DE102008013034B3

DE102008013034B3 - Verfahren zum Einstellen und/oder Optimieren einer einen Gutstoff von einem Schlechtstoff trennenden Sortieranlage und Sortieranlage

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Publication number: DE102008013034B3
Application number: DE200810013034
Authority: DE
Inventors: Alexander Martin; Armin FÜGENSCHUH; Mirjam DÜR; Christine Schönberger; Samuel Schabel; Klaus Villforth
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-08
Also published as: EP2255034A1; WO2009109278A1

Abstract

Ein Verfahren zum Einstellen einer wenigstens einen Gutstoff aus einem den Gutstoff und wenigstens einen weiteren Stoff enthaltenen Gemisch trennenden Sortieranlage mit einem Eingang zum Zuführen eines Gemischeinstroms, einem Ausgang für einen Gutstoffausstrom, der eine gegenüber dem Gemischeinstrom höhere Gutstoffkonzentration hat, einem weiteren Ausgang für einen Schlechtstoffausstrom, der eine gegenüber dem Gemischeinstrom geringere Gutstoffkonzentration hat, einer ersten Sortierstation, die einen Stationseingang zum Zuführen eines Stoffeinstroms, einen Stationsausgang für einen Akzept und einen Stationsausgang für einen Rejekt aufweist, und wenigstens einer zweiten Sortierstation, die einen Stationseingang zum Zuführen eines Stoffeinstroms, einen Stationsausgang für einen Akzept und einen Stationsausgang für einen Rejekt aufweist sowie deren Stationseingang an den Stationsausgang für den Sortierschlechtstoffstrom und/oder für den Sortiergutstoffstrom der ersten Sortierstation anschließbar ist, wobei für jede Sortierstation eine Rejektrate einstellbar ist, und mehreren Verteilern, die einen ankommenden Stoffstrom in einem einstellbaren Verteilverhältnis aufteilen und an eine oder mehrere Sortierstationen verteilen und/oder dem Rejekt und/oder Akzept zuführen, wobei eine Stoffkonzentration von Gutstoff im Gemisch erfasst wird, anhand der erfassten Stoffkonzentration und gegebenenfalls von Obergrenzen in dem Rejekt und Akzept ein Verteilverhältnis jedes Verteilers ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen und/oder Konzeptionieren einer wenigstens einen Gutstoff aus einem den Gutstoff und wenigstens einen weiteren Stoff enthaltenen Gemisch trennenden Sortieranlage. Vorzugsweise betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen und/oder Konzeptionieren einer wenigstens einen Gutstoff von wenigstens einem Schlechtstoff trennenden Sortieranlage.
Eine Sortieranlage hat üblicherweise einen Eingang zum Zuführen eines Gemischeinstroms, einen Ausgang für einen Gutstoffausstrom, der eine gegenüber dem Gemischeinstrom höhere Gutstoffkonzentration und eine geringere Schlechtstoffkonzentration hat, und einen weiteren Ausgang für einen Schlechtstoffausstrom, der eine gegenüber dem Gemischeinstrom geringere Gutstoffkonzentration bzw. höhere Schlechtstoffkonzentration aufweist.
Ein besonderes Anwendungsfeld der Erfindung betrifft die Altpapieraufbereitung, bei der Klebstoffe, die auch Stickies genannt sind, die Schlechtstoffe in dem Masseneinstrom darstellen, während die wertvollen wieder aufzubereitenden Fasern die Gutstoffe sind.
Beim Sortieren wird in der Altpapieraufbereitung der Klebstoff von den Fasern mechanisch getrennt, wobei der Gemischstrom unter Druck durch ein feines Sieb gepreßt wird. Diejenigen Anteile, die durch das Sieb gelangen, werden einem Ausfluß zugeführt, der auch Akzept oder Sortiergutstoffstrom genannt werden soll. Die in dem Sieb verbleibenden Stoffe werden einem anderen Ausfluß zugeführt, der auch Rejekt oder Sortierschlechtstoffstrom genannt sein kann. Die Güte der Trennung der Klebstoffe von den Fasern wird dabei über den auf das Gemisch ausgeübten Druck gesteuert, der an der Sortier- oder Siebstation eingestellt werden kann.
Im allgemeinen finden solche Trennverfahren in der Verfahrenstechnik vielfältige Anwendungen. Beispielsweise durch thermische Trennprozesse, wie das Destillieren oder Rektifizieren, lassen sich Komponenten aus Stoffgemischen abtrennen. In der Bioverfahrenstechnik werden Trennprozesse eingesetzt, um Mikroorganismen, Wirksubstanzen und Lösungsmittel zu separieren. In der mechanischen Verfahrenstechnik werden bekanntermaßen partikelförmige Substanzen aus Flüssigkeiten, Gasen oder aus Partikelgemischen abgesondert.
Nahezu bei allen Trennprozessen tritt das Problem auf, daß in einem einzelnen Trenn-Verfahrensschritt nicht die gewünschte Konzentration oder die gewünschte Reinheit der zu trennenden Komponenten erreicht wird. Es ist bekannt, mehrere gleichartige oder teilweise auch verschiedenartige Trennprozesse miteinander zu kombinieren.
