EP1631936A1 - Verfahren zur erhöhung der leistungsfähigkeit einer anlage zur ausführung eines industriellen prozesses - Google Patents

Verfahren zur erhöhung der leistungsfähigkeit einer anlage zur ausführung eines industriellen prozesses

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EP1631936A1
EP1631936A1 EP04736391A EP04736391A EP1631936A1 EP 1631936 A1 EP1631936 A1 EP 1631936A1 EP 04736391 A EP04736391 A EP 04736391A EP 04736391 A EP04736391 A EP 04736391A EP 1631936 A1 EP1631936 A1 EP 1631936A1
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EP
European Patent Office
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performance
control
plant
control loops
process variables
Prior art date
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Withdrawn
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EP04736391A
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English (en)
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Stefan Haaks
Gerd Michaelis
Christian-Marius Wegner
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1631936A1 publication Critical patent/EP1631936A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/006—Calibration or setting of parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2239/00—Miscellaneous
    • H01H2239/078—Variable resistance by variable contact area or point
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for DC applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for DC systems

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the performance of a plant for carrying out an industrial process.
  • Such an industrial process can be a process with continuous material webs such as in the production of paper, textiles, plastic or metal foils.
  • the performance of the process is determined by the speed of the web, e.g. measured in meters per second.
  • the invention is based on the knowledge that previous measures for increasing the performance in the plants were always based on selective considerations of the plant and therefore generally lack long-term sustainability. Based on the determination of the process variables relevant to the performance of the system and their detection under changing operating conditions, a comprehensive consideration of the influencing factors limiting the performance of the system is ensured. Under changing operating conditions, the operating conditions that occur during regular operation of the system, i.e. e.g. in the case of a paper machine, the operation of the machine with paper of different qualities and types is understood. It is thus avoided that only some aspects of the system, such as the drive system are considered under some special operating conditions, but other factors and operating conditions that are decisive for performance are not taken into account. As a result, not only a short-term, but a sustainable increase in performance is possible.
  • the lowest control reserve of the control loops determines the increase in performance that can be achieved without further measures. This ensures that the development of existing power reserves is checked first and that these reserves are tapped if necessary. This puts the under economic The most achievable increase in performance.
  • control loops with too little control reserve already shows the effort that will be required for further investigations and possibly also for the implementation of measures to increase performance.
  • a decision is made to define a lower increase in output so that further investigations are only necessary for the correspondingly smaller number of control loops.
  • a technical and / or technological control loops with insufficient Rege 'lreser- ve and Development of measures to prepare the respective necessary control reserves by relieving the respective control circuits and / or by replacing components is carried out in subsequent steps Examine in the respective control loops through more powerful components.
  • the method according to the invention is particularly advantageously suitable for increasing the performance in a system for executing a continuous process, in particular a process for producing continuous webs of material, e.g. Paper, textiles, plastic or metal foils, the performance of which is determined by the speed of the web.
  • a process for producing continuous webs of material e.g. Paper, textiles, plastic or metal foils, the performance of which is determined by the speed of the web.
  • 5 shows a machine speed / torque diagram for determining the control reserve in a drive motor and 6 shows a determination of the control reserve in the drive motor of FIG. 5.
  • Appendix 1 shows a system 1 for the production of paper.
  • Appendix 1 includes a wide variety of system parts that are required for the various steps in the paper manufacturing process, e.g. a stock preparation la, a paper machine lb, rewinder / calender lc, slitter ld and cross cutter le.
  • the paper passes through 8 essential parts of the system 1 as a web.
  • the system 1 has a multiplicity of drive components 11, automation components 12 and energy supply components 13 for the drive, the power supply and the control or regulation of the various components in the manufacturing process.
  • a device 2 is used to determine the control reserves in the system 1.
  • the device 2 has a detection unit 3, an evaluation unit 4, an input unit 7 and an output unit 5.
