Referenzen

Modellprädiktive Regelung (MPC) Fasertrocknung Lenzing AG

Lenzing AG

Zur Maximierung der Produktqualität bei gleichzeitiger Minimierung des Energiebedarfs in den Produktionsanlagen für Viskosefaser der Lenzing AG wurden von VOIGT+WIPP Engineers  modellprädiktive Regelungen an mehreren Produktionslinien implementiert.
Am Standort Lenzing wird besonders viel Wert auf Produktqualität und Energie-Effizienz gelegt. Daher werden die Prozesse permanenter Analysen unterzogen, aus welchen die Entscheidungsgrundlagen für Optimierungsprojekte hervorgehen.
Das Ziel bei der regelungstechnischen Optimierung der Fasertrocknungsanlagen war die Integration einer prozessleittechnischen Lösung unter Einsatz von Multivariable Model Predictive Control zur Minimierung der Schwankungsbreite der Produktfeuchte bei gleichzeitiger Reduktion der benötigten spezifischen Trocknungsenergie durch vorausschauende Ansteuerung der Trocknungsleistungen.

Installierte VOIGT+WIPP Engineers Lösung (Lieferumfang)

  • Entwicklung von Regelstrategien für optimierte Fahrweise der Trocknungsanlagen
  • Design und Programmierung von Advanced Process Control Lösungen auf Leittechnik-Ebene
  • Prozessdatenkommunikation über OPC mit mehreren Automatisierungsstationen
  • Implementierung modellprädiktiver Mehrgrößenregler für die optimale Regelung der Fasertrocknung bei maximaler Energie-Effizienz an mehreren Produktionslinien

Ergebnisse und Projekterfolg

  • Reduktion des spezifischen Energieverbrauchs durch optimierte Temperaturprofile und intelligente Prozessführung
  • Steigerung der Produktionsmenge
  • Produktionsmaximierung Feedforward Control bei instationären Anlagenzuständen wie Anfahren, Sortenwechsel und Produktionsänderungen
  • Wesentliche Erhöhung des Automatisierungsgrades: Vollautomatik
  • ROI-Zeit: < 2 Jahre

Aufgrund des Projekterfolges wird derzeit das Roll-Out auf weitere Produktionslinien fortgeführt.


Dynamic Safety und Operator Training (OTS) Simulator Abluftreinigungsanlage Lenzing AG

Zur Reinigung der bei der Viskosefaser Produktion anfallenden Schwefelkohlenstoff- und Schwefelwasserstoff-haltigen Luft ist eine komplexe Abluftreinigungs-Anlage installiert. Diese besteht aus mehreren Beladeluft Gebläsen, Adsorbern und Rückgewinnungsanlagen.

Ziel des Projekts war die Erstellung einer dynamischen Simulation aller Anlagenteile, um einen umfassenden Softwaretest eines neuen Prozessleitsystems und eine Leittechnik-Umstellung im laufenden Produktionsbetrieb zu ermöglichen. Des weiteren wird der äußerst realitätsnahe Simulator als Operator Training Station (OTS) eingesetzt. Somit kann das zu schulende Anlagenbedienpersonal optimal auf die Bedienung der Anlage in allen häufigen und seltenen Betriebsfällen eingeschult werden. Sicherheitstechnisch wichtige Anlagenzustände können ebenfalls beliebig oft gefahrlos getestet und die richtige Operator Bedienung trainiert werden. Damit werden sowohl die Qualität der Automatisierungsprogramme und der Anlagenbedienung maximiert.

