WO1999028548A1

WO1999028548A1 - Steuereinrichtung für einen kontinuierlich arbeitenden kocher zur herstellung von zellstoff

Info

Publication number: WO1999028548A1
Application number: PCT/DE1998/003416
Authority: WO
Inventors: Herbert Furumoto; Andreas Kemna; Erwin Gerstorfer
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 1999-06-10

Abstract

Ein kontinuierlich arbeitender Kocher zur Herstellung von Zellstoff ist insbesondere vertikal ausgerichtet und arbeitet vorzugsweise nach dem basischen Sulfat-Verfahren. Gemäß der Erfindung ist zur Einstellung der Änderung der Kochtemperatur und/oder zur Änderung der Chemikalienzusätze während des kontinuierlichen Kochprozesses wenigstens ein Fuzzy-Regler (20, 40, 70) vorhanden. Vorteilhafterweise können einzelne, autarke Fuzzy-Regler (20', 20', 20'') für unterschiedliche Arbeitsbereiche parallelgeschaltet sein. Es können auch zwei Fuzzy-Regler (20, 40) hierarchisch derart verknüpft sein, das beispielsweise ein erster Fuzzy-Regler (20) die Kochtemperatur in der Kochzone bestimmt und ein zweiter Fuzzy-Regler (40) aus einer vorgegebenen Kochtemperatur den Sollwert für die Temperaturregelung des ersten Fuzzy-Reglers (20) ermittelt.

Description

Beschreibung

Steuereinrichtung für einen kontinuierlich arbeitenden Kocher zur Herstellung von Zellstoff

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für einen kontinuierlich arbeitenden Kocher zur Herstellung von Zellstoff durch Kochen von Hackschnitzeln in einer Kochflüssigkeit unter Verwendung von Fuzzy-Logik-Systemen. Fuzzy- Logik-Systeme zur Verwendung bei einer Gesamtanlage zum Führen des Zellstoffherstellungsprozesses werden in der Veröffentlichung msr 23 (Juni 1979) , Seiten 301 bis 333 beschrieben, wobei dort insbesondere die Masseströme behandelt werden.

Der Vorgang des Aufschlusses von Hackschnitzeln in Zellstoff wird allgemein „Kochung" genannt. Der Ablauf dieses verfahrenstechnischen Prozesses läßt sich im wesentlichen in zwei Phasen gliedern. In der ersten Phase der Kochung wird das Hackschnitzel-Kochflüssigkeits-Gemisch z.B. beginnend bei

Umgebungstemperatur allmählich aufgeheizt. Mit Erreichen der sogenannten Fertigkochtemperatur beginnt die zweite Phase der Kochung. Das Ziel der Kochung besteht darin, durch Einwirkung einer chemische Reaktionsstoffe enthaltenden Kochflüssigkeit aus den Holzfasern das sogenannte Lignin herauszulösen, so daß Zellstoff definierter Qualität entsteht. Die Faserstruktur soll dabei möglichst unangetastet belassen bleiben. Nach Herauslösung des Mittellamellenlignins werden verstärkt die Kohlehydrate in den Zellstoffasern angegriffen. Dies ist unerwünscht, da hierdurch ein Abbau der Fasern eintritt. Durch eine solche „Überkochung" des Zellstoffes sinkt die Qualität des nutzbaren Zellstoffes, da dessen Reißfestigkeit und Faserlänge abnimmt („Zerkochung").

Bei Anlagen zum Kochen von Zellstoff wird zwischen diskontinuierlich betriebenen Anlagen, bei der der Kocher jeweils mit einer Charge gefüllt und diese Charge separat gekocht wird, und Anlagen für eine kontinuierliche Kochung unterschieden. Bei der kontinuierlichen Kochung werden ununterbrochen Hackschnitzel verarbeitet, die unter Zugabe von Aufschlußchemi- kalien kontinuierlich durch einen beheizten Kocher hindurch- befördert werden, wobei der erzeugte Zellstoff kontinuierlich unten abgezogen wird.

Vom Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur Steuerung des Kochprozesses bekannt. Beispielsweise wird in der EP 0 445 321 AI ein Verfahren zur Herstellung in einem kontinuierlichen Kocher beschrieben, bei der als Qualitätsmaßzahl die Ausbeute und/oder die Lignin-Restkonzentration, d.h. die sogenannte Kappazahl, im Zellstoff verwendet wird. Über ein Prozeßmodell wird in diesem Fall die notwendige Kochtempera- tur als Hauptsteuergröße ermittelt, wobei die aktuellen Werte der Chemikalienkonzentration, des Kocherfüllgrades, der Produktionsmenge und zusätzlich weitere technologieabhängige Prozeßvariable berücksichtigt werden. Zur Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen kann eine Adaption des Prozeß- modells vorgesehen sein.

Bei letzterem vorbekannten Kocher handelt es sich um einen liegenden oder schrägstehenden, isothermen Reaktor, der aus mehreren hintereinandergeschalteten Tanks bestehen kann, welche mit AufSchlußchemikalien angefüllt und durch die der Holzschnitzelstrom mit Hilfe von Fördereinrichtungen, z.B. Förderschnecken oder Transportbändern, hindurchgeschoben wird.

