Der Läuterprozeß bei der Biererzeugung ist außerordentlich komplex und von einer Vielzahl von Prozeßzustandsgrößen gekennzeichnet. Die Effektivität und die Qualität der Biererzeugung wird maßgeblich von einer möglichst optimalen Führung des Läuterprozesses bestimmt. In den meisten bestehenden Brauereianlagen wird der Läuterprozeß gemäß einem fest programmierten Steuerprogramm geführt. Eine Anpassung des Läuterprozesses an stochastisch auftretende Störgrößen, beispielsweise wechselnde Rohstoffqualitäten, ist mit diesen festen Steuerprogrammen nicht möglich, weshalb das Ergebnis des Läuterprozesses in Abhängigkeit von den Störgrößen schwankt.

Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Prozeßregelung eines Läuterprozesses ist bereits aus der DE 38 44 389 C2 bekannt. Bei diesem Regelungsver- fahren wird der Durchfluß der Läuterwürze durch den Würzeablauf bzw. der Differenzdruck im Läuterbottich als Regelgröße beobachtet und durch Einstellung der Höhenposition und/oder Drehzahl der Aufhackvorrich-

tung, die als Stellgrößen den Läuterprozeß beeinflussen können, auf einen Sollwert geregelt.

Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist es, daß als Regelgröße der Prozeßregelung der Durchfluß bzw. der Differenzdruck verwendet wer- den. Diese beiden Prozeßzustandsgrößen des Läuterprozesses bilden die komplexen Zusammenhänge während des Läuterprozesses nur ungenügend ab. Das heißt, daß diese beiden Prozeßzustandsgrößen nicht genügend Information über den Läuterprozeß enthalten, um diesen optimal regeln zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfah- ren zu liefern, durch das eine verbesserte Regelung des Läuterprozesses ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach der Lehre des Patentan- spruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Verbesserung der Regelung von komplexen Prozessen grundsätzlich nur mit genauerer und umfassenderer Informationsverarbeitung zu erreichen ist. Komplexe Prozesse, wie insbesondere der Läuterprozeß, sind durch komplexe Zusammenhänge zwischen den einzelnen Prozeßzustandsgrößen gekenn- zeichnet. Es ist jedoch im Falle des Läuterprozesses nicht möglich, diesen Prozeß multivariabel zu regeln, das heißt, gleichzeitig für alle wichtigen technologischen Größen die Sollwerte mittels mehrerer koordi- niert arbeitender Regler zu sichern.

Im Ergebnis muß sich ein Regelungsverfahren zur Regelung eines Läuter- prozesses deshalb darauf beschränken, nur eine Prozeßgröße durch einen Regelkreis zu führen. Um dennoch eine hohe Regelungsqualität zu errei-

chen, muß die als Regelgröße beobachtete Prozeßzustandsgröße möglichst umfassend Aufschluß über den Zustand des Läuterprozesses geben.

Die nach dem Stand der Technik als Regelgrößen beobachteten Prozeßzu- standsgrößen Differenzdruck bzw. Volumenstrom beschreiben den Pro- zeßzustand des Läuterprozesses nicht hinreichend signifikant und sind daher zur Regelung des Läuterprozesses nur beschränkt geeignet.

Erfindungsgemäß wird als Regelgröße zur Regelung des Läuterprozesses die Viskosität der Würze (llist) oder eine mit der Viskosität der Würze (#ist) korrelierende Prozeßzustandsgröße beobachtet und durch Subtrakti- on eines vorgegebenen Sollwerts die Regeldifferenz (Or ist ~ ermittelt. Wird die Viskosität der Würze (llist) nicht unmittelbar beobachtet, wird der Wert der Viskosität rechnerisch aus den mit der Viskosität korrelierenden Prozeßzustandsgrößen bestimmt.

Versuche haben gezeigt, daß die Viskosität der Würze den Zustand des Läuterprozesses außerordentlich signifikant beschreibt und deshalb besonders gut als Regelgröße geeignet ist.

Ob dabei die dynamische Viskosität oder die kinematische Viskosität der Würze beobachtet wird, ist erfindungsgemäß gleichgültig. Die Viskosität der Würze kann entweder unmittelbar mittels Meßeinrichtung bestimmt werden oder aus anderen Meßgrößen gemäß bestimmter Korrelationsglei- chungen abgeleitet werden. In einem Reglermodul wird in Abhängigkeit von der Regeldifferenz (Ail) zumindest eine Stellgröße (y) berechnet, mit der die Viskosität der Würze (iris,) in der Art einer Viskositätsreglung beeinflußbar ist. Dazu wird ein geeignetes Stellglied, mit dem die Visko- sität der Würze beeinflußbar ist, in Abhängigkeit der Stellgröße (y) eingestellt.

In welcher Art die Viskosität der Würze bei der Regelung des Läuterpro- zesses beeinflußt wird, ist erfindungsgemäß gleichgültig. Der Brauerei- fachmann kennt eine Vielzahl von Möglichkeiten, mit denen die Viskosi-

tät beeinflußt werden kann. Eine besonders hohe Regelungsgüte der Viskositätsregelung avird ermöglicht, wenn als Stellgröße (Yv) über ein Stellglied der Durchfluß der Läuterwürze durch den Würzeablauf in Abhängigkeit der Viskosität der Würze einstellbar ist. Der Durchfluß der Läuterwürze wird bei dieser Ausführungsform des Verfahrens als Stell- größe des Regelkreises und nicht wie bei dem aus der DE 38 44 389 C2 bekannten Verfahren als Regelgröße eingesetzt.

