KUHN, Andreas (Ilgenstrasse 24, St. Gallen, CH-9000, CH)
ZIMMERMANN, René (Hüseren 15, Züberwangen, CH-9523, CH)
AGARWAL, Mukul (Scheuchzerstrasse 204, Zürich, CH-8057, CH)
KUHN, Andreas (Ilgenstrasse 24, St. Gallen, CH-9000, CH)
ZIMMERMANN, René (Hüseren 15, Züberwangen, CH-9523, CH)
| Patentansprüche 1. Anlage zum Verarbeiten von Getreide, welche aufweist: ^ mindestens eine Zerkleinerungs-Einheit zum Zerkleinern von Getreidekörnern oder Getreide-Bruchstücken zu Getreide-Partikeln; ^ mindestens eine Förderstrecke zwischen mindestens zwei der Zerkleinerungs-Einheiten; ^ ein globales Regelungs-System, das sich über mindestens einen Grossteil der Einheiten der Anlage erstreckt; und/oder ^ mindestens ein lokales Regelungs-System, das mindestens einer jeweiligen Einheit und höchstens einem Grossteil der Einheiten zugeordnet ist. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Fraktionierungs-Einheit aufweist zum Fraktionieren von Getreide-Partikeln unter Berücksichtigung mindestens einer Eigenschaft der Partikel. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Mischungs-Einheit aufweist zum Mischen von Getreidekörnern oder Getreide-Partikeln. 4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Konditionierungs- Einheit zum Konditionieren von Getreidekörnern, Getreide- Bruchstücken oder Getreide-Partikeln aufweist. 5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheiten, insbesondere über Förderstrecken, netzwerkartig miteinander verbunden sind. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die netzwerkartigen Verbindungen während des Betriebs veränderbar sind. 5 7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das globale Regelungs-System eine Gruppe von globalen Leitsätzen beinhaltet. 8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das glo- lo bale Regelungs-System weniger als 50 Leitsätze und insbesondere weniger als 20 Leitsätze beinhaltet. 9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das globale Regelungs-System lokale Vorga- i5 ben für ein lokales Regelungs-System der jeweiligen Einheiten der Anlage vorgeben kann. 10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das globale Regelungs-System Stellgrössen 20 an Aktoren zum Einwirken auf Einheiten der Anlage ausgibt. 11. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Regelungs-System Stellgrössen an Aktoren zum Einwirken auf Einheiten der Anlage ausgibt. 25 12. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Einheiten untereinander hinsichtlich des Produktflusses und/oder der Regelung gekoppelt sind. 30 13. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einheiten eine Produkt-Förderrichtung aufweisen, in welcher die Getreide-Partikel durch die Einheiten hindurchtreten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Förderstrecken als Produkt-Schleifen ausgebildet sind, die den Austritt einer Einheit mit dem Eintritt dieser Einheit verbinden oder den Austritt einer Einheit mit dem Eintritt einer förderaufseiti- gen Einheit verbinden. 5 14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Schleifen als gekoppelte Schleifen und/oder ineinandergreifende Schleifen angeordnet sind. lo 15. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Regelungs-System eine Gruppe von lokalen Leitsätzen beinhaltet. 16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das lo- i5 kale Regelungs-System weniger als 30 Leitsätze und insbesondere weniger als 10 Leitsätze beinhaltet. 17. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine lokale Regelungs- 20 System einen oder mehrere der folgenden Regler aufweist: P- Regler, I-Regler, PI-Regler, ID-Regler, PD-Regler, PID- Regler . 18. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- 25 kennzeichnet, dass das globale Regelungs-System adaptiv ist, wobei die zu regelnden Parameter auf den Prozess anpassbar sind. 19. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- 30 kennzeichnet, dass das lokale Regelungs-System adaptiv ist, wobei die zu regelnden Parameter auf den Prozess anpassbar sind. 20. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Regelungs-System Vorgaben für Betriebsparameter der ihm zugeordneten Einheit empfangen kann, insbesondere von dem globalen Regelungssystem und/oder 5 dem Bediener. 21. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie maximal fünf verschiedenartige Zerkleinerungs-Einheiten aufweist . 10 22. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie maximal sieben verschiedenartige Frak- tionierungs-Einheiten aufweist. i5 23. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie maximal drei verschiedenartige Kondi- tionierungs-Einheiten aufweist. 24. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- 20 kennzeichnet, dass sie maximal 15 verschiedenartige Einheiten aufweist, die durch die lokalen Regelungs-Systeme und durch das globale Regelungs-System regelbar sind. 25. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- 25 kennzeichnet, dass sie maximal zwei Sorten von Zerkleinerungs-Einheiten aufweist. 26. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie nur eine Sorte von Zerkleinerungs- 30 Einheiten aufweist. 27. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie maximal zwei Sorten von Fraktionie- rungs-Einheiten aufweist. 28. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie nur eine Sorte von Fraktionierungs- Einheiten aufweist. 5 29. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie maximal zwei Sorten von Konditionie- rungs-Einheiten aufweist. lo 30. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie nur eine Sorte von Konditionierungs- Einheiten aufweist. 31. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- i5 kennzeichnet, dass eine Sorte von Zerkleinerungs-Einheit eine Schervorrichtung und insbesondere ein Walzenstuhl ist. 32. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sorte von Zerkleinerungs-Einheit eine 20 Prallvorrichtung und insbesondere ein Prallauflöser ist. 33. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sorte von Fraktionierungs-Einheit eine Siebvorrichtung ist. 25 34. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sorte von Fraktionierungs-Einheit eine Windsichtvorrichtung ist. 30 35. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sorte von Fraktionierungs-Einheit eine nach dem Zentrifugalprinzip arbeitende Vorrichtung und insbesondere ein Zyklon ist. 36. