Fortgeschrittene Prozesssteuerung für moderne Zellstoff- und Papierfabriken

Daten in Produktionssteigerungen entlang der Wertschöpfungskette von Zellstoff und Papier verwandeln

Nur wenige Fertigungssektoren stehen vor einer operativen Komplexität in diesem Ausmaß wie die Zellstoff- und Papierindustrie. Von den Holzplatzprozessen und Zellstoffherstellung über das Bleichen, Trocknen, Beschichten, Aufwickeln bis hin zum Versand hängt jede Produktionsstufe von streng kontrollierten Variablen ab, die direkt die Produktqualität, Produktionskosten und Anlagenauslastung beeinflussen.

Jahrzehntelang verließen sich Werke auf konventionelle Steuerungsstrategien, um die Prozessstabilität zu gewährleisten. Während diese Systeme eine solide operative Grundlage boten, erfordern die zunehmenden Marktdrucke heute viel mehr. Hersteller müssen gleichzeitig den Durchsatz erhöhen, den Energieverbrauch senken, den Chemikalieneinsatz reduzieren, Nachhaltigkeitskennzahlen verbessern und eine gleichbleibende Produktqualität sicherstellen.

Daher ist die digitale Transformation in der gesamten Branche zu einer strategischen Priorität geworden. Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI), Industrial Internet of Things (IIoT)-Plattformen, fortschrittliche Analytik, maschinelles Lernen und Advanced Process Control (APC) ermöglichen es den Werken, über die einfache Automatisierung hinauszugehen und eine datengetriebene operative Exzellenz zu erreichen.

Viele Zellstoff- und Papierhersteller setzen integrierte Automatisierungsarchitekturen ein, die APC, Qualitätsmanagementsysteme und verteilte Steuerungstechnologien kombinieren. Plattformen wie ABBs System 800xA sind weit verbreitet, da sie eine einheitliche Umgebung für Prozessübersicht, Optimierung und operative Entscheidungsfindung bieten. Organisationen, die moderne Automatisierungsinfrastrukturen evaluieren, können eine breitere Palette von ABB Industrieautomatisierungslösungen erkunden, die in der Prozessindustrie eingesetzt werden.

Die Chance ist erheblich. Branchenstudien haben gezeigt, dass erfolgreiche Digitalisierungsprogramme Durchsatzsteigerungen von 5 % bis 10 %, Ertragssteigerungen um mehrere Prozentpunkte sowie messbare Einsparungen bei Energie-, Faser-, Wasser- und Chemikalienverbrauch erzielen können. Selbst eine kleine prozentuale Verbesserung kann bei groß angelegten Betrieben Millionen von Dollar an jährlichen Einsparungen bedeuten.

Trotz dieser Chancen kämpfen viele Werke weiterhin mit einer hartnäckigen Herausforderung: der Datennutzung. Moderne Anlagen erzeugen täglich enorme Mengen an Betriebsinformationen, doch ein Großteil dieser Daten bleibt ungenutzt. Sensoren, Antriebe, Analysatoren, Historien, Qualitätssysteme, Laborinstrumente und Geschäftsanwendungen produzieren kontinuierlich wertvolle Informationen, die oft isoliert in separaten Systemen verbleiben.

Die nächste Phase der industriellen Digitalisierung konzentriert sich darauf, diese ungenutzten Informationen in umsetzbare Erkenntnisse zu verwandeln. APC hat sich als eine der effektivsten Technologien zur Erreichung dieses Ziels etabliert.

Abbildung 1. Moderne Zellstoff- und Papierbetriebe sind auf integrierte Sensorik-, Steuerungs- und Optimierungstechnologien angewiesen, um die Produktionseffizienz und Produktqualität zu verbessern.

Warum traditionelle Steuerungsstrategien nicht mehr ausreichen

Traditionelle Steuerungssysteme sind darauf ausgelegt, Prozessvariablen innerhalb vorgegebener Betriebsbereiche zu halten. Während dieser Ansatz weiterhin unerlässlich ist, hat er oft Schwierigkeiten, die komplexen Wechselwirkungen in großtechnischen Zellstoff- und Papieranlagen zu bewältigen.