Weitverbreitet sind die kontinuierlich arbeitenden Kocher als vertikal ausgerichtete Reaktoren (sog. Kamyr-Kocher) konzipiert, die vorzugsweise nach dem alkalischen Sulfatverfahren, dem sog. Kraftzellstoff-Verfahren, arbeiten. Dadurch verkomplizieren sich die Prozeßbedingungen erheblich. Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom obigen Stand der Technik, die Regelung eines kontinuierlich arbeitenden Kochers zu verbessern.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Steuereinrichtung der eingangs genannten Art mindestens ein Fuzzy-Regler wenigstens zur Einstellung der Änderungen in der Kochtemperatur und/oder der Chemikalienzusätze im kontinuierlichen Prozeß dient. Vorzugsweise sind dabei als Eingänge für den Fuzzy-Regler wenigstens die Kappazahl bzw. deren zeitliche Änderung vorhanden. Für den Fall, daß der Kocher im basischen Verfahren betrieben wird, ist über die Kappazahl hinaus als weiterer Eingang vorzugsweise die Änderung im Aktiv-Alkali-Gehalt vorhanden. Zusätzlich können vorzugsweise die Veränderung im Durchfluß in der Blasleitung und der län- gerfristige Trend der Kappazahl, z.B. über mehrere Stunden, als weitere Eingänge vorhanden sein. Speziell zur Verwendung des Fuzzy-Reglers zur Beeinflussung der Kochchemikalieneinstellung können als Eingänge auch die Veränderungen der Temperaturen in den unterschiedlichen Zirkulationen des Kochers vorhanden sein.

Mit der Erfindung kann erstmalig im kontinuierlichen Kochprozeß eine Fuzzy-Regelung realisiert werden. Neben dem ein- gangs genannten Stand der Technik für den allgemeinen Zellstoffprozeß wurde das Fuzzy-Prinzip bisher zwar zur Temperatur- und Druckregelung von speziell diskontinuierlich arbeitenden Kochern vorgeschlagen, wozu im einzelnen auf die EP 0 492 364 Bl und die EP 0 590 433 A2 verwiesen wird. Die dort beschriebenen Steuer- und Regelverfahren sind aber nur für den diskontinuierlichen Betrieb geeignet, bei dem es sich verfahrensmäßig um zeitliche Batch-Prozesse mit jeweils einzelnen Chargen handelt, bei dem das Fuzzy-Prinzip außer auf eine Zeitbestimmung für die Fertigkochung auch auf den Imprägnierdruck und die Fertigkochtemperatur angewandt wird. Letzteres ist methodisch vergleichsweise einfach und eine Übertragung dieses Prinzips auf einen kontinuierlich arbeitenden Kocher erscheint nicht möglich.

Mit der Erfindung gelingt es dagegen überraschenderweise, beim kontinuierlichen Kochprozeß das dort im Kocher inhärente Verweilzeitverhalten als geeignete Differenz der Variablen zu berücksichtigen. Als Differenz wird dabei der Unterschied zwischen dem aktuellen Meßwert in der Kochzone zu demjenigen Meßwert, bei dem der den Kocher verlassende Zellstoff sich in der Kochzone des Kochers befunden hat, verstanden. Eine Zuordnung der am Kocheraustritt anhand der gemessenen Kappazahl erfaßten Zellstoffqualität zu den Kochbedingungen, unter denen der Zellstoff erzeugt wurde, ist somit erstmalig möglich.

Bei der Erfindung ist es vorteilhaft, einzelne Fuzzy-Regler für unterschiedliche Arbeitsräume einander parallelzuschalten, um die Anzahl der Fuzzy-Regeln zu reduzieren. Vorzugsweise können ein erster, innerer Fuzzy-Regler mit ±20%, ein zweiter, mittlerer Fuzzy-Regler mit ±(20 - 50)% und ein dritter, äußerer Fuzzy-Regler mit ±(50 - 100)% um den

Arbeitspunkt herum verschachtelt arbeiten. Zusätzlich kann ein Beratungs-System für den Anlagenfahrer (sog. Advisory- System) vorhanden sein.

Im Rahmen der Erfindung können insbesondere dem Fuzzy-Regler für die Kochertemperatur weitere Fuzzy-Regler als Subsysteme hierarchisch zugeordnet sein. Speziell in einem untergeordneten Fuzzy-Regler für den Sollwert der Kochertemperatur sind als Eingänge die Änderung der Kochtemperatur, die Schleusen- drehzahl der Beschickungseinrichtung für den Kocher und der Durchfluß in der sogenannten Cβ-Zirkulation des Kochers vorhanden. Insbesondere können bei dieser Konzeption zwei Fuzzy- Regler derart verknüpft sein, daß der erste Fuzzy-Regler die Kochtemperatur in der Kochzone und der zweite Fuzzy-Regler aus einer vorgegebenen Kochtemperatur den Sollwert für die