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Einheiten und Förderstrecken jeweils Sensoren ihres jeweiligen lokalen Regelungs-Systems aufweisen. 5 37. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Einheiten einen Sensor aufweisen. 38. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- lo kennzeichnet, dass mindestens einige der Zerkleinerungs- Einheiten, Fraktionierungs-Einheiten, Förderstrecken und Kon- ditionierungs-Einheiten jeweils Aktoren ihres jeweiligen lokalen Regelungs-Systems aufweisen. i5 39. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einige der Zerkleinerungs- Einheiten, Fraktionierungs-Einheiten, Förderstrecken und Kon- ditionierungs-Einheiten jeweils Aktoren des globalen Regelungs-Systems aufweisen. 20 40. Anlage nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zerkleinerungs-Einheit, Fraktionierungs- Einheit, Förderstrecke und Konditionierungs-Einheit mindestens einen Sensor ihres jeweiligen lokalen Regelungs-Systems 25 aufweist. 41. Anlage nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zerkleinerungs-Einheit, Fraktionierungs- Einheit, Förderstrecke und Konditionierungs-Einheit mindes- 30 tens einen Aktor ihres jeweiligen lokalen Regelungs-Systems aufweist . 42. Anlage nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Grossteil der Zerkleinerungs- Einheiten, Fraktionierungs-Einheiten, Förderstrecken und Kon- ditionierungs-Einheiten mindestens einen Sensor des globalen Regelungs-Systems aufweist. 5 43. Anlage nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Grossteil der Zerkleinerungs- Einheiten, Fraktionierungs-Einheiten, Förderstrecken und Kon- ditionierungs-Einheiten mindestens einen Aktor des globalen Regelungs-Systems aufweist. 10 44. Verfahren zum Regeln eines Prozesses zum Verarbeiten von Getreide insbesondere in einer Anlage gemäss einem der Ansprüche 1 bis 43 unter Anwendung ^ einer globalen Regelungs-Strategie für mindestens einen i5 Grossteil der Einheiten der Anlage; und > einer lokalen Regelungs-Strategie für mindestens eine jeweilige Einheit und höchstens einen Grossteil der Einheiten der Anlage. 20 45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die globale Regelungs-Strategie eine Gruppe von globalen Leitsätzen verwendet. 46. Verfahren nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, 25 dass die globale Regelungs-Strategie lokale Vorgaben für eine lokale Regelungs-Strategie ausgibt. 47. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass der Bediener Vorgaben für die globale Rege- 30 lungs-Strategie und/oder für die lokale Regelungs-Strategie eingibt . 48. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Regelungs-Strategie eine Gruppe von lokalen Leitsätzen verwendet. 5 49. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Regelungs-Strategie Vorgaben für Betriebsparameter der ihr zugeordneten Einheit empfängt. 50. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 49, dadurch gekenn- lo zeichnet, dass die globale Regelungs-Strategie kontinuierlich arbeitet, wobei Messgrössen ständig erfasst werden, insbesondere vor, während und nach ihrer Änderung. 51. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass die i5 globale Regelungsstrategie das gleichzeitige, insbesondere gekoppelte Regeln mehrerer Parameter umfasst. 52. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Regelungs-Strategie diskret bzw. 20 diskontinuierlich arbeitet, wobei Messgrössen vor und nach ihrer Änderung erfasst werden, insbesondere nur in einem ersten stationären Zustand vor und in einem zweiten stationären Zustand nach ihrer Änderung. 25 53. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Regelungs-Strategie das gleichzeitige, insbesondere gekoppelte Regeln mehrerer Parameter umfasst. 54. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 53, dadurch gekenn- 30 zeichnet, dass die lokale Regelungs-Strategie die Weitergabe von mindestens eine Einheit betreffender Information an das globale Regelungs-System umfasst. 55. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die Information den Grad der Erfüllung lokaler Vorgaben von der globalen Regelungs-Strategie an die lokale Regelungs- Strategie umfasst. 56. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 55, dadurch gekennzeichnet, dass die globale Regelungs-Strategie und/oder die lokale Regelungs-Strategie die Weitergabe von Information an einen Anlagen-Bediener umfasst. 57. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem Teil der Sensoren die Erfassungs-Genauigkeit an die momentanen Anforderungen der Regelungs-Strategie angepasst wird. 58. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor eines lokalen Regelungs-Systems ein Startsignal oder ein Wartesignal von dem globalen Regelungs- System, von einem anderen lokalen Regelungs-System oder von einem Aktor erhält. 59. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlichen Verläufe der globalen Regelungs-Strategie und lokaler Regelungs-Strategien protokol- liert und aufgezeichnet werden. 60. Verfahren nach einem der Ansprüche 44 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass Messwerte und/oder andere Sensor-Informationen zur Erkennung eines Anlagen-Fehlbetriebes oder eines Anlagen- fehlers verwendet werden. 61. Verfahren nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte und/oder anderen Sensor-Informationen zur Diagnose eines Anlagen-Fehlbetriebes oder eines Anlagenfehlers verwendet werden. 62. Verfahren nach Anspruch 60 oder 61, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung und ggf. Diagnose eines Anlagen- Fehlbetriebes oder eines Anlagenfehlers das globale Regelungs-System und/oder das lokale Regelungs-System Sondermass- nahmen ergreift. 63. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Umfang des Anlagen-Fehlbetriebes oder Anlagenfehlers als Sondermassnahme eine der folgenden Massnahmen für mindestens einen Teil der Anlage getroffen werden: ^ weiteres Regeln des fehlerhaften Anlagenteils oder der gesamten Anlage unter Berücksichtigung des Fehlers; > nur noch Steuern des der Anlage; > Anhalten der Anlage. |
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Verarbeitung von Getreide, insbesondere zum Zerkleinern, Transportieren, Fraktio- nieren und Konditionieren von Getreide sowie auf ein Verfahren zum Regeln eines derartigen Prozesses in einer solchen Anlage.