  • the detection unit 3 is used to detect process variables P1 ... P10 of the paper manufacturing process on the system 1.
  • the process variables can come from a wide variety of sources of the process and can be in any, also different, form, for example analog, binary, numerical and / or as a variable physical variable.
  • the evaluation unit 4 serves to determine the control reserves in the control loops of the system 1. For this purpose, a large number of performance characteristics for a large number of components occurring in systems, in particular right of standard components. With the help of the output unit 5, the control reserves can be displayed. Furthermore, the device 2 has an input unit 7 for inputting a desired increase in output in the system 1.
  • the method according to the invention is explained in FIG. 2 using a flow chart.
  • the method is advantageously carried out by a service provider who has the appropriate know-how and technical options for carrying it out.
  • a first step 31 - as explained in detail in FIGS. 3 and 4 - the process variables relevant to the performance of the system are determined.
  • these process variables are recorded under changing operating conditions of the system and in a third step 33 - as explained by way of example in FIGS. 5 and 6 - a minimum control reserve of the control loops of the system is determined on the basis of the recorded process variables.
  • This control reserve can be used to increase the performance of the system without any significant investment.
  • a step 33a it is therefore checked whether an increase in power beyond this lowest control reserve is desired. If this is not the case, the method can be ended in a method step 39b by tapping into the existing power reserves.
  • a further increase in output is desired in the system, such a desired increase in output of the system can be defined in a further method step 34.
  • the control reserves required for the desired increase in power are determined in the control loops of the system, and in a further method step 36 the control loops are determined with a control reserve that is too low for the desired increase in power.
  • technical and / or technological investigations of the control loops can be carried out in a further method step 37 and measures can be developed to produce the respectively required control reserves by relieving the respective control loops and / or by replacing components in the respective control loops with more powerful components become.
  • a technical and / or business assessment can be carried out for these measures, on the basis of which the measures in step 39a are finally implemented.
  • a process variable representing the performance of the plant is determined in a first step.
  • a process variable representing the performance of the plant is determined in a first step.
  • a paper manufacturing plant e.g. the speed of the paper in the system.
  • a core process 6 of the system is defined and all interfaces 21-25 of the core process 6 to the secondary processes 41-45 surrounding it (for example secondary processes for the supply of energy, water and compressed air). determined and examined for correlations with this representative process variable. This can be done by measuring the physical effects (e.g. forces, currents, fields, flow rates, pressures) at these interfaces. The measurement of these physical effects or process variables can be provided by existing and / or additional ones
  • the sub-process running on the paper machine can be defined as the core process. Interfaces to secondary processes with interdependencies with the speed of the paper passing through are then found primarily in the area of material and energy flows, for example in the supply of energy, steam, water, fibers, chemicals and additives as well as the removal of water, condensate and waste heat.
  • the relevant process variables in the area of secondary processes are - as shown in FIG.
  • the energy supply 51 (measured, for example, as power P), the steam supply 52 (measured as volume per unit of time), the water supply 53 (measured as Volume per unit time), the fiber supply 54 (measured as mass per unit time), the chemical supply 55 (measured as mass per unit time), the water discharge 56 (measured as volume per unit time), the condensate discharge 57 (measured as unit volume per unit time) and the Waste heat removal 58 (measured as power P).
  • FIG. 6 shows the torque M of the motor over the speed v of the machine, these two parameters being shown by a linear relationship in accordance with FIG. represents through the line G, are approximated.
  • the maximum power of a motor or converter (whichever is lower) is a hyperbolic curve HK in the speed / load level v / M.
  • the distance RV of this hyperbolic curve HK to the straight line G is a measure of the control reserve and thus of the maximum possible speed increase.
  • control reserve e.g. With regard to the positioning of a vacuum or steam control valve, speed and load of an auxiliary drive, of liquid flows etc., the machine speed can also be plotted instead of over the load over the position of the valve, the speed of the auxiliary drive or the liquid flow, the residence time determined and approximated linear or more complex relationship with the velocity v can be determined.