Temperaturregelung in der C6-Zirkulation ermittelt. Ganz entsprechend kann in der sogenannten C5-Zirkulation die Änderung der Chemikalienzufuhr, insbesondere von Aktiv-Alkali, ausgeregelt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungs- beispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Patentansprüchen. Es zeigen

Figur 1 einen kontinuierlich arbeitenden Kocher im Schnitt, mit der C6-Zirkulation für die Kochzone,

Figur 2 einen Fuzzy-Regler für die Änderung der Kochtemperatur in der C6-Zirkulation des Kochers gemäß Figur 1, bei dem die Eingänge und Ausgänge eingetragen sind, Figur 3 einen Fuzzy-Regler für den Sollwert der Temperatur in der C6-Zirkulation aus Figur 1, Figur 4 einen kontinuierlichen Kocher entsprechend Figur 1 , mit der C5-Zirkulation für die Imprägnierzone, Figur 5 einen Figur 2 entsprechenden Fuzzy-Regler für die Änderung der Chemikalienkonzentration in der C5-

Zirkulation des Kochers gemäß Figur 4 Figur 6 eine abstrahierte Darstellung zur Unterteilung des Eingaberaums bei einem Fuzzy-Regler gemäß Figur 2 oder Figur 5, Figur 7 den Aufbau des Reglers für die Kochtemperatur gemäß Figur 2 oder für die Chemikalienkonzentration gemäß Figur 5, mit parallelen Fuzzy-Reglern für unterschiedliche Arbeitsbereiche entsprechend Figur 6, Figur 8 die Anlage unter Einsatz des Fuzzy-Reglers gemäß Figur 2 mit einem zusätzlichen Advisory-System und

Figur 9 die Bedienoberfläche eines Interface zur Mensch- Maschine-Kommunikation.

Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrie- ben. Sich entsprechende Teile haben gleiche bzw. sich entsprechende Bezugszeichen. co CO lV> M P > ^» cπ O Cπ o Cn o Cπ

bis 24 bzw. dem Ausgang 29 kann die Struktur des Fuzzy-Reglers für die Kochtemperatur entnommen werden. Im einzelnen werden folgende Eingänge 21 bis 24 in dem Fuzzy-Regler 20 verwendet : - d-Kappa, d.h. die Abweichung der gemessenen Kappazahl, vom Sollwert der Kappazahl: Die Kappazahl wird z.B. alle 2 h von den Anlagenfahrern auf naßchemischem Wege bestimmt. Gegebenenfalls kann auch ein Kappa-Analysator eingesetzt werden, der in wesentlich kürzeren Abständen die Kappazahl online mißt. Die Eingabe der Kappazahl triggert den Fuzzy- Regler 20 derart, daß bei einer Eingabe einer neuen Kappazahl der Fuzzy-Regler 20 aktiviert und ein neuer Vorschlag für die Kochtemperatur berechnet wird. Dem Anlagenfahrer kann dieser Wert auf einem Monitor angezeigt werden, was anhand Figur 9 noch im einzelnen beschrieben wird.

Unter der Differenz d-Kappa wird der Unterschied zwischen dem aktuell herrschenden Meßwert und dem Sollwert verstanden. Ziel des Fuzzy-Reglers 20 ist es, diese Differenz zu minimieren, damit ein Zellstoff gleichbleibender Qualität erzeugt wird .

- dAAC6, d.h. die Differenz im Aktivalkali in der Kochzirkulation C6: Diese Differenz ist eine wichtige Information darüber, wie sich das Aktivalkali, die wichtigste Koch- chemikalie, entwickelt hat. Bei der Modellierung des Kochers muß man die Verweilzeiten des Zellstoffes berücksichtigen. An die eigentliche Kochzone schließt sich die Waschzone an. Die Verweilzeit in der Waschzone wird aus dem Volumen der Waschzone und aus der Drehzahl der Eintragsschleuse der Hackschnitzel am Kopf des Kochers berechnet. Neben der Verweilzeit in der Waschzone muß die Zeit vom

Verlassen des Kochers, d.h. am Ende der Waschzone bis zur manuellen Eingabe der Kappazahl in den Rechner, berücksichtigt werden. Diese zusätzliche Totzeit setzt sich aus der Verweilzeit im Blastank und dem dem Blastank folgenden Wäscher, aus dem die Zellstoffprobe für die Bestimmung der Kappazahl nach dem Wäscher entnommen wird, und der Zeit für die Probenahme und die naßchemische Bestimmung der Kappa- co co t\) to P> P¹ cπ o Cπ o Cπ o Cn

N o ^ CL rt < Hi et Ö CL DJ ^ E? 1 1

Φ Φ : d Φ DJ o d: d P- P- O

P-¹ na t-i N cn d t-i t-i h φ φ cn Ω So CΛ tr co H d O CL > CL 5] N CL cn N d N cn na D : o tr > Φ rt P- DJ rt H d DJ DJ (D & h-¹ • P- H-¹ J Φ d Ω DJ

