Modern automation systems in pulp mills
Heinonen, Juho (2022)
Diplomityö
Heinonen, Juho
2022
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022060141672
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022060141672
Tiivistelmä
Today’s pulp manufacturing industry faces many challenges that come from tightening environmental and efficiency requirements. At the same time, the industry is highly competitive, where variable expenses play a major part of the production costs. Increasing the automation level can help in achieving the set requirements while driving down the operational costs. The object of this thesis was to examine the general level of automation in pulp mills, find out the most modern automation solutions and how they would affect the economics of pulp manufacturing, and forecast the future development of pulp mill automation.
In the literature part, pulp mill subprocesses and their automation are introduced to give a good understanding of the whole production process. Automation is discussed from the process control point of view, and different methods it can include are discussed.
In the research part, the starting points for the interviews and their results are introduced. An evaluation of the potential improvements is done from an efficiency, operational expense, and capital expenditure point of view, based on the interview results.
The study found that the current level of automation varies greatly between different mills. Incorporating the most modern automation solutions into pulp mills can have multiple benefits, depending on the starting point. The benefits come from the decreased variance of process variables and include improved quality and decreased operational expenses. On the other hand, capital expenditures are seen to increase by a small amount. In the future, automation degree is seen to increase in the whole industry. Future development will focus on artificial intelligence and shifting the process controls to from individual subprocesses to mill wide controls. Nykypäivän selluteollisuus kohtaa monia haasteita johtuen tiukentuvista ympäristö- ja tehokkuusvaatimuksista. Samaan aikaan selluteollisuus on hyvin kilpailtu ala, jossa suurin osa tuotantokustannuksista johtuu muuttuvista kustannuksista. Automaatiotason lisääminen voi auttaa tehtaita saavuttamaan nämä vaatimukset samalla vähentäen muuttuvia kustannuksia. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää sellutehtaiden automaation yleinen taso, moderneimmat automaatioratkaisut ja niiden vaikutukset sellutehtaan kustannuksiin sekä automaation tulevaisuuden kehityskohteet.
Työn kirjallisuusosassa käsitellään sellutehtaan osaprosesseja ja niiden automaatiota. Automaatiota käsitellään prosessinohjauksen näkökulmasta ja erilaiset tavat, joilla prosesseja ohjataan, esitellään.
Työn tutkimusosuudessa esitellään haastatteluiden lähtökohdat ja niiden tulokset. Haastatteluiden tulosten perusteella arvioidaan potentiaalisien hyötyjen vaikutuksia tehokkuuteen, käyttökustannuksiin ja investointikustannuksiin.
Tutkimuksen perusteella sellutehtaiden automaation nykytilanne vaihtelee suuresti eri tehtaiden välillä. Moderneimmilla automaatiojärjestelmillä voidaan saavuttaa monia hyötyjä riippuen lähtökohdasta. Saavutettavat hyödyt johtuvat pienemmistä prosessimuuttujien vaihteluista, jotka parantavat lopputuotteen laatua ja vähentävät käyttökustannuksia. Toisaalta, näiden ratkaisujen käyttöönotto lisää hieman investointikustannuksia. Tulevaisuudessa automaatioasteen nähdään yleisesti kehittyvän. Tulevaisuuden kehitys keskittyy tekoälyyn ja prosessinohjausjärjestelmien yhtenäistämiseen koko tehtaiden laajuisiksi.
In the literature part, pulp mill subprocesses and their automation are introduced to give a good understanding of the whole production process. Automation is discussed from the process control point of view, and different methods it can include are discussed.
In the research part, the starting points for the interviews and their results are introduced. An evaluation of the potential improvements is done from an efficiency, operational expense, and capital expenditure point of view, based on the interview results.
The study found that the current level of automation varies greatly between different mills. Incorporating the most modern automation solutions into pulp mills can have multiple benefits, depending on the starting point. The benefits come from the decreased variance of process variables and include improved quality and decreased operational expenses. On the other hand, capital expenditures are seen to increase by a small amount. In the future, automation degree is seen to increase in the whole industry. Future development will focus on artificial intelligence and shifting the process controls to from individual subprocesses to mill wide controls.
Työn kirjallisuusosassa käsitellään sellutehtaan osaprosesseja ja niiden automaatiota. Automaatiota käsitellään prosessinohjauksen näkökulmasta ja erilaiset tavat, joilla prosesseja ohjataan, esitellään.
Työn tutkimusosuudessa esitellään haastatteluiden lähtökohdat ja niiden tulokset. Haastatteluiden tulosten perusteella arvioidaan potentiaalisien hyötyjen vaikutuksia tehokkuuteen, käyttökustannuksiin ja investointikustannuksiin.
Tutkimuksen perusteella sellutehtaiden automaation nykytilanne vaihtelee suuresti eri tehtaiden välillä. Moderneimmilla automaatiojärjestelmillä voidaan saavuttaa monia hyötyjä riippuen lähtökohdasta. Saavutettavat hyödyt johtuvat pienemmistä prosessimuuttujien vaihteluista, jotka parantavat lopputuotteen laatua ja vähentävät käyttökustannuksia. Toisaalta, näiden ratkaisujen käyttöönotto lisää hieman investointikustannuksia. Tulevaisuudessa automaatioasteen nähdään yleisesti kehittyvän. Tulevaisuuden kehitys keskittyy tekoälyyn ja prosessinohjausjärjestelmien yhtenäistämiseen koko tehtaiden laajuisiksi.