  • processes to be considered are usually not very dynamic.
  • the dynamic components in the process variables are not of primary interest even for the determination of the control reserves. Rather, the average long-term behavior of the process variables is of greater interest.
  • the process variables are therefore preferably filtered (approx. 2 s) and only sampled approx. Every 5s.
  • An online evaluation of the recorded data with subsequent data compression is preferably carried out for a subsequent offline evaluation of the recorded data.

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Abstract

Eine wirtschaftliche und nachhaltige Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer Anlage (1) zur Ausführung eines industriellen Prozesses ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit folgenden Schritten möglich: - Ermitteln von für die Leistungsfähigkeit der Anlage (1) relevanten Prozessgrößen (P1 ... P10), - Erfassen der Prozessgrößen (P1 ... P10) unter wechselnden Betriebsbedingungen der Anlage, - Bestimmen einer geringsten Regelreserve der Regelkreise der Anlage anhand der erfassten Prozessgrößen (P1 ... P10).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer Anlage zur Ausführung eines industriellen Prozesses
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer Anlage zur Ausführung eines industriellen Prozesses.
Eine Leistungserhöhung einer Anlage zur Ausführung eines industriellen Prozesses um wenige Prozentpunkte führt in der Regel zu einer überproportional hohen Steigerung des Ertrages für den Betreiber der Anlage. Beispielsweise kann es sich bei einem solchen industriellen Prozesses um einen Prozess mit durchlaufenden Warenbahnen wie bei der Herstellung von Papier, Textilien, Kunststoff- oder Metallfolien handeln. Bei solchen Prozesses wird die Leistungsfähigkeit des Prozesses durch die Geschwindigkeit der Warenbahn, z.B. gemessen in Metern pro Sekunde, bestimmt.
Wenn ein Maschinenteil für eine in der Anlage enthaltene Maschine oder ein komplettes Anlagenteil für eine solche Anlage ausgelegt wird, erfolgt dies meistens auf der Basis ähnlicher Maschinen oder Anlagenteile unter Berücksichtigung einiger Leistungsreserven. Unter den in der Anlage vorliegenden Betriebsbedingungen sind die Belastungen der Maschine oder des Anlagenteils allerdings meist unterschiedlich zu den in den bisher bekannten, ähnlichen Anlagen. Es ist somit nicht möglich, eine sichere Aussage darüber zu treffen, welche Leis- tungserhöhung in der Anlage möglich ist, ohne ein oder mehrere Teile der Anlage zu überlasten.
Bisher entbehren Maßnahmen zur Leistungserhöhung in solchen Anlagen, insbesondere in komplexen Anlagen wie z.B. Anlagen zur Ausführung kontinuierlicher Prozesse zur Herstellung von Warenbahnen, zudem in der Regel einer langfristigen Nachhaltigkeit. Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches eine nachhaltige und wirtschaftliche Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer Anlage ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9.
Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass bisherige Maßnahmen zur Leistungserhöhung in den Anlagen immer nur auf punktuellen Betrachtungen der Anlage beruhten und deshalb in der Regel einer langfristigen Nachhaltigkeit ent- behrten. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehene Ermittlung der für die Leistungsfähigkeit der Anlage relevanten Prozessgrößen und deren Erfassung bei wechselnden Betriebsbedingungen ist eine umfassende Berücksichtigung der die Leistung der Anlage begrenzenden Einflussfaktoren gewährleistet. Unter wechselnden Betriebsbedingungen werden hierbei die im regulären Betrieb der Anlage vorkommender Betriebsbedingungen, d.h. z.B. im Fall einer Papiermaschine der Betrieb der Maschine bei Papier unterschiedlicher Qualitäten und Sorten, verstanden. Es wird somit vermieden, dass nur punktuell einige As- pekte der Anlage, wie z.B. das Antriebssystem, unter einigen speziellen Betriebsbedingungen betrachtet werden, dagegen andere für die Leistungsfähigkeit maßgebende Faktoren und Betriebsbedingungen aber nicht berücksichtigt werden. Als Ergebnis ist hierdurch nicht nur eine kurzfristige, sondern ei- ne nachhaltige Erhöhung der Leistungsfähigkeit möglich.