Installierte VOIGT+WIPP Engineers Lösung (Lieferumfang)

  • Physikalische Modellbildung aller Anlagenteile und Validierung anhand von Messdaten
  • Programmierung einer umfassenden, validierten, dynamischen Simulation in MiMiC©

Ergebnisse und Projekterfolg

  • Durch die Simulation konnte das neue PLS vorab getestet und die sicherheitskritische Umschaltung im laufenden Betrieb durchgeführt werden
  • Die Operatoren konnten bereits vor der Inbetriebnahme mit dem neuen PLS arbeiten und alle Funktionen kennen lernen
  • Die Simulation steht den Operatoren auch weiterhin zur Verfügung und dient zu Schulungszwecken

Modellprädiktive Regelung (MPC) Viskoseproduktion Lenzing AG

Um die maximale Kapazität der Viskosetanks nutzen zu können, wurde eine vorausschauende – vom Produktionsplan gesteuerte – modellprädiktive Regelung implementiert. Der Viskosespeicher stellt die zentrale Versorgung für die Viskosefaser Produktion dar, dessen Niveau von Zu- und Abfluss bestimmt wird. Der Tank soll auf einem konstanten hohen Niveau gehalten werden. Dazu steht der Zufluss als Stellgröße zur Verfügung, der Abfluss wird von der Viskosefaser Produktion vorgegeben. Das Viskosetank Niveau konnte zuvor nur per Hand geregelt werden da auch Operatoren prädiktiv eingreifen können. Da mittels klassischer, reinen Feedback-Regelung diese Aufgabe nicht zu lösen ist, wurde eine modellbasierte prädiktive Regelung entworfen und installiert.

Installierte VOIGT+WIPP Engineers Lösung (Lieferumfang)

  • Entwicklung einer Regelstrategie, die eine Störgrößentrajektorie (Produktionsplan) berücksichtigt und Definition von erwarteter und unerwarteter Produktionsänderungen
  • Implementierung einer modellprädiktiven Regelung unter Berücksichtigung des Produktionsplans (Störgrößentrajektorie) und der tatsächlichen Produktion
  • Planung, Regelkonzepterstellung
  • Inbetriebnahme und Parameteroptimierung

Ergebnisse und Projekterfolg

  • Ausregelung des Viskosetank Niveaus mit geringer Schwankungsbreite
  • Vorausschauende automatische Anpassung der Viskoseproduktion entsprechen den zukünftigen Produktionsbedingungen
  • Maximale Nutzung der installierten Puffervolumina für maximale Produktion

Mondi Group

Optimierung Kraftanlagen Papierfabrik
Mondi Frantschach GmbH

Projektziele waren die Optimierung der zirkulierenden Wirbelschichtanlage (Rindenkessel) zur Minimierung des externen Strombezugs und zur Steigerung des Wirkungsgrads.

Erzielte jährliche Einsparungen:

  • Einsparung an elektrischer Fremdenergie durch konventionelle Regelkonzeptänderung > 2 GWh/a
  • Gesamte jährliche Einsparung an elektrischer Energie an einem Standort: 7,5GWh
  • Steigerung der Frischdampf-Produktion um 3,5%
  • Reduktion der Rauchgasverluste am Rindenkessel > 10%
  • Steigerung der elektrischen Leistung um 3,5%
  • Reduktion der Kesseltemperatur-Schwankungen um 20%
  • > EUR 800.000 durch Strombezugs-Ersparnis aus öffentl. Netz
  • Payback-Zeit < drei Monate

Flugstromtrockner Mondi Frantschach

Projektziele

  • Erhöhung der Produktqualität der zu trocknenden Zellstoff-Fasern in einem zweistufigen Flash-Dryer (Flugstrom-Trockner) mit Abluft-Rückführung.
  • Reduktion des spezifischen Gasverbrauches zur Trocknung der Zellstoff-Fasern durch thermodynamisch optimierte Prozessführung von Trocknungsluftmengen, Rückführ-Rate und Temperaturverteilung in den Trockenstufen

Installierte VOIGT+WIPP Engineers Lösung

  • Implementierung eines Softsensors für den nicht online messbaren Produkt-Wassergehalt nach Trocknung
  • Implementierung einer Modellprädiktiven Mehrgrößenregelung für die optimale Regelung der Fasertrocknung und Energie-Effizienz

Projektergebnisse

  • Gas-Einsparung: 7%
  • Reduktion der Feuchteschwankungen um 30%
  • Vollautomatische laufende Optimierung der Trocknungs-Prozessführung

FRITZ EGGER GmbH & Co. OG

EGGER - Anlagenoptimierung St.Johann

Optimierungsziele Industriekraftwerk

  • Leistung des Biomassekessels maximieren
  • Minimierung von Temperaturschwankungen in der Brennkammer