Gemäß welcher Reglercharakteristik eine Regeldifferenz zwischen Soll- Viskosität und Ist-Viskosität in eine Stellgrößenänderung abgebildet wird, ist prinzipiell gleichgültig. Es können dazu beispielsweise klassi- sche Reglermodelle wie der P-Regler oder der PID-Regler eingesetzt werden. Unabhängig von der eingesetzten Reglercharakteristik besteht jedoch der grundsätzliche Zusammenhang, daß bei positiver Regeldiffe- renz (Ar) >0) der Durchfluß herabgesetzt und bei negativer Regeldifferenz (Ar) <0) der Durchfluß erhöht werden muß, um die Regeldifferenz zu verkleinern.

Es sind verschiedenste Stellglieder denkbar, mit denen der als Stellgröße vorgegebene Durchfluß durch den Würzeablauf einstellbar ist. Besonders einfach ist es, ein passives Stellglied, insbesondere ein steuerbares Stellventil, zu verwenden. Derartige passive Stellglieder können den Durchfluß durch den Würzeabfluß lediglich abbremsen, jedoch nicht aktiv beschleunigen. Wird beispielsweise ein steuerbares Stellventil als Stell- glied verwendet, kann der Durchfluß je nach Öffnungsgrad des Stellven- tils abgebremst werden. Ist das Stellventil maximal geöffnet, ist eine weitere Erhöhung des Durchflusses jedoch nicht möglich.

Eine höhere Regelungsgüte wird ermöglicht, wenn der Durchfluß durch den Würzeablauf durch ein aktives Stellglied, insbesondere mittels einer drehzahlveränderlichen Würzepumpe, einstellbar ist. Durch Erhöhen bzw.

Absenken der Pumpleistung kann der Durchfluß durch den Würzeablauf

innerhalb bestimmter Grenzen, die durch die Pumpleistung bestimmt werden, beliebig eingestellt werden.

Alternativ zur Verstellung des Durchflusses durch den Würzeablauf kann als Stellgröße die Hubhöhe einer Aufhackvorrichtung über dem Läuterbo- den als Stellgröße verwendet werden. Dabei gilt der grundsätzliche Zusammenhang, daß die Hubhöhe bei positiver Regeldifferenz (Ar>0) herabgesetzt und bei negativer Regeldifferenz (Ar<0) erhöht wird. Die Wahl der jeweiligen Reglercharakteristik ist wiederum beliebig und auf die Erfordernisse des Regelkreises abzustimmen.

Auch die Drehzahl einer Aufhackvorrichtung kann als Stellgröße verwen- det werden, wobei der Zusammenhang gilt, daß bei positiver Regeldiffe- renz (Ail>O) die Drehzahl herabgesetzt und bei negativer Regeldifferenz (Ar) <0) die Drehzahl erhöht wird. Auch hier ist die Wahl der Reglercha- rakteristik beliebig.

Insbesondere während des Nachgußabläuterns ist die Viskosität der Würze von entscheidender Bedeutung für die Effektivität und Qualität des Läuterprozesses. Es ist deshalb besonders vorteilhaft, wenn als Stellgröße über ein Stellglied die Aufgabemenge des Nachgußwassers in Abhängigkeit der Viskosität der Würze einstellbar ist. Dabei gilt der grundsätzliche Zusammenhang, daß bei positiver Regeldifferenz (AIJ>O) die Aufgabemenge erhöht und bei negativer Regeldifferenz (Ar) <0) die Aufgabemenge herabgesetzt wird. Auch hier ist die Wahl der Reglercha- rakteristik beliebig.

Es ist bekannt, während des Läuterprozesses einen Teil der Würze durch einen oberhalb des Treberkuchens angeordneten Würzeabzug abzuziehen.

Dieser Teil der Würze wird nicht durch den Treberkuchen gefiltert, sondern wird, falls erforderlich, in einer nachgeschalteten Filteranlage nachgefiltert. Auch das Abzugsvolumen der oberschichtig abgezogenen Würze ist als Stellgröße beim Aufbau eines erfindungsgemäßen Viskosi-

tätsregelkreises geeignet. Für diese Stellgröße gilt der grundsätzliche Zusammenhang, daß bei positiver Regeldifferenz (Ail>O) das Abzugsvo- lumen erhöht und bei negativer Regeldifferenz (Ar) <0) das Abzugsvolu- men herabgesetzt wird. Auch hier ist die Wahl der Reglercharakteristik beliebig.

Grundsätzlich ist es zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Viskositätsre- gelkreises ausreichend, wenn in Abhängigkeit von der Regeldifferenz lediglich eine Stellgröße eingestellt wird. Die Regelgüte ist dabei jedoch stark begrenzt, da der Stellbereich der einzelnen Stellglieder naturgemäß eingeschränkt ist. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn zumindest zwei Stell- größen zur Regelung des Läuterprozesses in Abhängigkeit der Viskosität der Würze koordiniert einstellbar sind. Das heißt, die einzelnen Stellgrö- ßen müssen jeweils so eingestellt werden, daß die Regeldifferenz verklei- nert wird. Im Ergebnis entsteht dadurch ein Regelkreis, bei dem zumin- dest zwei Reglermodule parallel geschaltet sind und über die jeweiligen Stellglieder auf den Läuterprozeß einwirken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Läuterprozeß zugleich durch Einstellung des Durchflusses der Läuterwürze durch den Würzeablauf und/oder der Hubhöhe der Aufhack- vorrichtung und/oder der Drehzahl der Aufhackvorrichtung und/oder der Aufgabemenge des Nachgußwassers und/oder des Abzugsvolumen der oberschichtig abgezogenen Würze beeinflußbar ist.

