Fortschrittliche Prozessregelung für moderne Zellstoff- und Papierfabriken

Daten in Produktionssteigerungen entlang der Wertschöpfungskette der Zellstoff- und Papierindustrie umwandeln

Nur wenige Fertigungsbranchen sehen sich einer vergleichbaren betrieblichen Komplexität gegenüber wie die Zellstoff- und Papierindustrie. Von Holzplatzbetrieb und Aufschlussprozessen über Bleichen, Trocknen, Beschichten und Aufrollen bis hin zu Versand hängt jede Produktionsstufe von streng kontrollierten Variablen ab, die Produktqualität, Produktionskosten und Anlagenauslastung unmittelbar beeinflussen.

Jahrzehntelang verließen sich Werke auf konventionelle Regelungsstrategien, um die Prozessstabilität aufrechtzuerhalten. Obwohl diese Systeme eine solide betriebliche Grundlage boten, erfordern die zunehmenden Marktanforderungen heute deutlich mehr. Hersteller müssen gleichzeitig den Durchsatz steigern, 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), Plattformen für das industrielle Internet der Dinge (IIoT), fortschrittliche Analytik, maschinelles Lernen und Advanced Process Control (APC) ermöglichen es Werken, über die grundlegende Automatisierung hinauszugehen und eine datengestützte betriebliche Exzellenz anzustreben.

Viele Zellstoff- und Papierhersteller setzen integrierte Automatisierungsarchitekturen ein, die APC, Qualitätsmanagementsysteme und Leitsystemtechnologien kombinieren. Plattformen wie ABBs System 800xA sind weit verbreitet, da sie eine einheitliche Umgebung für Prozesstransparenz, Optimierung und betriebliche Entscheidungsfindung bieten. Organisationen, die eine moderne Automatisierungsinfrastruktur evaluieren, können eine größere Auswahl an industriellen Automatisierungslösungen von ABB entdecken, die in der Prozessindustrie eingesetzt werden.

Die Chance ist beträchtlich. Branchenstudien haben gezeigt, dass erfolgreiche Digitalisierungsprogramme Durchsatzsteigerungen von 5 % bis 10 %, Ertragssteigerungen um mehrere Prozentpunkte sowie messbare Reduzierungen des Energie-, Faser-, Wasser- und Chemikalienverbrauchs ermöglichen können. Bei groß angelegten Betrieben kann selbst eine geringfügige prozentuale Verbesserung zu jährlichen Einsparungen in Millionenhöhe führen.

Trotz dieser Chancen haben viele Werke weiterhin mit einer anhaltenden Herausforderung zu kämpfen: der Datennutzung. Moderne Anlagen erzeugen täglich enorme Mengen an Betriebsinformationen, doch ein großer Teil dieser Daten wird nach wie vor unzureichend genutzt. Sensoren, Antriebe, Analysatoren, Historian-Systeme, Qualitätssysteme, Laborgeräte und Geschäftsanwendungen erzeugen kontinuierlich wertvolle Informationen, die häufig in voneinander getrennten Systemen isoliert bleiben.

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

Abbildung 1. Moderne Zellstoff- und Papierbetriebe sind auf integrierte Technologien zur Messung, Regelung und Optimierung angewiesen, um Produktionseffizienz und Produktqualität zu verbessern.

Warum herkömmliche Regelungsstrategien nicht mehr ausreichen

Herkömmliche Leitsysteme sind darauf ausgelegt, Prozessvariablen innerhalb vorgegebener Betriebsbereiche zu halten. Obwohl dieser Ansatz weiterhin unverzichtbar ist, hat er häufig Schwierigkeiten, die komplexen Wechselwirkungen in groß angelegten Zellstoff- und Papierfabriken zu bewältigen.

Eine Änderung in einem Prozessbereich beeinflusst häufig mehrere nachgelagerte Vorgänge. Schwankungen bei der Zellstoffkonsistenz können die Bleichleistung beeinträchtigen. Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts können die Trocknungseffizienz beeinflussen. Schwankungen der Faserqualität können sich auf die Eigenschaften des fertigen Papiers auswirken. Bediener müssen konkurrierende Ziele ständig ausbalancieren und gleichzeitig auf sich ändernde Produktionsbedingungen reagieren.

Herkömmliche PID-Regelkreise eignen sich gut zur Regelung einzelner Variablen, sind jedoch nicht darauf ausgelegt, Dutzende miteinander verbundener Prozessbeschränkungen gleichzeitig zu optimieren.

APC begegnet dieser Einschränkung, indem es die Beziehungen zwischen mehreren Variablen in Echtzeit analysiert. Anstatt auf Prozessabweichungen erst nach ihrem Auftreten zu reagieren, sagen APC-Systeme zukünftige Bedingungen voraus und passen Betriebsparameter proaktiv an.

Diese prädiktive Fähigkeit ermöglicht es Zellstoff- und Papierfabriken, näher an den Leistungsgrenzen zu arbeiten, ohne die Stabilität zu beeinträchtigen. Das Ergebnis sind ein höherer Durchsatz, eine präzisere Qualitätskontrolle und eine geringere betriebliche Variabilität.

