Bütünleşik Proses Kontrolü metsoDNA

👤S. Süleyman Gemici / Metso, Türkiye
Ülkemiz kağıt sanayisine büyük katkısı olan ve bunu halihazırda sürdürmekte olan Metso, ülkemizde son beş yılda gerçekleşen büyük kağıt yatırımlarının tamamına yakınını anahtar teslimi projeler olarak gerçekleştirmiştir. Bu projelerin hepsinde de üretim sürecinin tamamı metsoDNA CR bütünleşik kontrol sistemi tarafından izlenip kontrol edilmektedir. 2011 yılı itibariyle 391 milyon ton üretimin yapıldığı dünya kağıt sanayisinde Türkiye, gerçekleştirdiği 2,5 milyon ton üretim ve %0,63’lik bir payla dünya sıralamasında 25’inci en çok kağıt üreten ülke olmuştur. Aynı dönemde toplam tüketimimiz, 5,1 milyon ton olarak gerçekleşmiş ve sıralamada en çok tüketen 16. ülke olmamızı sağlamıştır. Bu değerler ülkemizin net olarak kağıt ithal eden bir ülke olduğu anlamına gelmektedir. Uluslararası tanımlamada kağıt sanayi genel olarak kağıdın hammaddesini oluşturan selüloz ve kağıt imalatı alt gruplarına ayrılmaktadır. Ülkemizde esas itibariyle kağıt imalatı alt grubu gelişme sağlamış, selüloz sanayisi ise aktif olarak çalışmakta olan bir tesis dışında bir varlık gösterememiştir. Bunun en önemli nedeni, selüloz imalat sanayisinin uluslararası petrol sanayisi gibi oligopolistik bir yapıya sahip olmasıdır. Selülozun temel girdisi olan ağaç ve orman ürünleri hammadde stoklarının dünya genelinde birkaç ülke sınırları içerisinde kalması, bu ülkelere dünya selüloz piyasalarında arz üzerinden fiyatları belirleme gücü vermiştir. Bu sayede de Türkiye gibi orman stokları sınırlı ülkeler selüloz üretiminde rekabetçi olamamakta, doğrudan dışarıya bağımlı hale gelmektedirler. Kağıt imalatı sanayisi ülkemizde modern gelişimine 1936’da İzmit’te kurulan ilk kağıt makinesi ile başlamış, 1955’te SEKA’nın kurulması ile devam etmiştir. 1960’larda özel sektörün üretime katılmasıyla gelişme ivmesini artırmıştır. 2000’li yıllarda özelleştirme politikaları çerçevesinde SEKA tasfiye edilmiş, endüstri tamamen özel girişimciye bırakılmıştır. Günümüzde kişi başına tüketim değeri 68 kg ile dünya ortalama değerinin biraz üzerinde bulunmaktadır. Batı Avrupa’nın kişi başına kağıt tüketim değerinin 134 kg olduğu düşünüldüğünde Türk kağıt imalat sanayisinin büyümeye açık bir sektör olduğu açıkça görülmektedir. Selüloz ve özellikle de kağıt imalat sanayisi ekonomik büyüklüğü yanında kullandığı teknoloji bağlamında özellikle de proses ve kontrol teknikleri açısından önem arz etmektedir. Kağıt üretim prosesi kontrol mühendisliği açısından oldukça önemli bir iş koludur. Kağıdın üretim sürecinde birçok proses değişkeninin işlenip kontrol edilmesi gerekir. Uluslararası kalite standartlarında üretilecek kağıdın üretim sürecinde birçok proses değişkeninin hassas ve hızlı bir biçimde ölçülüp kontrol edilmesi gerekir. Bu yönüyle kağıt üretim proses sürecinin her adımında gelişmiş kontrol sistemlerini kullanmak mecburidir. Üretilecek kağıdın tipine göre üretim sürecinde gramajı, kalınlığı, rutubeti, mukavemeti, yüzey düzgünlüğü, optik özellikleri, hava geçirgenliği, yumuşaklığı vs. gibi birçok parametrenin gerçek zamanlı ve sürekli bir döngüde izlenip kontrol edilmesi gerekir. Hatta