Ein Verfahren zum Steuern eines Sortiersystems sowie ein Sortiersystem zum Einsatz dieses Verfahrens sind beispielsweise aus EP 1 318 229 A1 bekannt, bei dem sich das Trennverfahren auf die automatische Steuerung von Betriebsparametern beschränkt. Das Sortiersystem hat mehrere Sortierer, die durch ein Sieb gebildet sind. An jedem Sortierer werden ein eingangs- und ausgangsseitiger Massenstrom erfasst. Zur Modellierung des Betriebs des Sortiersystems kann ein Echtzeit-Algorithmus eingesetzt werden. Durchflußmengen, Drücke, Temperaturen usw. werden durch eine Online-Sensorik erfaßt. Die Online-Signale werden von dem Automatisierungssystem genutzt, um dadurch den Sortierprozeß zu steuern.
Bei der Konzeptionierung eines Anlagenaufbaus für Sortieranlagen wird zunächst erfaßt, welche Papiermengen in der Sortieranlage verarbeitet werden sollen. Außerdem sind Budget-Restriktionen zu beachten. Unter Berücksichtigung dieser und weiterer Betriebsrahmendaten wählt ein erfahrener Planer für Anlagen aus einem Sortiment verfügbarer Sortierer unterschiedlicher Rejektraten eine geeignete Teilmenge aus. Anschließend wird festgestellt, auf welche Weise die Sortierer untereinander verschaltet werden und wo im Leitungsnetz gegebenenfalls Verteiler eingebaut werden sollen. Aus der Erfahrung gibt es bewährte bekannte Schaltungsmuster, wie eine reine Vorwärtsschaltung, eine sogenannte Teilkaskade oder eine Vollkaskade. Aus diesen Schaltungsmustern wird ausgewählt. Auch im Anlagenbetrieb ist eine Vorabplanung notwendig. Nach der Erfassung der Altpapierzusammensetzung hinsichtlich Fasern und Stickies werden die Sortierer und die Verteiler eingestellt, so daß ein möglichst gutes Sortierergebnis zu erwarten ist. Hierbei muß sich auf das Erfahrungswissen des Anlagenbetreibers verlassen werden. Dabei ist von Nachteil, daß sowohl bei der Konzeptionierung als auch beim Betrieb der Anlagen deren Qualität ausschließlich von Erfahrungswissen einzelner Personen abhängt und insbesondere nicht garantiert werden kann, daß eine bestmögliche Sortierlösung erzielt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen einer Sortieranlage bereitzustellen, mit dem bestehende Sortieranlagen optimiert werden und neuartige Sortieranlagen bereits in der Entwicklungsphase optimiert und simuliert werden können, ohne einen hohen Sensoraufwand zur Bestimmung physikalischer Parameter betreiben zu müssen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Einstellen, Steuern und/oder Simulieren einer einen Gutstoff aus einem den Gutstoff und wenigstens einen weiteren Stoff enthaltenen Gemisch oder von einem Schlechtstoff trennenden Sortieranlage vorgesehen. Die Sortieranlage hat einen Eingang zum Zuführen eines Gemischeinstroms, einen Ausgang für einen Gutstoffausstrom, einem weiteren Ausgang für einen Schlechtstoffausstrom, eine erste Sortierstation, die einen Stationseingang zum Zuführen eines Einstroms und zwei Stationsausgänge für einen Akzept und einen Rejekt aufweist, und wenigstens eine zweite Sortierstation, die einen Stationseingang zum Zuführen eines Einstroms und zwei Stationsausgänge für einen Akzept und einen Rejekt aufweist sowie deren Stationseingang an den Stationsausgang für den Rejekt und/oder Akzept der ersten Sortierstation angeschlossen ist. Für jede Sortierstation ist eine Rejektrate einstellbar. Die Rejektrate gibt das Verhältnis von dem Rejekt und dem Einlaufmengenstoffstrom der Sortierstation an. Eine jeder Sortierstation zugeordnete Sortiergüte ergibt sich durch die einstellbare Rejektrate sowie durch den durch die Baukomponenten der Sortierstation vorgegebenen Beta-Parameter. Des weiteren ist die einzustellende Sortieranlage mit mehreren Verteilern versehen, die einen ankommenden Stoffstrom in einem einstellbaren Verteilverhältnis aufteilen und an eine oder mehrere Sortierstationen verteilen und/oder einem oder beiden Stoffausströmen der Sortieranlage zuführen. Erfindungsgemäß wird eine Stoffkonzentration oder ein Mischungsverhältnis von Gutstoff und Schlechtstoff im Masseneinstrom mit einer Meßvorrichtung erfaßt. Des weiteren können eine Obergrenze an Gutstoffen in dem Rejekt und eine Obergrenze für Schlechtstoffe in dem Akzept festgelegt werden. Anhand des erfaßten Mischungsverhältnisses und gegebenenfalls der Obergrenze werden ein Verteilverhältnis jedes Verteilers sowie eine Rejektrate jeder Sortierstation für eine Maximierung der Gutstoffe in dem Akzept und der Schlechtstoffe in dem Rejekt errechnet. Anhand des errechneten Verteilverhältnisses wird jeder Verteiler entsprechend eingestellt. Anhand der errechneten Rejektrate wird jede Sortierstation entsprechend eingestellt.