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

Während Zellstoff- und Papierfabriken Initiativen zur digitalen Transformation vorantreiben, nimmt die Bedeutung des verteilten Leitsystems weiter zu. Moderne DCS-Plattformen bilden die Grundlage für APC, Analysen, die Integration von Historian-Systemen und die werksweite Optimierung. Leser, die sich für die umfassenderen Technologien zur Unterstützung dieser Anwendungen interessieren, können Beispiele für verteilte Leitsysteme ansehen, die häufig in groß angelegten Prozessfertigungsumgebungen eingesetzt werden.

Wie Advanced Process Control die Leistung von Zellstoff- und Papierfabriken 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 gleichzeitig mehrere wichtige Funktionen.

Erstens stabilisiert es die Produktionsprozesse. Prozessschwankungen gehören zu den größten versteckten Kosten in der Zellstoff- und Papierherstellung. Jede Schwankung erhöht die Wahrscheinlichkeit von Qualitätsabweichungen, Abfallaufkommen, Produktionsverlangsamungen und übermäßigem Energieverbrauch.

Zweitens koordiniert APC mehrere Regelkreise, die andernfalls unabhängig voneinander arbeiten würden. Anstatt jeden Regelkreis seine eigene Variable optimieren zu lassen, bewertet APC den gesamten Prozess und bestimmt die insgesamt beste Betriebsstrategie.

Drittens ermöglicht APC den Anlagen, näher an den Produktionsgrenzen zu arbeiten, ohne das Betriebsrisiko zu erhöhen. Dadurch können Werke zusätzlichen Durchsatz erzielen und gleichzeitig akzeptable Qualitätsmargen einhalten.

Viertens verbessert APC die Ressourceneffizienz, indem der unnötige Verbrauch von Chemikalien, Dampf, Strom und Wasser minimiert wird.

Diese Fähigkeiten erklären, warum APC-Einführungen häufig schnell eine Rendite erzielen.

In Zellstoffkochern kann APC beispielsweise trotz Schwankungen bei Holzarten, Feuchtigkeitsgehalt und Rohstoffeigenschaften gleichmäßigere Kochbedingungen aufrechterhalten. Diese Beständigkeit verbessert die Zellstoffqualität und senkt gleichzeitig den Chemikalienverbrauch.

In Bleichprozessen trägt APC dazu bei, die angestrebte Helligkeit aufrechtzuerhalten und gleichzeitig den Chemikalienverbrauch zu minimieren. Durch die kontinuierliche Bewertung der Prozessbedingungen ermittelt das System den effizientesten Betriebspunkt für jedes Produktionsszenario.

Im Betrieb von Papiermaschinen trägt APC zu einer verbesserten Blattqualität, weniger Abrissen, einer höheren Laufeigenschaft und einer gleichmäßigeren Produktionsleistung bei.

Die wachsende Bedeutung der modellprädiktiven Regelung

Eine der leistungsfähigsten APC-Technologien in der Zellstoff- und Papierherstellung ist die modellprädiktive Regelung (MPC).

MPC verwendet mathematische Modelle, die das Prozessverhalten abbilden. Diese Modelle ermöglichen es dem System, künftige Betriebsbedingungen auf Grundlage aktueller Messwerte und erwarteter Störungen vorherzusagen.

Anstatt auf Veränderungen zu reagieren, nachdem sie eingetreten sind, prognostiziert MPC Prozessreaktionen, bevor Abweichungen erheblich werden.

Der Regler bewertet mehrere mögliche Regelaktionen und wählt die Strategie aus, die Produktionsziele am besten erfüllt und gleichzeitig die betrieblichen Einschränkungen einhält.

Diese Fähigkeit ist bei Anwendungen in der Zellstoff- und Papierindustrie besonders wertvoll, da viele kritische Variablen mit erheblichen Verzögerungen, nichtlinearen Zusammenhängen und komplexen Wechselwirkungen verbunden sind.

Beispiele sind:

• Temperaturregelung des Zellstoffkochers
• Optimierung des Kalkofens
• Management der Verdampferleistung
• Ausgleich des Dampfsystems
• Betrieb des Rückgewinnungskessels
• Feuchtigkeitsregelung der Papiermaschine
• Optimierung des Flächengewichts
• Beschichtungsprozessmanagement

Im Gegensatz zu herkömmlichen Regelungsstrategien bewertet MPC den gesamten Prozesshorizont, anstatt nur auf unmittelbare Änderungen von Messwerten zu reagieren. Dadurch können Bediener Störungen vorwegnehmen und über längere Zeiträume optimale Betriebsbedingungen aufrechterhalten.

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

Die zunehmende Verfügbarkeit von Rechenleistung, Historian-Daten, Cloud-Analysen und Werkzeugen für maschinelles Lernen hat die Wirksamkeit von MPC-Anwendungen in der gesamten Branche weiter erhöht.