Viele bekannte Getreide-Mühlen bzw. Anlagen zum Verarbeiten von Getreide sind sehr umfangreich und enthalten Zerkleinerungs- Einheiten zum Zerkleinern von Getreidekörnern oder Getreide- Bruchstücken zu Mehlen und Getreide-Nebenprodukten, d.h. zu verschiedenartigen Getreide-Partikeln sowie Förderstrecken zwischen den Zerkleinerungs-Einheiten. Weiterhin können derartige Anlagen Fraktionierungs-Einheiten enthalten zum Fraktionieren der Getreide-Partikel unter Berücksichtigung mindestens einer Eigenschaft der Partikel. Vor der Verarbeitung, d.h. vor dem Eintritt in die Anlage, wird das Getreide einer Konditionierung ausgesetzt, die mehrere Stunden bis mehrere Tage dauern kann.
Der Prozess des Zerkleinerns und Fraktionierens erfordert zahlreiche Prozess-Stufen, die in einer Vielzahl der genannten Einheiten durchgeführt werden, wobei manche der Einheiten vom Produktstrom auch mehrfach durchlaufen werden können. Erschwerend kommt hinzu, dass die Qualität des als Ausgangsmaterial für den Prozess dienenden Getreides innerhalb des Produktstromes schwanken kann. Dennoch soll das Endprodukt stets gewisse Standards und Normen erfüllen, d.h. die Mehl-, Griess- und Kleie- Fraktionen müssen vorgegebene Produktparameter erfüllen.
Grosse Anlagen mit vielen verschiedenen der oben genannten Einheiten sind üblicherweise mit einem Leitsystem ausgestattet, das es einem erfahrenen Müllerei-Fachmann (Obermüller) erlaubt, einen ständigen Überblick über die zu überwachende Anlage zu behalten . Da derartige Anlagen aber oftmals eine hohe Anzahl und auch eine grosse Vielfalt von Einheiten zur Produkt-Behandlung aufweisen, erfordert die Überwachung und Gewährleistung eines unter den vorgegeben Bedingungen optimalen Betriebs der Anlage von dem zur Bedienung und Betriebsüberwachung eingeteilten Personal aber dennoch einen hohen Erfahrungsschatz und ständige Wachsamkeit. Ein optimaler Betrieb ist daher nicht immer möglich.
Insbesondere ist es in der Müllerei nicht üblich, ein Mahlprodukt wiederholt (per Produktrückführung) durch eine Einheit der Anlage zu leiten, insbesondere nicht - weder als ganze Fraktion noch in Teilfraktionen - wiederholt über ein und denselben Walzenstuhl. Dies führt in der Praxis zu unkontrollierbaren Mahl- produkteigenschaften und wird daher vermieden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Anlage zum Verarbeiten von Getreide den Prozess stets optimal zu fahren .
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemässe Anlage zum Verarbeiten von Getreide gelöst, welche aufweist:
^ mindestens eine Zerkleinerungs-Einheit zum Zerkleinern von Getreidekörnern oder Getreide-Bruchstücken zu Getreide- Partikeln;
> mindestens eine Förderstrecke zwischen mindestens zwei der
Zerkleinerungs-Einheiten; ^ ein globales Regelungs-System, das sich über mindestens einen
Grossteil der Einheiten der Anlage erstreckt; und/oder > mindestens ein lokales Regelungs-System, das mindestens einer jeweiligen Einheit und höchstens einem Grossteil der Einheiten zugeordnet ist. Das erfindungsgemässe Verfahren für das Regeln eines Prozesses zur Getreideverarbeitung insbesondere in der erfindungsgemässen Anlage erfolgt unter Anwendung
^ einer globalen Regelungs-Strategie für mindestens einen Grossteil der Einheiten der Anlage; und
> einer lokalen Regelungs-Strategie für mindestens eine jeweilige Einheit und höchstens einen Grossteil der Einheiten der Anlage .
