Lehti 7-2000 (Kemia ja panosprosessit)

Pääteemana kemia ja panosprosessit

PÄÄKIRJOITUS
Kemianteollisuuden automaatio "ketterässä" tuotannossa
Kilpailukykyinen liiketoiminta kemian teollisuudessa edellyttää jatkuvaa mukautumista muuttuviin oloihin, esim. monimutkaistuvan teollisuuspolitiikan vuoksi vaihtelevaan raaka-ainekirjoon, lisääntyviin tuotevalikoimiin, tiukentuviin laatuvaatimuksiin ja entistä nopeampiin ja jopa pieneneviin toimituseriin. Kemianteollisuuden laitostason investoinneissa kilpailu vaatii myös nopeaa kykyä hoitaa rinnakkain perustutkimusta ja tuotekehitystä koelaitteistoilla, tuotteistuksen ja markkinoinnin suunnittelua, prosessin ja sen automaation kehitystä, laitostason prosessi- ja automaatiosuunnittelua ja jopa osittain samanaikaista laitoksen käyttöönottotyötä.
Automaatio-ohjauksen roolina kemian teollisuudessa onkin entistä enemmän muuttuvien olosuhteiden hoitaminen kuin vakiotilan ylläpito. Lisäksi tuotannon reaaliaikainen seuranta edellyttää koko tuotantoketjun – raaka-ainelogistiikan, itse prosessoinnin, tuotelogistiikan ja markkinoinnin – hallintaa. Kemian teollisuuden automaatio onkin suuri joukko muuttuvia toimintoja, jossa tärkeimmässä roolissa on käyttöhenkilökunta ja sen osaaminen. Näiltä kaikilta toiminnoilta vaaditaan "ketteryyttä", joka tarkoittaa käytännössä ennakoivaa ohjaustoimintaa, eikä jälkijättöistä tapahtumien perässä juoksemista.
Puhtaiden raaka-ainekomponenttien tuotantolaitokselta (esim. petrokemia) edellytetään "ketteryyttä" erilaatuisille raaka-ainesyötöille. Toisaalta lopputuotannossa (esim. muoviteollisuus) tarvitaan "ketterää" mukautumista reseptipohjaisiin tuoteajoihin ja nopeisiin tuotantoeriin. Laadunvaihdot sekä raaka-aineissa että tuotteissa asettavat laitoksen automaation "ketteryydelle" varsinaiset vaatimukset ja ovat näin ollen automaatioasteen mitoituksen ja perussäätöjen virityksen perusta unohtamatta kuitenkaan tuotelaatuja vastaavien vakio-olojen ylläpitoa, jonka automaation tulee ilman muuta hoitaa.
Muuttuvien prosessiolosuhteiden historia, ennustettavuus ja oikein asetetun kriteerin mukaan optimaalisesti toistettavat ohjaustoiminnot ovat operoinnin keskeisimpiä apuvälineitä etenkin panosprosesseissa ja jatkuvien prosessien laadunvaihtotilalanteissa.
Historia on perinteisesti piirturipaperilla parhaimmillaan, mutta nykyajan työvälineet antavat vielä monipuolisemmat ja havainnollisemmat analysointivälineet prosessin suorituskyvyn analysointiin. Tuotelaadun ohjauksen ja mahdollisen reklamaation takia on tuotteen jäljitettävyys reaaliajassa prosessin eri vaiheissa välttämätöntä. Tuotehistoriatoimintojen on pystyttävä jäljittämään tuotevirtaa taaksepäin eri prosessivaiheisiin jopa reaktorioloihin ja annosteluun asti aikaleimauksin varustettuna. Keskeisimpänä osana tähän kuuluvat reaaliaikaiset tuotelogistiikkatoiminnot.
Prosessin tulevaisuuden ennustettavuus on aina käyttöhenkilökuntaa kiinnostava ominaisuus. Tämä edellyttää prosessin riittävän tarkkaa dynaamista mallinnusta joko fysikaalis-kemiallisista lähtökohdista havaittuun prosessitietoon viritettynä tai pelkästään identifioimalla prosessin dynaamista käyttäytymistä kokeellisin keinoin tietyissä oloissa. Ennustaminen voi tapahtua joko nopeutettuna simulaattoritekniikoilla tai reaaliajassa ennustavan mallipohjaisen ("malliprediktiivisen") säätöteknologian avulla nykyhetkestä eteenpäin.
Simulaattoritekniikat ovat perinteisesti mahdollisimman tarkkoja prosessin dynaamista käyttäytymistä kuvaavia työvälineitä. Simulaattorilla voidaan rakentaa olemassa tai suunnitteilla olevaa laitosta vastaava malli varustettuna vastaavalla automaatio-ohjauksella ja liitynnällä, jolloin niiden avulla voidaan toistaa etukäteen nopeasti monenlaisia tuotantotilanteita ja perehdyttää käyttöhenkilökunta laitoksen operointiin.
Prosessiohjauksessa on jo seitsemänkymmentä luvulta lähtien käytetty "malliprediktiivisiä" monimuuttujasäätöteknologioita etenkin öljynjalostuksessa ja petrokemian teollisuudessa. Ne ovat olleet menestyksellisiä mm. optimaalisten säätötoimintojen, ennusteominaisuuksien, prosessirajoitteiden käsittelykyvyn ja havainnollisuuden ansiosta. Nykyään näiden teknologioiden toiminta on mahdollista perustaa sekä epälineaaristen fysikaalis-kemiallisten että kokeellisten lineaaristen prosessimallien varaan (hybridimallitus). Tällöin niillä voidaan toteuttaa epälineaarista prosessisäätöä, jota usein tarvitaan juuri laadunvaihtotilanteissa.
Panosautomaatiossa tarkasti määritetyt sekvenssiohjaukset varmistettuna kenttätaitteiden tapahtumilla takaavat melko pitkälle prosessin toistettavan ohjauksen. Panosprosessien sekvenssiohjauksiin liittyy poikkeuksetta vaativia epälineaarisia profiloivia säätöjaksoja, joiden toistettavuus on koko prosessin optimaalisen ohjauksen ydin. Takaisinkytkentään perustuvat sekvenssiohjaukset ovat etenkin panosprosessien annosteluissa ensiarvoisen tärkeitä, koska annosteluissa tapahtuvia virheitä on usein vaikea korjata jälkikäteen.

