Carmeuse Slovakia, s. r. o., zastrešuje svoju činnosť v troch závodoch – Vápenka Košice, Vápenka Slavec a Závod Lomy. Každý z týchto závodov je unikátny a špecifický, líšia sa používanou technológiou i zameraním výroby. Slovenské závody svoju produkciu smerujú predovšetkým do oblasti výroby železa a ocele, papiernictva, stavebného priemyslu a chémie. Kvalitná vstupná surovina s využitím modernej výrobnej technológie zaručuje najvyššiu kvalitu vyrábaného kusového a mletého vápna, vápencov a hydrátu. Výrobný proces v spoločnosti je koncipovaný ekologicky a zohľadňuje všetky požiadavky na ochranu životného prostredia. Carmeuse na Slovensku zamestnáva 250 zamestnancov, predovšetkým technického zamerania. V posledných rokoch sa spoločnosť sústredila na zvýšenie efektivity z technologického hľadiska aj z hľadiska riadenia ľudských zdrojov.

Výrobná technológia z minulého storočia na špičkovej úrovni

Vápenec, ktorý sa vyťaží v lome, sa cestnou alebo železničnou dopravou transportuje do areálu závodu Carmeuse Slovakia v Slavci, kde sa cez vykládkovú stanicu umiestňuje do zásobníkov vápenca. Na výstupe zo zásobníkov sa vápenec ešte na sitách pretriedi na frakciu, ktorá prechádza na ďalšie spracovanie do jednej z pecí. Kamenivo, ktoré cez sito neprejde, sa následne predáva a využíva v stavebnom priemysle.

V Slavci sa nachádzajú dve trojšachtové súprúdne regeneratívne pece od švajčiarskeho výrobcu Maerz Ofenbau AG. V peciach v Slavci sa robí tzv. mäkký výpal. „Napriek tomu, že boli nainštalované ešte v 70. rokoch minulého storočia, sú stále vo svojej triede technologickou špičkou. Dokazuje to fakt, že v porovnaní s pecami iných výrobcov majú najnižšiu spotrebu tepla na výrobu jedného kilogramu vápenca,“ konštatuje na úvod nášho stretnutia Jozef Kohl, procesný manažér pre Európu a Turecko v spoločnosti Carmeuse Slovakia. Pece pracujú v dvoch cykloch, ktoré sa v jednotlivých šachtách striedajú – predohrev a pálenie. V definovaných časových intervaloch sa odoberajú z vypáleného vápna vzorky, na ktorých sa kontroluje kvalita a ďalšie parametre, napr. reziduálny obsah karbonátu (CaCO3), a určuje reaktivita. Tá je dôležitá pre jednotlivých zákazníkov, ktorí majú na výstupný produkt rôzne požiadavky. Takto získaný produkt sa dopravuje do zásobníkov kusového vápna. Následne sa môže priamo distribuovať zákazníkom, dopraviť na mlynicu vápna alebo pokračuje ďalej na hydratáciu. Finálny produkt z hydratácie sa uskladňuje vo veľkoobjemových betónových silách, odkiaľ sa železničnou alebo cestnou nákladnou dopravou transportuje k zákazníkom. Druhou možnosťou je dávkovanie finálneho produktu – vápna do vriec a jeho paletizácia podľa požiadaviek zákazníka.

Riadenie vyfrézované v drážkach

Dostupnosť, resp. čas bezporuchovej prevádzky dvoch pecí s pôvodným reléovým systémom riadenia WSSB (Werk für Signal- und Sicherungstechnik Berlin) sa pred niekoľkými rokmi začala ukazovať ako slabé miesto celého závodu. „Problémom nebola ani tak dostupnosť náhradných dielov pre zariadenie vyrobené ešte za čias socializmu, ako práve častejšia chybovosť niektorých systémov a tým nižšia dostupnosť celej technológie,“ vysvetľuje Ladislav Vastag, ktorý má na starosti strategický rozvoj, ciele a inovácie v spoločnosti Carmeuse. Navyše dosiahnuť rovnakú opakovateľnosť celého technologického procesu a tým aj kvalitu finálneho produktu nebolo v prípade reléového systému až také jednoduché. Pôvodný „riadiaci systém – sekvencér“ bolo mechanické zariadenie, ktoré ovplyvňovalo chod celého technologického procesu. Išlo o kombináciu motorčeka s valcom, v ktorom boli vyfrézované drážky, čo možno v súčasnosti analogicky prirovnať k softvéru riadiaceho systému. Kvalita sa dodržiavala aj v minulosti, ale stabilita požadovanej kvality kolísala. V pôvodnom riešení bolo inštalované aj meranie niektorých procesných veličín, avšak bez spätnej väzby do regulátorov a vytvárania regulačných slučiek. Priebeh procesných veličín sa zaznamenával na papierové pásky v procesných zapisovačoch. Vplyv operátora na riadenie a priebeh procesu bol podstatne väčší ako v súčasnosti. Pri zmene vyrábaného sortimentu boli veľké obmedzenia, pretože škálovateľnosť a prispôsobiteľnosť reléového systému a sekvencéra boli v podstatne minimálne. Cieľ spoločnosti bol teda jednoznačný – modernizácia systému riadenia pece mala zabezpečiť minimalizáciu vplyvu ľudského faktora a nasadenie moderných metód riadenia a regulácie na zabezpečenie stability kvality výsledných produktov.

