Análise e otimização do sistema de controle realimentado de uma unidade de revestimento de papéis especiais

Abstract

Resumo: Foi efetuada a análise do sistema de controle atual de uma unidade de revestimento de papéis especiais, da indústria da área de celulose e papel Schweitzer-Manduit, criando assim um padrão de comportamento mínimo quanto à sua estabilidade e à sua qualidade. O sistema foi re-desenhado acrescentando-se as propostas de melhorias e a análise dos novos resultados, tendo como referência os dados obtidos com o sistema nas condições atuais. Tendo por base esse enfoque, a unidade de pintura de papéis especiais foi dividida em quatro setores, quais sejam alimentação, revestimento, secagem e armazenagem. A partir daí, cada setor teve suas particularidades observadas e analisadas com relação a possíveis melhorias. O primeiro capítulo apresenta as considerações iniciais inerentes a este estudo, constando deste capítulo a revisão da literatura correlata ao controle de máquinas ligadas aos processos da indústria de celulose e papel, estando seu conteúdo diretamente relacioando com a pesquisa realizada. Também fazem parte deste capítulo as metas pretendidas com a execução deste trabalho. A metodologia adotada para a análise dos dados oriundos do estudo desenvolvido, assim como os equipamentos mais relevantes à sua execução, se encontram relacionados neste primeiro capítulo. No segundo capítulo realiza-se a análise do processo e dos dispositivos que compõem o sistema de controle do mesmo. São apresentadas de forma sucinta e genérica as etapas relacionadas ao processo de revestimento de papéis adotados pelas indústrias de celulose e papel. O processo em estudo é descrito de forma geral, associando-se informações a respeito dos tipos de papéis comerciais. Após isso, cada um dos quatro setores constituintes da unidade de pintura, alimentação, revestimento, secagem e armazenagem, são descritos em detalhes, salientando sua visão sistêmica em malha aberta. O terceiro capítulo é dedicado à elaboração de um modelo matemático a ser adotado e sua análise. Nesse capítulo também são estudados os principais componentes do sistema de controle: o motor de corrente contínua, o controlador P-I e o circuito de potência. No quarto capítulo, os resultados obtidos para o sistema em estudo, a partir da metodologia proposta, são relacionados, dando ênfase à análise dos gráficos gerados com o uso dos programas aplicativos SCILAB e SCICOS. No quinto capítulo, são relatadas críticas e sugestões ao processo com o objetivo de melhorar seu desempenho geral. Com vistas a uma menor demanda de potência e maior flexibilidade da linha de produção, foi proposta a substituição dos motores CC com acionamentos estáticos, por motores CA com inversores de frequência. Na busca por maior qualidade, foi proposta a colocação de câmeras de vídeo com o intuito de adquirir a imagem da tira de papel, comparando-se aos padrões equivalentes para cada setor, sejam alimentação, revestimento e secagem, que estão armazenados em um banco de dados e imagens. Para monitorar a qualidade da tinta, quanto às suas características químicas e ao depósito de sólidos oriundos da tira de papel, sugere-se a colocação de sensores de pH, DO, ORP e TDS no tanque de tinta, ajustados conforme as características da tira de papel e da própria solução. Sugere-se, também, a colocação de cinco termômetros no forno, sendo dois externos, para monitoramento do perfil da temperatura ao longo do duto de secagem. Para a aquisição dos dados oriundos de tal sensoriamento, propõe-se o uso de tecnologia PXI, onde um servidor de rede determinística manipula tais informações segundo a programação estabelecida em seu programa principal, em tempo real, a partir das medições originadas nos instrumentos dispostos pelo decorrer do processo. O último setor da unidade, armazenagem, não é crítico para o sistema, assim a tira de papel já chega com todas as suas características monitoradas, sendo apenas fundamental que o seu motor esteja sincronizado com os demais. Assim, é sugerido manter a configuração. No sexto capítulo são relacionadas as conclusões baseadas nos resultados obtidos para o sistema atualmente em uso e para o sistema com as alterações propostas, além de relacionar recomendações tidas como pertinentes. Nesse capítulo também são propostas sugestões de trabalhos futuros correlacionados à pesquisa realizada.

Abstract: Abstract: This work deals with the analysis of a coating unit for special papers of a large paper and pulp plant by proposing improvements in its control system. This analysis is justified by a necessary increase in productivity and quality as demanded by the commercial paper market. Moreover, a decrease in energy consumption is an important factor in favor of improved financial performance. In view of the continuous increase in market competition, a constant analysis and reassessment of production processes is an important scope of our study. For analysis purpose, the coating unit was broken into four sectors, paper unwinder, coating, drying and winder. From this point on, each sector is analyzed in view of possible improvements. Our methodology is based on the existing control system, producing a minimum behavioral pattern with respect to stability and coating quality. After this is done, the system is re-designed by adding proposed improvements and analyzing new performance criteria, as compared with the present situation. Mathematical models of each sector se defined and analyzed by specialized software packages. Transfer functions are then obtained for each sector and subjected to simulation computer software. Results of the existing model and of the proposed model are compared and evaluated with respect to the overall control and to energy consumption. Based on the results, the proposed system stability, flexibility and energy consumption are improved and paint as well as paper quality are better monitored along the process.