Die geringste Regelreserve der Regelkreise bestimmt die ohne weitere Maßnahmen erreichbare Leistungserhöhung. Es ist somit gewährleistet, dass zuerst die Erschließung der vorhandenen Leistungsreserven überprüft und diese Reserven gegebenenfalls erschlossen werden. Dies stellt die unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten am günstigsten erreichbare Leistungserhöhung dar.
Falls mit zusätzlichen Maßnahmen eine über die vorhandene Leistungsreserve hinausgehende Leistungserhöhung angestrebt wird, kann dies dadurch erfolgen, dass eine angestrebte Leistungserhöhung der Anlage definiert wird, die für die angestrebte Leistungserhöhung notwendigen Regelreserven in den Regelkreisen der Anlage bestimmt werden und die Regelkreise mit einer für die angestrebte Leistungserhöhung zu geringen Regelreserve ermittelt werden.
Aus der Anzahl der Regelkreise mit zu geringer Regelreserve ist bereits ersichtlich, welcher Aufwand für weitere Untersu- chungen und möglicherweise auch für die Implementierung von Maßnahmen zur Leistungserhöhung notwendig sein wird. Bei einer hohen Anzahl von Regelkreisen kann u.U. entschieden werden, eine geringere Leistungserhöhung zu definieren, so dass nur für die entsprechend geringere Anzahl von Regelkreisen die weitere Untersuchungen notwendig sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt in weiteren Schritten ein technisches und/oder technologisches Untersuchen der Regelkreise mit zu geringer Rege'lreser- ve und ein Erarbeiten von Maßnahmen zur Herstellung der jeweilig benötigten Regelreserven durch Entlastung der jeweiligen Regelkreise und/oder durch Ersetzen von Komponenten in den jeweiligen Regelkreisen durch leistungsfähigere Komponenten.
Diese Maßnahmen können abschließend technisch und/oder betriebswirtschaftlich bewertet werden. Anhand dieser Bewertung kann der Entscheidungsprozess für die Implementierung der Verbesserungsmaßnahmen vereinfacht und eine unter Kos- ten/Nutzen-Gesichtspunkten optimale Lösung für den Betreiber der Anlage gefunden werden. Insgesamt stellt die Abfolge der vorgenannten Schritte sicher, dass die Punkte vorrangig behandelt werden, bei denen das höchste Verbesserungspotential besteht bzw. die Wirtschaftlichkeit einer Umsetzung am höchsten ist. Zugleich er- laubt diese Vorgehen die wirtschaftliche Erschließung vorhandener Leistungsreserven auch bei hoher Komplexität einer Anlage.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders vorteil- haft zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit bei einer Anlage zur Ausführung eines kontinuierlichen Prozesses, insbesondere eines Prozesses zu Herstellung von durchlaufenden Warenbahnen, z.B. Papier, Textilien, Kunststoff- oder Metallfolien, deren Leistungsfähigkeit durch die Geschwindigkeit der Warenbahn bestimmt wird.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren nä- her erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 eine Erfassung von Prozessgrößen bei einer Anlage zur Papierherstellung,
FIG 2 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes anhand eines Ablaufdiagramms,
FIG 3 eine prinzipielle Darstellung zur Ermittlung der für die Leistungsfähigkeit einer Anlage relevanten Prozessgrößen,
FIG 4 eine Darstellung der relevanten Prozessgrößen bei einer Papiermaschine,
FIG 5 ein Maschinengeschwindigkeit/Drehmoment-Diagramm für die Bestimmung der Regelreserve bei einem Antriebsmotor und FIG 6 eine Bestimmung der Regelreserve bei dem Antriebsmotor der FIG 5.