Φ φ P- *< « Ω Φ CL d <i • rt d na d d rt C (D CL tr l-i H- H fr tr t-i fr tr l-i d tr tr d ι-( Φ I O tr d Φ P- o tu Φ cn H d Φ -> 3 3 Φ d= rt 0 DJ • CL DJ na - • rt O Ω Φ o d Φ 3 XS g 3 na φ CL DJ α α CL P- tr C ≤ ^ DJ

Z J-> N Φ tr t-i 3 H X) 3 X) tu cn Φ t-i Z (D 1 P- φ 3 1 P- P- P- na o na N φ o rt na φ 3 ≤ d i DJ Φ d cn d Φ P- 3 5 Φ z l-i »Q Hl py d 1 φ Ω Φ rt d l-i Φ l-S P > Φ DJ: d d N z t-i na P- H • • φ • • • H fr n « tr tr cn • cn

CL M t-i φ cn Cn d H na N DJ P- DJ O CL Sö CL Ό ö l-i 0 tu σi öd o O: N DJ φ P- Φ H 3 N tr φ rt LV> d d Φ INI •Ü P- CL z α ∑: d _^~. φ d l-i o > öd 3 d d d tr 3 Φ Hi ^>< P ' <! d I ) ω ι-( na CL d SU Hi Φ P- P- d et N N rt d P φ r na <1 φ : öd et d: 1 P- H na Ω t-i Φ i-i _^ Hl d φ Φ II d Φ *_* φ et P- Φ

Hi (U: CS3 o t-i cn φ DJ t-i O fr φ CL tr φ t-i Φ cn α CL o na d -* P- d

O d Z t-s d: cn P- d φ o Φ Φ ^yQ cn öd ι-( S cn φ DJ ^^ rt tr < öd •

P' na Φ tr Ω φ cn CL na d CL cn P- Φ cn ι-3 φ Φ P- P- 3^* 3 • na ι-( Φ N DJ φ na φ Ω J fr d CL Ω P- cn Q ι-3 Ω Hi P- t-i Z e d rt Ω O . P- φ DJ t-i d P" t-i σ φ ? d cn Φ tr Φ φ rt H SÖ ^ tr d= O Φ φ . N rt tr P- et α cn rt d: ? φ P- d J-> CL P- CL l-i Φ l-i DJ DJ cn d d tr d d t-i Φ Hl α P- φ P- O CL J Ω φ

CL P> tr Φ Ω P- H d CL 1 N d t-i CL rt Φ H" CL H) H- P¹ Φ rt O ΪT Φ P¹ tr φ J d tr φ < o IV) et **! N na rt 3 d (D l-i s: Φ Φ (D Φ N d cn 3 P- d ι-3 tr et rt o P> Ω o CL d ^>< • P- P- d H 3 t-s l-i P- öd rt P- d O

H P- cn P- CΛ l-i Cπ tr DJ P- N 1 na rt d na P- l-i Φ D Ω φ P- Ω CL cn d rt

P- cn φ Φ na et na N na d Φ N Sö φ H rt rt σ d H- tr ι-s 3 d tr P- φ na i d p- P- et O tu P- o φ Hi P- et φ P- φ

^ φ d Q. CL rt Φ d N H) et Φ na d d Hi tr d d 3 « na d cn Φ Φ s: (D Φ l-i H) Ω rt CL P- rt CL P- tu: co . Z Hl Φ φ DJ CL O rt d t-i P- tl 1— ' d: Ω P- (D tr tr Φ na d Φ rt d p- φ cn EP Φ Ω DJ φ tsi ι-3 φ et tr tr cn K Φ d t-i rt DJ CL cn na d d t-i et CL φ z 3 tr d ι-( rt H S^ S . φ cn et (D cn d Φ • Ω Φ Z 00 φ d CL H Φ ι-i P- •*. rt • cn • Φ DJ DJ cn P- l-i tu 3 rt d 3 tr 3 > P-

CL Φ O: cn t-i P- < Φ d XJ XJ P- 3 rt Φ N P- na o σ fr t-s

< P- d 3 O na O 3 σ M CL XJ XJ Ω ι_ι. N P- 3 na Ω P- CL rt CL φ Φ na • Φ CΛ σi d ι-( XI Φ o DJ DJ tr Φ d H- 3 CL φ tr Φ φ φ P- l-i P- d O 1 d l-i na Φ H s: N N (D z DJ Φ 3 et φ na N 3 < 3 z d H σ CL INI tr φ H cn P- DJ DJ CL H φ d t-i φ O Φ Z DJ P- φ Φ DJ d P- Φ > na DJ * rt ι-i tr tr P- P- s: D Z d d d S! φ rt d d co Hi H z t-i H φ rt d Φ P- ' Φ « P' INI P- C Φ ö z Φ rt pj: P- fr

CL d: Ω φ fT φ tr d N tr φ tu cn Φ Ω H l-i P- DJ: cn O P¹ DJ Φ φ C H tr H d CL l-i Φ l-i N rt d na ^l Ό h- ' tr Ω CL Hi l-i XJ Ω φ rt rt d DJ rt P- 3 d •< Φ φ o ^•o Φ rt tr φ Hl rt CL t-i tr d P- Z

