WO1996011284A1 - Process for controlling a drying plant and arrangement therefor - Google Patents

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WO1996011284A1 PCT/DE1995/001300 DE9501300W WO9611284A1 WO 1996011284 A1 WO1996011284 A1 WO 1996011284A1 DE 9501300 W DE9501300 W DE 9501300W WO 9611284 A1 WO9611284 A1 WO 9611284A1
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Bernd Langhans
Klaus WÖHRLE
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B11/00—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive
    • F26B11/02—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles
    • F26B11/04—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles rotating about a horizontal or slightly-inclined axis

Definitions

  • the invention relates to a process for the process control of a drying plant, in particular for chip drying in the sugar industry.
  • the invention also relates to the associated arrangement for performing the method.
  • sugar beet supplied In sugar production, the processing of the sugar beet supplied is of major importance.
  • the sugar beets are first crushed into chips, from which the so-called raw juice is extracted.
  • the remaining chips are further processed in large-volume chip drying plants.
  • a conventional operating control system is modified with a drum for chip drying operated via a burner and an associated composite controller in such a way that a fuzzy unit with a plurality of inputs and an output to the composite controller Generation of a control signal for the controller is switched.
  • a PID function block is preferably also connected between the composite controller and the fuzzy controller. The latter can be implemented in software in the usual way.
  • Rules for the fuzzy system f are set up according to the regulations of the fuzzy logic.
  • the terms "normal, small, cold, moist, etc.” are usually used here. defined via the membership functions of the fuzzy system 20.
  • the following rules are used specifically for chip drying, which are shown below: Rule 1:

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Abstract

In the sugar industry, pulp is dried in particular in a rotating drum heated by a burner and here process control presents problems relating to pulp moisture content and burner output variations. According to the invention, fuzzy logic is used in process control in which the values obtained by the plant operator in pulp drying are used as the input values to draw up fuzzy rules. In the relevant arrangement, a fuzzy unit (20) with a plurality of inputs (21 to 26) and an output (28) to supply a control signal for the controller (30) is connected upstream of the existing compound controller (20).

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Prozeßführung einer Trocknungsanlage und zuge¬ hörige AnordnungProcess control process for a drying plant and associated arrangement
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prozeßfüh¬ rung einer Trocknungsanlage, insbesondere zur Schnitzel- trocknung in der Zuckerindustrie. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a process for the process control of a drying plant, in particular for chip drying in the sugar industry. In addition, the invention also relates to the associated arrangement for performing the method.
Bei der Zuckerherstellung kommt der Aufarbeitung der angelie¬ ferten Zuckerrüben eine wesentliche Bedeutung zu. Die Zucker¬ rüben werden zunächst zu Schnitzeln zerkleinert, woraus der sogenannte Rohsaft extrahiert wird. Die verbleibenden Schnit¬ zel werden in großvolinnigen Schnitzeltrocknungsanlagen wei¬ terverarbeitet.In sugar production, the processing of the sugar beet supplied is of major importance. The sugar beets are first crushed into chips, from which the so-called raw juice is extracted. The remaining chips are further processed in large-volume chip drying plants.
Bekannte Anlagen zur Schnitzeltrocknung werden bisher per Hand durch erfahrene Bedienpersonen gesteuert, wodurch insbesondere externe Produktionseinflüsse berücksichtigt werden können. Eine automatische Betriebsführung an Schnitzeltrocknungsanlagen in der Zuckerindustrie, die mit herkömmlichen Trommel rocknern arbeiten, ist dagegen bisher durch die stark schwankenden Eingangsgrößen nicht über einen längeren Zeitraum hinweg möglich.Known systems for chip drying have so far been controlled manually by experienced operators, which means that external production influences in particular can be taken into account. Automatic operation management of chip drying systems in the sugar industry that work with conventional drum rockers, however, has not been possible over a long period of time due to the strongly fluctuating input variables.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und die zu¬ gehörige Anordnung vorzuschlagen, mit denen die Prozeßführung insbesondere bei der Schnitzeltrocknung in der Zuckerindu¬ strie automatisiert werden können.The object of the invention is therefore to propose a method and the associated arrangement with which the process control can be automated, in particular in the case of pulp drying in the sugar industry.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Verwendung von Fuzzy-Logik bei der Prozeßfύhrung gelöst. Im Rahmen der Er- findung werden die Eingangsgrößen bei der Schnitzeltrocknung mit den Erfahrungsgrößen der Anlagenfahrer zur Aufstellung von Fuzzy-Regeln verwendet. Insbesondere werden zur Aufstel¬ lung der Fuzzy-Regeln die Menge zugeführten Preßschnitzel, die Veränderung des Preßschnitzeleintrages, die Temperaturen in der Trommelmitte und am Trommelausgang, der Feuchtigkeits- gehalt der Schnitzel nach der Trocknung und die Druckdiffe¬ renz innerhalb der Trommel verwendet. Gegebenenfalls kann weiterhin die Feuchte der Preßschnitzel erfaßt und bei der Aufstellung der Fuzzy-Regeln berücksichtigt werden.The object is achieved by the use of fuzzy logic in the process control. In the context of the invention, the input variables for the chip drying are combined with the empirical variables of the plant operators for the installation used by fuzzy rules. In particular, to set up the fuzzy rules, the amount of pressed chips supplied, the change in the press chip input, the temperatures in the middle of the drum and at the drum outlet, the moisture content of the chips after drying and the pressure difference within the drum are used. If necessary, the moisture of the pressed chips can also be recorded and taken into account when setting up the fuzzy rules.
Zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Anordnung wird eine herkömmliche Betriebssteueranlage mit einer über einen Bren¬ ner betriebenen Trommel zur Schnitzeltrocknung und einem zu¬ gehörigen Verbundregler derart modifiziert, daß vor dem Ver¬ bundregler eine Fuzzy-Einheit mit einer Mehrzahl von Eingän- gen und einem Ausgang zur Erzeugung eines Ansteuersignals für den Regler geschaltet ist. Vorzugsweise ist zwischen Ver¬ bundregler und Fuzzy-Regler noch ein PID-Funktionsbaustein geschaltet. Letzterer kann in üblicher Weise softwaremäßig realisiert sein.To implement an arrangement according to the invention, a conventional operating control system is modified with a drum for chip drying operated via a burner and an associated composite controller in such a way that a fuzzy unit with a plurality of inputs and an output to the composite controller Generation of a control signal for the controller is switched. A PID function block is preferably also connected between the composite controller and the fuzzy controller. The latter can be implemented in software in the usual way.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt in schemati- scher Form die mögliche Automatisierung der Schnitzel- trocknung im Rahmen einer Schnitzeltrocknungsanlage für dieFurther details and advantages of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawing. The single figure shows in schematic form the possible automation of the chip drying in the context of a chip drying system for the
Zuckerindustrie.Sugar industry.
In der Figur ist ein herkömmlicher Trommeltrockner einer Schnitzeltrocknungsanlage mit 10 gekennzeichnet. Einer sol- chen Trommel, die etwa eine Länge von 20 m und einen Durch¬ messer von 5 m hat, sind zur Rotation um deren Längsachse spezifische Mittel 11 zugeordnet, auf die in diesem Zusammen¬ hang nicht näher eingegangen wird. Weiterhin ist ein nicht dargestellter Brenner vorhanden, mit dem die Trommel 10 auf vorbestimmbare Temperaturen geheizt wird. An verschiedenen Stellen der Trommel 10 sind Temperatursensoren vorhanden, beispielsweise die Sensoren 12 bis 14. A L::de der Trommel 1 ist ein sogenanntes Ausfallgehäuse 15 zum Austrag der ge¬ trockneten Schnitzel angeordnet. Die Feuchte der getrockneten Schnitzel kann mittels eines Sensors 16 außerhalb der Trommel 10 erfaßt werden.In the figure, a conventional drum dryer of a chip drying system is identified by 10. Such a drum, which has a length of approximately 20 m and a diameter of 5 m, is assigned specific means 11 for rotation about its longitudinal axis, which are not discussed in more detail in this context. Furthermore, there is a burner, not shown, with which the drum 10 is heated to predeterminable temperatures. Temperature sensors are provided at various points on the drum 10, for example the sensors 12 to 14. AL :: de the drum 1, a so-called failure housing 15 is arranged for the discharge of the dried chips. The moisture of the dried chips can be detected outside the drum 10 by means of a sensor 16.
In die Trommel 10 werden die Schnitzel als Rohmaterial über eine sogenannte Einfall- oder Eintragsschnecke 5 eingebracht. Üblicherweise ist die Eintragsschnecke 5 Bestandteil der Trommel 10. Die Menge des absoluten Schnitzeleintrages und die Differenzmenge des jeweiligen relativen Schnitzeleintra- ges werden an den Meßpunkten 7 und 8 erfaßt.The chips are introduced as raw material into the drum 10 via a so-called screw-in or feed screw 5. Typically, the feed screw 5 is part of the drum 10. The amount of the absolute chips entry and the difference amount of the respective relative chips entry are recorded at the measuring points 7 and 8.