Optimierungsziele Spänetrockner

  • Maximaler Durchsatz
  • Maximale Trocknungseffizienz (--> Maximale Nutzung von Rauchgas und Staubbrenner)
  • Minimale Schwankungen Spänefeuchte

Optimierungsziele Energieverteilung

  • Maximale Auskopplung von Fernwärme zu Spitzenlastzeiten im Winter ohne Spitzenlastkessel
  • Optimale Regelung und Nutzung von Wärmerückgewinnungsanlagen

Feuerleistungsregelung für Biomassefeuerungsanlage
BioMa Energie AG

Aufgabenstellung:

Auf Basis einer B&R 2005 Anlagensteuerung mit Intouch Visualisierung wurde eine neue Feuerleistungsregelung implementiert.

Lieferumfang VOIGT+WIPP Engineers:

  • Regelkonzeptentwicklung
  • Programmierung Feuerleistungsregelung Automation Studio B&R
  • Inbetriebnahme
  • Darstellung der intelligenten Feuerleistungsregelung in der Visualisierung
  • Parameteroptimierung

Projekterfolg:

  • Maßgeschneiderte auf Brennstoffausbeute optimierte Feuerleistungsregelung
  • Automatische Minimierung der Rauchgasverluste durch Emissionsgesteuerte O2-Regelung
  • Reduktion der Feuerraumtemperaturschwankungen

Cycleenergy Biomass Power AG

Biomass Control Solution (BCS) mit den Modulen FLR und MPPC
Cycleenergy Gaishorn GmbH


Aufgabenstellung:

Für die zwei bestehenden Dampfkessel der Firma Urbas, am Standort Gaishorn am See, sollte mit Hilfe einer übergeordneten SPS die Stromproduktion bei schwankender Wärmeabnahme maximiert werden. Die Wärme wird einerseits als Prozesswärme für ein Pelletswerk und andererseits für das Fernwärmenetz der Ortschaft ausgekoppelt.

Lieferumfang VOIGT+WIPP Engineers:

Planung der Signalumschaltung für die übergeordneten SPS, Verbindung an das bestehende System mittels Modbus.

Konzeptentwicklung einer auf die beiden Kesseln angepassten Feuerleistungsregelung um diese regelungstechnisch zu entkoppeln und damit maximale Dampfproduktion zu garantieren. Dazu dienen die BCS Module FLR (Feuerleistungsregelung) und MPPC (Maximum Plant Performance Controller).


Projekterfolg:

  • Optimierte Feuerleistungsregelung um ein großes, wechselndes Brennstoffspektrum abdecken zu können

  • Automatische Minimierung der Rauchgasverluste durch emissionsgesteuerte O2-Regelung

  • Reduktion der Feuerraumtemperaturschwankungen

  • Maximale Frischdampfproduktion → maximierte Generatorleistung


Hackschnitzel- und Heizgenossenschaft Großarl - Anlagenoptimierung Heizwerk Großarl (BCS)

Aufgabenstellung:

Gesamtanlagenoptimierung in Hinblick auf die Verbrennungsregelung der 3 Biomassekessel sowie eine verfahrens- und regelungstechnische Optimierung des Hydrauliknetzes und der am Standort eingesetzten Messtechnik.

Zielsetzung ist die Steigerung der Nutzungsgrade der Biomassekessel sowie die Reduzierung des Eigenstromverbrauchs und der Emmissionen der gesamten Anlage.

Lieferumfang VOIGT+WIPP Engineers:

Installation einer übergeordneten SPS der Firma Bachmann electronic und Implementierung der Biomassekesselregelung BCS-BMK an zwei Warmwasserkesseln und einem Thermoölkessel mit einer thermischen Gesamtleistung von 8.2 MWth.

