Автоматика ЦБП (целлюлозно-бумажного производства)
АСУ ТП целлюлозно-бумажного комбината: варка целлюлозы (сульфатная или сульфитная), отбелка, бумагоделательная машина (БДМ) шириной 6-10 м и скоростью 1500-2000 м/мин, содорегенерация, химические отделы. Один из самых масштабных и наукоёмких объектов автоматизации в промышленности.
Автоматика ЦБП (целлюлозно-бумажного производства) — один из самых сложных сегментов промышленной автоматизации по разнообразию процессов и объёму данных. Крупный комбинат (Архангельский ЦБК, Светогорск, Монди Сыктывкар) производит 500-1200 тыс. тонн целлюлозы и бумаги в год, количество точек контроля на одном производстве — 30000-80000 аналоговых и дискретных сигналов.
Главный узел — бумагоделательная машина (БДМ) шириной сетки 6-10 м и скоростью от 800 м/мин (картон) до 2000 м/мин (газетная и мелованная бумага). Автоматика БДМ решает связку из 20-30 контуров регулирования уровня бассейна напорного ящика, концентрации массы перед напуском, скоростей секций (мокрая часть, прессовая, сушильная, каландры, намотчик) с точностью рассогласования скоростей 0,02-0,05% (ошибка больше — обрыв полотна), профиля массы в поперечном направлении через 50-100 секционных актуаторов напуска, профиля влажности и толщины через СНК (сканер качества, QCS — Quality Control System). Сканер QCS измеряет 5-10 параметров полотна с частотой 10-20 измерений в секунду каждой точки, строит 2D-карту качества и корректирует актуаторы.
Варочное отделение (сульфат-процесс) управляется поконтурно: периодические котлы ёмкостью 100-200 м³ по программе температура-давление-время, непрерывный варочный аппарат Kamyr высотой 60-80 м с управлением зонами импульсной подачи щёлочи. Отбелка — многостадийная (D-Eop-D-D или ECF/TCF схемы) с автоматическим дозированием хлора, кислорода, пероксида, озона и постоянным контролем pH, окислительно-восстановительного потенциала, прозрачности массы. Содорегенерация — котёл-утилизатор на чёрном щёлоке с теплотворностью, близкой к бурому углю, и строгими требованиями безопасности (взрыв расплава-пара при попадании воды в плав).
Платформы верхнего уровня — Valmet DNA, ABB 800xA, Honeywell Experion PKS, Metso DNA (теперь Valmet). Контроллеры БДМ — специализированные (Valmet IQ, ABB QCS 800xA), работающие с частотой 10-50 мс. Полевые приборы — массмеры, pH-метры, частотные преобразователи всех приводов (на одной БДМ 200-400 частотников), электродвигатели мощностью от 1,5 до 2000 кВт. Коммуникация — Profinet с резервированием, IEC 61850 для электроприсоединений. На российских ЦБК крупные проекты модернизации реализуют совместно с «Севкабелем», «Горизонтом» и локальными интеграторами с частичной заменой impортных АСУ ТП на решения на базе Siemens S7-1500 и MasterSCADA 4D.
Частые вопросы
Что такое QCS (Quality Control System) на БДМ?
QCS — система автоматического контроля качества бумажного полотна в поперечном направлении. Сканер (гамма-толщиномер, ИК-влагомер, оптические датчики) движется поперёк полотна 10-20 раз в минуту, строит профиль массы, влажности, толщины, зольности. QCS выдаёт корректирующие сигналы на 50-100 актуаторов напускного ящика (регулировка толщины напуска по ширине) и секциям сушильной части. Основные производители — Valmet IQ, ABB QCS, Honeywell DaVinci. Стоимость QCS на одну БДМ — $1-3 млн, окупаемость — за 1-2 года за счёт уменьшения разнотолщинности и экономии массы 2-5%.Какие аварии наиболее критичны на ЦБК и как их предотвращает автоматика?
Самая опасная — взрыв расплава-пара в содорегенерационном котле при попадании воды в плав щёлока. Предотвращается SIL 3 защитой — быстрое прекращение подачи щёлока при обнаружении течи воды в парообразователях, система ESP (Emergency Shutdown Procedure). Другие — обрыв полотна БДМ (экономические потери 1-5 млн рублей за час простоя), пожар в сушильной части, выброс хлора в отбелке. Все критические контуры дублируются, SIS-система физически отделена от АСУ ТП.
Источники
- Технология целлюлозы, бумаги и картона — Непенин Ю.Н. — Лесная промышленность
- Valmet DNA Automation System — Reference Manual — Valmet