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Schnell messen und auswerten

Im harten Wettbewerb von heute kann nur bestehen, wer die Kosten rigoros reduziert. Neue Einsparmöglichkeiten lassen sich vor allem in der schrittweisen Optimierung der Papierherstellung finden. Dies fordert jedoch exakte Messungen im Prozessablauf.

Der Bedarf an vielfältigen und dennoch konsistenten Papiersorten in überragender Qualität ist heute größer als je zuvor. Die heutigen Papierhersteller verwenden zahlreiche Informationsquellen und Messwerkzeuge, die sie bei der Herstellung der Produkte unterstützen. Obwohl es viele verschiedene Online-Sensoren gibt, liefern diese kein ausreichend vollständiges und klares Bild der Leistung einer Papiermaschine. Daher werden Qualitätsprüfungsdaten von Quellen außerhalb der Maschine – also „offline“ – benötigt. Hierbei ist eine rasche Rückmeldung der Messdaten für die Prozesssteuerung von größter ‧Bedeutung. Um diesen Marktanforderungen gerecht zu werden, entschied sich die Perlen Papier AG für ein automatisches Prüfsystem für Papierprofile von Lorentzen & Wettre (L&W). L&W gehört seit mehr als zwei Jahren zum ABB-Konzern.

Prozessoptimierung bei Perlen Papier
Am Standort Perlen in der Schweiz werden auf zwei Papiermaschinen Magazin- und Zeitungspapier hergestellt. Die Gesamtproduktion beträgt in etwa 575 000 Jahrestonnen. Anfang September 2010 ist die neue Papiermaschine PM7 für Zeitungsdruckpapier angelaufen. Im Januar 2011 fertigte die Perlen Papier AG mit dieser Anlage bereits 300 000 Tonnen Papier pro Jahr.
Um auf eine Jahreskapazität von 365 000 Tonnen im
Jahr 2014 zu kommen, beauftragte Perlen Papier im
Rahmen eines Optimierungsprojektes das Unternehmen Lorentzen & Wettre im Februar 2013 mit der Installation eines Prüfsystems für Papierprofile.
In Perlen wurde an der PM7 für die automatische Qualitätsprüfung ein neuer Prüfraum mit entsprechender Klimatisierung aufgebaut. In diesem Raum befinden sich die L&W Autoline 400, die die Profilstreifen der PM7 sowie der weiteren Papiermaschine (PM4) automatisch prüft. Die Proben der PM4 werden über eine Rohrpost zur PM7 geschickt.
Die zweiwöchige Inbetriebnahme und Schulung war im Mai 2013 abgeschlossen, danach startete der Probebetrieb. Die Komplettübernahme des Systems erfolgte kurz darauf Ende August. Im Gegensatz zu herkömmlichen Messgeräten für die Papierprüfung sind bei dem hier zum Einsatz kommenden automatisierten System kaum Bedienermaßnahmen oder Spezialkenntnisse erforderlich. Diese Ressourcen werden daher für die Prozessoptimierung bei der Papierherstellung genutzt.

Probenahme mit dem L&W Profile Sample Cutter
Bei der Papierprüfung ist es wichtig, dass die Testproben stets in gleicher Weise geschnitten werden. Daher verwendet die Perlen Papier AG den L&W „Profile Sample Cutter“. Mithilfe dieses Probenschneiders können die Proben von einer Person am Tambour geschnitten werden. Darüber hinaus wird der Probenstreifen, um Falten und Verschmutzungen zu vermeiden, direkt im Schneider aufgewickelt. Die Proben sind über einen Barcodeaufkleber gekennzeichnet. Über eine Datenschnittstelle zum Fabriknetzwerk weiß die Prüfstraße, dass eine Analyse durchgeführt werden soll. Die Mitarbeiter nehmen die aufgerollte Probe und legen diese in ein leeres Fach des Probenladers. Das System erkennt die Probe über den Barcode und führt diese automatisch in die Prüfstraße ein. Dort wird die Probe dann vermessen. Mit der vergebenen Schrittweite werden die Qualitätsparameter
erfasst.