• • cn H fT CL Φ DJ φ P- Φ tsi 1 CL t-s CL tr Ω SU P- cn P- H) d Φ P- • Φ Φ DJ na na tu P- cn et rt d d Sö P- Φ P- tr N d rt na P- • ι-( na tr Ω H CL s: tu φ d φ P- CΛ rt φ Φ !jy t-i d (U Φ o φ d φ φ • tr Φ P- > d cn d Hi O O Φ Sl <l na p CL d tr Hl &> d d Φ py- cn i-s na rt o d: d P^J Φ Φ P¹ cn P ' Φ

? na - CΛ Hi N d O CΛ

Φ Φ σy t-i P^J rt l-i l-i φ rt φ rt rt d H- > yi CL tsi et d-> tr 1 na z Φ rt DJ: t-i P- rt φ H- d na Hi 3 P- fr n φ 3 φ CL d Ω H" Φ tsi CL Φ φ d Φ Φ N d d t⁾ d φ o 3 rt cn φ p- P- d

. rt d P- φ 3 l-i « N CL ) l-i na rt d rt CL D>: t-i α P- . — . > d φ CL

Φ Hi H d tu: rt O d Φ o d Φ CL ≤ α Φ d 3 (D > < r+ fr CL cn Φ

H H DJ p EP 0 Ω l-i d CL d P- (D CL DJ H 1 II rt φ rt M d

3 P- d s O tr tr d tr na Φ φ Ω 3 na φ rt et 1 P- O d * : ^ t-i rt DJ Φ t-S cn P- py- φ ι-( P- ra P- P¹ rt S^ Hl rt φ d ω tu ι-i P- na Φ P ' P- t-i CL Φ d Φ H tr rt o M < fr < 1 DJ Hl ≤ Φ

P- N rt 3 na DJ 3 et cn Φ Φ Ω φ h- ' (D P- d SU 1 DJ — - XJ φ P- l-S d N Φ P- φ d tr XJ Φ rt Ω ι-< tr rt rt P" tr (0 -' XJ cn Ω DJ

1 P- o 1 H Φ Φ d tr cn N CL DJ 1 P- DJ fr d

1 d d ι-i d rt φ rt 1 P- 1 1

P> tu d Φ (D rt d

1 3 rt 3

- dTR6-Fuzzy, d.h. die geplante Temperaturänderung in der Kochzone: Ziel der Temperaturregelung in der C6-Zirkulation ist es, die vom Fuzzy-Regler für die Kochtemperatur ermittelte Temperaturänderung in der Kochzone durchzuführen. Unter Berücksichtigung der beiden Stoffströme wird hauptsächlich aus dieser gewünschten Temperaturänderung dTR6- Fuzzy die Sollwertänderung für die Temperaturregelung in der C6-Zirkulation ermittelt.

- Chip meter speed, d.h. die Drehzahl der Hackschnitzel- Zellradschleuse: Als Eingang in den Fuzzy-Regler 40 wird die aktuelle Drehzahl der Hackschnitzelschleuse benutzt.

- flow in C6, d.h. der Durchfluß in der C6-Zirkulation: Hierfür wird eine Mittelwertbildung durchgeführt.

Der Ausgang des Fuzzy-Reglers 40 für den Wärmetauscher dTRCβ gibt an, um wieviel Grad der Sollwert für den Regler der Temperatur in der Cβ-Zirkulation zu verändern ist. Als Basis für diese Änderung wird der Sollwert benutzt, der zu dem Zeitpunkt geherrscht hat, als der gegenwärtig ausgetragene Zellstoff, an dem die aktuelle Kappazahl bestimmt wurde, die Kochzone passierte.

Der Fuzzy-Regler 40 gemäß Figur 3 ist so konzipiert, daß für die Eingangsvariablen „Schleusendrehzahl" und „Durchfluß" jeweils zwei Zugehörigkeitsfunktionen definiert sind.

Mit Hilfe des ersten Fuzzy-Reglers 20 gemäß Figur 2 bzw. 20', 20'', 20''' gemäß der weiter unten beschriebenen Figur 7 wird die Kochtemperatur in der Kochzone, d.h. in der C6-Zirkula- tion aus Figur 1, bestimmt. Der zweite Regler 40 berechnet aus der gewünschten Kochtemperatur den Sollwert für die Temperaturregelung in der C6-Zirkulation.

Ein entsprechendes Fuzzy-System läßt sich gemäß Figur 5 für die Einstellung bzw. Änderung der Kochchemikalien konzipieren. Hierzu ist in Figur 4 die spezifische C5-Zirkulation im Kocher gemäß Figur 1 dargestellt. Im einzelnen beinhaltet das hydraulische System der Figur 4 die sogenannte C5-Zirkula- tion, welche die Imprägnierzone im Kocher 10 verdeutlicht. Entsprechend Figur 1 sind im einzelnen Meßstellen für den Durchfluß FI5, für Aktiv-Alkali AAC5 und die Temperatur TRC5 vorhanden. Über ein Ventil 18 erfolgt die Zugabe von sogenannter Weißlauge, welche im wesentlichen Aktiv-Alkali enthält. Auch andere Kochchemikalien können zugeführt werden.