Die FIG 1 zeigt eine Anlage 1 zur Herstellung von Papier. Die Anlage 1 umfasst verschiedenste Anlagenteile, die für die verschiedenen Schritte im Herstellungsprozess für Papier benötigt werden , so z.B. eine Stoffaufbereitung la, eine Papiermaschine lb, Umroller/Kalander lc, Rollenschneider ld und Querschneider le. Das Papier durchläuft als Warenbahn 8 wesentliche Teile der Anlage 1.
Die Anlage 1 weist für den Antrieb, die Stromversorgung und der Steuerung bzw. Regelung der verschiedenen Komponenten im Herstellungsprozess eine Vielzahl von Antriebskomponenten 11, Automatisierungskomponenten 12 und Energieversorgungskomponenten 13 auf.
Eine Vorrichtung 2 dient zur Ermittlung der Regelreserven in der Anlage 1. Die Vorrichtung 2 weist eine Erfassungseinheit 3, eine Auswerteeinheit 4, eine Eingabeeinheit 7 und eine Ausgabeeinheit 5 auf.
Die Erfassungseinheit 3 dient zur Erfassung von Prozessgrößen P1...P10 des Papierherstellungsprozesses auf der Anlage 1.
Dabei kann es sich z.B. um Messsignale handeln, die mit Hilfe von in der Anlage 1 bereits vorhandenen und/oder vorzusehenden Signalgebern erfasst werden.
Die Prozessgrößen können aus verschiedensten Quellen des Prozesses stammen und in beliebiger, auch unterschiedlicher Form, z.B. analog, binär, numerisch und/oder als veränderliche physikalische Größe vorliegen. Die Auswerteeinheit 4 dient zur Bestimmung der Regelreserven in den Regelkreisen der Anlage 1. Hierzu sind in einem Speicher der Auswerteeinheit 4 ein große Anzahl von Leistungskennlinien für eine Vielzahl von in Anlagen vorkommenden Komponenten, insbesonde- re von Standardkomponenten, hinterlegt. Mit Hilfe der Ausgabeeinheit 5 können die Regelreserven zur Anzeige gebracht werden. Ferner weist die Vorrichtung 2 eine Eingabeeinheit 7 zur Eingabe einer angestrebten Leistungserhöhung in der Anla- ge 1 auf.
In FIG 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ablaufdiagramms erläutert. Das Verfahren wird vorteilhafterweise von einem Dienstleistungsanbieter durchgeführt, der ent- sprechendes Know-How und technische Möglichkeiten zu dessen Durchführung aufweist.
In einem ersten Schritt 31 werden - wie im Detail in FIG 3 und 4 erläutert - die für die Leistungsfähigkeit der Anlage relevanten Prozessgrößen ermittelt. In einem zweiten Schritt 32 werden diese Prozessgrößen unter wechselnden Betriebsbedingungen der Anlage erfasst und in einem dritten Schritt 33 - wie beispielhaft in FIG 5 und 6 erläutert - eine geringste Regelreserve der Regelkreise der Anlage anhand der erfassten Prozessgrößen ermittelt. Diese Regelreserve kann zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Anlage ohne nennenswerten Investitionsaufwand genutzt werden. In einem Schritt 33a wird deshalb geprüft, ob eine über diese geringste Regelreserve hinausgehende Leistungserhöhung gewünscht ist. Ist dies nicht der Fall, kann in einem Verfahrensschritt 39b durch Erschließung der vorhandenen Leistungsreserven das Verfahren beendet werden.
