Controle de pH em máquina de produção de cartão multicamada

Abstract

Resumo: O pH é uma das variáveis de maior importância para a fabricação de papel, devido à sua enorme influência na química da parte úmida e na formação da folha. O controle desta variável resulta em produção de papel com baixa variabilidade e em consequência mais facilidade para atender a qualidade requerida. Devido às dificuldades intrínsecas do processo, como não linearidade e à sua natureza estocástica, o desenvolvimento de modelos fundamentais para controle de processo torna-se uma tarefa complexa. Assim, usando os resultados da resposta a uma excitação em degrau do controlador PI em laço fechado foi possível obter o modelo do comportamento dinâmico do processo. Diversas abordagens foram usadas para a obtenção do modelo matemático, mas a que mais se destacou foi a abordagem em que foi considerada o equacionamento na variável tempo, utilizando o critério ISE (Integral do Quadrado do Erro) como critério de avaliação. É importante mencionar que foram consideradas duas alternativas para representar a mudança de setpoint, um degrau ideal e o caso real, uma sequência de degraus (staircase). A partir do modelo identificado para o processo, foram realizados estudos de simulação visando avaliar a sintonia do controlador e o impactoeconômico por ajuste dos parâmetros proporcional e integral. Desta forma, mostrouse que a escolha adequada dos parâmetros do controlador, afeta de maneira decisiva a variabilidade da resposta da malha de controle, bem como sua estabilidade e o tempo necessário para atingir o setpoint. Finalmente, é de suma importância ressaltar que os resultados indicam uma melhora no desempenho da malha de controle avaliado através critério ISE e que o ganho econômico pode chegar a 88%.

Abstract: Due to its influence on wet end chemistry, pH plays a key role in paper manufacturing. Therefore, the control of this variable results in production with low variability and as consequence high paperboard quality. However, because of inherent manufacturing difficulties, such as process nonlinearities and its stochastic nature, the derivation of fundamental models for control purposes still remains a complex task. Consequently, by using closed-loop-based identification techniques, consisting on the dynamic behavior of a closed PI pH control loop a mathematical model was obtained. Different approaches were considered for modeling issues; however, the best fit was obtained by using a mathematical model based on a continuous time independent variable, using the ISE (Integral Square Error) as evaluation criterion. It is worth mentioning that the setpoint change was modeled in two ways, such as step and staircase. With the aid of the identified process model, simulations were carried out in order to evaluate the controller tuning parameters and also its economic impact on the control loop performance. This way, is could be successfully shown that the choice of controller parameters directly influences the control loop variance and the required time to reach a new setpoint. Finally, it should be stressed that the obtained results indicate an improvement of roughly 88% on the economic parameter evaluated.