Mit dem erfindungemäßen Verfahren ist es möglich, nur mit Hilfe einer Auswertelogik, innerhalb deren ein Optimierungsalgorithmus arbeitet, die üblicherweise langwierige, ausschließlich auf Erfahrungswerten basierende und komplizierte Einstellaufgabe einer Sortieranlage in kurzer Zeit zu erledigen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist sogar eine Echtzeitsteuerung im Betrieb der Sortieranlage möglich. Dabei werden vorgegebene Obermengen von Schlechtstoffen im Akzept und vorgegebenen Obermengen von Gutstoffen im Rejekt eingehalten, wobei gleichzeitig die Menge der Gutstoffe im Akzept und die Menge der Schlechtstoffe im Rejekt maximiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat außerdem den Vorteil, daß die Sortieranlage vollautomatisch eingestellt werden kann, ohne daß auf einen Erfahrungsschatz eines Fachmanns der Sortieranlage zurückgegriffen werden muß.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Optimierung einer Sortieranlage bei deren Konzeptionierung sowie auch bei deren Betrieb zu erreichen, ohne daß sich auf Erfahrungswerte einzelner Personen zurückgegriffen werden.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, bei Kenntnis von bestimmten Sortieranlagenzwängen eine Sortieranlage bereits am Reißbrett zu entwerfen und sich dabei die Entscheidung zu erleichtern, welche am Markt verfügbaren Sortierstationen mit einstellbarer Rejektrate verwendet werden sollten und wie die Sortierstationen untereinander zu verbinden sind, um das gewünschte und beste Sortierergebnis zu erzielen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird jede Sortierstation durch einen sogenannten Beta-Parameter charakterisiert. Ein Beta-Parameter ist eine für jede Sortierstation spezifische Größe, anhand der zusätzlich mit Hilfe einer sogenannten Rejekt-Rate, die zwischen 0 und 1 liegt, die von Anlagenbetreibern am Sortierer einstellbar ist, die Sortiergüte jeder Sortierstation eingestellt werden kann.
Zum Überprüfen des tatsächlichen Sortierergebnisses der Sortieranlage werden die Mischungsverhältnisse sowohl des Rejekts als auch des Akzepts an den Ausgängen der Sortieranlage erfaßt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Errechnung der Verteilerverhältnisse sowie der Rejektrate mit Hilfe eines nicht-linearen gemischt-ganzzahligen Optimierungsalgorithmus realisiert. Für derartige Modelle, wie das die Erfindung betreffende Sortieranlagemodell, gibt es im wesentlichen drei Lösungsmethoden.
Eine erste Methode betrifft sogenannte Heuristiken, wie das Greedy-Verfahren, die Tabu-Suche, das Simulated Annealing oder Genetische Algorithmen. Diese Verfahren liefern nach sehr kurzer Rechenzeit eine Lösung, ohne daß eine garantierte Aussage über die Zulässigkeit oder Optimalität der gefundenen Lösung gemacht werden kann. In der Regel liefern diese Verfahren jedoch zulässige Lösungen von sehr guter Qualität, was auch nahoptimal bezeichnet wird. Diese Qualität kann aber nur durch andere Verfahren nachgewiesen werden, die anschließend angegeben werden.
Eine weitere Methode betrifft die sogenannten nicht-linearen Verfahren. Dabei wird ausgenutzt, daß die nicht-linearen Nebenbedingungen, wie Papiermenge, Budget-Restriktionen und weitere Rahmendaten bezüglich der Sortieranlage, bilineare Funktionen sind. Durch geeignete Relaxierungen (Konvexifizierungen) dieser Nebenbedingungen kann ein Bereich beschrieben werden, der konvex und damit von einfacher Struktur ist, und der die Menge der Lösungen der Nebenbedingungen enthält. Durch eine iterative Unterteilung und Verfeinerung dieses Bereichs wird die Lösungsmenge der Gleichungen immer besser approximiert und so eine Folge einfach lösbarer Optimierungsprobleme erzeugt, die die Lösung des ursprünglichen Problems mit vorgegebener Genauigkeit bestimmen. Dabei wird in jeder Iteration eine Schranke für den optimalen Zielfunktionswert berechnet, bis die vorgegebene Genauigkeit erreicht ist.
Eine weitere Methode betrifft lineare Verfahren. Die nicht-linearen Nebenbedingungen können stückweise linear approximiert werden. Diese approximierenden Nebenbedingungen benötigen zusätzliche binäre Entscheidungsvariablen. Auf diese Weise entsteht ein lineares gemischt-ganzzahliges Optimierungsproblem, welches über den üblichen Branch-and-Cut-Techniken gelöst werden kann. Gegenüber den nicht-linearen Verfahren haben lineare Verfahren den Nachteil eines Approximationsfehlers, aber den Vorteil einer schnelleren numerischen Lösung.
Bei der Erfindung wird eine Kombination der oben genannten Techniken verwendet, um nach kurzer Rechenzeit eine Lösung zu erzielen und anschließend die Optimalität der Lösung zu garantieren beziehungsweise eine bessere Lösung zu berechnen, wenn das Ergebnis der Heuristik noch nicht optimal war.