bu işlemler kağıdın en ve boyu doğrultusunda eş zamanlı olarak her iki boyutunda da yapılmalıdır. Bu, oldukça zor, karışık kontrol sistemleri ve algoritmalarının kullanılmasını gerekli kılar ve ancak kağıt proses kontrolü konusunda uzmanlaşmış firmalar tarafından sağlanabilir. Metso, 1860’lara varan geçmişiyle Finlandiya’da kurulmuş ve bilhassa kağıt sektörüne getirdiği yenilikçi ve devrimci çözümlerle adını selüloz ve kağıt imalat prosesiyle özdeşleştirmiş bir firmadır. Kurulduğu andan itibaren gerçekleştirdiği buluşlar, sahip olduğu patentler ve endüstrinin her kademesi için geliştirdiği hizmet ve ürünlerle tek başına komple anahtar teslimi selüloz ve kağıt üretim tesisleri kurabilme gücüne sahip, 2011 yılı satışları 5.5 milyar avro olan dünya ölçeğinde ender firmalardan biridir. Her tipten selüloz ve kağıt proses dizaynı, komple proses ve makineleri imalatı ve anahtar teslimi projeleri, önemli iş kollarından birini oluşturmaktadır. Bu çerçevede geliştirdiği komple otomasyon sistemleri ve hizmetleri ile endüstrinin gelişiminde önemli katkılar sağlamıştır. Bu yetkinliği Metso’ya selüloz ve kağıt imalat proseslerinde standart belirleyen firma olma özelliği vermiştir. Metso’nun ülkemiz kağıt sanayisine de katkısı büyük olmuştur ve olmaya da devam etmektedir. Son beş yıllık süre zarfında ülkemizde gerçekleşen büyük kağıt yatırımlarının tamamına yakınını anahtar teslimi projeler olarak Metso gerçekleştirmiştir. Bunlar arasında Avrupa ölçeğinde büyük hatlar olan Modern Karton’un dört numaralı hattı, Lila Kağıt’ın bir ve iki numaralı temizlik kağıdı hatları, Hayat Kimya’ya ait iki numaralı temizlik kağıdı hattı, Tül Kağıt’a ait bir numaralı temizlik kağıdı hattı sayılabilir. Yine henüz proje aşamasında olan Kahramanmaraş Kipaş’a ait ambalaj kağıdı üretim hattının tamamına yakını, Metso’nun gerçekleştirdiği dünya ölçeğinde büyük bir projedir. Kipaş haricinde üretime başlamış olan bu tesisler, bünyelerinde kağıt imalat proseslerinde kullanılan en gelişmiş teknolojileri barındırmaktadır. Bu işletmeler kapasite büyüklükleri ve hızları bakımından teknolojinin sağladığı en verimli düzeyde çalışmaktadırlar. Hepsinde de üretim süreci başından sonuna metsoDNA CR bütünleşik kontrol sistemi tarafından izlenmekte ve kontrol edilmektedir. Kağıt Üretim Proses Kontrolü; MetsoDNA Bütünleşik Kontrol Konsepti Kağıt üretim prosesi temel olarak iki ana segmente ayrılır: Selüloz veya eski kağıdın suyla açılarak düşük yoğunluklu süspansiyon haline getirilip, kağıt makinesine verildiği aşamaya kadar çeşitli işlemlerden geçirildiği hamur hazırlama segmenti; süspansiyon içindeki suyun uzaklaştırılması ile selüloz elyaflarının kağıt formunu almasının sağlandığı kağıt makinesi segmenti. Bunun yanında her iki segmentin uygun şartlarda çalışmasına yardım eden taze su hazırlama, kimyasal katkı hazırlama, vakum, buhar ve kondens, merkezi yağlama, haube vantilasyon, ip gergi, keçe gergi, döküntü işleme, makine tahrik sistemleri vs. gibi birçok yardımcı prosesler. Kağıdın sürekli ve istenilen kalite standartlarında üretilebilmesi için söz konusu bu proseslerin kendi aralarında düzgün ve birbirleriyle de uyumlu çalışmaları şarttır. Bunu sağlamak ancak ve ancak söz konusu bu proseslerin farklı yazılım ve donanım ihtiyaçlarını karşılayabilecek hızlı, güvenli ve etkin bir kontrol yapısı oluşturulması ile mümkündür. Metso bunu dünya genelinde yüzlerce farklı kağıt ve diğer proseslerde uyguladığı ve geçmişi 1950’lere uzanan kendi laboratuvarlarında geliştirdiği Damatix DCS sistemi ile sağlamıştır. 