Eine sinnvolle Regelung des Läuterprozesses ist im Normalfall nicht möglich, wenn der Sollwert der Viskosität unabhängig vom Fortschritt des Läuterprozesses statisch vorgegeben wird. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn der Sollwert der Viskosität in einem Sollwertmodul abhängig von zumindest einer Prozeßzustandsgröße, insbesondere der Läutermenge und/oder der Läuterzeit, des Läuterprozesses vorgebbar ist. Beispielswei- se kann der Sollwert der Viskosität in Abhängigkeit von der Läutermenge V festgelegt sein. Dadurch ergibt sich ein Sollwertverlauf über der Läutermenge VgeS, so daß während der verschiedenen Phasen des Läuter- prozeß, die durch die jeweilige Läutermenge gekennzeichnet sind, unter-

schiedliche Sollwerte der Viskosität vorgegeben werden können. Wird der Sollwert der Viskosität in Abhängigkeit von mehreren Prozeßzustands- größen bestimmt, ist eine sehr differenzierte Führung des Sollwerts unter Berücksichtigung des jeweiligen Zustandes des Läuterprozesses möglich.

Der Verlauf des Sollwerts in Abhängigkeit der Prozeßzustandsgrößen muß durch Auswertung von technologischem Expertenwissen bestimmt werden.

Bei der Vorgabe von Verläufen für den Sollwert sind verschiedenste Varianten denkbar, wobei sich jeweils eine andere Charakteristik des Läuterprozesses ergibt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim Vorder- würzeläutern der Sollwert der Viskosität (115011) einem von der Läutermen- ge (Vges) abhängigen Verlauf folgt, der mit zunehmender Läutermenge (ages) von einem Anfangswert (lls. 11 VA) beim Vorderwürzeläuterbeginn relativ langsam auf einen Zwischenwert (#sollVM) fällt und vom Zwi- schenwert (rlso"vM) schneller auf einen Endwert (50"VE) beim Vorder- würzeläuterende fällt.

Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der Läuterprozeß mit einem maximale Viskositätswert beginnt. Der Läuterprozeß wird durch die Regelung zunächst so geführt, daß die Viskosität der abgezogenen Würze von diesem Maximalwert ausgehend nur relativ langsam abfällt, so daß eine möglichst kurze Läuterzeit erreicht wird. Da die Konzentration der im Läuterbottich enthaltenen Würze zum Ende des Vorderwürzeläutern abnimmt, wird der Wert für die Sollviskosität zum Ende des Vorderwür- zeläuterns verringert, so daß die vorbestimmte Vorderwürzesollmenge sicher erreicht wird und zu starke Stellbewegungen der einzelnen Stell- glieder vermieden werden. Insbesondere kann durch relativ schnelle Absenkung der Sollviskosität zum Ende des Vorderwürzeläuterns ein unnötiger Läuterstop mit Tiefschnitt zum Ende des Vorderwürzeläuterns vermieden werden.

Da die Konzentration der Würze beim Nachgußabläutern prozeßbedingt kontinuierlich mit zunehmender Läutermenge abnimmt, ist es beim Nachgußabläutern vorteilhaft, wenn der Sollwert der Viskosität kontinu- ierlich und/oder schrittweise, insbesondere einem hyperbolischen Ver- lauf folgend, von einem Anfangswert zum Nachgußläuterbeginn auf einen Endwert zum Nachgußläuterende fällt.

Selbstverständlich ist es ausreichend, wenn zur Regelung des Läuterpro- zesses lediglich ein Sollwertverlauf vorgegeben wird. Um eine möglichst einfache und transparente Anpassung des verwendeten Sollwertverlaufs an die jeweiligen technologischen Randbedingungen, beispielsweise die verwendeten Rohstoffe, zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Sollwert der Viskosität durch Addition eines Grundsollwerts und zumin- dest eines Teilsollwerts berechnet wird. Der Grundsollwert der Viskosität entspricht dabei einer Grundeinstellung, mit der die jeweilige Braue- reianlage problemlos betrieben werden kann. Durch die Addition von Teilsollwerten kann der Verlauf des Viskositätsollwerts je nach Wunsch des Anlagenbetreibers oder nach realisierter Datenerfassung verfeinert werden. Bei der Inbetriebnahme eines erfindungsgemäßen Viskositätsre- gelkreises wird zunächst der Verlauf des Grundsollwerts festgelegt und davon ausgehend der Verlauf von weiteren Teilsollwerten schrittweise ermittelt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Grund- sollwert der Viskosität von zumindest einem Steuerparameter des Läuter- prozeß, der zur Kennzeichnung des erreichten Arbeitsschrittes bzw.

Teilprozesses dient, abhängig. Dadurch ist gewährleistet, daß der Grund- sollwert der Viskosität immer Viskositätssollwerte vorgibt, die zum jeweiligen Arbeitsschritt oder Teilprozeß des Läuterprozesses passen.