Das Optimierungsmodell bei einer Sortieranlage mit zwei zu trennenden Komponenten, Gutstoff, Schlechtstoff, hat mehrere nicht lineare Funktionsbedingungen und kann erfindungsgemäß wie folgt definiert werden. Es sei klar, daß das Optimierungsmodell auch mit mehreren zu trennenden Komponenten k durchgeführt werden kann. Zur besseren Lesbarkeit der Beschreibung wird allerdings hier im Folgenden das Beispiel eines Zweikomponentensortier-Optimierungs-Modells angegeben.
Am Eingang der Sortieranlage wird mit Hilfe der Meßvorrichtung der beide Komponenten enthaltene Masseneinstrom erfaßt. Das sogenannte Gesamtakzept, die Gesamtmenge an Gutstoffen, bzw. das Gesamtrejekt, die Gesamtmenge der sortierten Schlechtstoffe, werden mit m₂ ^acc bzw. m₂ ^rej bezeichnet.
Die Sortieranlage hat S Sortierstationen. Von diesen sollen n Sortierstationen (n ≤ S) für den Sortiervorgang ausgewählt werden. Eine Sortierstation s teilt den jeweiligen Stoffeinstrom in zwei Sortierstoffausströme m_s,2 ^rei und m_s,2 ^acc Aufgrund der Massenerhaltung muß gelten: ms1,2 in = ms1,2 rej + ms1,2 acc. (1)
Für den Sortiervorgang innerhalb einer Sortierstation gibt es verschiedene mögliche Modellierungen. Im folgenden wird das sogenannte Pfropfenströmungsmodell verwendet, welches die folgende Beziehung zwischen Masseneinstrom und dem Rejekt der Sortierstation annimmt: ms1,2 rej = ms1,2 in·rs βs1.2. (2)
β_s,2 bezeichnet einen stations- und komponentenspezifischen beta-Parameter der Sortierstation, welcher im Vorfeld des Verfahrens zu ermitteln ist oder in der Regel von dem Hersteller der Sortierstation angegeben wird. Die Variable r_s bezeichnet eine Zahl zwischen 0 und 1, die sogenannte Rejektrate, die an der Sortierstation eingestellt werden kann. Im Allgemeinen gilt, daß m_s1,2 ^rej eine Funktion des Masseneinstroms m_s1,2 ⁱⁿ, des beta-Parameters β_s sowie der Rejektrate r_s ist. Die Sortiergüte wird also durch die variable Rejektrate r_s und durch den beta-Parameter bestimmt. Im Falle von r_s = 0 wird der gesamte Masseneinstrom durch den Sortierer zum Ausgang für den Gutstoffstrom der Sortierstation geleitet. Im Falle von r_s = 1 wird der gesamte Masseneinstrom entsprechend zum Ausgang des Schlechtstoffstroms der Sortierstation geleitet. Typische Einstellungen liegen in dem Bereich r_s = 0,1 bis r_s = 0,5. Die Gleichung (2) ist eine nicht-lineare Nebenbedingung.
Des weiteren ist die Sortieranlage durch Verteiler definiert. In der definierten Sortieranlage gibt es V Verteiler. An jedem Verteiler kann das Verteilverhältnis eingestellt werden, gemäß dem sich der ankommende Massenstrom in zwei den Verteiler verlassende Massenströme aufteilen soll. Auch hier gilt die Massenerhaltungsgleichung mv1,2 in = mv1,2 out1 + mv1,2 out1. (3)
Eine Verteilvariable d_v des Verteilers v liegt zwischen 0 und 1 und gibt das sogenannte Verteilverhältnis an. Im Falle von d_v = 1 wird der gesamte Masseneinstrom zum Ausgang „out1" des Verteilers geleitet. Im Falle von d_v = 0 wird der gesamte Masseneinstrom über den Ausgang „out2" abgeleitet. Entsprechend können die Massenausströme des Verteilers errechnet werden: mv1,2 out1 = mv1,2 in·dv. (4)
Auch Gleichung (4) ist eine nicht-lineare Nebenbedingung.
Das Ziel des Optimierungsalgorithmus liegt darin, die Menge der Gutstoffe im Akzept wie die Menge der Schlechtstoffe im Rejekt zu maximieren, also:
Der Parameter g bezeichnet Gewichte für die Zielfunktion, zum Beispiel Kosten und Gewinne für die verschiedenen Komponenten. Sie sind von dem Anwender als Zielsortierergebnis frei wählbar. Die Obergrenze an Gutstoffen in dem Rejekt und an Schlechtstoffen in dem Akzept taucht nicht in der Zielfunktion auf, sondern ist Nebenbedingung. Eine weitere Nebenbedingung ist beispielsweise die Verformung oder Verkleinerung der Stoffe während der Sortierung.