2000 yılından itibaren bütünleşik yapısını geliştirip, “Dinamik Network Uygulamaları (Dynamic Network Application)” ifadesinden esinlenerek “metsoDNA” ismini alan konsepti ile Metso, bir kağıt üretim prosesinde gerekli olabilecek; hamur hazırlama proses kontrol sistemi, kağıt makine kontrolleri, kağıt makinesi tahrik sistem kontrolü, mekanik vibrasyon izleme sistemi, kağıt kopma ve inceleme sistemi ve kalite kontrol sistemi (QCS) gibi tüm izleme ve kontrol fonksiyonlarını aynı kontrol platformu bünyesinde toplayan ilk firma olmuştur. Yukarıda sayılan fonksiyonlar için uzun yıllar ayrık sistemler sunan ve öneren rakip firmaların son zamanlarda sistemlerini metsoDNA konseptine paralel olarak geliştirmeleri ve bütünleşik, entegre fonksiyonlara bürünmeleri Metso’nun bu konuda standart koyan lider kimliğine önemli bir kanıttır. Konvansiyonel kontrol yaklaşımı Kağıt üretim prosesinde konvansiyonel kontrol yapısı ihtiyaç duyulan her kontrol fonksiyonu için ayrı bir kontrol sistemi barındırır. Bunlar farklı bir, iki veya daha fazla sayıda tedarikçiden temin edilmiş olabilir. Mesela hamur hazırlama proses kontrol sistemi X firmasından DCS tabanlı bir sistem olarak, kağıt makinesi kontrolleri makine imalatçı firma tarafından bir PLC sistemi olarak, kağıt makinesi tahrik sistemi sürücü tedarikçisi tarafından başka bir PLC sistemi olarak, kalite kontrol sistemi ise diğer bir tedarikçiden özel dizayn edilmiş endüstriyel bilgisayar tabanlı bir kontrol sistemi olarak temin edilir. Tüm bu sistemler seri, OPC, Profibus gibi değişik haberleşme linkleri ile birbirleriyle haberleştirilir. Bu şekilde ancak karşılıklı iki sistem arasında (QCS-Tahrik sistemi, DCS-QCS vs.) haberleşme protokollerinin sağlayabildiği limitlerde entegrasyon kurulmuş olur. Her bir kontrol fonksiyonunun ifa edildiği kontrol sisteminin kullandığı I/O (giriş/çıkış), prosesör gibi donanım, programlama, grafik arayüz gibi yazılım sistemleri farklı olacaktır. Ayrıca her sistemin anlık ve geçmiş zaman proses bilgilerini işleme ve saklama özellikleri, varsa bu amaç için kullandıkları veri tabanları, operatör bilgisayarları da farklı olacaktır. Her bir sistem ayrı bir programlama diline ve mantığına sahip olacaktır. Böylesi bir konvansiyonel kontrol sistemine sahip olan bir kağıt fabrikasının otomasyon kaynaklı işletme risklerini elimine etmesi için, her bir sisteme ait kritik donanım parçalarının yedeklerini tutması, her bir sistem tedarikçisi ile ayrı bir bakım anlaşması yapması, bakım ve işletme personelini her sistem için eğitmesi ve belki de her bir sistem için ayrı bir bakım elemanını üst düzey bakım ve programlama yapabilecek düzeyde yetiştirmesi gerekecektir. Nihayetinde tüm bunlar üretim kapasitenin büyüklüğü ile doğru orantılı olarak otomasyon kaynaklı işletme risklerinin