Falls eine darüber hinaus gehende Leistungserhöhung in der Anlage gewünscht ist, kann in einem weiteren Verfahrensschritt 34 eine solche angestrebten Leistungserhöhung der Anlage definiert werden. In einem weiteren Verfahrensschritt 35 werden die für die angestrebte Leistungserhöhung notwendigen Regelreserven in den Regelkreisen der Anlage bestimmt und in einem weiteren Verfahrensschritt 36 die Regelkreise mit einer für die angestrebte Leistungserhöhung zu geringen Regelreserve ermittelt. Für die Regelkreise mit zu geringer Regelreserve können in einem weiteren Verfahrensschritt 37 technische und/oder technologische Untersuchungen der Regelkreise durchgeführt und Maßnahmen zur Herstellung der jeweilig benötigten Regelreserven durch Entlastung der jeweiligen Regelkreise und/oder durch Ersetzen von Komponenten in den jeweiligen Regelkreisen durch leistungsfähigere Komponenten erarbeitet werden. In einem weiteren Verfahrensschritt 38 kann für diese Maßnahmen eine technische und/oder betriebswirtschaftlichen Bewertung erfolgen, auf Basis derer eine abschließende Implementierung der Maßnahmen im Verfahrensschritt 39a erfolgt.
Die für die Leistungsfähigkeit einer Anlage relevanten Pro- zessgrößen können dadurch auf einfache Weise festgestellt werden, dass im übertragenen Sinne die an sich aus der technischen Mechanik bekannte Methode des "Freischneidens" angewandt wird.
Hierzu wird in einem ersten Schritt eine die Leistungsfähigkeit der Anlage repräsentierende Prozessgröße ermittelt. Im Fall einer Anlage zur Papierherstellung handelt es sich z.B. um die Geschwindigkeit des Papiers in der Anlage.
In einem nächsten Schritt wird, wie prinzipiell in FIG 3 dargestellt, ein Kernprozess 6 der Anlage definiert und sämtliche Schnittstellen 21 - 25 des Kernprozesses 6 zu den ihn umgebenden Nebenprozessen 41 - 45 (z.B. Nebenprozessen zur E- nergie-, Wasser- und Druckluftversorgung) bestimmt und auf Wirkungszusammenhänge mit dieser repräsentierenden Prozessgröße untersucht. Dies kann durch messtechnisches Erfassen der physikalischen Effekte (z.B. Kräfte, Ströme, Felder, Durchflüsse, Drücke) an diesen Schnittstellen erfolgen. Die Messung dieser physikalischen Effekte bzw. Prozessgrößen kann durch bereits vorhandene und/oder zusätzlich vorzusehende
Signalgeber erfolgen, die gegebenenfalls an den Schnittstellen angebracht werden müssen. Findet sich an einer Schnittstelle ein WirkungsZusammenhang mit der repräsentierenden Prozessgröße, so liegt an dieser Schnittstelle eine für die Leistungsfähigkeit der Anlage re- levante Prozessgröße vor und es wird für die Komponenten des Nebenprozesses eine genauere messtechnische Untersuchung zur Bestimmung der Regelreserven durchgeführt. Die Schnittstellen ohne WirkungsZusammenhang werden nicht weiter betrachtet und statt dessen die Schnittstellen enger um den Kernprozess ge- zogen bzw. in das Innere des Kernprozesses verlegt und an diesen neuen Schnittstellen auf einen WirkungsZusammenhang mit der repräsentierenden Prozessgröße untersucht. Auch hierbei werden Schnittstellen mit WirkungsZusammenhang mit der repräsentierenden Prozessgröße als relevante Prozessgrößen identifiziert, für die in weiteren Schritten genauere messtechnische Untersuchung zur Bestimmung der Regelreserven durchgeführt werden.
Durch ein solches systematisches, schrittweises "Engerziehen" der Schnittstellen von den Nebenprozessen bis hinein in den Kernprozess wird sichergestellt, dass nicht nur im Bereich des Kernprozesses sondern auch im Bereich der Nebenprozesse sämtliche für die Leistungsfähigkeit der Anlage relevanten Prozessgrößen ermittelt werden.