Bei dem nicht linearen, gemischt-ganzzahligen Optimierungsalgorithmus wird die Tatsache ausgenutzt, daß die durch die Sortieranlage definierten nicht linearen Bedingungen/Funktionen [(2), (4)] bilinear sind. Durch eine geeignete Relaxierung (Konvexifizierung) der Gleichungen (2), (4) kann ein Bereich beschrieben werden, der konvex und damit von einfacher Struktur ist und die Menge der Lösungen beider Gleichungen enthält. Durch eine iterative Unterteilung und Verfeinerung des Bereichs wird die Lösungsmenge der Gleichun gen immer besser appromixiert/eingeschränkt und so eine Folge einfacher lösbarer Optimierungsprobleme erzeugt, die die Lösung des ursprünglichen Problems mit vorgegebener Genauigkeit bestimmen. Dabei wird in jeder Iteration eine obere bzw. untere Schranke für den optimalen Zielsortierwert berechnet, bis die vorgegebene Sortiergenauigkeit erreicht ist.
Zur Berechnung der oberen Schranke für den optimalen Zielsortierfunktionswert wird so vorgegangen, daß die lineare Zielfunktion (5) über der konvexifizierten zulässigen Menge maximiert wird, was mit Hilfe bekannter konvexer Optimierungsmethoden durchgeführt werden kann. Der Optimalwert dieses Hilfsproblems bildet eine obere Schranke für den optimalen Funktionswert der Zielfunktion über der zulässigen Menge des Teilproblems. Das Maximum über alle oberen Schranken aller Teilprobleme bildet eine globale obere Schranke.
Mit Hilfe primaler Verfahren werden gute zulässige Lösungen für die Teilprobleme berechnet. Eingesetzt in die Zielfunktion ergeben sich untere Schranken für die Teilprobleme. Das Maximum der unteren Schranken aller Teilprobleme bildet eine globale untere Schranke.
Ist die obere Schranke eines Teilproblems kleiner als die globale untere Schranke, so ist bewiesen, dass die Optimallösung nicht in diesem Teilproblem gefunden werden kann. Dieses Teilproblem wird daher in den folgenden Iterationen des Algorithmus vernachlässigt.
Durch geeignete Methoden zur Berechnung der oberen und unteren Schranken, die dem Stand der Technik auf diesem Gebiet entsprechen, wird sichergestellt, dass obere und untere Schranken sich in jeder Iteration des Algorithmus verbessern. Ist eine gewünschte Lösungsgenauigkeit vorgegeben, so terminiert der Algorithmus, sobald die Differenz zwischen der globalen oberen und der globalen unteren Schranke kleiner ist als diese vorgegebene Genauigkeit.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Sortieranlage gemäß den Merkmalen von Anspruch 4.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat der Verteiler drei Verteilverhältnisse, nämlich einen ungeteilten Durchlaß des Stoffstroms, eine vollständige Ableitung des Stoffstroms oder eine Aufteilung des Stoffstroms in zwei gleiche Stoffströme.
Außerdem kann der Verteiler derart ausgeführt sein, daß sein Verteilverhältnis variabel eingestellt werden kann.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine dritte Sortierstation vorgesehen, die einen Stationseingang zum Zuführen eines Stoffeinstroms und zwei Stationsausgänge für einen Sortiergutstoffstrom und einen Sortierschlechtstoffstrom aufweist sowie deren Stationseingang an den Stationsausgang für den Rejekt und/oder Akzept der ersten und/oder zweiten Sortierstation angeschlossen ist.
Vorzugsweise ist jeder Stationsausgang der ersten bis dritten Sortierstation über einen Verteiler mit dem Stationseingang der jeweils anderen Sortierstationen angeschlossen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sortieranlage n Sortierstationen auf, wobei sowohl in einer in den Eingang der Anlage als auch in beide Stationsausgänge mündende Abführleitungen jeweils genau oder zumindest n-1 Verteiler integriert sind.
Im Allgemeinen ist die Sortieranlage mit n Sortierstationen aufgebaut, wobei 4 × n + 2 Verteiler vorzusehen sind.
Es sei klar, daß die erfindungsgemäße Sortieranlage gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einstellen, Konzeptionieren und/oder Optimieren der Sortieranlage arbeiten kann.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Sortieranlage anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert, in der eine Prinzipskizze einer Sortieranlage aus drei Sortierstationen dargestellt ist, wobei die Sortieranlage mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen der Sortieranlage optimiert ist.
In der Figur ist eine Sortieranlage insbesondere für eine Altpapieraufbereitung im allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen. Die Sortieranlage 1 hat einen Eingang 3, an dem ein Masseneinstrom 5 zugeführt wird, der aus einem Gemisch von Gutstoffen, wie Papierfasern, und Schlechtstoffen, wie Klebstoffen, besteht. Die Sortieranlage 1 hat außerdem einen Ausgang 7 für einen Gutstoffausstrom, den sogenannten Akzept 9, und einen weiteren Ausgang 11 für einen Schlechtstoffausstrom, den sogenannten Rejekt 13.
An dem Eingang 3 schließt unmittelbar eine Meßvorrichtung 15 an, die das Mischverhältnis von Gut- und Schlechtstoffen in dem Masseneinstrom 5 erfaßt. Die Meßvorrichtung 15 ist betriebsgemäß mit einer Auswerteeinrichtung 17 verbunden, um die Mischverhältnismessungen zu kommunizieren. Die Einrichtung dient der Berechnung und Vorkonzeptionierung zur Einstellung der Sortierer und Verteiler der Sortieranlage.
