Eine Leistungserhöhung einer Anlage zur Ausführung eines in- dustriellen Prozesses um wenige Prozentpunkte führt in der Regel zu einer überproportional hohen Steigerung des Ertrages für den Betreiber der Anlage. Beispielsweise kann es sich bei einem solchen industriellen Prozesses um einen Prozess mit durchlaufenden Warenbahnen wie bei der Herstellung von Pa- pier, Textilien, Kunststoff-oder Metallfolien handeln. Bei solchen Prozesses wird die Leistungsfähigkeit des Prozesses durch die Geschwindigkeit der Warenbahn, z. B. gemessen in Me- tern pro Sekunde, bestimmt.

Wenn ein Maschinenteil für eine in der Anlage enthaltene Ma- schine oder ein komplettes Anlagenteil für eine solche Anlage ausgelegt wird, erfolgt dies meistens auf der Basis ähnlicher Maschinen oder Anlagenteile unter Berücksichtigung einiger Leistungsreserven. Unter den in der Anlage vorliegenden Be- triebsbedingungen sind die Belastungen der Maschine oder des Anlagenteils allerdings meist unterschiedlich zu den in den bisher bekannten, ähnlichen Anlagen. Es ist somit nicht mög- lich, eine sichere Aussage darüber zu treffen, welche Leis- tungserhöhung in der Anlage möglich ist, ohne ein oder mehre- re Teile der Anlage zu überlasten.

Bisher entbehren Maßnahmen zur Leistungserhöhung in solchen Anlagen, insbesondere in komplexen Anlagen wie z. B. Anlagen zur Ausführung kontinuierlicher Prozesse zur Herstellung von Warenbahnen, zudem in der Regel einer langfristigen Nachhal- tigkeit.

Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches eine nachhaltige und wirtschaftliche Erhö- hung der Leistungsfähigkeit einer Anlage ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltun- gen des Verfahrens sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9.

Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass bis- herige Maßnahmen zur Leistungserhöhung in den Anlagen immer nur auf punktuellen Betrachtungen der Anlage beruhten und deshalb in der Regel einer langfristigen Nachhaltigkeit ent- behrten. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehene Ermittlung der für die Leistungsfähigkeit der Anlage relevanten Prozess- größen und deren Erfassung bei wechselnden Betriebsbedingun- gen ist eine umfassende Berücksichtigung der die Leistung der Anlage begrenzenden Einflussfaktoren gewährleistet. Unter wechselnden Betriebsbedingungen werden hierbei die im regulä- ren Betrieb der Anlage vorkommender Betriebsbedingungen, d. h. z. B. im Fall einer Papiermaschine der Betrieb der Maschine bei Papier unterschiedlicher Qualitäten und Sorten, verstan- den. Es wird somit vermieden, dass nur punktuell einige As- pekte der Anlage, wie z. B. das Antriebssystem, unter einigen speziellen Betriebsbedingungen betrachtet werden, dagegen an- dere für die Leistungsfähigkeit maßgebende Faktoren und Be- triebsbedingungen aber nicht berücksichtigt werden. Als Er- gebnis ist hierdurch nicht nur eine kurzfristige, sondern ei- ne nachhaltige Erhöhung der Leistungsfähigkeit möglich.

Die geringste Regelreserve der Regelkreise bestimmt die ohne weitere Maßnahmen erreichbare Leistungserhöhung.. Es ist somit gewährleistet, dass zuerst die Erschließung der vorhandenen Leistungsreserven überprüft und diese Reserven gegebenenfalls erschlossen werden. Dies stellt die unter wirtschaftlichen

Gesichtspunkten am günstigsten erreichbare Leistungserhöhung dar.

Falls mit zusätzlichen Maßnahmen eine über die vorhandene Leistungsreserve hinausgehende Leistungserhöhung angestrebt wird, kann dies dadurch erfolgen, dass eine angestrebte Leis- tungserhöhung der Anlage definiert wird, die für die ange- strebte Leistungserhöhung notwendigen Regelreserven in den Regelkreisen der Anlage bestimmt werden und die Regelkreise mit einer für die angestrebte Leistungserhöhung zu geringen Regelreserve ermittelt werden.