artmasına neden olacak hususlardır. Tüm kontrol ihtiyaçları için tek platform; metsoDNA Oysa metsoDNA, yapısı gereği bir kağıt fabrikasının ihtiyaç duyabileceği her türlü kontrol fonksiyonunu bünyesinde barındırmaktadır. Bu sistemde tek bir veri tabanı vardır. Her türlü alt prosesten alınan anlık ve geçmiş veriler aynı veri tabanında saklanır. Bu işletmeciye değişik sistemlere ait (mesela kalite kontrol sistemine ait gramaj, rutubet verilerinin, makine tahrik sistemine veya makine kontrollerine ait başka verilerle aynı eksenli grafiklerde karşılaştırılması gibi) geçmiş ve anlık veriler arasında karşılaştırma yapma imkanı verir. Fiziksel büyüklüklerin izlendiği ve ölçüldüğü saha seviyesi ekipmanı üzerinde tek tip donanım kullanılır. Bu ise kritik yedek parça stok maliyetlerinin önemli ölçüde düşmesini sağlar. metsoDNA’nın bütünleşik yapısı tüm alt sistemlerin (QCS-DCS-Tahrik-Makine kontrol vs.) birbirleri ile herhangi bir haberleşme kısıtı olmaksızın %100 entegre bir şekilde çalışmasını temin eder. Bu nedenle tüm proses herhangi bir operatör bilgisayarından gözlenebilir, kontrol edilebilir. Ayrıca bu yapı kontrol sistemi programlamada, işletmede birlik getirir. Bütün sistem metsoDNA mühendislik istasyonunun sağladığı kullanıcı dostu grafik programlama dili ve konsepti ile oluşturulur. Dolayısıyla bakım personelinin öğrenmesi gereken tek bir sistem vardır. İşletmenin yapacağı tek bir servis anlaşması tüm kontrol sisteminin operasyonel güvenliğini temin eder. Tüm bunların yanı sıra kağıt makinesinin inşaası esnasında devreye alınması süreci çok daha kolay ve kısa sürede gerçekleşir. Bütün bu avantajları ile Metso kağıt üretim proseslerinde bütünleşik kontrol sistemi konseptini 2000 yılından itibaren hayata geçirmiş ve zaman içerisinde vibrasyon izleme ve analiz sistemi, kağıt kopma ve analiz sistemleri gibi fonksiyonları da ilave ederek geliştirmiştir. Şu an itibariyle metsoDNA bünyesinde aşağıdaki fonksiyonel sistemleri bulundurmaktadır: Hamur Hazırlama Proses Kontrol Sistemi, kağıt hamurunun hazırlandığı segmentte prosesin tam otomatik olarak çalışması için gerekli olan kontrol döngüleri, pompalar, kontrol vanaları, on-off vanalar, akış, basınç, seviye, kesafet kontrolleri gibi her türlü proses kontrol fonksiyonunu ifa eden dağınık yapı proses kontrol sistemidir. Bu sistemde takribi olarak prosesin büyüklüğüne bağlı 1000 ila 8000 I/O (giriş/ çıkış) bulunabilmektedir. Makine Kontrolleri, bizzat kağıt makinesi üzerinde bulunan hidrolik, pnömatik, elektronik, mekanik vs. kağıt makinesinin otomatik olarak ve sürekli çalışması için gerekli olan her türlü proses ekipmanını kontrol eden sistemleri ifade eder. Metso IQ, Kalite Kontrol Sistemi (QCS), kağıt hamuru, hamur kasasından sonsuz elek üzerine döküldüğü andan itibaren kağıt formunu almaya başlar. Kağıt makinesinde yapılan temel iş, kağıdı oluşturan elyafların ve katı maddelerin sudan arındırılarak kağıt formu haline getirilmesidir. Bu sürekli ve çok hızlı devam eden bir devinimdir. Kağıt bu süreçte kalitesini belirleyen çoğu özelliğini de kazanır. Kalite kontrol sistemi kağıda özelliklerini veren birçok değişkeni ölçme ve kontrol etme imkanı verir. Kısaca