Gesamtanlagenoptimierung in Hinblick auf:

  • Anlagenhydraulik und Pufferspeicher
  • Erneuerung der Messtechnik (Temperaturfühler, Emmissionsmessung etc.)
  • Hydraulische Regelung eines neuen ECO Wärmetauscherbündels der Rauchgaskondensation
  • Implementierung eines Datenloggers zur Aufzeichnung und Archivierung von Prozessdaten

Projekterfolge:

Durch die neue Biomassekesselregelung BCS-BMK wurden regeltechnisch bedingte Schwingungen des O2-Gehalts, der Feuerraumtemperatur und der Kesselleistung auf ein Minimum reduziert. Die Stromausbeute am ORC Modul wurde maßgeblich gesteigert und der spezifische Brennstoffverbrauch stark reduziert.

  • Steigerung der Stromausbeute am ORC Modul um +23%
  • Erhöhung des Anlagennutzungsgrades um +8%
  • Reduzierung der Rauchgasverluste um > 5%
  • Reduzierung der Schwankungsbreite der Feuerraumtemperatur von ±30°C auf ±10°C
  • Erhöhung des Automatisierungsgrads und der Prozesskontrolle durch das Anlagenpersonal

Wien Energie

Optimierung Feuerleistungsregelung Wirbelschichtkessel
Fernwärme Wien, Standort Simmering

Projektziel war die Optimierung des Mülldurchsatzes und der Dampfmengenstabilität durch die Inplementierung einer modellbasierten Feuerungsregelung.

Erfolg:

  • Steigerung des mittleren Mülldurchsatzes um 3,5%
  • Reduktion von Heizöl EL als Stützfeuerung um 30%
  • Reduktion der Dampfmengenschwankungen um 40%
  • Reduktion der Dampfdruckschwankungen um 50%
  • Reduktion der Rauchggasverluste um 5%
  • Reduktion der CO-Emissionen (und CO-Spitzen): 25%
  • Reduktion der Schwankungen der Feuerraumtemperatur um 30%
  • Implementierungszeit: 10 Monate

Wien Energie

Übergeordnete Dampfnetzregelung einer Sondermüllverbrennungsanlage der Fernwärme Wien

Ziel war die Implementierung einer übergeordneten Dampfnetzregelung zur Erhöhung der produzierten Energiemenge, der Optimierung der Verstromung des erzeugten Dampfs sowie der Minimierung des Bezugs von Strom aus dem öffentlichen Netz.

Erfolge:

  • Erzielte Druckstabilität auf den Dampfschienen: +/- 1%
  • Erhöhung des Dampfnutzungsgrades um 5%
  • Paybackzeit < 18 Monate



Spitzenlastkesselregelung Biomasse Fernheizwerk
EnergieComfort Tannheim GmbH

Aufgabenstellung:

Optimierung (Minimierung) des Heizölverbrauchs eines Spitzenlastkessels am Standort Tannheim/Tirol durch Systemintegration des B&R APROL Prozessleitsystems in die bestehende Anlagenregelung. Auf Basis von X20 Controllern und Profibus-DP Anbindung wurde eine perfekte Lösung entwickelt.

Anlagendaten:

  • Leistung Biomassekessel: 2,5 MW thermisch
  • Leistung Ölkessel: 3 MW thermisch

Projekterfolg:

  • Einsparung an Heizöl von > 15% an allen Tagen mit vergleichbarer Außentemperatur.
  • Sehr kurze Projektzeit von < 14 Tagen vor Ort.
  • ROI < 6 Monate

Modellprädiktive intelligente Feuerleistungsregelung 100MWth Biomassefeuerungsanlage
wodego GmbH, Neumarkt, Deutschland

Aufgabenstellung:

Für die Kesselanlage mit Wanderrost und Staubbrennern zur Restholzverbrennung wurde eine vollautomatische Feuerleistungsregelung für optimale Feuerungsleistung bei höherer Auslastung und geringeren Emissionen sowie deutlich reduzierten Dampfmengenschwankungen in die Anlage integriert. An eine bestehende Siemens S5 Anlagensteuerung wurde mittels INAT OPC Server eine Verbindung zu einem Advanced Process Control-PC mit IPCOS INCA Model Predictive Control (MPC) implementiert. Die modellprädiktive Feuerleistungsregelung berücksichtigt alle prozessrelevanten Faktoren (Dampfschienendrücke, Produktionsleistung der Spanplattenproduktion, Emissionen, Temperaturen, etc.) für einen Betrieb des Restholzkessels mit Rost- und Brennerbefeuerung bei maximaler Leistung und maximaler Betriebssicherheit bei niedrigsten Emissionen.