In Figur 5 ist ein diesbezüglicher Fuzzy-Regler 70 für die Regelung des Aktiv-Alkali-Gehaltes dargestellt. Der Regler 70 hat Eingänge 71 bis 76 und einen Ausgang 79. Die Eingänge 71 bis 74 entsprechen beispielsweise den Eingängen der Figur 2.

Am Ausgang 79 wird ein Ausgangssignal dAAC5 für die Änderung der Aktiv-Alkali-Konzentration erzeugt. Somit kann die Ände- rung der Chemikalieneinstellung beeinflußt werden, wobei gleichermaßen die Verweilzeit in der Waschzone berücksichtigt wird.

Für die Eingänge 71 bis 74 können statt der Eingangsgrößen aus Figur 2 auch andere Eingangsgrößen verwendet werden. Es können weitere Eingänge vorhanden sein, welche die Temperaturen im Kocher 10 berücksichtigen. Beispielsweise kann am Eingang 75 die Differenz dTRC5 in der C5-Zirkulation, d.h. in der Imprägnierzone, und am Eingang 76 die Differenz dTRC6 in der C6-Zirkulation, d.h. in der Kochzone anstehen. Beide

Größen sind signifikant für die Einstellung bzw. Änderung der Kochchemikalien, insbesondere eine Beeinflussung der Änderung in der Aktiv-Alkali-Konzentration.

Daneben können auch beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit als diskrete physikalische Größe der Kochchemikalien oder aber auch elektromagnetische Spektren, insbesondere im Bereich des Nahen _Infrarot (NIR) , in den einzelnen Zirkulationen des Kochers 10 gemessen und ausgewertet werden, wie es im einzelnen in der WO 98/28 487 A beschrieben ist. Derartige Größen und/oder aus kontinuierlichen Spektren abgeleitete Kennwerte können ebenfalls Eingänge für die Fuzzy-Regler 70 für die Regelung der Aktiv-Alkali-Konzentration bilden. Auch bei der C6-Zirkulation gemäß der Darstellung entsprechend Figur 1 kann eine Kalibrierung des Aktiv-Alkali-Gehaltes erfolgen

Für den in Figur 2 und Figur 5 nur schematisch dargestellten Aufbau der Fuzzy-Regler 20, 70 sind für die Eingabevariablen jeweils drei Zugehörigkeitsfunktionen (positiv, null, negativ) definiert. Die Ausgänge 29 bzw. 79 der Regler 20 bzw. 70 werden beispielsweise in einer geeigneten Anzahl von Zugehörigkeitsfunktionen unterteilt.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, jeweils drei Fuzzy- Regler, beispielsweise Fuzzy-Regler 20', 20'' und 20''', zu verwenden, wobei die einzelnen Fuzzy-Regler den Arbeitsraum unterschiedlich stark abdecken. Beispielsweise ist es vorteilhaft, daß

- der erste Fuzzy-Regler 20 % um den Arbeitspunkt,

- der zweite Fuzzy-Regler 20 bis 50 % um den Arbeitspunkt und - der dritte Fuzzy-Regler 50 bis 100 % um den Arbeitspunkt arbeitet .

Letzteres wird nachfolgend im einzelnen verdeutlicht: Vom Stand der Technik bekannte Fuzzy-Systeme bestehen aus aufeinanderfolgenden Einheiten zur Fuzzyfizierung, zur Infe- renz und zur Defuzzyfizierung. In die Einheit zur Fuzzyfi- zierung werden Meßgrößen eingegeben und von der Einheit zur Defuzzyfizierung beispielsweise Stellgrößen ausgegeben. Zur Verwendung als Regler wird das Erfahrungswissen eingebracht, das über Regeln eingegeben wird. Dafür müssen für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Zugehörigkeitsfunktionen definiert werden.

Bei der Analyse von Fuzzy-Systemen insbesondere in der Zell- stoff- und Papierindustrie hat sich gezeigt, daß die jeweils größten Abweichungen der Eingangsgrößen vom Arbeitspunkt hauptverantwortlich für den Wert der Ausgabegröße sind. Da- durch ist es ohne große Verminderung der Genauigkeit der Ausgabegröße möglich, den Eingaberaum um das Zentrum in unterschiedliche Arbeitsräume zu unterteilen. Diese Unterteilung erfolgt, wie in Figur 6 beispielhaft für zwei Ein- gabegrößen e_α und e₂ dargestellt, in Form geschachtelter Arbeitsräume. Die Unterteilung muß dabei so durchgeführt werden, daß eine Unterscheidung zwischen großen, die Ausgabegröße entscheidend beeinflussenden Abweichungen einzelner Eingangsgrößen vom Arbeitspunkt und sich weniger auswirkenden kleinen Abweichungen leicht möglich ist.

Der Eingaberaum eines Fuzzy-Systems kann beispielsweise für die Dimensionen ei und e₂ geschachtelt aufgebaut sein. Es ergeben sich dadurch mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Regeln zur Eingabe in das Fuzzy-System.