QCS olarak ifade edilen bu sistemler temelde tampon sarıcıdan önce yerleştirilen dikdörtgen yapıya sahip bir tarayıcı ve bunun üzerinde kağıdın eni boyunca bir ucundan bir ucuna sürekli gidip gelen, tarama hareketi yapan, içerisinde sensörlerin bulunduğu bir platformdan ve de bu sistemin beyni durumunda olan proses kontrol sisteminden oluşur. Ölçme platformu üzerinde bulunan sensörler kağıdın gramaj, rutubet, renk, kalınlık, formasyonu gibi birçok değişkenini sürekli olarak hem kağıdın eni hem de boyu yönünde ölçer ve proses kontrol sistemine gönderir. metsoDNA alt sistemi olan Metso IQ prosese bağlı bulunan makine boyuna ve enine kontrol cihazları vasıtasıyla kontrol eder. Kağıt Makinesi Tahrik Sistemi, kağıt makinesine mekanik gücünü veren elektrik motorlarını süren AC veya DC sürücülerden ve bunları kontrol eden donanım ve yazılımdan müteşekkil alt sistemdir. metsoDNA konseptinin önemli bir alt fonksiyonudur. Modern üretim hatlarının 1000 ila 2200 m/dakika hızlarla çalıştığı dikkate alındığında ıslak kağıt gibi çok kolay kopabilecek bir maddenin yerine göre 300 metre uzunluğunda bulunabilen devasa bir makine içerisinden geçerken, tahrik sistemi tarafından ayrı ayrı sürülen onlarca valsin arasından kopmadan geçmesi metsoDNA konseptinin yüksek performanslı ve güvenilir yapısı ile mümkün olmaktadır. Metso onlarca kağıt makinesinde bütünleşik metso- DNA sisteminin bir parçası olarak “Makine Tahrik Sistemi” uygulamasını yapmıştır. Vibrasyon İzleme Sistemleri (Condition Monitoring), çalışma sırasında sürekli dönme hareketi yapan kritik valsler, pompalar vs. gibi mekanik aksamların ve bunların dişli kutuları titreşimlerinin ve kağıt prosesinden kaynaklanan pulsasyonlarının sürekli olarak izlendiği ve analiz edildiği sistemlerdir. Sensodec 6S, Metso’nun vibrasyon ve proses pulsasyon izleme sisteminin ismidir. Bu sistem metsoDNA konseptine başarıyla entegre edilmiş konseptin bir fonksiyonu, parçası haline gelmiştir. Sensodec 6S olarak tek başına çalıştığı onlarca referansı yanında metsoDNA konseptinin bir fonksiyonu olarak işlev gördüğü bir çok uygulaması da vardır. Sensodec 6S, sağladığı büyük fayda nedeniyle kağıt üretim prosesi haricinde kendine enerji üretim sanayisinde ve diğer birçok endüstride uygulama alanı bulmuştur. Sistemin en büyük faydası, mekanik hasarların meydana gelmeden günler öncesinde fark edilmesini sağlayarak mekanik hasar nedenli plansız, acil duruşların ortadan kaldırılmasını temindir. Metso PQV, Kağıt Kopma ve Analiz Sistemleri, (process quality vision), Metso’nun kağıt kopma ve kağıt yüzeyi (web) inceleme analiz etme fonksiyonlarını birleştirdiği yüksek hızlı kameralar ve görüntü işleme teknolojisinin kullanıldığı sistemidir. Burada amaç üretimin kağıt formasyonu kazandırma aşamasında, yani kağıt makinesi sürecinde oluşacak her türlü büyüklükte ve esvapta delikler, izler, lekeler, kırışıklıklar gibi kağıdın görsel kalitesi ile ilgili değişkeni ve olguyu izleme ve minimize etmek ve bunu kağıt kopma izleme ve analiz etme fonksiyonu ile birlikte eş zamanlı yapmaktır. Bu konuda da Metso, hemen hemen her türlü kağıt üretim prosesinde birçok başarılı uygulamaya imza atmıştır.