Optimaalinen panosprosessituotanto edellyttää tehokasta rytmittämistä, jossa esim. reaktoreiden käynnistysajankohdat ovat oleellisimpia tapahtumia etenkin käytettäessä usealle reaktorille yhteisiä annosteluresursseja sekä yhteisiä tyhjennys- ja jälkikäsittelyresursseja. Panosprosessien ohjaus sinällään on jatkuvasti toistettavaa laatusidonnaista ohjausta, jonka ennustettavuus on normaalissa ajossa tunnettua ja on luonnollisesti tuotannon rytmittämisen perusta. Poikkeustilanteiden hoito kokonaan tai osittain automaattisesti onkin panosautomaatiossa huomattavasti vaikeampaa, ja siinä tarvitaan apuna osaavaa henkilökuntaa.

Käyttäjän rooli on automaatiotoiminnoissa kaikkein merkittävin. Jo suunnitteluvaiheessa käyttäjän mukana olo mahdollistaa ns. "hiljaisen" tiedon saattamisen käyttökelpoiseen muotoon toiminnoissa. Automaatiotoiminnot ovat liiketoimintaa tukevia, jos niiden ominaisuudet ovat käyttäjän haluamia ja jos automaation käyttöaste on korkea. Liiketoiminnan kilpailukykyä tehostettaessa on myös ennakoiva kunnossapito saatettava systemaattiseksi toiminnaksi, jossa käyttöhenkilökunnan ja erillisen kunnossapito-organisaation osaamistarpeiden ja "ketterän" tehtäväjaon täsmentäminen on paikallaan. "Ketterässä" toiminnassa säästetään vaivaa ja rahaa pienemmillä ponnisteluilla. Kun ohjaus tehdään ajoissa, tarvitaan pienempi ohjausliike (vrt. PID-säätimen hyvä viritys).

Antti Pelkola
Neste Engineering Oy
antti.pelkola@fortum.com

Hans Aalto, Fortum / Neste Engineering Oy
Eräprosessi – tuotannon pätkittäistä harrastustoimintaa?
Jatkuvatoimiset tuotantotoprosessit pyrkivät suuren kokonsa ja näyttävyytensä ansiosta varastamaan huomiota pienemmän mittakaavan erätuotannolta. Erätuotanto ei tunnu "seksikkäältä", mikäli tällainen rahoitus- ja pörssimaailman termin käyttö tässä yhteydessä sallitaan. Kuitenkin eräprosessien hallinnan ja automaation teknologia on viime vuosina edennyt vauhdilla. On myös tunnettu tosiseikka, että eräprosessi asettaa siinä sovellettavaan perinteisempään säätötekniikkaan varsin kovia haasteita.

Leif Hammarström, Neste Engineering Oy
Kemian prosessien automaatio
Tässä tarkastellaan automaatiota kemianteollisuuden prosessien näkökulmasta. Yhteisiä tekijöitä löytyy tietysti muihinkin aloihin. Lähtökohtana ovat prosessit ja se, miten automaatio vastaa niiden asettamiin haasteisiin. Tarkastelun kohteeksi on valittu tiettyjä osia automaation laajasta kentästä. Arvioin kehityksen trendejä näillä alueilla.

Pekka Ritala, Kemira Fine Chemicals Oy, Kokkolan tehtaat
KFC Kokkola panostaa prosesseihin
Kemira Fine Chemicals Oy:n (KFC) Kokkolan tehdas tuottaa orgaanisia hienokemikaaleja. Toiminnan luonteeseen kuuluu noin 15 tuotteenvaihtoa sekä pari uutta tuotetta vuodessa. Uuden tuotteen istutukseen tehtaalle liittyy aina oma projekti lisäysten ja tehdasmuutosten tekoon. Prosessit ovat pitkälle automatisoituja panosprosesseja. Panoksia saattaa olla liikkeellä yli kaksikymmentä yhtaikaisesti.