Od váženia až po prístroje s Bluetooth

Pre každý cyklus pece zabezpečuje vážiaci zásobník s inštalovanými tenzometrickými snímačmi presné naváženie množstva vsádzky. Táto priemyselná váha je priamo pripojená na nadradený PLC riadiaci systém, ktorý definuje požadovanú hodnotu kameniva pre každú vsádzku. Okrem množstva vsádzky sa presne dávkuje aj množstvo vzduchu pre spaľovací proces a množstvo paliva. Tieto parametre spolu s chemickým zložením kameniva na vstupe a časom výpalu určujú aj výslednú kvalitu výstupného produktu.

Na meranie prevádzkových veličín, ako je teplota, tlak, prietok, výška hladiny, sa používajú štandardné prístroje vybavené komunikáciou HART, ako aj verzie do prostredia s potenciálne výbušnou atmosférou s certifikáciou ATEX. Vzhľadom na to, že všetky meracie body sa od modulu vzdialených V/V nachádzajú v menšej ako niekoľkometrovej vzdialenosti, nebolo potrebné riešiť nasadzovanie bezdrôtových meracích prístrojov, a preto dostali najmä z ekonomického hľadiska prednosť pevne nakáblované prístroje.

Najnovšie pribudli do portfólia prevádzkových meracích prístrojov snímače výšky hladiny a tlaku, kde sa okrem komunikácie HART využíva na pochôdzkovú diagnostiku, nastavovanie a kalibráciu aj technológia Bluetooth. „Nie vždy majú technici údržby či pracovníci výroby po ruke komunikátor HART, avšak takmer všetci majú inteligentný telefón, cez ktorý sa po nainštalovaní jednoduchej aplikácie dokážu práve cez komunikáciu Bluetooth spojiť s takýmito prevádzkovými prístrojmi. Pritom inštalácia celej aplikácie bola veľmi rýchla a jednoduchá, podobne ako práca s ňou, čo si pracovníci pochvaľovali,“ vysvetľuje L. Vastag. V súvislosti s výkonom údržby sú v rámci systému ERP funkčné moduly na realizáciu preventívnej údržby.

Centralizovaná architektúra so štandardnými aj bezpečnostnými PLC

V rámci novej architektúry riadiaceho systému bolo prvým rozhodnutím ísť cestou centralizovaného riadenia s využitím vzdialených V/V na troch miestach pece. Srdcom architektúry sú PLC riadiace systémy Simatic S7-1500, pričom pribudli aj nové meracie body. Okrem merania procesných veličín boli zohľadnené aj požiadavky prevádzkovej bezpečnosti zhrnuté v normách IEC 61508 a STN EN IS013849. V súlade s ich odporúčaniami boli inštalované nové meracie body, čím vznikli na niektorých miestach redundantné merania. Vďaka tomu boli niektoré prevádzkové meracie prístroje vyberané podľa toho, aby spĺňali príslušnú úroveň bezpečnosti podľa SIL. Navyše v tejto súvislosti boli inštalované aj bezpečnostné PLC Simatic 1500 s CPU radu F a komunikáciou ProfiSafe.

Na vizualizáciu procesov sú v závode v Slavci nasadené riešenia GE Digital z rodiny Proficy – systém SCADA a HMI Cimplicity a na záznam, ukladanie a sprístupňovanie údajov systém Historian. Uvedené systémy používajú na komunikáciu s PLC riadiacimi systémami umiestnenými na úrovni technológie KEPServerEX. V tejto oblasti boli inštalované aj virtuálne servery.
Z hľadiska softvérového vybavenia boli nasadené nové algoritmy riadenia šachtových pecí, ktoré boli vyvinuté na základe funkčného opisu interných pracovníkov Carmeuse Slovakia pod vedením J. Kohla. Kompletne novo vyvinuté boli aj procesy zberu údajov, ich vizualizácia a podstatne sa zlepšila aj diagnostika porúch. Operátori majú zase k dispozícii podstatne lepšiu podporu rozhodovania, pretože sa začal aj proces implementácie výrobného informačného systému MES. V súčasnosti sú implementované dva podporné moduly – sledovanie a vyhodnocovanie celkovej efektívnosti zariadení (OEE) a kľúčových výkonových ukazovateľov (KPI). V nasledujúcom období by k nim mali pribudnúť ďalšie moduly. Testuje sa tiež prepojenie na podnikový systém plánovania zdrojov (ERP), ktoré by malo priniesť napr. automatické reportovanie o stave a výkonoch technológie.