Vorzugsweise besitzt die erfindungsgemässe Anlage ausserdem:
^ mindestens eine Fraktionierungs-Einheit zum Fraktionieren von Getreide-Partikeln unter Berücksichtigung mindestens einer Eigenschaft der Partikel; und/oder
^ mindestens eine Mischungs-Einheit zum Mischen von Getreidekörnern oder Getreide-Partikeln; und/oder
> mindestens eine Konditionierungs-Einheit zum Konditionieren von Getreidekörnern, Getreide-Bruchstücken oder Getreide- Partikeln, wobei hier eine relativ lange andauernden Vorkon- ditionierung (mehrere Minuten bis mehrere Tage) ausserhalb der Anlage bzw. vor dem Durchlaufen des Prozesses und eine Nachkonditionierung während des Durchlaufens des Prozesses erfolgen kann.
Die folgenden Verweilzeiten bzw. Durchlaufzeiten der Getreide- Partikel werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt: ^ Zerkleinerung: < 20 s, vorzugsweise < 10 s; ^ Förderung: < 5 s, vorzugsweise < 2 s;
> Fraktionierung: < 60 s, vorzugsweise < 20 s;
> Nachkonditionierung: < 1 min, vorzugsweise < 20 s, insbeson- dere < 10 s.
Die einzelnen Einheiten sind insbesondere über Förderstrecken netzwerkartig miteinander verbunden, wobei die netzwerkartigen Verbindungen vorzugsweise während des Betriebs veränderbar sind. Wider Erwarten hat sich gezeigt, dass mit einem erfindungsgemäs- sen System umfassend sowohl eine globale als auch eine lokale Regelungsstrategie die Produktrückführung in Einheiten der Getreide-Verarbeitungsanlage ermöglicht ist, und die gewünschten Mahlprodukte und ihre Eigenschaften sehr gut erreicht werden können. Auch die Koordination mehrerer Output- und/oder Input- ströme von Produkten aus/in einzelne Einheiten sowie das online Umlenken von Produktströmen von/zu den einzelnen Einheiten kann überraschend zuverlässig und mit guter Qualität des Endprodukts gestaltet werden. Die im Stand der Technik angenommene Unkontrollierbarkeit von Mahlprodukteigenschaften bei Verwendung von Produktrückführungen kann mit den nachfolgend im Detail beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen überwunden werden.
In der Anlage kann vorteilhaft zumindest ein Teil der Einheiten untereinander hinsichtlich des Produktflusses und/oder der Regelung gekoppelt sein. Unter Kopplung in diesem Sinne wird eine Rückführung von Produkt und/oder Information des Regelungssystems verstanden.
Das globale Regelungs-System verwendet zweckmässigerweise eine Gruppe von globalen Leitsätzen, die vorzugsweise weniger als 50 Leitsätze und insbesondere weniger als 20 Leitsätze beinhaltet. Ausserdem kann das globale Regelungs-System lokale Vorgaben für ein lokales Regelungs-System der jeweiligen Einheiten der Anlage vorgeben. Bei den Leitsätzen kann es sich um Regeln eines Unscharfe-Logik-Systems (Fuzzy Logic System) handeln.
Ausgehend von einer Ursache umfasst ein (globaler) Leitsatz ty- pischerweise mindestens eine Auswirkung und mindestens eine Aktion (die auch das zumindest teilweise Beibehalten bisheriger Einstellungen sein kann); z.B.: > Ursache:
Klima wird schlagartig feuchter (Gewitter bricht aus) ; > Auswirkung:
Weniger scharfe Sichtung auf Ausmahlpassagen;
> Aktion 1:
Mehr Produkt auf Mahlpassage A als auf Mahlpassage B.
Es können selbstverständlich auch weitere (Folge) Auswirkungen und (Folge) Aktionen von einem Leitsatz umfasst sein. Im obigen Beispiel :
^ (Folge) Auswirkung (von Aktion 1) : Mahlpassage B weniger belastet; Messgerät meldet höhere Wasseraufnahme;
> (Folge) Aktion 2:
Mahlspalt der Mahlpassage B höher führen.
Das globale Regelungs-System und/oder ein lokales Regelungs- System geben zweckmässigerweise Stellgrössen an Aktoren zum Einwirken auf Einheiten der Anlage aus. Die Ansprechzeiten (Reaktionszeiten) der Aktoren sind vorzugsweise < 5 s und noch bevorzugter < 1 s .
Vorzugsweise sind zumindest einige der Einheiten untereinander gekoppelt. Unter Kopplung wird sowohl eine Kopplung der Produktströme zwischen den Einheiten als auch eine Kopplung der Informationsflüsse (Datenströme) zwischen den Einheiten verstanden. Für letztere sind insbesondere neuronale Netze vorgesehen, die sich über das globale und die lokalen Regelungs-Systeme erstrecken. Ergänzend oder alternativ können Unscharfe-Logik-Systeme vorgesehen sein.
Die Einheiten besitzen eine Produkt-Förderrichtung, in welcher die Getreide-Partikel durch die Einheiten hindurchtreten. Vorzugsweise sind einige der Förderstrecken als Produkt-Schleifen ausgebildet, die den Austritt einer Einheit mit dem Eintritt dieser Einheit verbinden oder den Austritt einer Einheit mit dem Eintritt einer förderaufseitigen Einheit verbinden. Es ist vorteilhaft, wenn ein Teil der Schleifen als gekoppelte Schleifen bzw. ineinandergreifende Schleifen angeordnet ist.
