Обзор
Сегодня возможности получения более глубокой и практически применимой информации об истинных характеристиках волокон, которые обрабатывают производители целлюлозы и бумаги, значительно шире, чем когда-либо прежде. Например, вместо того чтобы полагаться в основном на традиционные измерения степени помола, которые раньше проводились, возможно, раз в день или, в лучшем случае, раз в смену, широкий спектр надежных инструментов онлайн-мониторинга дает операторам гораздо более четкую, постоянно обновляемую «картину» истинной морфологии волокон в режиме реального времени.
Помимо обеспечения гораздо более частого и точного измерения степени помола в режиме онлайн, цифровое испытательное оборудование предоставляет новые подробные данные о морфологических характеристиках, таких как длина волокна, процентное содержание мелочи и степень фибрилляции. Такие данные теперь можно точно собирать, анализировать и использовать с помощью возможностей многопараметрического управления процессами для улучшения практически любой операции по производству целлюлозы или бумаги.
Чтобы внести ясность, мы, безусловно, не забываем об устоявшихся методах определения степени помола по CSF и ШР или любых других стандартных методах TAPPI или ISO; мы просто добавляем более подробную информацию о свойствах волокна, чтобы обеспечить более высокий уровень понимания.
Благодаря тому, что эта информация стала доступна онлайн, мы теперь можем применять автоматическое управление с обратной связью. Это передовое управление процессами (APC) позволяет нам решать сложнейшие многопараметрические задачи, обеспечивая более жесткий контроль качества автоматическим и последовательным способом. Это помогает бумагоделательной машине работать лучше и удерживать параметры в более узком диапазоне для достижения целей с меньшими затратами энергии на размол, одновременно снижая потребность во вмешательстве оператора.
Переход на «автопилот»
Эти последние достижения означают, что мы действительно можем перейти к системе «автопилота» на линиях подготовки массы, где данные могут использоваться для точного управления рафинерами. Таким образом, мы можем применить именно то количество энергии размола, которое необходимо для получения требуемых свойств целлюлозы или бумаги, но не более того. Поскольку вы можете соответствовать спецификациям с более узким распределением — без их превышения только ради «перестраховки» — можно добиться очень большой экономии затрат на энергию размола и даже на потребление волокна.
Доверие операторов укрепляется, поскольку традиционные измерения предоставляются наряду с новыми измерениями свойств волокна, а APC поддерживает прогнозирование измеренных и управляемых технологических переменных. Следовательно, операторы получают дополнительную информацию о том, что происходит в любой момент времени, а также узнают о том, что произойдет, что сокращает количество ручных вмешательств и максимизирует использование автоматического управления при подготовке массы на комбинате.
Виртуальные измерения помогают оценить потенциальную прочность волокна
Новые данные о характеристиках волокна в сочетании с нашей способностью обрабатывать большие объемы данных, касающихся технологических переменных, таких как расход, концентрация, температура, энергия размола и т. д., теперь позволяют нам создавать то, что мы называем виртуальными измерениями (VM). Это позволяет нам воссоздавать информацию, актуальную и осязаемую для бумажника, например, точную оценку потенциальной прочности волокон на разрыв.
Эта модель является адаптивной и основана на всех поступающих ключевых сигналах. Каждый раз, когда выполняется новое физическое измерение, модель корректируется и калибруется, выдавая непрерывное прогнозируемое значение виртуального измерения.
Основываясь на глубоком опыте ABB в области APC и систем мониторинга, мы создали зрелую, надежную и адаптивную программную платформу, которая поддерживает эти виртуальные измерения. Они не являются теоретическими; это реальные, надежные измерения, которые служат процессу так же, как и традиционные физические датчики.
Многопараметрическое управление обеспечивает идеальное сочетание
Более частые измерения, в которых мы уверены, позволяют нам внедрить настоящее многопараметрическое управление в процесс обработки волокна. Как следует из названия, многопараметрическое управление позволяет нам получить оптимальные комбинированные свойства волокна путем управления всеми переменными, влияющими на результат.
Очень простой аналогией может служить водопроводный кран со смесителем горячей/холодной воды. Раньше, в старые времена, у нас был один кран для горячей воды и один для холодной, и мы пытались получить нужный поток и температуру на выходе из трубы, вручную регулируя оба. Но современный однорычажный смеситель регулирует и температуру, и поток, чтобы быстро и легко достичь желаемого результата.
Прогнозный круиз-контроль на линиях производства целлюлозы
Когда мы объединяем все эти новые инструменты — включая более быстрые и точные тесты морфологии волокна, виртуальные измерения и алгоритмы многопараметрического управления — мы получаем ценные возможности прогнозирования в реальном времени. Это означает, что у нас есть возможность делать прогнозы на будущее, как краткосрочные, так и долгосрочные, относительно того, куда мы ведем процесс и как мы будем это делать, например, какие исполнительные механизмы мы будем использовать.
