Situación
En la industria papelera, es fundamental contar con sistemas automatizados que contengan redes de comunicación con alta disponibilidad, escalabilidad y seguridad, de esta manera, la planta tendrá la capacidad de incorporar nuevos procesos que le permitan aumentar su producción, además de manejar distintos modelos/calidad en los productos que entregan al cliente final.
Problemas y necesidades
Las plantas en la industria papelera se componen de muchos Procesos Individuales, donde todos juntos, trabajando en sinergia, logran obtener el Papel como producto final, el cual es embobinado para entregar al cliente.
Cada proceso individual tiene componentes, equipos, sistemas, etc., los cuales requieren ser medidos, controlados, monitoreados y supervisados para garantizar su correcto funcionamiento.
Para formar el papel (materia prima en elaboración del cartón que conocemos), el primer paso es generar la pasta de papel y para ello, se requiere que todos los procesos de detrasher, cribado, mezclado, filtrado y refinado trabajen en sintonía, esto se logra a través de una red de comunicación eficiente que permita enviar la información de sensores, motores, transmisores de presión, temperatura, flujo y nivel hasta el sistema de control de manera oportuna y sin pérdida de datos.
Una vez generada la pasta, el segundo paso es depositarla en la máquina de producir papel, que posee rodillos de compresión, los cuales fueron instalados en zig-zag (un patrón compuesto de pequeños renglones en ángulo variable) y utiliza un tamiz tejido en movimiento para crear una lámina continua de papel al filtrar las fibras contenidas en la pasta de papel y producir una tira que la propia máquina somete a secado para producir una banda de papel resistente, con esto se genera una hoja continua de varios metros de largo, que por último se corta y embobina al final de su producción.
Al igual que en el proceso de generación de la pasta de papel, para el proceso de generación de la hoja, la máquina de papel posee varios equipos de potencia y control que deben ser enlazados dinámicamente al PLC principal para su control y monitoreo. Dicho enlace se logra a través de una red de comunicación con alta disponibilidad.
En ambas áreas del proceso (preparación de pasta y máquina de papel), la planta no contaba con la infraestructura de red con las características mínimas requeridas para llevar a cabo la tarea de gestionar los recursos de potencia, instrumentación y control al enlazarlos con sinergia y alta disponibilidad.
Para llegar a esta meta, el cliente debía de contar con el apoyo de una empresa integradora como SINCI®, que fuera capaz de diseñar e implementar una nueva red de comunicación que gestione toda la línea de la planta, sin afectar los tiempos de producción ni la calidad del producto.
Razones
Al ser reconocidos como integradores Platinum en sistemas de Control, Proceso e Información, SINCI® asumió el reto con la finalidad de entregar al cliente una solución integral basada en una nueva red de comunicación estandarizada bajo el modelo CPwE, donde conviven todos los sistemas que conforman el proceso de generación de papel, esto se hace apoyándonos en las múltiples disciplinas y frentes de trabajo que tenemos en nuestra organización, por ello, nos planteamos los siguientes objetivos en el proyecto:
- Implementar una nueva arquitectura red basada en el modelo CPwE, la cual llevará la gestión de todos los equipos de control, remotos, sistemas de potencias, instrumentos y demás elementos que conforman la línea de producción de papel.
- Establecer una red de comunicación con alta disponibilidad, para ello se realizan topologías en Anillo DLR entre los equipos y sistemas antes mencionados.
- Segmentar el tráfico de red, esto se hace categorizando cada elemento que conforma el proceso productivo en la línea y haciéndolo que la comunicación fluya por canales dedicados según el tipo de elemento.
- Implantar una arquitectura servidor-cliente desde el site de TI hasta las estaciones de operación OT ubicadas a lo largo de toda la línea productiva de la planta.
- Trabajar con un protocolo de comunicación industrial universal que permita la sinergia entre todos los componentes involucrados en los procesos de generación de papel.
- Implementar un sistema de visualización que permita indicar fácilmente a los operadores la ubicación de cada elemento y su status en tiempo real.
Arquitectura
Comunicación
Red
Solución
Se preparó una solución integral a la medida de la exigencia del cliente, la cual permite la convergencia de todas las áreas involucradas en el proceso de generación de papel, desde los componentes de control y remotos del mundo OT hasta los servidores de la aplicación HMI alojada en TI, para ello:
- Se implementó una red de comunicación basada en una arquitectura con topología de anillo DLR por capas y segmentada a partir de los Switches de comunicación de cada tablero, donde toda la información de la línea de producción converge en el Switch principal administrable del Site de TI. Con esta arquitectura se garantiza una alta disponibilidad y velocidad de respuesta entre los equipos que conforman la red.
- Se consideró el suministro, instalación y configuración de switches Stratix Capa 2 en cada tablero de control y tablero remoto de la línea de producción, donde éstos reportan a un switch Capa 3, quién es el maestro encargado de la administración de la red.
- Para garantizar una alta disponibilidad se implementó topología en Anillo DLR entre cada switch, de esta manera los elementos de control, potencia y remotos pueden ser rápidamente detectados en caso de algún fallo, además se cuenta con la auto reconfiguración de la red la cual permite minimizar tiempos muertos en los elementos antes mencionados.
- Se utilizó una programación para desarrollar nuevas pantallas de interfaz, siguiendo un código de colores y simbología de la ISA, lo que permite a los operadores entender fácilmente la distribución de elementos en el proceso.
- Nuestro staff de ingeniería trabajó en conjunto con los ingenieros de TI de la planta para asignar nuevas direcciones IP a cada elemento del proceso, de esta manera se dejó un orden en el tráfico de la red.
- Se hicieron pruebas FAT y SAT, ajustes de parámetros, arranque y puesta en marcha general de la nueva red y sus configuraciones en cada elemento intervenido.
Resultados
Al término de la implementación de la red de comunicación estos fueron los resultados:
- Con la puesta en marcha del proyecto, el cliente puede adicionar nuevos sistemas a la red de comunicación de la planta, lo que le permite mejorar la producción y calidad de su producto. Esta adición se hace sin perjudicar los sistemas actuales y manteniendo la seguridad y disponibilidad en sus equipos de control y visualización.
- Se implementó una arquitectura servidor – cliente, la cual permite crecer y escalar organizadamente la cantidad de operadores en el sistema de generación de papel sin afectar a los clientes actuales, ni paros forzosos de producción por perdida de estaciones de operación.
- Se realizó una estandarización del control y red de comunicación en toda la línea de producción de papel.
- Se redujeron los tiempos muertos o paros inesperados de producción en un 70%, debido a que la nueva red de comunicación esta segmentada en control, HMI, potencia y remotos. Esto permite adicionar nuevos sistemas en puntos remotos, sin temor a que se caiga la comunicación hacia el sistema de control principal.
- La configuración implementada en la nueva de red de comunicación proporciona una alta disponibilidad además de detección rápida de fallos, auto reconfiguración de la red y en donde cada nodo es un repetidor activo.
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