Quando a nova máquina de papel cartão entrar em operação, a Unidade Monte Alegre da Klabin, em Telêmaco Borba (PR), terá não apenas sua capacidade de produção ampliada para 1,1 milhão de toneladas/ano. O Projeto MA-1100 também foi concebido para elevar o nível tecnológico da empresa, integrando totalmente as novas áreas de processo à fábrica.

O conceito Industrial IT – solução adotada pela a ABB para os sistemas de controle de processos e qualidade – teve como objetivo atender aos requisitos do projeto dentro do novo conceito proposto. As estações de operação dos sistemas existentes serão substituídas por outras – da mesma família que as utilizadas na operação dos novos processos. Não será necessária a substituição dos controladores de processos existentes.
Uma nova sala de controle irá reunir as salas de processo de fibras, utilidades e de energia, atualmente separadas na fábrica. “Atualmente a fábrica está baseada na interface homem-máquina Advanced Station, com estações AC 450. Dentro deste pacote estamos trazendo a nova geração AC800M como CPU de controle e convertendo todas as estações para Operate IT”, conta o coordenador de Automação do Projeto, Sinésio Julio Barberini.

Atualmente estão diretamente envolvidos no planejamento e gerenciamento do projeto 70 profissionais da papeleira – dez desses envolvidos exclusivamente com a automação. Do ponto de vista de treinamentos, só no DCS, serão envolvidas 75 pessoas entre operação e manutenção num período aproximado de 6 meses.A automação tem papel importante no processo para aumento de produtividade, redução de consumos específicos e aumento de estabilidade dos processos, no fluxo de informações para a tomada de decisões operacionais e gerenciais e integração com o sistema de gestão empresarial, minimiza riscos operacionais em situações de emergência, com novas funcionalidades que visam atender especificações mais rígidas de produto acabado.

Uma nova máquina de papel fabricada pela Voith Paper será instalada na unidade, aumentando a capacidade de produção de papelcartão, principalmente Liquid Packaging Board – das atuais 330 mil toneladas para 680 mil toneladas anuais. A máquina também produzirá cartões Carrier Board e Folding Box Board, com aplicações gerais no mercado alimentício, no de bebidas e de higiene e limpeza.

A produção do Liquid Packaging Board é fornecido à Tetra Pak, para confecção das embalagens tipo longa vida – por isso o desafio de manter a fabricação dentro de padrões de qualidade rígidos e estáveis e ambiente extremamente asséptico. Na prática, isso significa sistemas de medição e controle extremamente apurados, e planos de acompanhamentos certificados segundo normatizações ISO 9000.

Para sustentar essa nova máquina, o projeto prevê também a instalação de uma linha de produção de fibra de eucalipto pelo processo CTMP – Polpa Termomecânica e Química – com capacidade para 140 mil t/ano (a maior do Brasil), uma nova caldeira de biomassa com capacidade de 250 toneladas de vapor/hora, um novo turbogerador de 71 MW, uma nova caldeira de recuperação de 1.700 tss/d, uma nova planta de branqueamento, ampliação do preparo de madeira, um novo forno de cal, e a reforma das plantas de cozimento e depuração, da evaporação, e da caustificação – além da expansão da planta de tratamento de efluentes e da planta de água desmineralizada para as novas caldeiras. Também está em implantação a ampliação da estocagem de produtos acabados com novas cortadeiras e sistema de embalagem.

No total estão contratados 17 pacotes na modalidade EPC – a ABB será responsável pela automação do processo e também como controle embarcado na máquina de papel (contratada junto à Voith) e no processo CTMP (para a Andritz). “Já tínhamos uma parceria com a ABB antes desse projeto. A definição do primeiro pacote de automação na máquina de papel e a cultura da unidade Monte Alegre na utilização de tecnologia ABB, contribuíram para a decisão dos pacotes restantes, vindo ao encontro das necessidades da manutenção no que diz respeito a plataformas únicas de controle, facilitando manutenção, treinamentos, aplicação de conhecimentos de sistemas ABB e otimização de sobressalentes”, explica o gerente de Energia e Automação do Projeto, Guilherme Sprung Filho.

A Klabin optou por trazer a automação embarcada no pacote da máquina de papel para ter uma maior integração dos sistemas de qualidade, inspeção e controles transversais. Definido essa primeira concepção, os técnicos julgaram que uma uniformidade só seria possível se o sistema de automação fosse negociado em um projeto único – e não em partes, através de cada pacote EPC.

O fornecimento da ABB para a máquina de papel engloba os CCM’s inteligentes, transformadores, sistemas de medição de qualidade das principais propriedades do papel, motores de média tensão, inversores de freqüência para motores de processo e acionamentos seccionais, tudo integrado no sistema de controle Industrial IT da ABB.
“Entender as necessidades da Klabin e provendo soluções para suprir essas necessidades, integrando sistemas e soluções numa plataforma única foi fundamental para a tomada de decisão da Klabin em favor da ABB”, comenta o gerente da ABB responsável pela Conta Klabin, Rogério Piva.

“As vantagens de plataforma única para operação, e a integração dos sistemas hoje existentes também contribuíram para essa decisão”, ressalta Guilherme.

Do ponto de vista da automação do processo a ABB está implementando o Sistema 800xA, que contempla controladores de processo AC800M e estações de operação, manutenção e engenharia baseado em sistema operacional Windows. Com relação a interface com o campo, a ABB está fornecendo quase 30 mil pontos de entradas e saídas (entre físicos e virtuais) com protocolo de comunicação Hart. Outras interfaces com demais sistemas estão sendo feitas através de comunicações OPC e Profibus. O Sistema 800xA está sendo concebido para suportar as ferramentas de gerenciamento de ativos da fábrica, aumentar a disponibilidade dos equipamentos e reduzir os custos de manutenção. Teremos posssibilidade de disponibilizar essas informações na rede corporativa da fábrica, integrada com o sistema ABB, que está sob a coordenação do engenheiro Ridney Ferreira.