Einfach, schnell und mit hoher Präzision
Mit dem Einlegen der Probe in die L&W Autoline ist die Arbeit des Bedieners schon getan. Die Probe wird automatisch durch das System geführt, während die Messungen vorgenommen werden. Das Prüfsystem ist besonders schnell und zuverlässig und zeichnet sich durch einzigartige Leistung und einmalige Messoptionen aus. Da das Instrument mehr als 50 verschiedene Papiereigenschaften – die meisten von ihnen entsprechen internationalen Normen – schnell messen und auswerten kann, ist in vielen Fällen lediglich ein Prüfsystem für mehrere Papiermaschinen an einem Produktionsstandort erforderlich. Der dann noch notwendige Personalaufwand ist gering.
Geschwindigkeit, Präzision und Häufigkeit der vorgenommenen Messungen ermöglichen neben kurzfristigen Prozessverbesserungen auch langfristige Prozessänderungen zur Herstellung eines Produktes mit hoher homogener Qualität. Diese Art der Automatisierung stellt eine fundamentale Änderung im Betrieb einer Papierfabrik dar, es handelt sich sozusagen um einen Paradigmenwechsel. Dies betrifft die Einstellung zum Arbeitsumfeld ebenso wie die Rolle der Mitarbeiter. Dem qualifizierten Personal bleiben eintönige Routinearbeiten erspart, da diese mit geringerem Zeit- und Kostenaufwand maschinell durchgeführt werden. Für die Spezialisten bleibt daher mehr Zeit, sich wichtigeren Dingen zu widmen, zum Beispiel der Weiterentwicklung und Verbesserung der Prozessabläufe und der Produktqualität.
Durch den exakten Vorschub wird die Probe jedes Mal an der gleichen Position gemessen. Das erleichtert außerdem Vergleiche einer bestimmten Querrichtungsposition bei der Analyse von Variationen in Maschinenrichtung.
Die im Vergleich zur manuellen Prüfung größere Anzahl von Messungen des Querprofils ergibt einen zuverlässigeren statistischen Mittelwert der Messungen. Somit lassen sich mit einem automatisierten System wesentlich größere Datenmengen erfassen. So ist es möglich, jede einzelne Eigenschaft an jedem Tambour zu messen. Die Perlen Papier AG erfasst folgende Qualitätsparameter:
Papierglanz beidseitig
Oberflächenrauigkeit nach dem PPS-Verfahren
beidseitig
Porosität
Optische Eigenschaften (Weiße, Farbort, Opazität)
Formation
Papierdicke
Faserorientierung
Feuchtigkeit
Flächengewicht
Zugfestigkeit in Maschinen- und Querrichtung
Weiterreißfestigkeit in Maschinen- und Querrichtung
An den Bediener wird eine Warnung ausgegeben, wenn die Messergebnisse nicht innerhalb der spezifizierten Ziele und Grenzen liegen.

Verschiedene Berichtsformate
Es können drei verschiedene Berichtstypen erstellt werden: Der Tambourbericht ist eine statistische Zusammenfassung der Probe mit Mittelwert, Standardabweichung oder Variationskoeffizient sowie eingestellter Soll- und Grenzwerte. Der Grafikbericht kann für jede gemessene Eigenschaft eine Querprofilgrafik darstellen. Der Einzelwertbericht umfasst die Werte aller einzelnen Messungen. Diese Einzelwerte werden auch an das Firmennetzwerk gesendet.
Die Testergebnisse sind je nach Testverfahren, nach der Anzahl getesteter Eigenschaften und der Probenlänge in wenigen Minuten erstellt. Bei der Perlen Papier AG liegt die durchschnittliche Messzeit das Standardprüfprogrammes für die PM4 bei circa acht Minuten und für die PM7 bei circa 14 Minuten.
Die erhaltenen Messwerte werden direkt auf das Datenerfassungssystem der Fabrik übertragen. Die Daten der Qualitätsprüfung stehen somit den Mitarbeitern fast in Echtzeit zur Verfügung. Sobald die Messung beendet ist, werden die Ergebnisse direkt auf dem Bildschirm als Querprofil grafisch oder in Tabellenform dargestellt. Die Ergebnisse werden verwendet, um die Papierqualität zu verifizieren und den Prozess zu optimieren. Das schnelle Feedback an die Produktion ermöglicht es dem Maschinenbediener, sofort, auch bei minimalen Veränderungen der Papierqualität, gegenzusteuern. Er kann den Trend der Testergebnisse verfolgen und entsprechende Maßnahmen zur Prozessoptimierung ergreifen.

Fazit
Der weltweit führende Hersteller von Systemen für die Qualitätskontrolle und Prozessoptimierung in der Zellstoff- und Papierindustrie, Lorentzen & Wettre, hat mit dem Auftrag der Perlen Papier AG bereits mehr als 350 L&W Autoline-Systeme rund um den Erdball installiert.
Perlen Papier ist mit der Projektabwicklung sehr zufrieden. Alle Anforderungen sind umgesetzt. Für den Papierhersteller war eine schnelle Akzeptanz bei den Mitarbeitern sehr wichtig. Dies war bedingt durch die direkte Vergleichbarkeit der Messwerte mit den bekannten Werten der manuellen Prüfung.
Auch im Jahr 2014 konnte der Anwenderkreis für automatisierte Papierprüfsysteme erweitert werden. Bei dem oben beschreiben Einsatz handelt es sich um grafische Papiere, aber die aktuell durchgeführten Installationen sind in ganz anderen Produktbereichen angesiedelt. Dies zeigt die tatsächliche Flexibilität des modularen Konzeptes und die breite Nutzbarkeit der automatischen Papierprüfung. Im Verlauf des letzten Jahres wurden Anlagen für folgende Papiersorten erfolgreich in Betrieb genommen: Spezialpapier, Gipsplattenkarton und Wellenstoff- beziehungsweise Testlinerproduktion.L