Erfindungsgemäß können zu dem Grundsollwert der Viskosität weitere Teilsollwerte hinzuaddiert werden, die bestimmte technologische Einflüs- se des Läuterprozesses berücksichtigen. Da der Läuterprozeß insbesonde-

re von den verwendeten Rohstoffen abhängt, und durch die Schwankun- gen der Rohstoffqualität nicht zu vernachlässigende Störeinflüsse auftre- ten, ist es besonders vorteilhaft, wenn in einem zweiten Sollwertmodul ein Teilsollwert der Viskosität in Abhängigkeit von zumindest einem Rohstoffqualitätsmerkmal, insbesondere der Malzsorte und/oder der Maischequalität, berechenbar ist. Die einzelnen Rohstoffqualitätsmerk- male können dabei durch geeignete Sensoren und/oder durch subjektive Expertenbeurteilung erfaßt werden. Ist beispielsweise bekannt, daß ein Malz stark löslich ist, sollte durch eine Anhebung des Teilsollwerts eine Anhebung des Verlaufs des Viskositätsollwerts und umgekehrt bei schlechter Löslichkeit eine Absenkung bewirkt werden.

In einem weiteren Sollwertmodul kann ein Teilsollwert der Viskosität in Abhängigkeit von zumindest einer durch den Betreiber einzugebenden Zielvorgabe des Läuterprozeß, insbesondere der gewünschten Gesamt- läuterzeit und/oder der gewünschten Würzekonzentration und/oder der gewünschten Würzetrübung und/oder der gewünschten Sudausbeute, berechnet werden. Der Betreiber der Brauereianlage hat durch die Be- stimmung der entsprechenden Zielvorgaben die Möglichkeit, den Läuter- prozeß durch Modifikation des Viskositätsollwertverlaufs anzupassen. Ist beispielsweise das vorrangige technologische Ziel eine kurze Läuterzeit, so muß der Verlauf der Sollviskosität tendenzmäßig abgesenkt werden, um eine hohe Läutergeschwindigkeit zu erreichen. Wird eine hohe Aus- beute der Rohstoffe gewünscht, muß dagegen der Verlauf der Sollvisko- sität tendenzmäßig angehoben werden. Ein mittlerer Verlauf der Sollvis- kosität führt zu einem Kompromiß zwischen Läuterzeit und Ausbeute.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in einem vierten Sollwertmodul ein Teilsollwert der Viskosität in Abhängigkeit von zumindest einer gemes- senen Prozeßzustandsgröße des Läuterprozesses berechenbar ist. Durch dieses vierte Sollwertmodul wird online das Läuterverhalten während des Prozeßablaufs bewertet, um insbesondere aus einer zweckgerichteten Informationsverarbeitung der Meßgrößen Würzeablaufdruck und/oder

Durchfluß und/oder Würzetrübung in Abhängigkeit vom erreichten Arbeitspunkt, der beispielsweise durch die Läutermenge VgeS gekenn- zeichnet ist, Rückschlüsse auf das aktuelle Läuterverhalten zu gewinnen.

Das Ergebnis dieser Auswertung wird zur Korrektur des Verlaufs des Viskositätsollwerts verwendet.

Die einfachste Möglichkeit beim Aufbau des erfindungsgemäßen Visko- sitätsregelkreises ist es, wenn der Wert der Viskosität kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen mittels einer speziellen Meßapparatur bestimmt wird. Ist eine solche Meßapparatur nicht vorhanden, insbeson- dere bei der Nachrüstung des erfindungsgemäßen Viskositätsregelkreises in bereits bestehende Brauereianlagen, kann der Wert der Viskosität auch aus einem oder mehreren meßbaren Prozeßzustandsgrößen, die mit der Viskosität in bestimmter Art korrelieren, abgeleitet werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Visko- sität aus den Werten der Würzedichte bzw. der Würzekonzentration abgeleitet werden.

Alternativ zur Ableitung der Viskosität aus den Werten der Würzedichte bzw. der Würzekonzentration kann der Wert der Viskosität durch Anwen- dung der Formel r), p * Oberfläche des Treberku- chens A * Proportionalitätsfaktor K")/ (Durchfluß*Höhe des Treber- kuchens h) aus den Meßgrößen Würzeablaufdruck, Durchfluß und dem aus der Treberkuchengeometrie bestimmbaren Größe Treberkuchenhöhe und Treberkuchenoberfläche abgeleitet werden. Der Würzeablaufdruck p wird unterhalb des Treberkuchens in der ablaufenden Würze vor der Läuterpumpe gemessen.

In die Gleichung geht der Proportionalitätsfaktor K'ein, der von den Rohstoffeigenschaften beziehungsweise dem Läuterverhalten abhängt.

Das heißt der Wert von K'ändert sich während des Läuterprozesses, so daß sich in Abhängigkeit der Parameter ein charakteristischer Verlauf von K'ergibt. Die Gestalt des Verlauf von K'hängt dabei von den

Rohstoffeigenschaften beziehungsweise dem Läuterverhalten ab. Falls der Verlauf von K'für die entsprechenden Parameter nicht exakt bekannt ist, kann er näherungsweise unter Verwendung charakteristischer Verläufe von K'abgeschätzt werden.