Aus der Anzahl der Regelkreise mit zu geringer Regelreserve ist bereits ersichtlich, welcher Aufwand für weitere Untersu- chungen und möglicherweise auch für die Implementierung von Maßnahmen zur Leistungserhöhung notwendig sein wird. Bei ei- ner hohen Anzahl von Regelkreisen kann u. U. entschieden wer- den, eine geringere Leistungserhöhung zu definieren, so dass nur für die entsprechend geringere Anzahl von Regelkreisen die weitere Untersuchungen notwendig sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt in weiteren Schritten ein technisches und/oder technologi- sches Untersuchen der Regelkreise mit zu geringer Regelreser- ve und ein Erarbeiten von Maßnahmen zur Herstellung der je- weilig benötigten Regelreserven durch Entlastung der jeweili- gen Regelkreise und/oder durch Ersetzen von Komponenten in den jeweiligen Regelkreisen durch leistungsfähigere Komponen- ten.

Diese Maßnahmen können abschließend technisch und/oder be- triebswirtschaftlich bewertet werden. Anhand dieser Bewertung kann der Entscheidungsprozess für die Implementierung der Verbesserungsmaßnahmen vereinfacht und eine unter Kos- ten/Nutzen-Gesichtspunkten optimale Lösung für den Betreiber der Anlage gefunden werden.

Insgesamt stellt die Abfolge der vorgenannten Schritte si- cher, dass die Punkte vorrangig behandelt werden, bei denen das höchste Verbesserungspotential besteht bzw. die Wirt- schaftlichkeit einer Umsetzung am höchsten ist. Zugleich er- laubt diese Vorgehen die wirtschaftliche Erschließung vorhan- dener Leistungsreserven auch bei hoher Komplexität einer An- lage.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders vorteil- haft zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit bei einer Anlage zur Ausführung eines kontinuierlichen Prozesses, insbesondere ei- nes Prozesses zu Herstellung von durchlaufenden Warenbahnen, z. B. Papier, Textilien, Kunststoff-oder Metallfolien, deren Leistungsfähigkeit durch die Geschwindigkeit der Warenbahn bestimmt wird.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren nä- her erläutert. Darin zeigen : FIG 1 eine Erfassung von Prozessgrößen bei einer Anlage zur Papierherstellung, FIG 2 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfah- rensablaufes anhand eines Ablaufdiagramms, FIG 3 eine prinzipielle Darstellung zur Ermittlung der für die Leistungsfähigkeit einer Anlage relevanten Prozessgrößen, FIG 4 eine Darstellung der relevanten Prozessgrößen bei einer Papiermaschine, FIG 5 ein Maschinengeschwindigkeit/Drehmoment-Diagramm für die Bestimmung der Regelreserve bei einem An- triebsmotor und

FIG 6 eine Bestimmung der Regelreserve bei dem Antriebs- motor der FIG 5.

Die FIG 1 zeigt eine Anlage 1 zur Herstellung von Papier. Die Anlage 1 umfasst verschiedenste Anlagenteile, die für die verschiedenen Schritte im Herstellungsprozess für Papier be- nötigt werden, so z. B. eine Stoffaufbereitung la, eine Pa- piermaschine lb, Umroller/Kalander lc, Rollenschneider 1d und Querschneider le. Das Papier durchläuft als Warenbahn 8 we- sentliche Teile der Anlage 1.

Die Anlage 1 weist für den Antrieb, die Stromversorgung und der Steuerung bzw. Regelung der verschiedenen Komponenten im Herstellungsprozess eine Vielzahl von Antriebskomponenten 11, Automatisierungskomponenten 12 und Energieversorgungskompo- nenten 13 auf.

Eine Vorrichtung 2 dient zur Ermittlung der Regelreserven in der Anlage 1. Die Vorrichtung 2 weist eine Erfassungseinheit 3, eine Auswerteeinheit 4, eine Eingabeeinheit 7 und eine Ausgabeeinheit 5 auf.