Eine Änderung in einem Prozessbereich beeinflusst häufig mehrere nachgelagerte Abläufe. Schwankungen in der Pulpkonsistenz können die Bleichleistung beeinflussen. Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts können die Trocknungseffizienz beeinflussen. Schwankungen in der Faserqualität können die Eigenschaften des Endbogens beeinflussen. Bediener müssen ständig konkurrierende Ziele ausbalancieren und gleichzeitig auf sich ändernde Produktionsbedingungen reagieren.

Konventionelle PID-Regelkreise sind effektiv zur Steuerung einzelner Variablen, aber sie sind nicht dafür ausgelegt, gleichzeitig dutzende miteinander verbundene Prozessbeschränkungen zu optimieren.

APC behebt diese Einschränkung, indem es die Beziehungen zwischen mehreren Variablen in Echtzeit analysiert. Anstatt auf Prozessabweichungen zu reagieren, nachdem sie auftreten, sagen APC-Systeme zukünftige Bedingungen voraus und passen die Betriebsparameter proaktiv an.

Diese prädiktive Fähigkeit ermöglicht es Mühlen, näher an den Leistungsgrenzen zu arbeiten, ohne die Stabilität zu gefährden. Das Ergebnis sind verbesserter Durchsatz, engere Qualitätskontrolle und reduzierte betriebliche Variabilität.

In vielen Anlagen fungiert APC als Optimierungsschicht über dem Distributed Control System (DCS). Das DCS führt weiterhin die Regelungsaufgaben aus, während APC kontinuierlich Prozessbedingungen bewertet und optimale Betriebsziele berechnet.

Während Mühlen digitale Transformationsinitiativen verfolgen, erweitert sich die Rolle des verteilten Steuerungssystems stetig. Moderne DCS-Plattformen dienen als Grundlage für APC, Analytik, Historian-Integration und werkweite Optimierung. Leser, die die umfassenderen Technologien hinter diesen Anwendungen verstehen möchten, können Beispiele für verteilte Steuerungssysteme einsehen, die häufig in großtechnischen Prozessfertigungsumgebungen eingesetzt werden.

Wie Advanced Process Control die Leistung der Mühle verbessert

Advanced Process Control kombiniert Prozessmodellierung, prädiktive Algorithmen, Optimierungstechniken und Echtzeit-Datenanalyse, um die Produktionsleistung kontinuierlich zu verbessern.

Das Hauptziel ist einfach: die Rentabilität maximieren und gleichzeitig die betrieblichen Einschränkungen einhalten.

In der Praxis erfüllt APC mehrere kritische Funktionen gleichzeitig.

Erstens stabilisiert es Produktionsprozesse. Prozessvariabilität ist einer der größten versteckten Kostenfaktoren in der Zellstoff- und Papierherstellung. Jede Schwankung erhöht die Wahrscheinlichkeit von Qualitätsabweichungen, Abfallentstehung, Produktionsverzögerungen und übermäßigem Energieverbrauch.

Zweitens koordiniert APC mehrere Regelkreise, die sonst unabhängig voneinander arbeiten würden. Anstatt jedem Regelkreis zu erlauben, seine eigene Variable zu optimieren, bewertet APC den gesamten Prozess und bestimmt die beste Gesamtbetriebsstrategie.

Drittens ermöglicht APC Anlagen, näher an den Produktionsgrenzen zu arbeiten, ohne das Betriebsrisiko zu erhöhen. Dies erlaubt den Werken, zusätzliche Durchsatzmengen zu erzielen und gleichzeitig akzeptable Qualitätsmargen einzuhalten.

Viertens verbessert APC die Ressourceneffizienz, indem es unnötigen Verbrauch von Chemikalien, Dampf, Strom und Wasser minimiert.

Diese Fähigkeiten erklären, warum APC-Einsätze häufig schnelle Kapitalrenditen liefern.

Beispielsweise kann APC in Zellstoffkochern trotz Schwankungen bei Holzarten, Feuchtigkeitsgehalt und Rohstoffeigenschaften gleichmäßigere Kochbedingungen aufrechterhalten. Diese Konsistenz verbessert die Zellstoffqualität und reduziert den Chemikalienverbrauch.