Da der Verlauf des Proportionalitätsfaktors K'meßtechnisch schwierig zu bestimmen ist, wenn die Werte des Proportionalitätsfaktors K'in einem Optimierungsmodul durch iterative Näherung unter Auswertung der Ausgangssignale eines Gütemoduls, in dem die Regelungsgüte der Pro- zeßregelung im Bezug auf die technologischen Zielvorgaben, insbesonde- re im Bezug auf die vorgegebene Läuterzeit, Ausbeute und/oder Würze- trübung, qualifizierbar ist, ausgehend von Anfangswerten Ko'angenähert werden. Die iterative Näherung wird dabei in der Art durchgeführt, daß beispielsweise mehrere Läutervorgänge unter Variation des Verlaufs von K'durchgeführt werden und anschließend der Verlauf von K'als richtig angenommen wird, bei dem 7lis, im wesentlichen auf dem Wert von T),, geregelt werden konnte und zugleich die technologischen Ziele nach Auswertung im Gütemodul am besten erreicht wurden.

Erfindungsgemäß wird in dem Regelkreis zur Regelung der Würzevisko- sität jede Stellgröße von einem Reglermodul bestimmt. Dabei ist es jedoch erforderlich, daß das Reglermodul Stellgrößenwerte innerhalb eines sehr großen Stellgrößenbereichs erzeugt. Außerdem berücksichtigt das Reglermodul lediglich die aktuelle Regeldifferenz. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn bei der Berechnung einer Stellgröße der Ausgangswert eines Reglermoduls, der in Abhängigkeit der Regeldifferenz berechnet wird, und der Ausgangswert eines Steuermoduls, der in Abhängigkeit von zumindest einer weiteren Prozeßzustandsgröße berechnet wird, addiert werden. Im Ergebnis setzt sich die Stellgröße damit aus zwei Stellgrößen zusammen. Durch das Steuermodul wird unter Umgehung der dynami- schen Probleme, die mit einem Regelkreis verbunden sind, die Stellgröße in Abhängigkeit vom Zustand des Läuterprozesses eingestellt. Durch diese Grundeinstellung der Stellgröße wird erreicht, daß die auftretenden

Regelabweichungen im wesentlichen nur noch von den Störgrößen be- stimmt werden und somit leicht vom Reglermodul ausgeregelt werden können. Nach bestehenden Erfahrungen ist der durch das Steuermodul erzeugte Stellgrößenanteil ca. 80 bis 90 % des gesamten Stellgrößenwer- tes.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hängt die Be- rechnung des Ausgangswerts eines Steuermoduls vom Ausgangswert eines Koordinatormoduls ab, wobei der Ausgangswert des Koordinatormoduls in Abhängigkeit von zumindest einer Prozeßzustandsgröße und den Ausgangssignalen eines Gütemoduls abhängt. In dem Gütemodul wird dabei die Regelungsgüte der Prozeßregelung im Bezug auf die technolo- gischen Zielvorgaben, insbesondere im Bezug auf die vorgegebene Läuterzeit, Ausbeute und/oder Würzetrübung quantifiziert. Damit kann in dem Koordinatormodul der Arbeitspunkt des Läuterprozesses, gekenn- zeichnet durch eine entsprechende Prozeßzustandsgröße und die Rege- lungsgüte der Prozeßregelung berücksichtigt werden. Das Ausgangssignal des Koordinatormoduls bildet das Eingangssignal des Steuermoduls, in dem entsprechend der Regelungsgüte und dem Arbeitspunkt ein Stellgrö- ßenanteil für die Stellgrößensteuerung generiert wird.

Werden bei der Regelung der Viskosität des Läuterprozesses mehrere voneinander unabhängige Stellgrößen eingesetzt ist es vorteilhaft, wenn bei der Berechnung einer ersten Stellgröße, die aus den Ausgangswerten eines Steuermoduls und eines Reglermoduls zusammengesetzt ist, der Ausgangswert des Steuermoduls vom Wert zumindest einer zweiten Stellgröße abhängt. Im Ergebnis kann dadurch die zweite Stellgröße bei der Berechnung des Steueranteils der ersten Stellgröße berücksichtigt werden. Bei entsprechend günstiger Wahl der Steuerfunktionen kann dadurch eine koordinierte Steuerung der Stellgröße erreicht werden, wobei dabei jeweils der Wert einer anderen Stellgröße berücksichtigt wird.

Die Funktionsvorschriften der einzelnen Funktionsmodule, nämlich der Reglermodule, Steuerxnodule, Sollwertmodule, Koordinatormodule und/oder Gütemodule kann in an sich beliebiger Art und Weise bestimmt sein. Beispielsweise können die Funktionsvorschriften durch Analyse der Prozeßzusammenhänge und eine entsprechende Modellbildung gefunden werden. Wegen der Einflußvielfalt und den komplexen Zusammenhängen des Läuterprozesses ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Funktionsvor- schrift für die Arbeitsweise von zumindest einem Reglermodul und/oder Steuermodul und/oder Sollwertmodul und/oder Koordinatormodul und/oder Gütemodul auf der Grundlage wissensbasierter Steuerregeln, die punktuell zugeordnete Steuer-bzw. Stellgrößen zu ausgewählten Prozeß- zuständen entsprechen, gebildet ist. Dabei sind beliebig viele Steuerre- geln, durch eine oder mehrere stetige oder nichtlineare mathematische Funktionen verknüpft, mit deren Hilfe Steuer-oder Stellgrößen für beliebige Prozeßzustände bestimmbar sind, wobei die mathematische Funktion von einer Anzahl n von untereinander abhängigen oder unab- hängigen, einen Prozeßzustand kennzeichnenden Eingangsgrößen des jeweiligen Moduls bestimmt sind. Der Aufbau derartiger Module ist beispielsweise in der Druckschrift WO 93/08515 beschrieben.

