Dall’impasto al foglio di carta

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Tecnoespe ha recentemente realizzato un’apparecchiatura di controllo e supervisione per un impianto di preparazione impasti per la produzione di carta. Esso è in grado di fornire fino a 150 tonnellate di pasta al giorno, a partire sia da cellulosa vergine, sia da carta da macero, ed è costituito da tre linee: due di queste si occupano rispettivamente della cellulosa e del materiale da riciclare e disinchiostrare; la terza, invece, provvede alla preparazione dei prodotti chimici necessari alle altre due. L’azienda produttrice ha scelto di gestire le tre linee suddividendole in gruppi funzionalmente distinti e indipendenti tra loro, anche se opportunamente interfacciati, in modo da garantire il funzionamento ottimale dell’impianto nel suo complesso.

Quando la materia prima è la cellulosa

La linea che tratta la cellulosa vergine è suddivisa in due gruppi, di cui il primo è costituito dal sistema di caricamento della materia prima nel Pulper, gestito con celle di carico che permettono il controllo automatico del peso, e dall’Epurex. A ogni ciclo è possibile preparare fino a 7.000 kg di pasta seguendo la ricetta impostata o selezionata dall’operatore. In essa sono contenuti i dati relativi alla quantità di pasta da preparare, nonché alla consistenza e all’umidità volute: a seconda della ricetta utilizzata viene calcolata in modo automatico la quantità d’acqua necessaria alle diverse fasi di lavorazione, perché la pasta arrivi alla tina di scarico presentando la quantità e la qualità desiderate. Il secondo gruppo della linea è composto da un Cleaner, un Deflaker e uno Screen. Anche in questo caso il ciclo è automatico e comprende anche la gestione degli scarti di lavorazione. La pasta così preparata viene inviata a una tina di stoccaggio, da cui è prelevata per essere trasferita alla macchina da carta che comunica con l’impianto attraverso una rete Ethernet.

Specifica per il disinchiostrato

La linea che si occupa del disinchiostrato costituisce il cuore della preparazione degli impasti; infatti, larga parte della produzione utilizza come materia prima carta da riciclare. La prima parte della linea, comprendente un Pulper e un Epurex, è simile a quella utilizzata per la cellulosa tranne che per la gestione degli additivi chimici, che avviene però sempre tramite una ricetta impostata. In base alle caratteristiche della pasta da preparare si aggiunge automaticamente la giusta quantità dei diversi composti. In questa linea lo stadio Cleaner è molto complesso, per cui è presente un Protector la cui funzione è di eliminare i materiali inerti di piccole dimensioni ancora presenti nell’impasto. Anche lo stadio Screen è più articolato di quello della linea per la cellulosa; esso, infatti, si compone di due Screen primari che provvedono a una prima raffinazione degli scarti più pesanti, e di tre secondari che tolgono gli scarti più leggeri. Il tutto funziona in modo autonomo, compresa la gestione e dove possibile il riutilizzo degli scarti. Una volta privato di questi ultimi, l’impasto viene inviato a una cella di disinchiostrazione in cui il livello del materiale viene mantenuto costante in modo da fungere da serbatoio. Dalla cella, mediante una pompa di mandata, la pasta decantata passa allo stadio Cleaner e, successivamente, ai Lavatori che eliminano gli ultimi residui d’inchiostro. Infine, durante lo stadio a caldo (Hot Dispersion Group) l’impasto viene portato alla consistenza voluta e successivamente inviato alle tine di macchina. Vengono gestiti anche gli asservimenti all’impianto per il trattamento dei fanghi e delle acque bianche. La terza linea dell’impianto, infine, gestisce la preparazione e il dosaggio degli additivi chimici necessari nello stadio Pulper e in quello a caldo della linea disinchiostrato. In base alla ricetta impostata dall’operatore e completamente in automatico si preparano le soluzioni chimiche da utilizzare che vengono inviate, sempre in modo automatico, agli stadi interessati quando necessario.

Struttura del sistema

L’architettura del sistema di controllo si compone di 4 CPU Siemens, due S7 416-2 DP e due S7 314. Le due CPU dalle maggiori prestazioni servono per gestire le linee della cellulosa vergine, del disinchiostrato e della preparazione degli additivi, mentre le altre due sono dedicate alla preparazione del sapone e del fas. Tre postazioni ET 200M da 8 moduli ciascuna si occupano, invece, della gestione di remote I/O e sono collegate in fibra ottica con le rispettive unità centrali. Nel complesso, il sistema realizzato da Tecnoespe gestisce circa 130 tra motori e pompe, comandati da inverter vettoriali Simovert e soft-start Sikostart di produzione Siemens, cui vanno aggiunte circa 200 valvole di controllo, tra on/off e proporzionali. Gli ingressi digitali sono circa 1.120, le uscite digitali 448, gli ingressi analogici 128 e le uscite analogiche 112, per un totale di circa 1.800 punti di I/O. Le regolazioni di processo, dal controllo di temperatura del gruppo a caldo, ai controlli di pressione e portata negli Screen, fino a quelli di livello dei chiarificatori, sono state implementate mediante algoritmi digitali PID. I loop di regolazione implementati sono stati circa 60 e per ciascuno di essi è possibile visualizzare l’andamento delle variabili controllata e regolante, con la possibilità di conservare lo storico di tutte le variabili di processo. I parametri di sintonizzazione di ogni regolatore PID sono accessibili e modificabili secondo diversi livelli di protezione, a priorità 1 (operator level) e 2 (engineering level). La rete di comunicazione principale utilizza il protocollo Industrial Ethernet su mezzo trasmissivo in fibra di vetro, immune ai disturbi presenti nell’ambiente industriale, con una velocità di trasmissione dati dell’ordine di 10 Mbit/s; la rete secondaria, invece, sempre in fibra, impiega protocollo Profibus-DP e presenta una velocità pari a 1,5 Mbit/s. La prima rete mette in comunicazione le due CPU S7416-2 DP, che gestiscono circa il 95% dell’impianto, con due stazioni di supervisione e controllo, mentre la seconda provvede a raccogliere i dati provenienti dal campo. La rete Industrial Ethernet viene anche usata per il collegamento con la macchina da carta in quanto favorisce l’interscambio dei dati e garantisce il funzionamento dell’intero impianto. Infine, la connessione tra le tre stazioni di supervisione, collegate in una configurazione client-server, è stata realizzata mediante Ethernet.

Supervisione e controllo del processo

Dalle postazioni di supervisione è possibile gestire a livello globale tutte le aree dell’impianto, monitorando le grandezze d’interesse e impostando i parametri delle macchine e le ricette. Inoltre, viene gestita la diagnostica, segnalando tempestivamente gli allarmi presenti nell’impianto e mantenendone una memoria storica.
La soluzione consente il controllo dei vari gruppi in cui sono suddivise le tre linee tramite pagine diverse. In particolare, si possono riconoscere i gruppi ‘Pulper-Epurex/Screen’ della linea cellulosa, ‘Pulper-Epurex/Protector/Coarse – fine Screen’, ‘Cella/Cleaner/Lavatori/Tine di macchina’ e ‘Trattamento Fanghi’ della linea disinchiostrato, ‘Depurazione Acque’ di entrambe le linee, ‘Gestione Scarti’ e infine ‘Dosaggio NaOH/Silicato/Perossido/Sapone’ della linea additivi chimici.

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