Harri Mikkola, Acomatic Oy
Kokemuksia ja näkemyksiä automaatioprojekteista, osa 2
Syksyn saapuessa on aika verestää muistikuvia, kuinka niitä automaatiohommia nyt pitikään tehdä. En sorru kertaamaan niitä asioita, joita viime kirjoituksessa möyhittiin, joten kaikki ne joita ala kiinnostaa, lukekaa edellinen artikkelini "Kokemuksia ja näkemyksiä automaatioprojekteista" (Automaatioväylä 5-1998) ja vasta sen jälkeen tämä kolumni.

Martti Laisi, Automaatioväylä / Kotka Automation Oy
"Magneettinen vatupassi"

Pienien paine-erojen mittaaminen osoittautuu toisinaan vaikeaksi. Paine- tai paine-eromittauksilla useimmiten selvitetään mihin suuntaan jotakin virtaa tai mihin suuntaan on virtausvastusta eli mihin suuntaan virtaisi.

TkT Riitta Penttinen, VTT Elektroniikka, Sulautetut ohjelmistot / Älykkäät järjestelmät
DI Eeva Kangas, Oulun yliopisto, Työtieteen laboratorio
Järjestelmien jatkettu implementointi
Jatketulla implementoinnilla saavutetaan merkittäviä etuja tuotekehityksessä, suunnittelussa, markkinoinnissa ja asiakassuhteiden hoidossa verrattuna perinteiseen tapaan, joka sisältää lähinnä vain laitteiston tai ohjelman fyysisen asentamisen käyttöympäristöönsä. Jatketussa implementoinnissa huomioidaan laitteiston tai ohjelmiston tulevat käyttäjät hankinnan jokaisessa vaiheessa. Siten projektin loppukäyttäjäkosketus ei kohdistu enää pelkästään fyysiseen asennukseen vaan koko hankintaprosessin yhteydessä valmistellaan ja toteutetaan uuden teknologian tulevaa sopeuttamista yksilöille, työtehtäviin ja organisaatioon useammalta eri kannalta katsottuna. Jatkettu implementointi ei hyödytä pelkästään laitteiston tai ohjelmiston ostajaa, vaan myös sen toimittajaa.

Suunnitteluinsinööri Kari Lepistö, Hydrox-Pipeline ltd
Kokemuksia öljyn kosteusmittalaitteen käytöstä kiertovoitelujärjestelmissä
Paperikoneiden voitelujärjestelmissä pyörii satoja kuutioita öljyä tehdasta kohden. Öljyn kunnonseuranta on edelleenkin varsin heikkoa. Tehtailla onkin tarvetta luotettaviin mittalaitteisiin, jotka antavat jatkuvaa tietoa öljyn kunnosta. Erityisesti öljyn vesipitoisuus on tärkeätä tietää.

Karl Ehrström, Sintrol Oy
Vaiheita Sintrolin 25-vuotiselta taipaleelta

Nykyisen Sintrol Oy:n edeltäjä, Oy Sintrol Ab, aloitti virallisesti toimintansa 1.11.1975. Nyt on siis tullut kuluneeksi neljännesvuosisata yhtiön perustamisesta. Kerromme tässä artikkelissa merkkipäiväänsä juhlivan yhtiön perustamisesta, toiminnasta, kasvusta ja tuotevalikoimasta.

Martti Hakonen, Fisher-Rosemount ja Pasi Heikkinen, Control CAD
Prosessiautomaation kenttäväylät, osa 7
Kenttäväylätoteutuksen dokumentointi
Kenttäväyläteknologia on vasta aloittanut maailmanvalloituksen, minkä johdosta vielä ei ole olemassa kansainvälistä standardia tai yleisluonteista suositusta kenttäväyläväyläpohjaisen automaation ja instrumentoinnin dokumentointiin. Automaatioalan merkittävimmillä kattojärjestöillä kuten ISA:lla (The Instrumentation, Systems, and Automation Society) on työryhmiä laatimassa suosituksia.

Näyttelyvieraana Ari Kukkonen, Akutek Oy
Teknologiatietoa siirtämässä
Onnistunut Tekniikka 2000 -tapahtuma
Teknologia on selvästi uuden talouden todellista tulosta tuottavin osa-alue. Tulevaisuudessa teknologian ja automaation rooli vielä korostuu, tuli esille yhtäjaksoisesti 20 vuotta jatkuneen ja nyt yhdeksännen kerran järjestetyn Tekniikka-automaatiokatselmuksen avajaispuheenvuoroissa, näytteilleasettajien ja näyttelyvieraiden keskusteluissa sekä tapahtumaan liittyneissä seminaareissa ja tietoiskuissa.