Innerhalb der Bleichprozesse hilft APC, die Zielhelligkeit aufrechtzuerhalten und gleichzeitig den Chemikalieneinsatz zu minimieren. Durch die kontinuierliche Bewertung der Prozessbedingungen identifiziert das System den effizientesten Betriebspunkt für jedes Produktionsszenario.

Im Betrieb von Papiermaschinen trägt APC zur Verbesserung der Blattqualität, zur Reduzierung von Bruch, zur besseren Laufruhe und zu einer konsistenteren Produktion bei.

Die wachsende Bedeutung der modellprädiktiven Regelung

Eine der leistungsstärksten APC-Technologien, die in der Zellstoff- und Papierherstellung eingesetzt werden, ist die modellprädiktive Regelung (MPC).

MPC verwendet mathematische Modelle, die das Prozessverhalten darstellen. Diese Modelle ermöglichen es dem System, zukünftige Betriebsbedingungen basierend auf aktuellen Messungen und erwarteten Störungen vorherzusagen.

Anstatt auf Änderungen zu reagieren, nachdem sie eingetreten sind, sagt MPC Prozessreaktionen voraus, bevor Abweichungen signifikant werden.

Der Regler bewertet mehrere mögliche Steuerungsmaßnahmen und wählt die Strategie aus, die die Produktionsziele am besten erfüllt und gleichzeitig betriebliche Einschränkungen berücksichtigt.

Diese Fähigkeit ist besonders wertvoll in Zellstoff- und Papieranwendungen, da viele kritische Variablen erhebliche Verzögerungen, nichtlineare Zusammenhänge und komplexe Wechselwirkungen aufweisen.

Beispiele sind:

• Temperaturregelung des Zellstoffkochers
• Optimierung des Kalkofens
• Leistungsmanagement des Verdampfers
• Dampfsystemausgleich
• Betrieb des Rückgewinnungskessels
• Feuchtigkeitskontrolle der Papiermaschine
• Optimierung des Flächengewichts
• Beschichtungsprozessmanagement

Im Gegensatz zu traditionellen Steuerungsstrategien bewertet MPC den gesamten Prozesshorizont und reagiert nicht nur auf unmittelbare Messänderungen. Dies ermöglicht es den Bedienern, Störungen vorherzusehen und optimale Betriebsbedingungen über längere Zeiträume aufrechtzuerhalten.

Viele führende Automatisierungslieferanten integrieren heute MPC-Technologie in ihre APC-Plattformen, einschließlich Lösungen, die auf Prozessautomatisierungsarchitekturen von ABB, Honeywell, Emerson, Yokogawa und Schneider Electric eingesetzt werden.

Die zunehmende Verfügbarkeit von Rechenleistung, Historian-Daten, Cloud-Analytik und Machine-Learning-Tools hat die Effektivität von MPC-Anwendungen in der gesamten Branche weiter gesteigert.

Wo APC in modernen Mühlen den größten Nutzen bringt

Obwohl APC in der gesamten Anlage angewendet werden kann, erzielen einige Produktionsbereiche aufgrund ihrer Komplexität, Energieintensität und Auswirkungen auf nachgelagerte Prozesse durchweg die höchsten Erträge.

Eines der am häufigsten genannten Beispiele ist der Kalkofen. Als kritischer Bestandteil des chemischen Rückgewinnungskreislaufs verbrauchen Kalköfen erhebliche Energiemengen und beeinflussen direkt die Gesamtwirtschaftlichkeit der Mühle.

Der traditionelle Betrieb von Drehöfen beruht oft stark auf der Erfahrung der Bediener. Schwankungen in der Brennstoffqualität, wechselnde Zufuhreigenschaften und schwankende Umweltbedingungen können Instabilitäten verursachen, die sich auf Produktqualität und Energieeffizienz auswirken.

APC führt einen systematischeren Ansatz ein. Durch die kontinuierliche Überwachung von Temperaturprofilen, Sauerstoffwerten, Brennstoffraten und Prozessgrenzen hält das System stabile Betriebsbedingungen aufrecht und minimiert gleichzeitig den Energieverbrauch.

Mehrere industrielle Implementierungen haben nach der Einführung von APC signifikante Reduzierungen der Temperaturschwankungen, niedrigere Sauerstoffwerte und messbare Brennstoffeinsparungen gezeigt. Diese Verbesserungen senken nicht nur die Betriebskosten, sondern tragen auch zu geringeren Treibhausgasemissionen bei.