Im Fall einer Anlage zur Papierherstellung kann als Kernprozess z.B. der auf der Papiermaschine ablaufende Teilprozess definiert werden. Schnittstellen zu Nebenprozessen mit Wirkungszusammenhängen mit der Geschwindigkeit des durchlaufen- den Papiers finden sich dann v.a. im Bereich der Material- und Energieflüsse, so z.B. bei der Zufuhr von Energie, Dampf, Wasser, Fasern, Chemikalien und Zuschlagstoffe sowie der Abfuhr von Wasser, Kondensat und Abwärme. Die relevanten Prozessgrößen im Bereich der Nebenprozesse sind somit in diesem Fall - wie in FIG 4 dargestellt - die Energiezufuhr 51 (z.B. gemessen als Leistung P) , die Dampfzufuhr 52 (gemessen als Volumen pro Zeiteinheit) , die Wasserzufuhr 53 (gemessen als Volumen pro Zeiteinheit) , die Faserzufuhr 54 (gemessen als Masse pro Zeiteinheit) , die Chemikalienzufuhr 55 (gemessen als Masse pro Zeiteinheit) , die Wasserabfuhr 56 (gemessen als Volumen pro Zeiteinheit) , die Kondensatabfuhr 57 (gemessen als Volumen pro Zeiteinheit) und die Abwärmeabfuhr 58 (gemessen als Leistung P) . Diese relevanten Prozessgrößen können nun unter wechselnden Betriebsbedingungen der Anlage, z.B. für verschiedene Qualitäten und Sorten von Papier, erfasst und - wie nachstehend erläutert - die Regelreserven in den Regelkreisen der Anlage zur Papierherstellung ermittelt werden.
Mit Hilfe von FIG 5 und FIG 6 soll eine vorteilhafte Vorgehensweise zur Bestimmung der Regelreserve bei einem Elektro- motor zum Antrieb einer Papiermaschine der Anlage 1 gemäß FIG 1 erläutert werden. Die Vorgehensweise ist grundsätzlich auch auf die anderen Regelkreise der Anlage (z.B. Dampf, Vakuum, Beschichtung) anwendbar.
Bei einer bestimmten Geschwindigkeit v des Papiers in der Papiermaschine liegt eine bestimmte Last (Drehmoment) M am E- lektromotor vor. Dieser Betriebspunkt definiert eine bestimmte Klasse K in der in FIG 4 dargestellten Geschwindig- keits/Last-Ebene v/M. Für jede Klasse K wird die Zeit (Ver- weildauer) T gezählt, in der der Motor in dieser Klasse betrieben wird und in einer Ebene senkrecht zur v/M-Ebene dargestellt. Es können somit die Klassen K mit den längsten Verweildauern ermittelt werden. Diese können anschließend angenähert durch einen lineare Zusammenhang zwischen Last M und Maschinengeschwindigkeit v beschrieben und durch eine Gerade G dargestellt werden. Grundsätzlich kann der Zusammenhang zwischen Last M und Maschinengeschwindigkeit v natürlich auch durch komplexere Funktionen beschrieben werden.
Das Diagramm der FIG 6 zeigt über der Geschwindigkeit v der Maschine das Drehmoment M des Motors, wobei diese beiden Parameter durch einen linearen Zusammenhang gemäß FIG 4, darge- stellt durch die Gerade G, angenähert sind. Bei einem drehzahlgeregelten Antrieb ist die maximale Leistung eines Motors oder Umrichters (je nachdem, welche geringer ist) ein hyperbolische Kurve HK in der Geschwindigkeits/Last-Ebene v/M. Der Abstand RV dieser hyperbolischen Kurve HK zu der Gerade G ist ein Maß für die Regelreserve und somit für die maximal mögliche Geschwindigkeitserhöhung.