Durch derartige Funktionsmodule können auch n-dimensionale Eingangs- signalvektoren auf m-dimensionale Ausgangssignalvektoren abgebildet werden. Die Abbildungsvorschrift wird dabei von einem mehrdimensio- nalen Kennfeld bestimmt. Ist der Eingangssignalvektor beispielsweise zweidimensional und der Ausgangssignalvektor beispielsweise eindimen- sional, wird die Abbildungsvorschrift durch eine Kennfeldfläche be- stimmt, die über der Ebene der Eingangssignale aufgespannt ist. Die Höhe der Kennfeldfläche über der Eingangssignalebene entspricht dann gerade dem Wert des Ausgangssignals, das einem bestimmten Schnitt- punkt von Eingangssignalwerten zugeordnet ist. Aus technologischem Expertenwissen werden die Stützpunkte der Kennfeldfläche bestimmt. Die Kennfeldfläche selbst ergibt sich dann mit Hilfe mathematischer Funktio-

nen, die die Kennfeldfläche in der Art berechnen, daß alle wissensba- sierten Stützpunkte auf der Kennfeldfläche liegen.

Eine derartige Bestimmung der Funktionsvorschriften für die einzelnen Funktionsmodule hat den Vorteil, daß kein mathematisches Modell des Läuterprozesses benötigt wird, sondern technologisches Expertenwissen unmittelbar anwendbar ist. Beispielsweise kann aus der Kenntnis von Steuerregeln an einigen ausgewählten Arbeitspunkten eine Steuerungs- funktion für den gesamten Arbeitsbereich abgeleitet werden.

Die Berechnungsvorschrift für die Arbeitsweise von zumindest einem Reglermodul ist vorzugsweise in der Art eines PID-Reglers gebildet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand lediglich bevorzugte Ausfüh- rungsformen darstellender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 das Strukturbild eines erfindungsgemäßen Läuterprozeß- regelkreises ; Fig. 2 das Strukturbild einer zweiten Ausführungsform eines er- findungsgemäßen Läuterprozeßregelkreises ; Fig. 3 eine Ausführungsform eines Viskositätsollwertverlaufs ; Fig. 4 eine Ausführungsform eines aus einem Grundsollwert und einem Teilsollwert zusammengesetzten Viskositätsoll- wertverlaufs ; Fig. 5 das Strukturbild eines Viskositätsregel-und Steuersy- stems ; Fig. 6 das Strukturbild eines Regel-und Steuermoduls zur Ein- stellung des Durchflusses ; Fig. 7 das Strukturbild eines Regel-und Steuermoduls zur Ein- stellung der Hubhöhe einer Aufhackvorrichtung ;

Fig. 8 das Strukturbild eines Regel-und Steuermoduls zur Ein- stellung der Drehzahl einer Aufhackvorrichtung ; Fig. 9 das Strukturbild einer Regel-und Steuereinrichtung zur Einstellung der Aufgabemenge des Nachgußwassers ; Fig. 10 das Strukturbild eines Gütemoduls ; Fig. 11 die graphische Darstellung einer Funktionsvorschrift in einem Funktionsmodul, die auf Grundlage wissensba- sierter Steuerregeln hergeleitet wurde ; Fig. 12 das Strukturbild einer zweiten Ausführungsform eines Viskositätsregel-und Steuersystems ; Fig. 13 einen charakteristischen Verlauf des Proportionalitäts- faktors K'.

Fig. 1 zeigt das Strukturbild eines erfindungsgemäßen Viskositätsregel- kreises 1. Ein Läuterprozeß 2 wird durch mehrere als Eingangssignal- vektor 3 dargestellte Eingangsgröße beeinflußt. Dieser Eingangssignal- vektor 3 wird durch den Läuterprozeß 2 auf einen Ausgangssignalvektor 4, der durch die Prozeßzustandsgrößen des Läuterprozesses gebildet wird, abgebildet. Erfindungsgemäß wird von den Prozeßzustandsgrößen des Ausgangssignalvektors 4 die Viskosität der Würze llist als Regelgröße beobachtet. Aus dem Meßwert llist und dem vorgegebenen Sollwert r),, wird die Regeldifferenz Ail gebildet und als Eingangsgröße in ein Reg- lermodul 5 eingespeist. Aus dem Eingangssignal An wird in einem Reglermodul 5 gemäß einer Reglerfunktionsvorschrift eine Stellgröße y berechnet. Dieses Stellgröße y wird als Eingangsgröße in ein Stellglied eingespeist, wo ein Stellsignal, mit dem der Läuterprozeß beeinflußbar ist, generiert wird. Diese Stellsignal ist eines der Eingangssignale des Läuterprozesses und sorgt dafür, daß die Regeldifferenz An im Sinne einer Viskositätsregelung verkleinert wird. Als Stellgröße y zur Regelung

der Viskosität kommt insbesondere der Durchfluß der Läuterwürze durch den Würzeablauf in Betracht. In diesem Fall kann das Stellglied 6 bei- spielsweise als steuerbares Stellventil 7 oder alternativ dazu als dreh- zahlveränderliche Würzepumpe 8 ausgebildet sein. Als Stellgrößen y kommen ebenfalls die Hubhöhe einer Aufhackvorrichtung, die Drehzahl einer Aufhackvorrichtung, die Aufgabemenge des Nachgußwassers oder das Abzugsvolumen der oberschichtig abgezogenen Würze in Betracht.