Rückgewinnungskessel stellen eine weitere wertvolle APC-Anwendung dar. Diese Anlagen spielen eine zentrale Rolle bei der chemischen Rückgewinnung und Dampferzeugung, weshalb Zuverlässigkeit und Effizienz entscheidende Ziele sind.

Der Betrieb eines Rückgewinnungskessels erfordert das Ausbalancieren zahlreicher miteinander wirkender Variablen, darunter die Konzentration der Laugenfeststoffe, die Verteilung der Verbrennungsluft, Dampfproduktionsziele, Ofentemperaturen und Emissionsanforderungen.

APC-Systeme bewerten diese Zusammenhänge kontinuierlich und nehmen koordinierte Anpassungen vor, die die Verbrennungseffizienz verbessern und gleichzeitig sichere Betriebsbedingungen gewährleisten. Das Ergebnis ist eine gesteigerte Dampfproduktion, verbesserte Energierückgewinnung und eine stabilere Prozessleistung.

Verdampfersysteme profitieren ebenfalls erheblich von fortschrittlicher Optimierung. Verdampfer verbrauchen große Mengen Dampf und haben direkten Einfluss auf den Rückgewinnungskreislauf.

Durch prädiktive Modellierung und koordinierte Steuerung hilft APC, die Verdampfungseffizienz zu maximieren und gleichzeitig den Dampfverbrauch zu minimieren. Selbst kleine Verbesserungen der Verdampferleistung können für große Werke erhebliche jährliche Energieeinsparungen bringen.

Im Betrieb von Papiermaschinen konzentriert sich APC oft auf Feuchtigkeitskontrolle, Konsistenz des Flächengewichts, Trocknungsoptimierung, Stabilität des Bogens und Verbesserungen der Produktionsrate.

Da Papiermaschinen kontinuierlich mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten, können selbst kleine Prozessschwankungen erhebliche Qualitätsprobleme oder Produktionsverluste verursachen. APC hilft, diese Schwankungen zu reduzieren, sodass Bediener engere Spezifikationen einhalten und gleichzeitig die Maschinenproduktivität steigern können.

Abbildung 2. Hochleistungsmotoren, Antriebe und Automatisierungssysteme spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Produktionseffizienz in modernen Zellstoff- und Papierfabriken.

Die Verbindung zwischen APC und Energieeffizienz

Energie bleibt einer der größten Betriebskostenfaktoren in der Zellstoff- und Papierherstellung. Dampfsysteme, Rückgewinnungskessel, Trocknungsabschnitte, Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Raffinerien und Motoren machen zusammen einen erheblichen Teil der Gesamtherstellungskosten aus.

Historisch konzentrierten sich viele Werke bei der Energieeinsparung auf Geräteaufrüstungen. Während Hardwareverbesserungen weiterhin wichtig sind, liefern digitale Optimierungstechnologien zunehmend vergleichbare oder größere Vorteile, ohne dass große Investitionen erforderlich sind.

APC trägt direkt zur Energieeffizienz bei, indem es die Prozessvariabilität verringert.

Wenn Prozesse gleichmäßiger laufen, muss die Ausrüstung weniger Zeit damit verbringen, Störungen auszugleichen. Der Dampfverbrauch wird vorhersehbarer. Trocknungssysteme arbeiten näher an den optimalen Bedingungen. Chemische Reaktionen verlaufen effizienter. Übermäßige Sicherheitsmargen können reduziert werden, ohne das Betriebsrisiko zu erhöhen.

Beispielsweise stellen Trocknungsprozesse häufig den größten Energieverbraucher innerhalb einer Papiermaschine dar. Kleine Reduzierungen der Feuchtigkeitsvariabilität können die Dampfnachfrage erheblich senken und gleichzeitig die Endproduktspezifikationen einhalten.

Ebenso kann APC die Raffinerieprozesse optimieren, indem es den Energieeinsatz an die gewünschten Fasermerkmale anpasst. Anstatt übermäßige Raffinerieenergie einzusetzen, passt das System kontinuierlich die Betriebsparameter an, um Qualitätsziele mit minimalem Stromverbrauch zu erreichen.