Bevorzugte Verweilzeiten bzw. Durchlaufzeiten durch die Schleifen liegen im Bereich < 100 s pro Durchlauf, vorzugsweise < 10 s pro Durchlauf.
Die bevorzugte Anzahl der Durchläufe durch die Schleifen ist < 5 Durchläufe, vorzugsweise < 3 Durchläufe.
Die Kopplungen und Schleifen können je nach Bedarf im Verlaufe des Prozesses eingeschaltet bzw. geöffnet oder ausgeschaltet bzw. geschlossen werden.
Das lokale Regelungs-System verwendet zweckmässigerweise eine Gruppe von lokalen Leitsätzen, die vorzugsweise weniger als 30 Leitsätze und insbesondere weniger als 10 Leitsätze beinhaltet.
Ausgehend von einer Ursache umfasst ein (lokaler) Leitsatz typischerweise ebenfalls mindestens eine Auswirkung und mindestens eine Aktion (die auch das zumindest teilweise Beibehalten bisheriger Einstellungen sein kann); z.B.:
> Ursache: Anderes Rohprodukt;
> Auswirkung:
Partikelgrösse am Produktausgang zu gross;
> Aktion 1: Mahlspalt verengen.
Es können selbstverständlich wiederum weitere (Folge) Auswirkungen und (Folge) Aktionen von einem (lokalen) Leitsatz umfasst sein, wie vorstehend im Zusammenhang mit den globalen Leitsätzen erläutert. Das mindestens eine lokale Regelungs-System besitzt einen oder mehrere der folgenden Regler: P-Regler, I-Regler, PI-Regler, ID- Regler, PD-Regler, PID-Regler oder andere gängige Regler. Vor- zugsweise werden auch Regler verwendet, die neuronale Netze und/oder unscharfe Logik verwenden.
Vorzugsweise sind das das globale und/oder das lokale Regelungs- System als adaptive Systeme ausgebildet.
Das lokale Regelungs-System ist so ausgelegt, dass es Vorgaben für Betriebsparameter der ihm zugeordneten Einheit empfangen kann .
Der Umfang ("Vielfalt") der Anlage ist vorzugsweise derart begrenzt, dass sie:
> maximal fünf verschiedenartige Zerkleinerungs-Einheiten aufweist; und/oder
^ maximal sieben verschiedenartige Fraktionierungs-Einheiten aufweist; und/oder
> maximal drei verschiedenartige Konditionierungs-Einheiten aufweist .
Der Umfang der Anlage ist vorzugsweise auch dadurch begrenzt, dass sie maximal 15 verschiedenartige Einheiten aufweist, die durch die lokalen Regelungs-Systeme und durch das globale Regelungs-System regelbar sind.
Selbst Anlagen, die maximal zwei Sorten von Zerkleinerungs- Einheiten und/oder maximal zwei Sorten von Fraktionierungs- Einheiten und/oder maximal zwei Sorten von Konditionierungs- Einheiten aufweisen, sind aufgrund der erfindungsgemässen Regelungs-Systeme möglich. Vorzugsweise wird als eine Sorte von Zerkleinerungs-Einheit eine Schervorrichtung und insbesondere ein Walzenstuhl verwendet.
Vorzugsweise wird als eine Sorte von Zerkleinerungs-Einheit eine Prallvorrichtung und insbesondere ein Prallauflöser verwendet.
Vorzugsweise wird als eine Sorte von Fraktionierungs-Einheit eine Siebvorrichtung verwendet.
Vorzugsweise wird als eine Sorte von Fraktionierungs-Einheit eine Windsichtvorrichtung verwendet.
Vorzugsweise wird als eine Sorte von Fraktionierungs-Einheit eine nach dem Zentrifugalprinzip arbeitende Vorrichtung und insbe- sondere ein Zyklon verwendet.
Zweckmässigerweise enthalten einige der Einheiten und Förderstrecken jeweils Sensoren ihres jeweiligen lokalen Regelungs- Systems. Vorzugsweise enthalten alle Einheiten einen Sensor. Die Ansprechzeiten (Reaktionszeiten) der Sensoren sind vorzugsweise < 1 min und noch bevorzugter < 10 s.
Vorzugsweise enthalten mindestens einige der Zerkleinerungs- Einheiten, Fraktionierungs-Einheiten, Förderstrecken, Mischungs- Einheiten und Konditionierungs-Einheiten Aktoren ihres jeweiligen lokalen Regelungs-Systems und/oder Aktoren des globalen Regelungs-Systems. Dies ermöglicht je nach Bedarf die Verstellung einer Einheit über ein lokales Regelungssystems oder direkt, und somit schneller, durch das globale Regelungs-System. Das globale Regelungssystem erlaubt eine schnellere Regelung, weil hierbei leichter Einstellungen an vorgeschalteten Einheiten korrigiert werden können, die sich allenfalls erst in Eigenschaften von Produkten nachgeschalteter Einheiten äussern. Derartige Folge- auswirkungen über eine Kette lokaler Einstellungsänderungen zu beheben, wäre zeitlich wesentlich aufwändiger.