“Esse é um contrato muito importante para a ABB porque, além de envolver um projeto estratégico para um cliente do porte da Klabin, consolida nossa posição como principal fornecedor de soluções para o setor de papel e celulose no Brasil,”, comenta o diretor da divisão de automação de processos da ABB, Ricardo Hirschbruch.

Arquitetura

“Adotando um conceito de segurança comumente utilizado pela indústria papeleira, a unidade Monte Alegre da Klabin tem as áreas segregadas em três grandes redes: máquinas, celulose e utilidades. Também optamos por uma rede independente na área de preparo de tintas – porque esta área fornecerá tinta tanto para a máquina nova como para a máquina de papel cartão existente”, conta Sinésio.

As três redes têm portes equivalentes – só a cozinha de tintas terá um tamanho relativamente menor – com redundância e interação. “A segregação das redes permite uma autonomia de processos. A parada de um segmento ou processo não implica na parada de outro segmento de rede ou do processo que ela controla. Como existe interação entre as redes, sinais de intertravamento serão trocados entre os segmentos de rede desempenhando as funções de processo que foram definidas”.

Na nova máquina de papel cartão, o DCS terá em torno de 12 mil pontos I/O – sendo a medição e os controles longitudinais ABB, os controles transversais do processo Voith. No processo de celulose e utilidades o DCS englobará 16 mil pontos – incluindo entradas e saídas físicas e virtuais como as partidas de motores.

As quantidades de CPUs ABB por unidades produtivas são diferentes: a caldeira de força tem três controladores, enquanto a CTMP exigiu seis controladores. Em outras áreas – como a caldeira de recuperação, a caldeira de força e a planta de desmineralização têm CPUs redundantes. “Onde se exige segurança, existem sistemas dedicados, com certificação necessária”, comenta Sinésio.

Toda comunicação externa ao AC800M é feita com Profibus redundante – com padrão de comunicação com CCM inteligente Profibus DP. “Com o CCM inteligente, a Klabin adota uma filosofia de PLC concentrador. As informações que consideramos de elétrica chegam até o DCS via esse PLC concentrador”.

Sinésio explica que o CCM inteligente permite a redução de cabeamento, comissionamento e partida bem como na continuidade da planta facilita a busca de um defeito, seja pela manutenção ou pela operação.

Outra modalidade de acionamento é o acionamento seccional que será utilizado na máquina de papel e nas rebobinadeiras, Sua concepção atual se dá com inversores de freqüência controlados por AC800M.

“Com relação a parte da automação que trata da instrumentação, estamos considerando o padrão de sinal 4~20mA com protocolo Hart . Adquirimos da ABB o Asset Managment, ferramenta que viabiliza o acesso ao Hart e baseada na tecnologia FDT/DTM. Isso significa que todas as características e diagnósticos disponíveis no arquivo DD ou DTM, fornecido pelo fabricante, serão mostrados e manipulados por este software”.

Como todas as comunicações, ela também depende da outra parte: o fornecedor do instrumento que precisa disponibilizar seu equipamento com um arquivo DD/DTM específico e estendido, com todas as características necessárias à comunicação.

O objetivo principal do “asset monitor” é melhorar o conceito de manutenção preventiva definindo-se para os instrumentos da planta, quais as variáveis que podem indicar que o equipamento precisa de maior atenção, evitando-se qualquer problema no processo.

A exigência dos técnicos da Klabin era que o projeto atendesse, de uma forma geral, a requisitos básicos – entre eles a redundância de CPUs em algumas áreas e a integração com o atual PIMS – que na Klabin é o PI.

Na máquina de papel cartão, quatro frames farão as medições de gramatura, umidade, espessura, cor, orientação de fibras, peso de tinta, umidade superficial, temperatura superficial e cinzas.

Além dos controles básicos – que são os MD de gramatura e umidade – esta máquina estará recebendo também controle MD de cor, CD de gramatura por diluição, CD de umidade por spray de água e caixa de vapor, CD de espessura por deformação interna do rolo da calandra, e CD de tinta aplicada . Todos os controles CD serão através do sistema Profimatic da Voith.

Serão instalados também sistemas Web Inspection System (WIS), Web Monitoring System (WMS), Machine Monitoring System (MMS).

Funcionalidades visando produtividade e curva de partida

O projeto também contempla a construção de uma nova sala de controle, que irá centralizar as operações das áreas de fibras, controle de energia, controle de caldeiras e utilidades. Ficam de fora dessa sala apenas o controle das áreas de preparo da madeira e de máquina de papel, devido à distancias. “O objetivo dessa centralização é obter a sinergia operacional das plantas, agilizar a tomada de decisões operacionais, e aumentar a segurança operacional em situações de emergência”, explica Guilherme.

O projeto inclui ainda o software de simulação de processo para as áreas da planta CTMP e Caldeira de Biomassa adquirido da Ideas, também operando sobre uma plataforma ABB. “A ferramenta de simulação não tem só a tarefa de checar o processo e o software, mas também de otimizar o comissionamento e treinamento avançado de operação”.

A previsão é que todo o projeto de expansão esteja operacional no final do próximo ano – a nova máquina de papelcartão deve entrar em operação em outubro, com as outras unidades entrando na seqüência. A unidade localizada em Telêmaco Borba (PR), que já é a maior fábrica de papéis do Brasil, entrará para o ranking das dez maiores fábricas de papel do mundo.