Da Nachhaltigkeitsinitiativen an Bedeutung gewinnen, bieten diese Effizienzsteigerungen sowohl finanzielle als auch ökologische Vorteile. Ein reduzierter Energieverbrauch senkt die Betriebskosten und unterstützt gleichzeitig die Ziele der Unternehmens-Dekarbonisierung.

Automatisierte Papierprüfung bringt die Qualitätskontrolle näher an die Echtzeit.

Qualität bleibt einer der wichtigsten Wettbewerbsvorteile in der Zellstoff- und Papierindustrie. Kunden erwarten Konsistenz, unabhängig von Produktionsmenge, Maschinengeschwindigkeit oder Rohstoffvariabilität.

Traditionelle Labortestmethoden liefern seit langem wertvolle Qualitätsinformationen, weisen jedoch auch Einschränkungen auf. Proben müssen entnommen, transportiert, vorbereitet, analysiert und berichtet werden, bevor Korrekturmaßnahmen umgesetzt werden können.

Diese Verzögerung schafft eine Lücke zwischen Prozessbedingungen und Qualitätsrückmeldung.

Automatisierte Papierprüfsysteme helfen, diese Lücke zu schließen.

Moderne Testplattformen können eine Vielzahl von Messungen mit minimalem Bedienereingriff durchführen. Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Reißfestigkeit, Druckfestigkeit, Dicke, Feuchtigkeitsgehalt, Helligkeit, Opazität, Glätte und Steifigkeit können schnell und konsistent bewertet werden.

Die Vorteile gehen weit über Arbeitszeiteinsparungen hinaus.

Automatisierung verbessert die Wiederholbarkeit, indem viele Quellen menschlicher Variation eliminiert werden. Sie erhöht auch die Testfrequenz, sodass Werke deutlich größere Datensätze erzeugen können, als es mit manuellen Methoden praktikabel wäre.

Anstatt sich auf gelegentliche Laborproben zu verlassen, erhalten Bediener kontinuierliche Qualitätsdatenströme, die schnellere Entscheidungen unterstützen.

Diese Fähigkeit wird besonders leistungsstark, wenn sie mit APC-Plattformen integriert ist.

Qualitätsmessungen können direkt in Optimierungsalgorithmen integriert werden, sodass das Steuerungssystem die Betriebsbedingungen kontinuierlich an sich ändernde Produktanforderungen anpassen kann.

Anstatt Qualitätsprobleme erst nach der Produktion zu erkennen, arbeitet das System aktiv daran, deren Auftreten zu verhindern.

Warum Datenqualität genauso wichtig ist wie Prozesssteuerung

Der Erfolg jeder APC-Initiative hängt stark von der Datenqualität ab.

Viele Werke verfügen über Tausende von Sensoren, die über ihre Anlagen verteilt sind. Die bloße Anzahl der Sensoren garantiert jedoch keine nützlichen Informationen.

Ungenaue Messungen, Kalibrierungsabweichungen, Kommunikationsausfälle, Lücken im Historien-System und inkonsistente Datenerfassungspraktiken können die Wirksamkeit von Optimierungsprogrammen einschränken.

Daher beginnen führende Digitalisierungsprojekte oft mit Instrumentierungsbewertungen.

Ingenieure bewerten den Zustand der Sensoren, die Kommunikationsinfrastruktur, die Leistung des Historien-Systems und die Datenmanagementpraktiken, bevor sie fortschrittliche Analysen oder APC-Anwendungen implementieren.

Instrumentierungs-Upgrades bieten häufig erhebliche Vorteile für sich genommen. Moderne Sender, Analysatoren, Schwingungsüberwachungssysteme, intelligente Motorsteuerungen und IIoT-fähige Geräte verbessern die Sichtbarkeit kritischer Produktionsanlagen.

Beispielsweise können Zustandsüberwachungstechnologien sich entwickelnde Anlagenprobleme erkennen, bevor sie zu kostspieligen Ausfallzeiten führen. Prädiktive Wartungsprogramme nutzen Schwingungsanalysen, Temperaturüberwachung und maschinelle Lernalgorithmen, um frühe Anzeichen von Anlagenverschleiß zu erkennen.