Die Erfassungseinheit 3 dient zur Erfassung von Prozessgrößen P1... P10 des Papierherstellungsprozesses auf der Anlage 1.

Dabei kann es sich z. B. um Messsignale handeln, die mit Hilfe von in der Anlage 1 bereits vorhandenen und/oder vorzusehen- den Signalgebern erfasst werden.

Die Prozessgrößen können aus verschiedensten Quellen des Pro- zesses stammen und in beliebiger, auch unterschiedlicher Form, z. B. analog, binär, numerisch und/oder als veränderli- che physikalische Größe vorliegen. Die Auswerteeinheit 4 dient zur Bestimmung der Regelreserven in den Regelkreisen der Anlage 1. Hierzu sind in einem Speicher der Auswerteein- heit 4 ein große Anzahl von Leistungskennlinien für eine Vielzahl von in Anlagen vorkommenden Komponenten, insbesonde-

re von Standardkomponenten, hinterlegt. Mit Hilfe der Ausga- beeinheit 5 können die Regelreserven zur Anzeige gebracht werden. Ferner weist die Vorrichtung 2 eine Eingabeeinheit 7 zur Eingabe einer angestrebten Leistungserhöhung in der Anla- ge 1 auf.

In FIG 2 wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ab- laufdiagramms erläutert. Das Verfahren wird vorteilhafterwei- se von einem Dienstleistungsanbieter durchgeführt, der ent- sprechendes Know-How und technische Möglichkeiten zu dessen Durchführung aufweist.

In einem ersten Schritt 31 werden-wie im Detail in FIG 3 und 4 erläutert-die für die Leistungsfähigkeit der Anlage relevanten Prozessgrößen ermittelt. In einem zweiten-Schritt 32 werden diese Prozessgrößen unter wechselnden Betriebsbe- dingungen der Anlage erfasst und in einem dritten Schritt 33 - wie beispielhaft in FIG 5 und 6 erläutert-eine geringste Regelreserve der Regelkreise der Anlage anhand der erfassten Prozessgrößen ermittelt. Diese Regelreserve kann zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Anlage ohne nennenswerten Investi- tionsaufwand genutzt werden. In einem Schritt 33a wird des- halb geprüft, ob eine über diese geringste Regelreserve hi- nausgehende Leistungserhöhung gewünscht ist. Ist dies nicht der Fall, kann in einem Verfahrensschritt 39b durch Erschlie- ßung der vorhandenen Leistungsreserven das Verfahren beendet werden.

Falls eine darüber hinaus gehende Leistungserhöhung in der Anlage gewünscht ist, kann in einem weiteren Verfahrens- schritt 34 eine solche angestrebten Leistungserhöhung der An- lage definiert werden. In einem weiteren Verfahrensschritt 35 werden die für die angestrebte Leistungserhöhung notwendigen Regelreserven in den Regelkreisen der Anlage bestimmt und in einem weiteren Verfahrensschritt 36 die Regelkreise mit einer für die angestrebte Leistungserhöhung zu geringen Regelreser- ve ermittelt.

Für die Regelkreise mit zu geringer Regelreserve können in einem weiteren Verfahrensschritt 37 technische und/oder tech- nologische Untersuchungen der Regelkreise durchgeführt und Maßnahmen zur Herstellung der jeweilig benötigten Regelreser- ven durch Entlastung der jeweiligen Regelkreise und/oder durch Ersetzen von Komponenten in den jeweiligen Regelkreisen durch leistungsfähigere Komponenten erarbeitet werden. In ei- nem weiteren Verfahrensschritt 38 kann für diese Maßnahmen eine technische und/oder betriebswirtschaftlichen Bewertung erfolgen, auf Basis derer eine abschließende Implementierung der Maßnahmen im Verfahrensschritt 39a erfolgt.