Die Sortieranlage 1 umfaßt drei Sortierstationen 21, 41, 61, die miteinander über ein Rohrleitungssystem verbunden sind. Das Rohrleitungssystem ist derart ausgelegt, daß die Ausgänge einer Sortierstation mit den jeweiligen Eingängen derselben oder der anderen Sortierstationen 21, 41, 61 verbindbar sind. In der Figur sind die Rohrleitungssysteme einerseits fein und andererseits fett gezeichnet. Die fetten Linien deuten das durch das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren optimierte Rohrleitungssystem innerhalb der Sortieranlage 1 an, nachdem ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Einstellen der Sortieranlage 1 ausgeführt worden ist.
In die Sortierstation 21 mündet eine Eingangsleitung 23. Die Sortierstation 21 hat einen ersten Ausgang für das Akzept, an dem eine Ausgangsleitung 25 anschließt, die mit dem Ausgang 7 der Sortieranlage 1 verbunden ist. Eine zweite Ausgangsleitung 27 für das Rejekt schließt an den weiteren Ausgang der Sortierstation 21 an und ist mit dem Ausgang 11 der Sortieranlage 1 für das Rejekt 13 verbunden.
In der Eingangsleitung 23 sind zwei Verteiler 29a, 29b integriert. Zwei weitere Verteiler 29c, 29d sind in der Ausgangsleitung 27 eingebaut. Schließlich sind zwei weitere Verteiler 29e, 29f in der Ausgangsleitung 25 der Sortierstation 21 angeordnet.
An jedem Verteiler 29a bis 29f zweigt eine Rohrleitung ab, so daß beispielsweise die Eingangsleitung 23 der Sortierstation 21 sowohl mit dem Eingang der Sortierstation 41 als auch mit dem Eingang der Sortierstation 61 verbindbar ist.
Durch die Abzweigmöglichkeiten der Verteiler 29c, 29d ist die Ausgangsleitung 27 sowohl mit dem Eingang der Sortierstation 41 als auch mit dem Eingang der Sortierstation 61 verbunden. Durch die Abzweigungsleitungen der Verteiler 29e, 29f ist die Ausgangsleitung 25 der Sortierstation 21 sowohl mit dem Eingang der Sortierstation 41 als auch mit dem Eingang der Sortierstation 61 verbindbar.
Auch die Sortierstation 41 hat eine an deren Eingang angeschlossene Eingangsleitung 43 sowie zwei Ausgangsleitungen 45 und 47. Die Eingangsleitung 43 der Sortierstation 41 ist mit der Eingangsleitung 23 der Sortierstation 21 über den Verteiler 29a verbunden. Des weiteren ist die Eingangsleitung 43 der Sortierstation 41 über die Verteiler 29c bzw. 29e mit den Ausgangsleitungen 25 bzw. 27 der Sortierstation 21 verbunden.
In den Ausgangsleitungen 45 bzw. 47 der Sortierstation 41 befinden sich jeweils zwei Verteiler 49c, 49d bzw. 49e, 49f.
Der Verteiler 49c verbindet die Ausgangsleitung 47 der Sortierstation 41 mit der Eingangsleitung 23 der Sortierstation 21. Der Verteiler 49e verbindet die Ausgangsleitung 45 der Sortierstation 41 mit der Eingangsleitung 23 der Sortierstation 21.
Auch die dritte Sortierstation 61 hat eine Eingangsleitung 63 und zwei Ausgangsleitungen 65, 67, wobei die Ausgangsleitung 65 mit dem Ausgang 7 der Sortieranlage 1 für das Akzept 9 und die Ausgangsleitung 67 mit dem Ausgang 11 der Sortieranlage 1 für das Rejekt 13 verbunden sind.
In der Ausgangsleitung 65 bzw. 67 sind jeweils zwei Verteiler 69c, 69d bzw. 69e, 69f integriert.
Aufgrund des Verteilers 49d ist die Ausgangsleitung 47 der Sortierstation 41 mit der Eingangsleitung 63 der dritten Sortierstation 61 verbindbar. Mit Hilfe des Verteilers 49f ist die Ausgangsleitung 45 der Sortierstation 41 mit der Eingangsleitung 63 der dritten Sortierstation 61 verbunden.
Der Verteiler 69c verbindet die Ausgangsleitung 67 mit der Eingangsleitung 23 der ersten Sortierstation 21. Der Verteiler 69d verbindet die Ausgangsleitung 67 der dritten Sortierstation 61 mit der Eingangsleitung 43 der zweiten Sortierstation 41. Der Verteiler 69e verbindet die Ausgangsleitung 65 der dritten Sortierstation 61 mit der Eingangsleitung 43 der zweiten Sortierstation 41, während der Verteiler 69f die Ausgangsleitung 65 der dritten Sortierstation 61 mit der Eingangsleitung 23 der ersten Sortierstation 21 verbindet.