Diese Informationen ergänzen APC, indem sie sicherstellen, dass Produktionsanlagen in der Lage bleiben, Optimierungsstrategien zuverlässig umzusetzen.

Ohne gesunde Anlagen und zuverlässige Messungen kann selbst die ausgefeilteste Optimierungsplattform keine nachhaltigen Ergebnisse liefern.

Die Brücke zwischen Informationstechnologie und Betriebstechnologie schlagen

Eine der bedeutendsten Veränderungen in der Zellstoff- und Papierherstellung ist die Konvergenz von Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT).

Historisch arbeiteten Produktionssysteme und Geschäftssysteme unabhängig voneinander. Prozessleitsysteme konzentrierten sich auf den Betrieb der Anlagen, während Unternehmensanwendungen Planung, Beschaffung, Lagerhaltung und Finanzaktivitäten verwalteten.

Heutzutage werden diese Umgebungen zunehmend vernetzt.

Produktionsdaten fließen nun von Feldinstrumenten über SPS, PAC, DCS-Plattformen, Historian-Systeme, Manufacturing Execution Systems (MES) und Unternehmenssoftwareumgebungen. Diese Integration schafft neue Möglichkeiten für operative Transparenz und Geschäftsoptimierung.

Anlagenleiter können die Produktionsleistung nahezu in Echtzeit bewerten. Wartungsteams erhalten Zugang zu prädiktiven Informationen über den Anlagenzustand. Mitarbeiter der Lieferkette erhalten verbesserte Produktionsprognosen. Die Geschäftsleitung erhält mehr Transparenz über betriebliche Leistungskennzahlen.

Das Ergebnis ist eine agilere Organisation, die schneller auf sich ändernde Marktbedingungen reagieren kann.

Diese Vernetzung bringt jedoch auch Cybersicherheitsaspekte mit sich. Mit der zunehmenden Digitalisierung müssen Werke kritische Steuerungssysteme vor immer ausgefeilteren Cyberbedrohungen schützen.

Eine erfolgreiche digitale Transformation erfordert daher eine ausgewogene Strategie, die operative Effizienz, Systemzuverlässigkeit und Cybersicherheitsresilienz kombiniert.

Qualitätssicherungssysteme werden zu strategischen Produktionsressourcen

Während sich APC auf die Optimierung der Prozessleistung konzentriert, bieten Qualitätssicherungssysteme (QCS) die erforderliche Transparenz, um sicherzustellen, dass jede Optimierungsentscheidung den Produktspezifikationen entspricht.

Moderne Papierkunden verlangen immer engere Toleranzen. Verpackungshersteller, Tissueproduzenten, Spezialpapierlieferanten und Hersteller von Druckpapier benötigen alle konsistente Produkteigenschaften bei jeder Produktionscharge.

Die Erfüllung dieser Erwartungen wird schwierig, wenn die Produktionsgeschwindigkeiten mehrere tausend Meter pro Minute überschreiten.

Hier liefern QCS-Plattformen außergewöhnlichen Mehrwert.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Labortests überwachen QCS-Lösungen kritische Qualitätsparameter kontinuierlich während der Produktion. Scannende Sensoren fahren über die Blattbreite und erfassen Messwerte, die Bedienern helfen, Abweichungen zu erkennen, bevor sie zu erheblichen Qualitätsproblemen werden.

Wichtige Messgrößen umfassen üblicherweise:

• Flächengewicht
• Feuchteprofil
• Blattdicke
• Beschichtungsgewicht
• Faserorientierung
• Aschegehalt
• Opazität
• Helligkeit
• Farbkonsistenz

Diese Messungen bieten einen umfassenden Überblick über die Maschinenleistung und Produktqualität. Anstatt sich auf periodische Stichproben zu verlassen, erhalten Bediener kontinuierliche Einblicke in jede Produktionsphase.

In Kombination mit APC wird QCS noch leistungsfähiger.

Qualitätsmessungen können automatisch Prozessanpassungen beeinflussen und so eine geschlossene Optimierungsschleife schaffen, in der Produktionseffizienz und Produktqualität gleichzeitig gesteuert werden.

Diese Integration reduziert die Produktion von Ausschussware, minimiert Kundenbeschwerden, senkt die Abfallmenge und verbessert die Gesamtprofitabilität.