Vorzugsweise enthält jede Zerkleinerungs-Einheit, Fraktionie- rungs-Einheit, Förderstrecke, Mischungs-Einheit und Konditionie- rungs-Einheit mindestens einen Sensor ihres jeweiligen lokalen Regelungs-Systems und/oder mindestens einen Aktor ihres jeweiligen lokalen Regelungs-Systems.
Vorzugsweise enthält zumindest ein Grossteil der Zerkleinerungs- Einheiten, Fraktionierungs-Einheiten, Förderstrecken, Mischungs- Einheiten und Konditionierungs-Einheiten mindestens einen Sensor des globalen Regelungs-Systems und/oder mindestens einen Aktor des globalen Regelungs-Systems.
Vorzugsweise verwendet bei dem erfindungsgemässen Verfahren die globale Regelungs-Strategie eine Gruppe von globalen Leitsätzen, wobei die globale Regelungs-Strategie insbesondere lokale Vorgaben für eine lokale Regelungs-Strategie ausgibt.
Vor oder während des Verfahrens kann der Bediener Vorgaben für die globale Regelungs-Strategie und/oder für die lokale Regelungs-Strategie eingeben. Vorzugsweise empfängt dabei die lokale Regelungs-Strategie Vorgaben für Betriebsparameter der ihr zuge- ordneten Einheit.
Bei einer bevorzugten Ausführung arbeitet die globale Regelungs- Strategie kontinuierlich, wobei Messgrössen ständig erfasst werden, und zwar insbesondere vor, während und nach ihrer Änderung. Die globale Regelungsstrategie kann das gleichzeitige/gekoppelte Regeln mehrerer Parameter umfassen.
Bei der bevorzugten Ausführung arbeitet die lokale Regelungs- Strategie hingegen diskret bzw. diskontinuierlich, wobei Mess- grossen vor und nach ihrer Änderung erfasst werden, und zwar insbesondere nur in einem ersten stationären Zustand vor und in einem zweiten stationären Zustand nach ihrer Änderung. Auch die lokale Regelungs-Strategie kann das gleichzeitige/gekoppelte Re- geln mehrerer Parameter umfassen.
Vorzugsweise umfasst die lokale Regelungs-Strategie die Weitergabe von mindestens eine Einheit betreffender Information an das globale Regelungs-System, wobei die Information den Grad der Er- füllung lokaler Vorgaben von der globalen Regelungs-Strategie an die lokale Regelungs-Strategie umfassen kann.
In ähnlicher Weise umfassen die globale Regelungs-Strategie und/oder die lokale Regelungs-Strategie vorzugsweise die Weiter- gäbe von Information an einen Anlagen-Bediener (Obermüller) .
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei zumindest einem Teil der Sensoren die Erfassungs-Genauigkeit an die momentanen Bedürfnisse der Regelungs-Strategie angepasst wird. So kann bei einer an- fänglichen groben Annäherung einer Einheit an einen Zustand (erste Näherung einer Parameter-Vielfalt) mit einer geringeren Auflösung, dafür aber mit kleineren Datenmengen gearbeitet werden, während bei der anschliessenden genaueren Annäherung an den Zustand (zweite Näherung der Parameter-Vielfalt) mit einer höhe- ren Auflösung, dafür aber mit grosseren Datenmengen gearbeitet werden kann. Dies erspart Rechenaufwand und somit Zeit.
Ein Sensor eines lokalen Regelungs-Systems kann ein Startsignal oder ein Wartesignal von dem globalen Regelungs-System, von ei- nem anderen lokalen Regelungs-System oder von einem Aktor erhalten .
Vorzugsweise werden die zeitlichen Verläufe der globalen Regelungs-Strategie und lokaler Regelungs-Strategien protokolliert und aufgezeichnet. So können ganze "Bibliotheken" mit spezifischen Mustern der Parameter-Vielfalt und geeigneter Regel- Strategien angelegt und bei späterem Bedarf konsultiert werden. Es werden nicht nur optimale Betriebszustände, d.h. eine optima- Ie Werte-Vielfalt für eine Parameter-Vielfalt, sondern auch nicht-optimale Betriebszustände gespeichert. Dies erweist sich z.B. als besonders nützlich, wenn die Anlage am Montag neu gestartet werden soll, um einen in der vorhergehenden Woche unterbrochenen Prozess weiter zu fahren, wenn ein plötzlicher Pro- duktwechsel verlangt wird oder wenn sich das Rohmaterial plötzlich ändert, d.h. wenn eine unerwartete Qualitätsveränderung vorliegt .
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung werden Messwerte und/oder andere Sensor-Informationen zur Erkennung oder sogar zur Diagnose eines Anlagen-Fehlbetriebes oder eines Anlagenfehlers verwendet. Zweckmässigerweise werden bei Erkennung und ggf. Diagnose eines Anlagen-Fehlbetriebes oder eines Anlagenfehlers durch das globale Regelungs-System und/oder das lokale Rege- lungs-System Sondermassnahmen ergriffen. Je nach Umfang des Anlagen-Fehlbetriebes oder Anlagenfehlers können dies die folgenden Massnahmen für mindestens einen Teil der Anlage sein: ^ weiteres Regeln des fehlerhaften Anlagenteils oder der gesamten Anlage unter Berücksichtigung des Fehlers; ^ nur noch Steuern des der Anlage; ^ Anhalten der Anlage.