Jeder Sortierer 21, 41, 61 weist aufgrund seiner Bauweise unterschiedliche beta-Parameter auf, die herstellerseitig bedingt oder voreingestellt sind. Die Verteiler 29a bis 29f; 49c bis 49f; 69c bis 69f lassen lediglich drei Schaltzustände zu, nämlich entweder einen vollständigen Durchlaß (0:100), ein gleichmengiges Aufspalten des Einstroms (50:50) oder ein vollständiges Ableiten des Stoffstroms (100:0).
Wie durch den dickpfeiligen, optimierten Stoffstrom ersichtlich ist, hat das erfindungsgemäße Verfahren zum Optimieren der Maximierung des Trennungsergebnisses von Gut- und Schlechtstoffen bei Festlegung der möglichen Schaltzustände, des Eingangsmischverhältnisses, der gewünschten Rejekt- und Akzeptquote 64 des in der Figur bestimmten Leitungssystems ergeben, daß der Masseneinstrom 5 zuerst der dritten Sortierstation 61 zugeführt wird, indem der Verteiler 29a auf Durchlaß gestellt wird und der Verteiler 29b eine vollständige Abzweigung des Masseneinstroms 5 hin zur dritten Sortierstation 61 veranlaßt. An der Sortierstation 61 wird entsprechend der stationsspezifisch eingestellten Sortiergüte sortiert, wodurch jeweils ein Gutstoffstrom in die Ausgangsleitung 65 und ein Schlechtstoffausstrom in die Ausgangsleitung 67 gelangt. Eine Hälfte des Gutstoffstroms wird an dem Verteiler 69e hin zu dem Ausgang 7 unter Durchlaß des Verteilers 69f geführt, während die andere Hälfte der zweiten Sortierstation 41 zugeführt wird. Hingegen wird der gesamte Schlechtstoffstrom in der Ausgangsleitung 67 bei Durchlaß des Verteilers 69c über den Verteiler 69d vollständig der Eingangsleitung 43 der zweiten Sortierstation 41 zugeführt. Nach der Sortierung durch die zweite Sortierstation 41 entsprechend deren spezifischen Sortiergüte gelangt der Gutstoffstrom über die Ausgangsleitung 45 bei Durchlaß durch den Verteiler 49e vollständig in die Eingangsleitung 63 für die dritte Sortierstation 61. Der Schlechtstoffstrom in der Ausgangsleitung 47 der zweiten Sortierstation 41 gelangt zur Hälfte zum Ausgang 11 der Sortieranlage 1 und zur anderen Hälfte in die Eingangsleitung 63 für die dritte Sortierstation 61. Dort beginnt der Sortiervorgang von Neuem.
Es stellte sich bei dem definierten komplexen System aus verschiedenen Verteilern und Sortieranlagen als optimal heraus, eine derartige Stoffstromführung zu organisieren, wenn das erfindungsgemäße Einstellverfahren eingesetzt wird, wenn das gewünschte Sortierergebnis im Akzept und im Rejekt sowie das Gemischverhältnis im Eingangsstrom festgelegt sind. Auch die beta-Parameter, die möglichen Schaltzustände der Verteiler und des Leitungssystems sind feste Größen des Systems.

1: Sortieranlage
3: Eingang
5: Masseneinstrom
7: Ausgang
9: Akzept
11: Ausgang
13: Rejekt
15: Meßvorrichtung
17: Auswerteeinrichtung
21, 41, 61: Sortierstationen
23, 43, 63: Eingangsleitung
25, 27, 45, 47, 65, 67: Ausgangsleitung
29a–f: Verteiler
49a–f: Verteiler
69a–f: Verteiler

Claims

Verfahren zum Einstellen einer wenigstens einen Gutstoff aus einem den Gutstoff und wenigstens einen weiteren Stoff enthaltenen Gemisch trennenden Sortieranlage (1) mit einem Eingang (3) zum Zuführen eines Masseneinstroms (5), einem Ausgang (7) für einen Gutstoffausstrom, der eine gegenüber dem Masseneinstrom (5) höhere Gutstoffkonzentration hat, einem weiteren Ausgang (11) für einen Schlechtstoffausstrom, der eine gegenüber dem Masseneinstrom (5) geringere Gutstoffkonzentration hat, einer ersten Sortierstation (21, 41, 61), die einen Stationseingang zum Zuführen eines Stoffeinstroms, einen Stationsausgang für einen Akzept und einen Stationsausgang für einen Rejekt aufweist, und wenigstens einer zweiten Sortierstation (21, 41, 61), die einen Stationseingang zum Zuführen eines Stoffeinstroms, einen Stationsausgang für einen Akzept und einen Stationsaufgang für einen Rejekt aufweist sowie deren Stationseingang an den Stationsausgang für den Rejekt und/oder für den Akzept der ersten Sortierstation anschließbar ist, wobei für jede Sortierstation (21, 41, 61) eine Rejektrate einstellbar ist, und mehreren Verteilern (29a–f; 49a–f; 69a–f), die einen ankommenden Stoffstrom in einem einstellbaren Verteilverhältnis aufteilen und an eine oder mehrere Sortierstationen (21, 41, 61) verteilen und/oder dem Gutstoffstrom und/oder Schlechtstoffstrom zuführen können, wobei: – eine Stoffkonzentration von Gutstoff im Gemisch erfasst wird; – anhand der erfassten Stoffkonzentration ein Verteilverhältnis jedes Verteilers sowie eine Rejektrate jeder Sortierstation für eine Maximierung der Gutstoffe in dem Gutstoffstrom errechnet werden; – jeder Verteiler anhand des errechneten Verteilverhältnisses eingestellt wird; – jede Sortierstation (21, 41, 61) anhand der errechneten Rejektrate eingestellt wird; und – Beta-Parameter jeder Sortierstation (21, 41, 61) eingestellt oder voreingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Mischungsverhältnis sowohl im Rejekt als auch im Akzept jeder Sortierstation erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Obergrenze an Gutstoffen in dem Rejekt jeder Sortierstation und eine Obergrenze für Schlechtstoffe in dem Akzept jeder Sortierstation festgelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die optimale Rejektrate jeder Sortierstation (21, 41, 61) sowie das optimale Verteilverhältnis der Verteiler mit Hilfe eines nicht-linearen gemischt-ganzzahligen Optimierungsalgorithmus berechnet werden.