Für Großanlagen, die täglich Tausende Tonnen Papier produzieren, können selbst kleine Verbesserungen der Qualitätskonsistenz erhebliche finanzielle Erträge bringen.

Künstliche Intelligenz erweitert den Umfang der Prozessoptimierung

Obwohl APC- und QCS-Technologien seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt werden, erweitern jüngste Fortschritte in der künstlichen Intelligenz die Möglichkeiten, die Papierfabriken mit Betriebsdaten erreichen können.

Algorithmen des maschinellen Lernens können Muster erkennen, die für traditionelle Steuerungssysteme oder menschliche Bediener schwer zu erfassen sind.

Durch die Analyse von Produktionsdaten über Jahre hinweg können KI-Plattformen Zusammenhänge zwischen Rohstoffqualität, Prozessbedingungen, Anlagenleistung, Umweltvariablen und Endprodukteigenschaften aufdecken.

Diese Fähigkeit unterstützt eine neue Generation von Optimierungsanwendungen.

Beispielsweise können maschinelle Lernmodelle die Papierqualität vor Abschluss der Produktion vorhersagen. Bediener erhalten eine Vorwarnung, wenn Prozessbedingungen auf eine höhere Wahrscheinlichkeit von Qualitätsabweichungen hinweisen.

Wartungsteams können ebenfalls von KI-gesteuerten Analysen profitieren.

Ausrüstungsfehler treten selten ohne Vorwarnung auf. Motoren, Pumpen, Getriebe, Verfeinerer, Vakuumsysteme und rotierende Maschinen erzeugen typischerweise messbare Veränderungen in Vibration, Temperatur, Stromverbrauch oder Prozessverhalten, bevor ein Ausfall eintritt.

KI-Systeme analysieren diese Signale kontinuierlich und erkennen abnormale Betriebszustände, die auf sich entwickelnde Geräteprobleme hinweisen können.

Dieser Ansatz unterstützt vorausschauende Wartungsstrategien, die ungeplante Ausfallzeiten reduzieren und die Anlagenverfügbarkeit verbessern.

In vielen Papierfabriken arbeiten Programme zur vorausschauenden Wartung heute neben APC-Initiativen als Teil einer umfassenderen digitalen Transformationsstrategie.

Die Kombination schafft einen leistungsstarken Betriebsrahmen, in dem Prozesse kontinuierlich optimiert und kritische Anlagen kontinuierlich überwacht werden.

Abbildung 3. Digitale Technologien wie KI, IIoT, Analytik, APC und vorausschauende Wartung helfen Herstellern von Zellstoff und Papier, Resilienz und Betriebseffizienz zu verbessern.

Wie führende Automatisierungsplattformen die APC-Einführung unterstützen

Die Wirksamkeit von APC hängt stark von der sie unterstützenden Automatisierungsinfrastruktur ab. Glücklicherweise haben moderne Zellstoff- und Papierfabriken Zugang zu hochleistungsfähigen Steuerungsplattformen, die speziell für komplexe Prozessindustrien entwickelt wurden.

ABBs System 800xA bleibt eine der bekanntesten Lösungen der Branche, die Prozesssteuerung, elektrische Integration, APC-Anwendungen, Historian-Funktionalität und Anlagenmanagement in einer einheitlichen Umgebung kombiniert. Die Fähigkeit der Plattform, Informationen aus mehreren Produktionsbereichen zu integrieren, macht sie besonders geeignet für groß angelegte Zellstoff- und Papierbetriebe.

Honeywell Experion PKS bietet eine weitere weit verbreitete Architektur für prozessintensive Anlagen. Sein integrierter Ansatz für Prozesssteuerung, Alarmmanagement, Bedienereffektivität und werksweite Sichtbarkeit unterstützt Optimierungsinitiativen sowohl in Produktions- als auch in Versorgungssystemen.

Emerson DeltaV spielt weiterhin eine bedeutende Rolle in Mühlen, die hohe Prozessstabilität und betriebliche Flexibilität anstreben. Seine fortschrittlichen Steuerungsfunktionen, kombiniert mit umfangreichen Analyse- und Lifecycle-Support-Tools, helfen Bedienern, die Leistung zu verbessern und gleichzeitig die Systemzuverlässigkeit zu erhalten.

