Le industrie ad alto consumo energetico sono sotto pressione da ogni parte! Oltre a dover rispettare una legislazione e degli obiettivi di sostenibilità internazionali molto più severi, le recenti forti impennate dei prezzi dell'energia stanno spingendo le aziende a esaminare più da vicino i loro prodotti e processi, per assicurarsi di utilizzare l'energia nel modo più efficiente possibile.
I processi semplici possono richiedere solo un'analisi di base e una messa a punto, ma gli impianti che producono più prodotti e si basano su un'ampia gamma di parametri ad alta tolleranza sono molto più difficili da mettere a punto e, più spesso che no, trarranno enormi e immediati vantaggi dalle soluzioni digitali.
Pianificazione della sostenibilità
Compagnie des Ciments Belges SA (CCB), parte del gruppo Cementir Holding – un'azienda multinazionale di soluzioni per l'edilizia e leader mondiale nel cemento bianco – è una di queste aziende che sta esaminando i propri processi con l'obiettivo di diventare più sostenibile. Infatti, ha formulato una roadmap ambiziosa per ridurre significativamente le emissioni di CO₂ entro il 2030.
La roadmap decennale del Gruppo prevede la sostituzione dei combustibili fossili e del clinker, lo sviluppo di un nuovo cemento a basse emissioni di carbonio e diversi investimenti nello sviluppo sostenibile, insieme alla digitalizzazione dei processi di produzione, manutenzione, gestione del magazzino e dei ricambi in tutte le sue fabbriche.
Approfondimenti digitali
La digitalizzazione sta portando benefici in quasi tutti i settori industriali, grazie alla raccolta e all'utilizzo dei dati operativi, che contribuiscono a fornire nuovi e più elevati livelli di approfondimento, con conseguenti miglioramenti dell'efficienza. E l'industria del cemento non fa eccezione.
CCB ha già preso alcuni impegni iniziali per le sue aspirazioni Industry 4.0 basate sui dati, in primo luogo con l'acquisto di un nuovo analizzatore digitale, in grado di misurare la finezza della formulazione del cemento dai suoi due mulini. Prima di questo, utilizzava una serie di controllori PID (proporzionale–integrale–derivata) a cascata che agivano sulle informazioni fornite dai campioni di laboratorio prelevati ogni due ore. Ma i controlli di qualità costanti e il conseguente risparmio energetico richiedono una misurazione costante, e una finestra di due ore è più che sufficiente per far sì che un processo produttivo così complesso esca dalla tolleranza.
Secondo Juliano de Goes Arantes, Digital Account Executive di Rockwell Automation: “CCB offre dieci diversi tipi di cemento di qualità e specifiche funzionali diverse. La produzione di questo cemento è analoga a quella di diversi tipi di pane; i diversi ingredienti e le proporzioni si traducono in prodotti finali diversi. Di conseguenza, è importante utilizzare gli ingredienti giusti nelle giuste quantità per ottenere un profilo del prodotto ottimale, altrimenti potrebbero esserci implicazioni funzionali o di costo.”
Chiusura del cerchio
de Goes Arantes continua: “CCB aveva capito da tempo che doveva stabilire un controllo più accurato e tempestivo sul suo processo e l'analizzatore digitale era solo il primo passo. Quando siamo stati contattati per la prima volta nell'ambito del suo programma di digitalizzazione, l'analizzatore non era installato, ma doveva essere considerato come parte della base installata. Di conseguenza, la nostra soluzione avrebbe dovuto chiudere il cerchio, cioè prendere le informazioni dall'analizzatore in tempo reale, mettere a punto i parametri del processo e le quantità di materie prime e poi reinserire le correzioni nel processo. L'obiettivo finale era quello di garantire una qualità costante e ottimale per i diversi tipi di cemento prodotti. Non solo questo avrebbe migliorato la qualità, ma utilizzando solo i passaggi ad alta intensità energetica per tempi precisamente definiti, avrebbe anche ridotto il consumo di potenza.”
I prodotti e le capacità di Rockwell Automation erano già noti all'interno del Gruppo Cementir, con riferimenti favorevoli a supporto della scelta del fornitore da parte di CCB. Rockwell Automation è stata anche in grado di portare le sue considerevoli esperienze nel settore del cemento e dei processi nella sua implementazione della soluzione FactoryTalk Analytics PavilionX di controllo predittivo basato su modello (MPC). Il controllo predittivo basato su modello offre un livello di intelligenza che si sovrappone ai sistemi di automazione e valuta continuamente i dati operativi attuali e previsti. Quindi confronta questi dati con i risultati desiderati e determina nuovi obiettivi di controllo per ridurre la variabilità del processo, migliorare le prestazioni e aumentare l'efficienza – il tutto in tempo reale.
La prova nei numeri
CCB sta già registrando significativi miglioramenti delle prestazioni grazie a un controllo più rigoroso delle fasi del processo, con un consumo specifico di energia (SEC) in calo di oltre il 6% – rispetto a un obiettivo del 3%. Il tasso di produzione è aumentato di quasi 8.5%, rispetto a un obiettivo del 3%, e la disponibilità è al 97% – proprio come previsto. In un'applicazione simile negli USA, FactoryTalk Analytics PavilionX controllo predittivo basato su modello ha aumentato la produttività del 4.8% e del 5.7% in due mulini, ha incrementato la produzione del mulino di finitura del 5% e ha ridotto il consumo di potenza di 3.5 kWh/ton di cemento prodotto.
Gauthier Autrand, responsabile di impianto presso CCB, ha sottolineato i vantaggi di questo nuovo sistema: “Dalla sua messa in servizio, non abbiamo dovuto chiamare l'assistenza Rockwell, poiché questo sistema funziona continuamente, con prestazioni come previsto, anche se questo è difficile da determinare a causa dei cambiamenti nel processo e nei prodotti che ora fanno parte della nostra roadmap per la sostenibilità.”
de Goes Arantes spiega ulteriormente: “Questa è una delle applicazioni più complesse su cui abbia mai lavorato, a causa del gran numero di variabili di processo e di tipi di cemento. Ma la sostenibilità è una metrica importante per qualsiasi azienda, quindi era essenziale fornire la migliore soluzione possibile. La piattaforma di controllo predittivo basato su modello ottimizza più parametri contemporaneamente utilizzando algoritmi specialistici, aggiornando costantemente le condizioni di processo in base ai risultati ottimali.
“La complessità tecnica è stata aggravata dalle condizioni di lavoro a distanza imposte dalla pandemia”, continua de Goes Arantes, “ma siamo stati in grado di fornire la tranquillità necessaria e, naturalmente, una soluzione che ha mantenuto le promesse.
“Prevediamo di aggiungere nuovi elementi al progetto e all'impianto nel suo complesso”, conclude, “tutti basati sulla nuova dorsale digitale dell'azienda. CCB mi ha anche detto che pensa di poter ottenere ancora di più, e sono d'accordo. Non credo che abbiamo visto il quadro completo di ciò che queste soluzioni offriranno.”
Allen-Bradley, espandere le possibilità umane, FactoryTalk Analytics PavilionX e Rockwell Automation sono marchi di Rockwell Automation, ACE.
I marchi non appartenenti a Rockwell Automation sono di proprietà delle rispettive società.