Sortieranlage mit: – einem Eingang (3) zum Zuführen eines Masseneinstroms (5), – einem Ausgang (7) für einen Gutstoffstrom, der eine gegenüber dem Masseneinstrom (5) höhere Gutstoffkonzentration hat, – einem weiteren Ausgang (11) für einen Rejekt (13), der eine gegenüber dem Gemischeinstrom (5) geringere Gutstoffkonzentration hat, – einer ersten Sortierstation (21, 41, 61), die einen Stationseingang zum Zuführen eines Stoffeinstroms und zwei Stationsausgänge für einen Akzept und einen Rejekt aufweist, – wenigstens einer zweiten Sortierstation (21, 41, 61), die einen Stationseingang zum Zuführen eines Stoffeinstroms und zwei Stationsausgänge für einen Akzept und einen Rejekt aufweist sowie deren Stationseingang an den Stationsausgang für den Akzept und/oder den Rejekt der ersten Sortierstation anschließbar ist, wobei für jede Sortierstation (21, 41, 61) eine spezifische Rejektrate einstellbar ist, – mehreren Verteilern (29a–f, 49a–f, 69a–f), die einen ankommenden Stoffstrom in einem einstellbaren Verteilverhältnis aufteilen und an die eine oder beide Sortierstationen verteilen. und/oder dem Gutstoffstrom und/oder dem Schlechtstoffstrom zuführen können, – einer Messvorrichtung (15) zum Erfassen einer Stoffkonzentration von Gutstoff im Masseneinstrom (5), und – einer Auswerteeinrichtung (17), die anhand des Mischverhältnisses die Rejekt-rate jeder Sortierstation (21, 41, 61) und das Verteilverhältnis jedes Verteilers (29a–f, 49a–f, 69a–f) für eine Maximierung der Gutstoffe indem Gutstoffstrom errechnet und jeden Verteiler (29a–f, 49a–f, 69a–f) zum Einstellen des errechneten Verteilverhältnisses sowie jede Sortierstation (21, 41, 61) zum Einstellen der errechneten Rejektrate ansteuert.
Sortieranlage nach Anspruch 5, bei der die Auswerteeinrichtung (17) anhand einer festgelegten Obergrenze an Gutstoffen in dem Rejekt und einer festgelegten Obergrenze für Schlechtstoffe in dem Akzept die Rejektrate und das Verteilverhältnis jedes Verteilers (29a–f, 49a–f, 69a–f) errechnet.
Sortieranlage nach Anspruch 5 oder 6, bei der jeder Verteiler (29a–f, 49a–f, 69a–f) drei Verteilzustände aufweist, einen ungeteilten Durchlass des Stoffstroms, eine vollständige Ableitung des Stoffstroms oder eine Aufteilung des Stoffstroms in zwei gleiche Stoffströme.
Sortieranlage nach Anspruch 7, bei der jeder Verteiler einen weiteren Verteilzustand aufweist, bei dem das Verteilerverhältnis variabel einstellbar ist.
Sortieranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der eine dritte Sortierstation (21, 41, 61) vorgesehen ist, die einen Stationseingang zum Zuführen eines Stoffeinstroms und zwei Stationsausgänge für einen Akzept und einen Rejekt aufweist sowie deren Stationseingang an den Stationsausgang für den Akzept und/oder Rejekt der ersten und/oder zweiten Sortierstation angeschlossen ist.
Sortieranlage nach Anspruch 9, bei der jeder Stationsausgang der ersten bis dritten Sortierstation (21, 41, 61) über Verteiler (29a–f, 49a–f, 69a–f) mit dem Stationseingang der jeweils anderen Sortierstationen angeschlossen ist.
Sortieranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 10, die n Sortierstationen aufweist, wobei sowohl in einer in den Stationseingang mündenden Zuführleitung als auch in beide Stationsausgänge mündende Abführleitungen jeweils mindestens oder genau n-1 Verteiler integriert sind.
Sortieranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 11, die n Sortierstationen und n·4 + 2 Verteiler aufweist.
Sortieranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 12, die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 konzipiert, eingestellt und/oder optimiert ist.