Im Fall der Bestimmung der Regelreserve z.B. bezüglich der Positionierung eines Vakuum- oder Dampf- Steuerventils, Geschwindigkeit und Last eines Hilfsantriebs, von Flüssigkeitsströme etc. kann die Maschinengeschwindigkeit statt über der Last auch über der Position des Ventils, der Geschwindigkeit des Hilfsantriebs oder dem Flüssigkeitsstrom aufgetragen, die Verweildauer bestimmt und der angenähert lineare oder komplexere Zusammenhang mit der Geschwindigkeit v bestimmt werden.
Die im Fall einer Anlage mit einem kontinuierlichen Produkti- onsprozess, z.B. einer Anlage zur Papierherstellung, zu be- trachtenden Prozesse sind in der Regel nicht sehr dynamisch. Die dynamischen Anteile in den Prozessgrößen sind sogar für die Bestimmung der Regelreserven nicht in erster Linie interessant. Von größerem Interesse ist vielmehr das durchschnittlichen Langzeitverhalten der Prozessgrößen. Die Pro- zessgrößen werden deshalb bevorzugt gefiltert (ca. 2 s) und nur ca. alle 5s abgetastet.
Bevorzugt wird eine Online-Auswertung der erfassten Daten mit anschließender Datenkompression für eine nachfolgende Off- line-Auswertung der erfassten Daten durchgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer Anlage (1) zur Ausführung eines industriellen Prozesses mit folgen- den Schritten:
- Ermitteln von für die Leistungsfähigkeit der Anlage (1) relevanten Prozessgrößen (Pl ... PIO),
- Erfassen der Prozessgrößen (Pl ... PIO) unter wechselnden Betriebsbedingungen der Anlage, - Bestimmen einer geringsten Regelreserve der Regelkreise der Anlage anhand der erfassten Prozessgrößen (Pl ... PIO).
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit den weiteren Schritten:
- Definieren einer angestrebten Leistungserhöhung der Anlage, - Bestimmen der für die angestrebte Leistungserhöhung notwendigen Regelreserven in den Regelkreisen der Anlage,
- Ermitteln der Regelkreise mit einer für die angestrebte Leistungserhöhung zu geringen Regelreserve.
3. Verfahren nach Anspruch 2 mit den weiteren Schritten:
- technisches und/oder technologisches Untersuchen der Regelkreise mit zu geringer Regelreserve und
- Erarbeiten von Maßnahmen zur Herstellung der jeweilig benötigten Regelreserven durch Entlastung der jeweiligen Re- gelkreise und/oder durch Ersetzen von Komponenten in den jeweiligen Regelkreisen durch leistungsfähigere Komponenten.
4. Verfahren nach Anspruch 3 mit dem weiteren Schritt: - Durchführen einer technischen und/oder betriebswirtschaftlichen Bewertung der Maßnahmen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei für die Ermittlung der relevanten Prozessgrößen ein Kernprozess definiert und Schnittstellen des Kernprozesses mit ihn umgebenden Nebenprozessen auf einen WirkungsZusammenhang mit einer die Leis- tungsfahigkeit der Anlage repräsentierenden Prozessgröße untersucht werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Anlage (1) um eine Anlage zur Ausführung eines kontinuierlichen Prozesses, insbesondere eines Prozesses zur Herstellung von durchlaufenden Warenbahnen (8), z.B. Papier, Textilien, Kunststoff- oder Metallfolien, handelt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Leistungsfähigkeit der Anlage durch die Geschwindigkeit der Warenbahn (8) bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren durch ein Dienstleistungsunternehmen durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozessgrößen bei ihrer Erfassung in etwa alle 2 Sekunden gefiltert und in etwa alle 5 Sekunden abgetastet werden.
EP04736391A 2003-06-10 2004-06-09 Verfahren zur erhöhung der leistungsfähigkeit einer anlage zur ausführung eines industriellen prozesses Withdrawn EP1631936A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10326428 2003-06-10
PCT/EP2004/006258 WO2004109571A1 (de) 2003-06-10 2004-06-09 Verfahren zur erhöhung der leistungsfähigkeit einer anlage zur ausführung eines industriellen prozesses

Publications (1)

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