Fig. 2 zeigt das Strukturbild einer zweiten Ausführungsform 9 eines erfindungsgemäßen Viskositätsregelkreises. Die Regeldifferenz Art wird in dem Viskositätsregelkreis 9 in zwei Reglermodule 10 und 11 einge- speist, die jeweils eine Stellgröße y, und Y2 daraus berechnen. Über die Stellglieder 12 und 13 werden die Stellgrößen y, und Y2 in Eingangs- signale des Läuterprozesses 2 umgesetzt. Im Ergebnis wird der Läuter- prozeß 2 in den Viskositätsregelkreis 9 mittels zweier Stellgrößen gere- gelt. Beispielsweise kann das Reglermodul 10 den Durchfluß der Läuter- würze durch den Würzeablauf und das Reglermodul 11 die Hubhöhe der Aufhackvorrichtung vorgeben. Selbstverständlich ist es möglich, eine im Prinzip beliebige Zahl von Reglermodulen in dem Viskositätsregelkreis anzuordnen, die jeweils eine Stellgröße bestimmen.

Fig. 3 zeigt einen Viskositätsollwertverlauf in Abhängigkeit einer Pro- zeßzustandsgröße, nämlich der Läutermenge V. Dieser Viskositätsoll- wertverlauf 14 kann in einem Sollwertmodul abhängig von der Läuter- menge Vges berechnet werden.

Der Viskositätsollwertverlauf 14 fällt von einem Anfangswert TlsO"VA beim Vorderwürzeläuterbeginn 15 relativ langsam auf einen Zwischen- wert nSO"VM Zum Vorderwürzeläuterende 16 wird der Viskositätssollwert dann relativ schnell auf einen Wert ll50"VE reduziert. Bei der Fortsetzung des Läuterprozesses zum Nachgußläuterbeginn 17 wird der Anfangswert l NA vorgegeben. In diesem Fall stimmen der Anfangswert der Sollvis- kosität zum Nachgußläuterbeginn 17 und der Endwert der Sollviskosität

zum Vorderwürzeläuterende 16 miteinander überein. Da es sich jedoch beim Vorderwürzeläutern und Nachgußabläutern um getrennte Teilpro- zesse handelt, ist diese Übereinstimmung nicht zwingend erforderlich.

Während des Nachgußabläutern wird der Sollwert der Viskosität einem hyperbolischen Verlauf folgend auf einen Endwert nsojl NE beim Nach- gußläuterende 18 reduziert. Je nach technologischen Vorgaben, bei- spielsweise der zu brauenden Biersorte, können verschiedene Viskositäts- sollwertverläufe vorgegeben werden.

Fig. 4 zeigt einen Viskositätssollwertverlauf 19, der durch Addition eines Grundsollwertverlaufs 20 und eines Teilsollwertverlaufs 21 gebildet ist.

Der Grundsollwertverlauf 20 bildet dabei die Grundeinstellung des entsprechenden Läuterprozesses. Durch den Teilsollwertverlauf können bestimmte technologische Einflüsse, beispielsweise die Rohstoffqualität, die technologischen Zielvorgaben des Anlagenbetreibers und/oder der aktuelle Zustand des Läuterprozesses berücksichtigt werden. Man er- kennt, daß der Viskositätssollwertverlauf 19 durch den Teilsollwertver- lauf 21 während des Vorderwürzeläuterns etwas angehoben und während des Nachgußabläuterns etwas abgesenkt wird.

Fig. 5 zeigt die Struktur eines Viskositätsregel-und Steuersystem mit Viskositätsmessung. In dem zentralen schematisch dargestellten Regel- und Steuermodul 22 werden in Abhängigkeit der Regeldifferenz Ail, der Läutermenge Vges, der Steuerparameter des Läuterprozesses SP und dem Vektor der Güteabweichung, der im Gütemodul 23 berechnet wird, die Stellgrößen Yv (Durchfluß durch den Würzeablauf), YH (Hubhöhe der Aufhackvorrichtung), Yn (Drehzahl der Aufhackvorrichtung), YNG (Aufgabevolumen des Nachgußwassers) und YIF (Abzugsvolumen der oberschichtig abgezogenen Würze) generiert.

Die Regelgröße ili, t wird mittels der Viskositätsmeßeinrichtung 24 ge- messen. Zur Berechnung der Regeldifferenz Ail wird der aktuelle Visko- sitätssollwert TlsO"von Tlist abgezogen. Der Viskositätssollwert rlso ist

zusammengesetzt aus dem Grundsollwert #soll 0 und einem Teilsollwert Arso", der durch Addition der drei Teilsollwerte ##sollTYP, ##sollZiel und 'Hsoi) Lv gebildet wird. Der Grundsollwert #soll0 und die Teilsollwerte ##soll Typ Ailsoll Ziel und AX50ll Lv werden in den Sollwertmodulen 36,37,38 und 39 bestimmt.

In dem Gütemodul 23 werden bestimmte Meßwerte von Prozeßzustands- größen, im Bezug auf die technologischen Zielvorgaben des Anlagenbe- treibers bewertet und daraus ein Vektor der Güteabweichung für die verschiedenen Zielvorgaben generiert.

