedene Automatisierungssysteme, die den Stromverbrauch erheblich eingeschränkt und Sicherheitsmängel am Standort Marion beseitigt haben. Bei der Programmierung von PACs mit NI LabView - verglichen mit der SPS-Programmierung über den Kontaktplan - konnte bei der Effizienz eine Steigerung um den Faktor 10 erreicht werden. So haben sich die Kosten für die Anlagenautomatisierung reduziert.