Es wurde gezeigt, daß ein derartiges Fuzzy-System mit einem geeignet aufgebauten Regler zum Betrieb der Steuereinrichtung eines kontinuierlich arbeitenden Zellstoffkochers eingesetzt werden kann. Dabei wird mit wenigstens einem Fuzzy-Regler die Änderung der Kochertemperatur und/oder der Chemikalieneinstellung geregelt.

Beispielsweise für die Kochertemperatur kann vorteilhafter- weise die Unterteilung des Eingaberaumes in drei Arbeitsräume erfolgen. Zuerst werden die maximal im Betrieb des Kochers vorkommenden Abweichungen der Eingabegrößen vom Mittelwert ermittelt .

Daraus ergeben sich die Grenzen des äußeren, um den Arbeitspunkt liegenden ersten Reglers. Sollte eine oder mehrere Eingabegrößen wider Erwarten diese Grenzen überschreiten, dann werden sie auf diese Maximalwerte begrenzt. Für den zweiten Regler werden die Grenzen bei 50 % und für den dritten, inneren Regler bei 20 % des äußeren, ersten Reglers festgesetzt. co co to I P¹ p ^» cπ o Cπ o n o Cπ

to φ d et cn

XJ t-i

Φ

Ω tr φ d φ

P- na φ d φ

So φ na φ tr

DJ cn φ d co o * co o

"-, co o *«

_"«»

-_*

Hi d:

H

CL

P-

Φ

unterschiedlichen Arbeitsräume zugeordnet, wodurch der jeweils separate Betrieb der einzelnen Regler möglich ist. Die Eingänge sind durch jeweils eigene Blöcke 31, 32, 33, 34 verdeutlicht. Von den Reglern 20', 20'', 20''' wird die gemeinsame Prozeßeinheit 35 angesteuert. Der Ausgang der Prozeß-Recheneinheit 35 ist die Kochtemperaturänderung 36.

In Figur 8 ist der Kocher 10 aus Figur 1 bzw. Figur 4 mit einem Fuzzy-System entsprechend den Figuren 2/3, der Figur 5 oder entsprechend den Figuren 6/7 und zusätzlich einem Be- ratungs- (sog. Advisory-) System dargestellt. Letzteres besteht aus Einheiten 50 und 55, mit denen einem Anlagenfahrer P als Operator einer den beschriebenen kontinuierlichen Kocher 10 enthaltenden Anlage die Möglichkeit gegeben wird, in die Regelung im Sinne kleinerer Änderungen einzugreifen. Solche Advisory-Syste e erhöhen die Flexibilität der Gesamtanlage .

In Figur 9 ist eine Bedienoberfläche 60 als Mensch-Maschine- Interface für das Advisory-System gemäß Figur 8 wiedergegeben. Auf der vom Display eines PC gebildeten Bedienoberfläche sind unterschiedliche Arbeitsmoden 1 bis 4, wie „Einstellungen", „Simulation", „Beratung"- und „Historie" auswählbar.

In Figur 9 ist der Arbeitsmodus „Beratung" (Advisory) angewählt. Unter dem Hinweis „Fuzzy-Regler" sind auf dem Display oben in zwei parallelen Spalten die Arbeitsbedingungen wiedergegeben, was in Figur 9 nicht im einzelnen dargestellt ist. Beispielsweise wird angezeigt:

Verweilzeit in der Waschzone blow-flow = 3433; zur Kochzeit

+2h = 6,6 h = 3538; dif. = 152 1/min

Kappa Labor = 65,8 Zellradschleuse M2 = 12.1 rpm

Trend Kappa = -1,4 Kappa/h Durchfluß C6 = 3304 1/min

AAC6 = 24,5; dAA = -0,5 g/1 Vorhersage: dTR6 = -0, 6°C

TR6 = 148, 6°C; TR6neu = 148°C Vorhersage dTRCβ = -0,5°C Darunter werden jeweils als Graphiken 61 bis 63 die beiden Eingangsgrößen „Kappa" und „Aktiv-Alkali" sowie die Ausgangsgröße „Kochtemperatur in der C6-Zirkulation" jeweils als Graphik 61 bis 63 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Darunter wird auf dem Display dem Anlagenfahrer (Operator) der vom Fuzzy-System ermittelte neue Sollwert für die Kochtemperatur-Regelung als alphanumerische Anweisung 66 angezeigt, was in Figur 9 nicht im einzelnen dargestellt ist. Für die im Beispiel angegebenen Arbeitsbedingungen gilt beispielsweise :

Verringere TRC6 um 0,5°C von 161,5 auf 161°C. Um die Qualität des Zellstoffes konstant zu halten, ist also die Kochtemperatur in der C6-Zirkulation des Kochers auf den angegebenen Wert zu erniedrigen.

Das der Figur 2 vergleichbare Fuzzy-System gemäß Figur 5 mit entsprechenden Reglern wird für den Chemikalien-Einsatz, insbesondere die Aktiv-Alkali-Zugabe beim nach dem basischen Sulfatverfahren kontinuierlich arbeitenden Kocher, eingesetzt. In gleicher Weise wie in Figur 8 für die Kochtemperatur TRC6 kann auf dem Display eine Anweisung für die Chemikalienzugabe AAC5 angezeigt werden. Bei Kochern mit anderen Aufschlußverfahren für das Holz kann mit einem entsprechenden Fuzzy-System die Zugabe der jeweils den Aufschluß bestimmenden Kochchemikalien geregelt werden.