Vzhľadom na nárast kybernetických zločinov v rámci rôznych priemyselných odvetví sa aj spoločnosť Carmeuse rozhodla venovať tejto problematike systematicky. Už viac ako desať rokov si buduje v tejto oblasti jasnú víziu a realizuje súvisiace opatrenia. Systémy kybernetickej bezpečnosti budú v spoločnosti siahať až hlboko do úrovne prevádzkových komunikačných zberníc.

Energetická efektívnosť a ochrana životného prostredia sú témou dneška

Pri minuloročnej transformácii Oddelenia automatizácie v Carmeuse Slovakia na Oddelenie Operational Technology došlo k vzniku novej pozície Electrical Energy Expert, ktorej náplňou je energetická efektívnosť a optimalizácia spotreby energií. Pri všetkých nových projektoch, ktoré sa budú aktuálne realizovať, sa už bude zohľadňovať aj táto problematika. V tejto súvislosti možno spomenúť projekty zamerané na optimalizáciu strát pri návrhu tokov energií, riešenie centralizovaného zberu údajov v oblasti merania a spotreby elektrickej energie a pod.

Spoločnosť Carmeuse si v tejto oblasti stanovila sedem pilierov – od vzniku projektu až po jeho vyradenie z prevádzky, ktorým sa bude v nasledujúcom období venovať. „Z praktických krokov možno v rámci celého koncernu Carmeuse spomenúť nasadzovanie energeticky efektívnych motorov IE3 a IE4 či frekvenčných meničov na plynulú reguláciu čerpadiel, dopravníkov a ventilátorov,“ uvádza J. Kohl.

Spoločnosť kladie veľký dôraz aj na ochranu životného prostredia. V rámci technológií spaľovania sú v závode v Slavci nasadené hadicové filtre, ktoré majú účinnosť menšiu ako 10 mg/normo m3 odprášenia prachu, čo spĺňa najprísnejšie európske normy v tejto oblasti, ako aj predpisy dané legislatívou.

Nová stratégia smeruje jednoznačne k Priemyslu 4.0

Uvedené aktivity a modernizácia vytvorili solídny základ ďalšieho rozvoja. Víziou je napríklad nasadenie expertného systému na modernizovanú pec, ktorý by mal na ďalšie zlepšenie riadenia a podporu operátorov využívať aj nástroje umelej inteligencie. Tie by slúžili najmä na predikovanie výstupov na základe známych aktuálnych vstupov a skúseností z prevádzky a získaných parametrov v minulosti a pomáhali by pri dosahovaní konzistentnej kvality výstupného produktu.

„Modernizácia riadenia pece teda nebola len akýmsi nutným zlom, ktoré už teraz výrazne zlepšilo stabilitu a kvalitu produkcie, ale zapadala do koncepcie celkovej vízie spoločnosti Carmeuse týkajúcej sa prechodu na moderný digitálny podnik v duchu koncepcie Priemyslu 4.0,“ konštatuje L. Vastag. Uvedený prístup je stratégiou koncernu Carmeuse nielen na Slovensku, ale v rámci celej Európy a slovenský inžiniering a odborníci sa na dosiahnutí tohto cieľa podieľajú významným spôsobom. Vízia, ktorú si spoločnosť stanovila približne pred desiatimi rokmi, sa ukázala ako správna a postupnými krokmi sa ju darí aj realizovať. „Na nadchádzajúce obdobie sa už spracovala nová vízia zohľadňujúca najmodernejšie technológie a prístupy v duchu už spomínaného Priemyslu 4.0. Zároveň sa bude aj naďalej dbať o zosúladenie spoločnosti s požiadavkami Európskej únie v oblasti redukcie skleníkových plynov a ochrany životného prostredia,“ uzatvára naše stretnutie J. Kohl.

Ďakujeme spoločnosti Carmeuse Slovakia, s. r. o., za možnosť realizácie reportáže a Ladislavovi Vastagovi a Jozefovi Kohlovi za poskytnuté odborné informácie.