Yokogawa CENTUM VP wird häufig für Anlagen ausgewählt, die Betriebsstabilität und langfristige Systemverfügbarkeit priorisieren. Sein prozesszentriertes Design unterstützt komplexe APC-Anwendungen und gewährleistet gleichzeitig die hohe Zuverlässigkeit, die in kontinuierlichen Produktionsumgebungen erwartet wird.

Unabhängig von der Anbieterauswahl teilen erfolgreiche APC-Einführungen typischerweise mehrere gemeinsame Merkmale: zuverlässige Instrumentierung, robuste Steuerungsinfrastruktur, genaue Prozessmodelle, starke Einbindung der Bediener und kontinuierliche Leistungsüberwachung.

Technologie allein garantiert selten Erfolg. Nachhaltige Ergebnisse erfordern organisatorisches Engagement und kontinuierliche Optimierungsbemühungen.

Auf dem Weg zur autonomen Mühle

Das Konzept autonomer Abläufe gewinnt im gesamten Zellstoff- und Papiersektor schnell an Aufmerksamkeit.

Eine autonome Mühle eliminiert nicht die menschliche Beteiligung. Vielmehr nutzt sie fortschrittliche Automatisierungstechnologien, um dem Personal zu ermöglichen, sich auf Entscheidungen mit höherem Mehrwert zu konzentrieren, während routinemäßige Optimierungsaktivitäten automatisch ablaufen.

In dieser Vision steuert APC kontinuierlich die Prozessstabilität. QCS sichert die Produktqualität. KI prognostiziert zukünftige Betriebsbedingungen. Systeme zur vorausschauenden Wartung erkennen Gerätrisiken, bevor Ausfälle auftreten. Digitale Zwillinge simulieren Betriebsszenarien. Bediener überwachen die Produktion über fortschrittliche Visualisierungsplattformen, anstatt einzelne Regelkreise manuell anzupassen.

Mehrere Branchenführer haben bereits begonnen, Elemente dieser Strategie umzusetzen.

Maschinelle Lernmodelle unterstützen die Produktionsplanung. Automatisierte Qualitätssysteme reduzieren die Laborbelastung. APC-Anwendungen optimieren kontinuierlich energieintensive Anlagen. Cloud-basierte Analyseplattformen bieten unternehmensweite operative Transparenz.

Während vollständig autonome Werke ein langfristiges Ziel bleiben, liefern die zugrundeliegenden Technologien bereits heute messbaren geschäftlichen Nutzen.

Der Übergang erfolgt schrittweise und nicht durch ein einzelnes Transformationsprojekt. Jede erfolgreiche APC-Einführung, jede Initiative zur vorausschauenden Wartung und jede KI-Anwendung bringt Anlagen einem autonomeren Betriebsmodell näher.

Von Prozessdaten zum Wettbewerbsvorteil

Die Zellstoff- und Papierindustrie hat eine neue Ära betreten, in der die operative Leistung zunehmend davon abhängt, wie effektiv Organisationen Daten nutzen.

Fortschrittliche Prozesssteuerung, automatisierte Testsysteme, Qualitätssicherungssysteme, künstliche Intelligenz und IIoT-Technologien sind keine experimentellen Konzepte mehr. Sie werden zu unverzichtbaren Werkzeugen zur Verbesserung von Rentabilität, Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit.

Anlagen, die diese Technologien erfolgreich integrieren, können Schwankungen reduzieren, die Produktkonsistenz verbessern, den Energieverbrauch senken, die Ressourcennutzung optimieren und den Durchsatz erhöhen, ohne größere physische Erweiterungen vorzunehmen.

Die erfolgreichsten Implementierungen zeigen, dass digitale Transformation nicht einfach bedeutet, mehr Informationen zu sammeln. Der wahre Wert liegt darin, operative Daten in umsetzbare Erkenntnisse zu verwandeln, die die Entscheidungsfindung entlang der gesamten Wertschöpfungskette verbessern.

Da sich die Produktionsanforderungen weiterentwickeln, wird APC eine der wichtigsten Schlüsseltechnologien bleiben, die Zellstoff- und Papierhersteller dabei unterstützt, die Lücke zwischen operativer Exzellenz und langfristiger Unternehmensleistung zu schließen.