Mit den vorstehend erläuterten Anordnungen von vorteilhafterweise kombinierten Fuzzy-Reglern ist ein optimaler Betrieb eines kontinuierlich arbeitenden Kochers gewährleistet. Es läßt sich somit ein vorgegebener Sollwert für die Kappazahl sicher einstellen, wobei eine Reduzierung der Streuung der Kappa-Zahl erreicht wird. Über das Advisory-System ist die Kommunikation mit dem Anlagenfahrer vereinfacht.

Claims

Patentansprüche

1. Steuereinrichtung für einen kontinuierlich arbeitenden Kocher zur Herstellung von Zellstoff durch Kochen von Hackschnitzeln in einer Kochflüssigkeit, unter Verwendung von Fuzzy-Logik-Systemen mit mindestens einem Fuzzy-Regler (20, 70) zur Einstellung der Änderung der Kochtemperatur (dTR6- fuzzy) und/oder Änderung der Chemikalienzusätze (dAAC5) während des kontinuierlichen Kochprozesses.

2. Steuereinrichtung 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 mehrere autarke Fuzzy-Regler (20', 20'', 20''') für unterschiedliche Arbeitsbereiche parallelgeschaltet sind.

3. Steuereinrichtung 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 der Eingaberaum (110, 112, 114) für den Fuzzy-Regler (20,70') in allen seinen Dimensionen (ei, e₂) durch Schachtelung unterteilt ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Verwendung als Temperaturregler für die Zellstoffkochung eine dreifache Unterteilung des Eingaberaums (110, 120, 130) in zwei Dimensionen (el, e2) vorhanden ist.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Eingaberaum (110, 120, 130) in 100 % für einen äußeren Regler sowie in 50 % und in 20 % für innere Regler unterteilt ist.

6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aufgrund der Abweichungen im Eingaberaum (110, 120, 130) entschieden wird, welcher Fuzzy-Regler eingesetzt wird.

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die Berechnung von Ausgabegrößen jeweils zwischen dem Fuzzy- Regler, innerhalb dessen Grenzen der größte Eingabewert liegt, und demjenigen Fuzzy-Regler, der den nächstkleineren Eingaberaum hat, interpoliert wird.

8. Einrichtung 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 als Eingänge (21 - 24, 71 - 76) für den Fuzzy-Regler (20, 70) wenigstens die sogenannte Kappazahl und/oder deren Änderung mit der Zeit vorhanden sind.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Kocher z.B. mit basischen Kochchemikalien betrieben wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß über die Kappazahl hinaus als weitere Eingänge (21 - 24, 71 - 70) die Differenz im Aktiv-Alkali-Gehalt in der Kochzirkulation (66) vorhanden ist .

10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Eingänge (21 - 24, 71 - 76) für den Fuzzy-Regler (20, 70) jeweils die Differenz der Kappazahl und/oder des Aktiv-Alkaligehaltes durch den Unter- schied der aktuellen Meßwerte zu den Meßwerten bei dem den Kocher verlassenden Zellstoff definiert ist.

11. Steuereinrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Eingänge (21 - 24, 71 - 76) weiterhin die Differenz im Durchfluß (d blow flow) in der Blasleitung und der Trend der Kappazahl (trend kappa) enthalten sind.

12. Steuereinrichtung 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 einem ersten autarken Fuzzy-Regler (20) für die Kochtemperatur wenigstens ein weiterer separater Fuzzy-Regler (40) zugeordnet ist.

13. Steuereinrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im weiteren separaten Fuzzy-Regler (40) als Eingänge (41 - 43) die Änderung der Kochtemperatur, die Schleusendrehzahl an der Beschickeinrichtung für den Kocher und der Durchfluß in der C6-Zirkula- tion vorhanden sind.

14. Steuereinrichtung nach Anspruch 12 und Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei

Fuzzy-Regler (20, 40) derart verknüpft sind, daß der eine Fuzzy-Regler (20) die Kochtemperatur in der Kochzone bestimmt und der andere Fuzzy-Regler (40) aus einer vorgegebenen Kochtemperatur den Sollwert für die Temperaturregelung des ersten Fuzzy-Reglers (20) ermittelt.

15. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Kommunikation mit einem Anlagenfahrer als Operator einer einen kontinuierlich arbeitenden Kocher enthaltenden Anlage ein sog. Advisory-System (50, 55) vorhanden ist.

16. Steuereinrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß am Beratungs-System (50,55) die Eingänge in das Fuzzy-System (20, 40, 70) angezeigt werden.

17. Steuereinrichtung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anzeige (60) entweder als graphische Darstellung (81 -63) oder als alphanumerische Darstellung (66) erfolgt, die dem Anlagenfahrer (P) in zyklischen Zeitabständen aktualisiert und angezeigt werden.