Еще одной аналогией может служить функция круиз-контроля в автомобиле, который поднимается в гору. Но вместо того, чтобы добавлять газ, когда машина уже находится на подъеме, используя прогнозную мощность решения APC, автомобиль может почувствовать, когда приближается подъем (или другое возмущение), и проактивно ускориться до того, как начнет подниматься в гору. Это экономит топливо и обеспечивает более плавную езду на желаемой скорости.
На бумажной или целлюлозной фабрике APC дает нам возможность видеть, какие колебания процесса ожидаются впереди, и корректировать их заранее, а не реагировать после того, как сбой уже начался.
Конечно, как и при первом использовании круиз-контроля на новом автомобиле, операторам требуется время, чтобы обрести уверенность в многопараметрическом APC. Это совершенно нормально и разумно. Вот почему наш подход, ориентированный на оператора, работает так, чтобы они чувствовали себя комфортно на каждом этапе пути, чтобы они видели, куда мы хотим привести процесс, и были с нами. А предоставление APC как услуги также означает, что мы рядом до, во время и после внедрения. Это важный фактор в укреплении доверия и уверенности операторов.
Удержание в диапазоне с помощью адаптивного круиз-контроля
Развивая аналогию с круиз-контролем, можно представить, что если мы позволим автомобилю немного отклониться от заданной скорости, контроллер сможет минимизировать расход топлива. Не поддерживая строго точную скорость при движении в гору, мы можем сэкономить немного топлива. А при движении под гору, имея диапазон скорости, а не слишком жесткую цель, мы можем избежать рассеивания энергии впустую, что может произойти, если мы нажмем на тормоза, если едем быстрее заданной цели.
Теперь подумайте об этом в контексте линии волокна. Со временем адаптивное APC, которое одновременно регулирует множество переменных для получения идеального результата, дает нам еще большую возможность: переход от конкретных целевых показателей качества к целевому диапазону. И пребывание в этом диапазоне позволяет поддерживать затраты на энергию, волокна и, возможно, даже воду и химикаты на максимально низком уровне.
Чтобы определить, готов ли целлюлозно-бумажный комбинат к расширению своей стратегии управления, необходимо сначала провести оценку готовности к автоматическому управлению технологическими процессами. Это выполняется на предприятии экспертами ABB, которые изучают технологические процессы, как правило, контуры управления размолом и напорным ящиком бумагоделательной машины. Поскольку высокоуровневое управление зависит от производительности этих нижних уровней, это необходимо для устранения или исправления любых возможных слабых звеньев, что обычно не составляет большого труда. Как только все проверено и исправлено, можно начинать использовать автоматическое управление.
Области с высоким потенциалом воздействия
Конкретные примеры того, где мы можем применить APC для управления композицией бумажной массы в целлюлозно-бумажном производстве, включают:
- Размол, для снижения затрат на энергию и волокно, а также для улучшения свойств конечного листа бумаги.
- Фракционирование волокна, чтобы исключить догадки при разделении волокон по длине и вместо этого полагаться на точные измерения, которые обеспечивают новые методы тестирования. Это также можно использовать для проверки оборудования для фракционирования, чтобы убедиться, что заявленные характеристики соответствуют действительности.
- Смешивание массы, для оптимизации смешивания различных видов и источников волокна, включая оборотный брак, для достижения оптимальных прочностных свойств. Это также позволяет измерять и корректировать вариации свойств поступающего волокна для получения более однородной и стабильной смеси волокон, подаваемой в напорный ящик БДМ.
Конечный результат: полный контроль над композицией массы
Сочетание возможностей более совершенного онлайн-измерения волокна с передовым управлением технологическими процессами (APC) многопараметрических потоков, а также разработка методов виртуальных измерений, которые действительно отражают свойства волокна, ценные для бумажника, — это большой шаг вперед.
Предоставляя новое понимание свойств волокна, которое было недоступно в прошлом, и применяя адаптивное моделирование к ключевым данным для получения чего-то конкретного и специфического для бумажника — например, виртуального измерения прочности волокна — APC может лучше справляться с многопараметрическими задачами бумажного производства.
Со временем прогнозирование трендов может помочь укрепить доверие оператора к будущим переменным процесса и управляющим воздействиям, что приведет к меньшему количеству ручных вмешательств и более плавной работе. Система также может отслеживать ключевые показатели эффективности (KPI) технологической линии и предупреждать пользователей не только тогда, когда что-то явно идет не так, но и заранее, когда тенденции указывают на необходимость внимания.
Хотя мы прекрасно понимаем, что слово «оптимизировать» используется слишком часто, в данном случае мы действительно можем сказать, что у бумажников появились мощные новые способы оптимизации своих операций: получение наилучших результатов автоматически и адаптивно за счет использования более частых и надежных данных при минимальном расходе сырья.
Чтобы узнать больше о морфологии древесного волокна, а также о науке и технологиях анализа и обработки волокна, вы можете бесплатно скачать 140-страничное «Руководство по волокну» от ABB здесь.