Insgesamt ermöglichen die erfindungsgemässen Ausführungen eine autonome Prozess-Regelung, eine flexible Anlagen-Konfiguration und eine automatische Adaption an neue Situationen (Betriebsbedingungen, Rohmaterial-Eigenschaften, neue Endprodukt-Vorgaben, etc. ) Einzelnen Bearbeitungs-Einheiten der Anlage ist ein lokales Regelungssystem zugeordnet. Zur Regelung eines Walzenstuhls, einer Prallvorrichtung, eines Siebes oder eines Windsichters können diverse Regler verwendet werden, und zwar P-Regler, I-Regler, PI-Regler, ID-Regler, PD-Regler, PID-Regler.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren, wobei:
Fig. 1 eine erste Variante einer lokalen Regelung zeigt;
Fig. 2 eine zweite Variante einer lokalen Regelung zeigt;
Fig. 3 eine dritte Variante einer lokalen Regelung zeigt;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Zusammenspiels von globaler Regelung und lokaler Regelung bei dem erfin- dungsgemässen Verfahren ist; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Anlage globaler Regelung und lokaler Regelung ist.
Fig. 6 zeigt eine zusammenfassende Darstellung eines erfin- dungsgemässen Verfahrens.
In den Figuren 1, 2 und 3 sind verschiedene Varianten einer lokalen Regelung für einen lokalen Prozess (process) gezeigt. Ein lokaler Prozess läuft in einer Einheit der Anlage ab. Dies kann z.B. der Prozess in einem Walzenstuhl, in einem Sichter oder in einem Konditionierer sein. Folgende Reglergrössen sind dargestellt:
Sollwert r, Zielwert y und Einstellwert u. Die in Fig. 1 gezeigte erste Variante der lokalen Regelung verwendet zwei lxl-PI-Regler mit zwei unabhängigen Schleifen und vier einstellbaren Parametern. Dies ermöglicht eine einmalige und anschliessend fixierte Einstellung durch Versuch und Fehlversuch (trial and error) .
Die in Fig. 2 gezeigte zweite Variante der lokalen Regelung verwendet einen 2x2-PI-Regler mit zwei gekoppelten Schleifen und acht einstellbaren Parametern. Dies ermöglicht ebenfalls eine fixierte Einstellung durch Versuch und Fehlversuch (trial and error) .
Die in Fig. 3 gezeigte dritte Variante der lokalen Regelung ver- wendet einen adaptiven 2x2-Regler mit zwei gekoppelten Schleifen und vier einstellbaren Parametern. Dies ermöglicht eine kontinuierliche automatische Einstellung. Bei einer Arbeitspunkt- Änderung wird dabei die der Regelung zugrunde liegende Steigung kontinuierlich angepasst.
In Fig. 4 ist das Zusammenspiel von globaler Regelung und lokaler Regelung schematisch dargestellt. Der Bediener bzw. Obermüller kann der Anlage bzw. dem System gewisse Endprodukt-Ziele und Neben-Ziele vorgeben. Diese bestimmen dann die globale Rege- lungs-Strategie . Beispiele für Endprodukt-Ziele sind z.B. die Endprodukt-Eigenschaften, die Endprodukt-Ausbeute oder der Produkt-Durchsatz durch die Anlage. Als Beispiele für Neben-Ziele gelten der Energieaufwand für den technischen Prozess, der Ver- schleiss, die Auslastung, insbesondere Reste-Mischung und Reste- Verwertung, sowie die Flexibilität und die gesamte Wirtschaftlichkeit des Prozesses und der Anlage.
Die globale Regelung wirkt direkt oder über eine oder mehrere lokale Regelungen mittels Aktoren auf die Bearbeitungs-Einheiten (z.B. Walzenstühle, Siebe, etc.) der Anlage ein. Die Bearbeitungs-Einheiten der Anlage sind insgesamt schematisch als "Mahlprozessor" dargestellt. Die Bearbeitungs-Einheiten im Mahlprozessor sind mit Sensoren versehen, die den lokalen Regelungen, der globalen Regelung und dem Bediener (Obermüller) zugeführt werden, wobei für den Bediener auch ein spezieller Alarm (z.B. optisch, akustisch) vorgesehen ist. Die dem Bediener zugeführte Sensor-Information kann durch ein Modul zur Fehler-Erkennung und Fehler-Diagnose aufbereitet und ggf. zusammen mit einer Alarmie- rung dem Bediener zugeführt werden. Die Regelung berücksichtigt die Anlagen-Konfiguration sowie Produkt-Rezepte. Die Anlagen- Konfiguration stellt die Gesamtzahl der Einheiten, die Anzahl der jeweiligen Einheiten eines Typs sowie die Anzahl unterschiedlicher Typen von Einheiten ("Vielfalt") der Einheiten in der Anlage dar. Die Produkt-Rezepte beinhalten neben den Rohstoff-Spezifikationen auch die Prozessparameter.
Die globale Regelung gibt den lokalen Regelungen Zwischenprodukt-Sollwerte vor.