Fig. 6 zeigt die Struktur eines Regler-und Steuermoduls zur Einstellung der Stellgröße Yv (Durchfluß durch den Würzeabzug). In einem Regler- modul 25, das als PID-Regler ausgebildet ist, wird in Abhängigkeit von der Regeldifferenz An der Ausgangswert YRV gebildet. In einem Koordid- natormodul 26 wird in Abhängigkeit der Steuerparameter SP des Läuter- prozesses, der Läutermenge Vges und dem Vektor der Güteabweichungen ein Ausgangssignal k, gebildet. In Abhängigkeit des Wertes von kv wird in einem Steuermodul 27 ein Steuersignal Ysv generiert. Im Ergebnis wird das Stellsignal Yv durch Addition des Reglersignals YRV und des Steuersi- gnals ysv errechnet. Durch das Steuersignal Ysv wird die Stellgröße in Abhängigkeit des Prozeßzustandes und der Güte der technologischen Zielerreichung in der Art einer Vorsteuerung gesteuert. Das Reglersignal YRV sorgt in der Art einer Viskositätsregelung für die Minimierung der Regeldifferenz Ail.

Fig. 7 zeigt die Struktur eines Regler-und Steuermoduls zur Einstellung der Stellgröße YH. Die Struktur der Regel-und Steuereinrichtung ent- spricht dabei im wesentlichen der in Fig. 6 für die Stellgröße Yv darge- stellten Struktur. In dem Steuermodul 28 wird jedoch zusätzlich zum Ausgangssignal k,, des Koordidnatormoduls 29 der Wert der Stellgröße Yv berücksichtigt. Im Ergebnis hängt das Steuersignal YSH damit von den Steuerparametern SP, vom Gütevektor und von der zweiten Stellgröße Yv

ab. Durch die Berücksichtigung des Wertes einer anderen Stellgröße bei der Berechnung des Steuerungssignals einer Stellgröße wird erreicht, daß die verschiedenen Stellgrößen koordiniert einstellbar sind.

Fig. 8 zeigt die Struktur eines Regler-und Steuermoduls zur Einstellung der Stellgröße y". Die Struktur entspricht im Grundsatz der in Fig. 7 dargestellten Struktur zur Einstellung der Stellgröße YH wobei jedoch bei der Berechnung des Steuersignals YSN der Wert der Stellgröße YH berück- sichtigt wird.

Fig. 9 zeigt die Struktur eines Regler-und Steuermoduls zur Einstellung der Stellgröße YNG. Bei der Berechnung des Steuersignals YSNG wird der Wert des Stellsignals Yv nicht jedoch der Vektor der Güteabweichung berücksichtigt.

Fig. 10 zeigt die Struktur des Gütemoduls 23, das aus den Gütemodulen 25,26 und 27 zusammengesetzt ist. In dem Gütemodul 25 wird die Regelungsgüte im Bezug auf die Zielvorgabe Läuterzeit beurteilt. Dazu wird die Ist-Läuterzeit mit einer Soll-Läuterzeit verglichen und in Ab- hängigkeit des Arbeitspunktes des Läuterprozesses, der durch die Läu- termenge gekennzeichnet ist, ein Gütewert GTL gebildet. Entspre- chend werden in den Gütemodulen 26 und 27 für die Zielvorgaben Aus- beute und Trübung die Gütewerte GAB und GT gebildet.

Fig. 11 zeigt in graphischer Darstellung den Aufbau der Funktionsvor- schrift des Gütemoduls 25 zur Bewertung der Regelungsgüte im Bezug auf die Läuterzeit. Die Eingangssignale ATLauter und VGes des Gütemoduls 25 sind in einer Koordinatenebene 29 angeordnet. Das Ausgangssignal GTL des Gütemoduls 25 wird durch ein Kennfeld 28 definiert. Dabei entspricht die Höhe des Kennfeldes 28 über der Eingangssignalebene 29 gerade dem jeweiligen Ausgangssignalwert. Das Kennfeld 28 wird dabei durch Auswertung technologischen Expertenwissens gefunden. Bei- spielsweise wird für die Eckpunkte 30 bis 33 des Kennfelds 28 aus dem Expertenwissen jeweils ein Wert für die Güte definiert. Das Kennfeld 28

wird dann durch Anwendung einer mathematischen Funktion, beispiels- weise einer Spline-Funktion in der Art berechnet, daß die vier Eckpunkte auf dem Kennfeld zu liegen kommen. Im Ergebnis ist es damit möglich, durch die Vorgabe von vier Stützpunkten, die aus dem Expertenwissen abgeleitet sind, Gütewerte für beliebige Eingangssignalvektoren zu bestimmen.

Fig. 12 zeigt die Struktur eines Viskositätssteuer-und Regelsystems ohne Viskositätsmessung. Diese Struktur entspricht im wesentlichen der in Fig. 5 dargestellten Struktur. Allerdings wird der Wert der Viskosität nicht unmittelbar als Meßgröße erfaßt, sondern aus den Meßgrößen für den Durchfluß, den Würzeablaufdruck und der Treberkuchengeometrie in dem Berechnungsmodul 34 berechnet. Der Proportionalitätsfaktor K'wird von einem Optimisator-Modul 35 vorgegeben. Ausgehend von einem Anfangswert K'o wird in dem Optimisator-Modul 35 in Abhängigkeit verschiedener Eingangsgrößen, insbesondere in Abhängigkeit des Vektors der Güteabweichung der Wert von K'iterativ angenähert.

Fig. 13 zeigt einen charakteristischen Verlauf des Proportionalitätsfak- tors K'während eines Läuterprozesses.