In der Figur ist über die bekannten Mittel zum Steuern und Regeln der Schnitzeltrocknungsanlage hinaus weiterhin einIn addition to the known means for controlling and regulating the chip drying system, the figure also shows a
Fuzzy-System 20 mit Eingängen 21 bis 26 und einem Ausgang 28 vorhanden. Als Eingangssignale werden die Temperaturmeßwerte der Sensoren 12 und 13, die Menge der Preßschnitzel, der Dif¬ ferenzbetrag des Schnitzeleintrages, die Temperatur am Aus- gang der Trommel 10 und die Feuchte der Schnitzel nach der Trommel 10 erfaßt. Nach Fuzzifizierung unter Anwendung ent¬ sprechender Regeln und Defuzzifizierung wird vom Ausgang 28 der Fuzzy-Einheit ein Signal geliefert, das über einen Soft¬ ware-PID-Funktionsbaustein 29 einem Verbundregler 30 zuge- führt wird. Vom Verbundregler 30 werden Signale auf einenFuzzy system 20 with inputs 21 to 26 and an output 28 available. The temperature measured values of sensors 12 and 13, the amount of pressed chips, the differential amount of chip input, the temperature at the outlet of drum 10 and the moisture of the chips after drum 10 are recorded as input signals. After fuzzification using appropriate rules and defuzzification, a signal is supplied by the output 28 of the fuzzy unit, which signal is fed to a compound controller 30 via a software PID function block 29. The compound controller 30 signals to one
Motor 35 für die Rotation der Trommel 10 einerseits und auf eine Stelleinheit 40 für den nicht dargestellten Brenner andererseits gegeben. Es ist somit eine automatische Be- triebsführung der gesamten Schnitzeltrocknungsanlage möglich.Motor 35 for the rotation of the drum 10 on the one hand and on an actuator 40 for the burner, not shown, on the other hand. Automatic operation of the entire wood-chip drying system is therefore possible.
Für das Fuzzy-System f werden Regeln gemäß den Vorschriften der Fuzzy-Logik aufgeε_ellt. Dabei sind üblicherweise die Be¬ griffe "normal, klein, kalt, feucht etc." über die Zugehörig¬ keitsfunktionen des Fuzzy-Systems 20 definiert. Speziell für die Schnitzeltrocknung werden folgende Regeln verwendet, die nachfolgend wiedergegeben sind: Regel 1 :Rules for the fuzzy system f are set up according to the regulations of the fuzzy logic. The terms "normal, small, cold, moist, etc." are usually used here. defined via the membership functions of the fuzzy system 20. The following rules are used specifically for chip drying, which are shown below: Rule 1:
WENN Delta für den Schnitzeleintrag normal ist UND Feuchte der Trockenschnitzel nach der Trommel normal ist UND Temperatur in der Trommelmitte normal ist UND Feuchte der Preßschnitzel normal ist DANN Verbundregler mi ttel öffnenIF the delta for the pulp entry is normal AND the dry pulp moisture after the drum is normal AND the temperature in the middle of the drum is normal AND the press pulp is normal THEN open the compound regulator
Regel 2:Rule 2:
WENN Feuchte der Trockenschnitzel nach der Trommel trocken istIF the dry pulp is dry after the drum
ODER Drehzahl der ZulaufSchnecke kl ein istOR speed of the feed screw kl is on
ODER Die zweite Temperatur in der Trommelmitte groß istOR The second temperature in the middle of the drum is high
ODER Feuchte der Preßschnitzel trocken istOR Moisture of the pressed chips is dry
DANN Verbundregler halb schließenTHEN half-close the compound regulator
Regel 3:Rule 3:
WENN Delta für den Schnitzeleintrag negativ kl ein istIF the delta for the schnitzel entry is negative kl on
DANN Verbundregler schließenTHEN close the compound controller
Regel 4:Rule 4:
WENN Drehzahl der ZulaufSchnecke mi ttel ist UND [ Delta für den Schnitzeleintrag posi tiv groß ist ODER Feuchte der Trockenschnitzel nach der Trommel feucht ist ODER Temperatur in der Trommelmitte klein ist ] ODER Drehzahl der ZulaufSchnecke klein ist ODER Temperatur im Ausfallgehäuse klein ist ODER Die zweite Temperatur in der Trommelmitte klein ist DANN Verbundregler fast vol l öffnenIF the speed of the feed screw is medium AND [the delta for the pulp entry is positively large OR the moisture of the dry pulp after the drum is moist OR the temperature in the middle of the drum is low] OR the speed of the feed screw is small OR the temperature in the outlet housing is small OR the second temperature in the middle of the drum, THEN the compound regulator is almost fully open
Regel 5:Rule 5:
WENN Drehzahl der ZulaufSchnecke nicht klein ist UND Feuchte der Preßschnitzel naß ist DANN Verbundregler voll öffnen Die beispielhaft angegebenen Regeln können bei Bedarf vari¬ iert werden. Gegebenenfalls kann auch die Feuchte der an die Trommel 10 eingebrachten Preßschnitzel erfaßt und bei Auf¬ stellung der Fuzzy-Regeln berücksichtigt werden. Der Wasser- gehalt der Preßschnitzel kann durch eine Gewichtsmessung dann erfaßt werden, wenn die Eintragsschnecke 5 für sich gewogen wird, was mit dem Meßpunkt 6 zur fakultativen Eingabe in das Fuzzy-System angedeutet ist. Zur praktischen Durchführung sind hier allerdings apparative Weiterbildungen, insbesondere eine Entkopplung der Eintragsschnecke 5 von der Trommel 10, notwendig.IF the speed of the feed screw is not low AND the moisture of the press pulp is wet THEN open the compound controller fully The rules given by way of example can be varied as required. If necessary, the moisture of the pressing chips introduced into the drum 10 can also be detected and taken into account when the fuzzy rules are set up. The water content of the pressed chips can be determined by a weight measurement when the feed screw 5 is weighed for itself, which is indicated by the measuring point 6 for optional input into the fuzzy system. For practical implementation, however, further apparatus developments, in particular a decoupling of the feed screw 5 from the drum 10, are necessary.
Mit dem angegebenen Verfahren ist eine automatische Betriebs¬ führung der gesamten Schnitzeltrocknungsanlage möglich. Der entscheidende Vorteil der Regelung mittels Fuzzy-Logik liegt im Vergleich zum Stand der Technik insbesondere in einer gleichmäßigeren Prozeßführung und vor allem im Hinblick auf die Trockenschnitzelfeuchte und die Schwankungen in der Bren¬ nerleistung. Automatic operation of the entire chip drying system is possible with the method specified. The decisive advantage of control by means of fuzzy logic compared to the prior art is, in particular, a more uniform process control and above all with regard to the dry pulp moisture and the fluctuations in the burner output.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Prozeßführung einer Trocknungsanlage, insbesondere zur Schnitzeltrocknung in der Zuckerindustrie, g e k e n n z e i c h n e t durch die Verwendung von Fuzzy- Logik bei der Prozeßführung.1. Process for carrying out a drying plant process, in particular for drying chips in the sugar industry, by using fuzzy logic in the process control.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Eingangsgrößen bei der Schnitzel- trocknung mit den Erfahrungsgrößen der Anlagenfahrer zur Auf¬ stellung von Fuzzy-Regeln verwendet werden.2. The method according to claim 1, which also means that the input variables for the chip drying are used with the empirical variables of the plant operators to establish fuzzy rules.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß zur Aufstellung der Fuzzy-Regeln - die Menge der zugeführten Preßschnitzel,3. The method according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that for the establishment of the fuzzy rules - the amount of the pressed chips,
- die Veränderung des Preßschnitzeleintrages,- the change in the press chips entry,
- die Temperaturen in der Trommelmitte und am Trommelausgang,- the temperatures in the middle of the drum and at the drum exit,
- der Feuchtigkeitsgehalt der Schnitzel nach der Trocknung und - die Druckdifferenz innerhalb der Trommel verwendet werden.- the moisture content of the chips after drying and - the pressure difference within the drum are used.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß weiterhin die Feuchte der Pre߬ schnitzel erfaßt und zur Aufstellung der Fuzzy-Regeln be- rücksichtigt wird.4. The method according to claim 3, so that the moisture of the pressed chips is also detected and taken into account for establishing the fuzzy rules.
5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, mit einer über einen Brenner betriebenen Trommel zur Schnitzeltrocknung und einem zugehörigen Verbundregler, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß vor dem Verbundregler (30) eine Fuzzy-Einheit (20) mit einer Mehrzahl von Eingängen (21 bis 26) und einem Ausgang (28) zur Lieferung eines Ansteuer¬ signals für den Regler (30) geschaltet ist. 5. Arrangement for performing the method according to claim 1 or one of claims 2 to 4, with a burner-operated drum for chip drying and an associated compound controller, characterized ¬ characterized in that a fuzzy unit (20) in front of the compound controller (30) with a plurality of inputs (21 to 26) and an output (28) for supplying a control signal for the controller (30).
6. Anordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß zwischen Verbundregler (30) und Fuzzy-Einheit (20) ein PID-Funktionsbaustein (29) geschaltet ist . 6. Arrangement according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that between the compound controller (30) and fuzzy unit (20) a PID function block (29) is connected.
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