Die für die Leistungsfähigkeit einer Anlage relevanten Pro- zessgrößen können dadurch auf einfache Weise festgestellt werden, dass im übertragenen Sinne die an sich aus der tech- nischen Mechanik bekannte Methode des"Freischneidens"ange- wandt wird.

Hierzu wird in einem ersten Schritt eine die Leistungsfähig- keit der Anlage repräsentierende Prozessgröße ermittelt. Im Fall einer Anlage zur Papierherstellung handelt es sich z. B. um die Geschwindigkeit des Papiers in der Anlage.

In einem nächsten Schritt wird, wie prinzipiell in FIG 3 dar- gestellt, ein Kernprozess 6 der Anlage definiert und sämtli- che Schnittstellen 21-25 des Kernprozesses 6 zu den ihn um- gebenden Nebenprozessen 41-45 (z. B. Nebenprozessen zur E- nergie-, Wasser-und Druckluftversorgung) bestimmt und auf Wirkungszusammenhänge mit dieser repräsentierenden Prozess- größe untersucht. Dies kann durch messtechnisches Erfassen der physikalischen Effekte (z. B. Kräfte, Ströme, Felder, Durchflüsse, Drücke) an diesen Schnittstellen erfolgen. Die Messung dieser physikalischen Effekte bzw. Prozessgrößen kann durch bereits vorhandene und/oder zusätzlich vorzusehende Signalgeber erfolgen, die gegebenenfalls an den Schnittstel- len angebracht werden müssen.

Findet sich an einer Schnittstelle ein Wirkungszusammenhang mit der repräsentierenden Prozessgröße, so liegt an dieser Schnittstelle eine für die Leistungsfähigkeit der Anlage re- levante Prozessgröße vor und es wird für die Komponenten des Nebenprozesses eine genauere messtechnische Untersuchung zur Bestimmung der Regelreserven durchgeführt. Die Schnittstellen ohne Wirkungszusammenhang werden nicht weiter betrachtet und statt dessen die Schnittstellen enger um den Kernprozess ge- zogen bzw. in das Innere des Kernprozesses verlegt und an diesen neuen Schnittstellen auf einen Wirkungszusammenhang mit der repräsentierenden Prozessgröße untersucht. Auch hier- bei werden Schnittstellen mit Wirkungszusammenhang mit der repräsentierenden Prozessgröße als relevante Prozessgrößen identifiziert, für die in weiteren Schritten genauere mess- technische Untersuchung zur Bestimmung der Regelreserven durchgeführt werden.

Durch ein solches systematisches, schrittweises"Engerziehen" der Schnittstellen von den Nebenprozessen bis hinein in den Kernprozess wird sichergestellt, dass nicht nur im Bereich des Kernprozesses sondern auch im Bereich der Nebenprozesse sämtliche für die Leistungsfähigkeit der Anlage relevanten Prozessgrößen ermittelt werden.

Im Fall einer Anlage zur Papierherstellung kann als Kernpro- zess z. B. der auf der Papiermaschine ablaufende Teilprozess definiert werden. Schnittstellen zu Nebenprozessen mit Wir- kungszusammenhängen mit der Geschwindigkeit des durchlaufen- den Papiers finden sich dann v. a. im Bereich der Material- und Energieflüsse, so z. B. bei der Zufuhr von Energie, Dampf, Wasser, Fasern, Chemikalien und Zuschlagstoffe sowie der Ab- fuhr von Wasser, Kondensat und Abwärme. Die relevanten Pro- zessgrößen im Bereich der Nebenprozesse sind somit in diesem Fall-wie in FIG 4 dargestellt-die Energiezufuhr 51 (z. B. gemessen als Leistung P), die Dampfzufuhr 52 (gemessen als Volumen pro Zeiteinheit), die Wasserzufuhr 53 (gemessen als

Volumen pro Zeiteinheit), die Faserzufuhr 54 (gemessen als Masse pro Zeiteinheit), die Chemikalienzufuhr 55 (gemessen als Masse pro Zeiteinheit), die Wasserabfuhr 56 (gemessen als Volumen pro Zeiteinheit), die Kondensatabfuhr 57 (gemessen als Volumen pro Zeiteinheit) und die Abwärmeabfuhr 58 (gemes- sen als Leistung P). Diese relevanten Prozessgrößen können nun unter wechselnden Betriebsbedingungen der Anlage, z. B. für verschiedene Qualitäten und Sorten von Papier, erfasst und-wie nachstehend erläutert-die Regelreserven in den Regelkreisen der Anlage zur Papierherstellung ermittelt wer- den.