Der Bediener kann auch Rohmaterial-Information sowie den verfügbaren Anlagenumfang (Anzahl/Vielfalt-Konstellation der Anlage) vorgeben. Ausserdem können die Sensoren die Eigenschaften des Rohmaterials vor der Anlage bzw. zu Beginn des Prozesses, die Eigenschaften der Zwischenprodukte in der Anlage bzw. während des Prozesses sowie die Eigenschaften der Endprodukte nach der Anlage bzw. am Ende des Prozesses erfassen.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch schon bei der Entwick- lung einer erfindungsgemässen Anlage vorteilhaft eingesetzt werden. So lässt sich ausgehend von einer Versuchsanlage mit einer vorgegebenen Anzahl und Vielfalt von Einheiten für den Prozess zum Verarbeiten von Getreide unter Verwendung der lokalen und/oder globalen Regelungs-Strategie eine optimale An- zahl/Vielfalt-Konstellation zur Erreichung einer vorgegebenen Endprodukt-Anforderung herausarbeiten .
Dabei ist es prinzipiell möglich, mit einer kleinen, in der Re- gel unzulänglichen Anzahl/Vielfalt-Konstellation zu starten, um dann die Anzahl/Vielfalt-Konstellation schrittweise zu erhöhen, bis die vorgegebenen Endprodukt-Anforderungen erreicht sind. Alternativ kann auch umgekehrt von einer zu grossen, d.h. für vorgegebene Endprodukt-Anforderungen zu umfangreichen An- zahl/Vielfalt-Konstellation ausgegangen werden, die dann schrittweise so lange verringert wird, bis ein Punkt erreicht ist, von dem ab die Endprodukt-Anforderungen nicht mehr erreichbar sind.
Anstelle für die Entwicklung/Optimierung einer Versuchsanlage kann das erfindungsgemässe Verfahren in analoger Weise auch für die Auslegung und Simulation einer erfindungsgemässen Anlage verwendet werden.
Für die insgesamte Optimierung der Anlage/Prozess-Konfiguration verwendet man eine Parameter-Vielfalt, die sich aus Anlagen- Parametern bzw. Maschinen-Parametern einerseits und aus Prozess- Parametern bzw. Betriebs-Parametern andererseits zusammensetzt.
Für die einzelnen Parameter werden gewisse Vorgaben oder Nebenbedingungen definiert. Ebenso werden zwischen verschiedenen Parametern Beziehungen definiert.
Den individuellen Parametern dieser Parameter-Vielfalt werden unterschiedliche Wichtigkeiten zugeordnet. Dies erfolgt vorzugsweise durch Rangordnungen und/oder Gewichtungen einzelner Parameter . Vorzugsweise werden den individuellen Parametern auch Grenzen für ihre Werte vorgegeben. Hierfür verwendet man Sollwerte, Mindestwerte, Höchstwerte und zulässige Wertebereiche für die einzelnen Parameter.
Durch Festlegen von Eingabe/Ausgabe-Verbindungen innerhalb einzelner lokaler Regler und/oder zwischen verschiedenen lokalen Reglern lassen sich ebenfalls Beziehungen für die einzelnen Parameter oder zwischen unterschiedlichen Parametern festlegen.
Eine weitere wichtige Gruppe von Nebenbedingungen sind Gleichwertigkeiten zwischen verschiedenen Parameter-Werten und/oder verschiedenen Parameter-Wertänderungen innerhalb einer Parameter-Vielfalt.
In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäs- sen Anlage mit globaler Regelung und lokaler Regelung schematisch dargestellt. Die globale Regelung (GR) läuft auf einem Rechner, z.B. einem PC, mit einer Schnittstelle zu einem Leit- System (LS) . Die erfindungsgemässen Einheiten der Anlage sind schematisch dargestellt, wobei jede dargestellte Einheit repräsentativ für eine oder mehrere Einheiten einer bestimmten Sorte von Einheiten aufzufassen ist. Die Anzahl unterschiedlicher dargestellter Einheiten, d.h. Anzahl der verschiedenen Sorten von Einheiten, ist somit identisch zur weiter oben erwähnten "Vielfalt" der Anlage. Fig. 5 zeigt eine Maschinengruppe 8 zum Kondi- tionieren und Mahlen (KoMa) mit einer Konditionier-Einheit (Ko) und einer Zerkleinerungs-Einheit (Ma) sowie eine Maschinengruppe 10 zum Fraktionieren/Aussortieren mit drei Fraktionier-Einheiten und einer Aussortier-Einheit . Repräsentativ für die Sorten von Fraktionier-Einheiten sind ein Plansichter (PS), ein Zickzack- Sichter (ZZS) sowie ein Zyklonsichter (ZS) schematisch dargestellt. Repräsentativ für die eine Aussortier-Einheit ist ein Ganzkorn-Ausscheider bzw. Ganzkorn-Sortierer (SX) schematisch dargestellt. Ausserdem ist eine Weichen-Anordnung 9 bzw. ein Multiplexer (MUX) repräsentativ für einen Produktstrom- Multiplexer für das Multiplexieren von Produktströmen schematisch dargestellt.
Fig. 6 zeigt eine zusammenfassende Darstellung eines erfindungs- gemässen Verfahrens, wie vorstehend beschrieben.