Leistungsumfang VOIGT+WIPP Engineers:

  • Planung und Engineering modellbasierte Feuerleistungsregelung (INCA, IPCOS)
  • Planung und Engineering eines Brennstoffeintragmess-Systems für Holz-Hackgut
  • Inbetriebnahme und Optimierung der Feuerleistungsregelung
  • Implementierung zahlreicher übergeordneter Begrenzungsregelungen für einen automatischen Betrieb der Kesselanlage am wirtschaftlichen und technischen Optimum ("Optipilot")

Projekterfolge:

  • Reduktion der CO-Emissionen um 50%
  • Vergleichmäßigung der Frischdampfproduktion um 30%
  • Reduktion der Feuerraumtemperaturschwankungen um 30%
  • ROI < 12 Monate

Folgeprojekt: Implementierung einer Tertiärregelung zur Einspeisung elektrischer Energie (negative Minutenreserve Regelung)

Durch die hochdynamische Feuerleistungsregelung ist es Möglich auf Anfrage des Netzbetreibers die Generatorleistung der Turbine innerhalb von 15 Minuten um bis zu 8MW abzusenken bzw. anzuheben.

In einem weiteren Projekt soll diese Tertiärregelung schon innerhalb von nur 5 Minuten reagieren.


INP

Verfahrenstechnik und Regelungstechnik für Kraftwerksprojekte
INP Deutschland & INP Austria

Aufgabenstellungen:

  • Übergeordneter Fuzzy-Controller für eine Entsorgungsanlage mit 6 Dampfkesseln und 2 Dampfturbinen zur Optimierung der Gesamtanlageneffizienz
  • Feuerleistungsregelung für Walzenrostanlage (Stadtwerke Prag)
  • Intelligente Klärschlammverbrennung (Wirbelschicht) mit mehreren Klärschlämmen unterschiedlichen Heizwertes und TS-Gehaltes

Leistungen von VOIGT+WIPP Engineers:

  • Erstellung von Regelkonzepten
  • Inbetriebnahme von Fuzzy-Regelungen
  • Übergeordnete Regelung für Kessel- und Turbinenanlagen
  • Programmierung von Fließschemen für S7-Programme Feuerleistungsregelung
  • Inbetriebnahme Feuerleistungsregelung
  • Performanceoptimierung von Anlagenregelungen

Projekterfolge:

  • Erfolgreiche und schnelle Inbetriebnahmen
  • Stabiler Anlagenbetrieb mit höchster ökonomischer und regelungstechnischer Performance

BioEnergie Kufstein

Optimierung Feuerleistungsregelung Biomasseanlage
BioEnergie Kufstein

Aufgabenstellung:

Ziel ist die Optimierung der bestehenden Feuerleistungsregelung für einen emissionsarmen Betrieb der Biomassefeuerung bei minimalen Schwankungen der Frischdampfmenge, der Feuerraumtemperatur und des O2-Gehaltes im Rauchgas.

  • Optimierung der Feuerungsführung für minimale Emissionen (CO und NOx)
  • Optimierung des Feuerungswirkungsgrades
  • Stabilisierung der Ausbrandlinie auf dem Rost

Anlagendaten:

  • Feuerungswärmeleistung: 28,4MW
  • Pel Turbinengenerator: 6,925MW
  • Frischdampfdruck: 64bar
  • Frischdampftemperatur: 450°C
  • Frischdampfmenge: 30t/h

Leistungen VOIGT+WIPP Engineers:

  • Parameteranalyse vor Ort
  • Konzepterstellung für neue Sekundärlufteindüsung
  • Planung und Konzept für optimierte Feuerungsregelung
  • Erstellung einer automatischen Feuerlageregelung

Projekterfolge:

  • Stabilisierung der Ausbrandlinie der Biomasse auf dem Rost
  • Einhaltung der Emissionsgrenzwerte
  • Maximierung der Dampfproduktion
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