Mit Hilfe von FIG 5 und FIG 6 soll eine vorteilhafte Vorge- hensweise zur Bestimmung der Regelreserve bei einem Elektro- motor zum Antrieb einer Papiermaschine der Anlage 1 gemäß FIG 1 erläutert werden. Die Vorgehensweise ist grundsätzlich auch auf die anderen Regelkreise der Anlage (z. B. Dampf, Vakuum, Beschichtung) anwendbar.

Bei einer bestimmten Geschwindigkeit v des Papiers in der Pa- piermaschine liegt eine bestimmte Last (Drehmoment) M am E- lektromotor vor. Dieser Betriebspunkt definiert eine bestimm- te Klasse K in der in FIG 4 dargestellten Geschwindig- keits/Last-Ebene v/M. Für jede Klasse K wird die Zeit (Ver- weildauer) T gezählt, in der der Motor in dieser Klasse be- trieben wird und in einer Ebene senkrecht zur v/M-Ebene dar- gestellt. Es können somit die Klassen K mit den längsten Ver- weildauern ermittelt werden. Diese können anschließend ange- nähert durch einen lineare Zusammenhang zwischen Last M und Maschinengeschwindigkeit v beschrieben und durch eine Gerade G dargestellt werden. Grundsätzlich kann der Zusammenhang zwischen Last M und Maschinengeschwindigkeit v natürlich auch durch komplexere Funktionen beschrieben werden.

Das Diagramm der FIG 6 zeigt über der Geschwindigkeit v der Maschine das Drehmoment M des Motors, wobei diese beiden Pa- rameter durch einen linearen Zusammenhang gemäß FIG 4, darge-

stellt durch die Gerade G, angenähert sind. Bei einem dreh- zahlgeregelten Antrieb ist die maximale Leistung eines Motors oder Umrichters (je nachdem, welche geringer ist) ein hyper- bolische Kurve HK in der Geschwindigkeits/Last-Ebene v/M. Der Abstand RV dieser hyperbolischen Kurve HK zu der Gerade G ist ein Maß für die Regelreserve und somit für die maximal mögli- che Geschwindigkeitserhöhung.

Im Fall der Bestimmung der Regelreserve z. B. bezüglich der Positionierung eines Vakuum-oder Dampf-Steuerventils, Ge- schwindigkeit und Last eines Hilfsantriebs, von Flüssigkeits- ströme etc. kann die Maschinengeschwindigkeit statt über der Last auch über der Position des Ventils, der Geschwindigkeit des Hilfsantriebs oder dem Flüssigkeitsstrom aufgetragen, die Verweildauer bestimmt und der angenähert lineare oder komple- xere Zusammenhang mit der Geschwindigkeit v bestimmt werden.

Die im Fall einer Anlage mit einem kontinuierlichen Produkti- onsprozess, z. B. einer Anlage zur Papierherstellung, zu be- trachtenden Prozesse sind in der Regel nicht sehr dynamisch.

Die dynamischen Anteile in den Prozessgrößen sind sogar für die Bestimmung der Regelreserven nicht in erster Linie inte- ressant. Von größerem Interesse ist vielmehr das durch- schnittlichen Langzeitverhalten der Prozessgrößen. Die Pro- zessgrößen werden deshalb bevorzugt gefiltert (ca. 2 s) und nur ca. alle 5s abgetastet.

Bevorzugt wird eine Online-Auswertung der erfassten Daten mit anschließender Datenkompression für eine nachfolgende Off- line-Auswertung der erfassten Daten durchgeführt.