Wo APC in modernen Werken den größten Nutzen bietet

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

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

Der traditionelle Betrieb von Drehrohröfen stützt sich häufig stark auf die Erfahrung des Bedienpersonals. Schwankende Brennstoffqualität, veränderliche Eigenschaften des Einsatzmaterials und wechselnde Umgebungsbedingungen können Instabilitäten verursachen, die Produktqualität und Energieeffizienz beeinträchtigen.

APC verfolgt einen systematischeren Ansatz. Durch die kontinuierliche Überwachung von Temperaturprofilen, Sauerstoffgehalten, Brennstoffzufuhren und Prozessbeschränkungen hält das System stabile Betriebsbedingungen aufrecht und minimiert gleichzeitig den Energieverbrauch.

Mehrere industrielle Anwendungen haben nach der Einführung von APC deutliche Verringerungen der Temperaturschwankungen, niedrigere Sauerstoffgehalte und messbare Brennstoffeinsparungen gezeigt. Diese Verbesserungen senken nicht nur die Betriebskosten, sondern tragen auch zu geringeren Treibhausgasemissionen bei.

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

Der Betrieb eines Rückgewinnungskessels erfordert die Abstimmung zahlreicher miteinander wechselwirkender Variablen, darunter die Feststoffkonzentration der Ablauge, die Verteilung der Verbrennungsluft, die Ziele für die Dampfproduktion, die Ofentemperaturen und die Emissionsanforderungen.

APC-Systeme bewerten diese Zusammenhänge kontinuierlich und nehmen koordinierte Anpassungen vor, die den Verbrennungswirkungsgrad verbessern und gleichzeitig sichere Betriebsbedingungen gewährleisten. Das Ergebnis sind eine höhere Dampfproduktion, eine verbesserte Energierückgewinnung und ein stabilerer Prozessbetrieb.

Auch Verdampfersysteme profitieren erheblich von einer fortschrittlichen Optimierung. Verdampfer verbrauchen große Dampfmengen und wirken sich direkt auf den Rückgewinnungszyklus aus.

Durch prädiktive Modellierung und koordinierte Regelung trägt APC dazu bei, die Verdampfungseffizienz zu maximieren und gleichzeitig den Dampfverbrauch zu minimieren. Selbst geringfügige Verbesserungen der Verdampferleistung können bei großen Werken erhebliche jährliche Energieeinsparungen ermöglichen.

Im Betrieb von Papiermaschinen konzentriert sich APC häufig auf die Feuchteregelung, die Konsistenz des Flächengewichts, die Optimierung der Trocknung, die Blattstabilität und die Steigerung der Produktionsrate.

Da Papiermaschinen kontinuierlich mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden, können selbst geringfügige 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.

Der Zusammenhang zwischen APC und Energieeffizienz

Energie zählt weiterhin zu den größten Betriebskosten in der Zellstoff- und Papierherstellung. Dampfsysteme, Rückgewinnungskessel, Trocknungsbereiche, Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Refiner und Motoren machen zusammen einen beträchtlichen Anteil der gesamten Produktionskosten aus.

Historisch konzentrierten sich viele Werke bei ihren Bemühungen zur Energieeinsparung auf Anlagenmodernisierungen. Hardware-Verbesserungen bleiben zwar wichtig, doch digitale Optimierungstechnologien erzielen zunehmend vergleichbare oder größere Vorteile, ohne dass erhebliche Kapitalinvestitionen erforderlich sind.

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

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

Beispielsweise stellen Trocknungsprozesse häufig den größten Energieverbraucher innerhalb einer Papiermaschine dar. Bereits geringfügige Verringerungen der Feuchtevariabilität können den Dampfbedarf deutlich senken, während die Spezifikationen des Endprodukts eingehalten werden.

Ebenso kann APC den Raffinationsprozess optimieren, indem der Energieeinsatz auf die gewünschten Fasereigenschaften abgestimmt wird. Statt übermäßig viel Raffinationsenergie einzusetzen, passt das System die Betriebsparameter kontinuierlich an, um die Qualitätsziele bei minimalem Stromverbrauch zu erreichen.

Da Nachhaltigkeitsinitiativen zunehmend an Bedeutung gewinnen, bieten diese Effizienzsteigerungen sowohl finanzielle als auch ökologische Vorteile. Ein geringerer Energieverbrauch senkt die Betriebskosten und unterstützt gleichzeitig die Dekarbonisierungsziele des Unternehmens.

Automatisierte Papierprüfung bringt die Qualitätskontrolle näher an die Echtzeit

Qualität bleibt eines der wichtigsten Wettbewerbsmerkmale in der Zellstoff- und Papierindustrie. Kunden erwarten gleichbleibende Qualität – unabhängig von Produktionsvolumen, Maschinengeschwindigkeit oder Schwankungen der Rohstoffe.

Herkömmliche Laborprüfverfahren 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 den Prozessbedingungen und der Qualitätsrückmeldung.

Automatisierte Papierprüfsysteme helfen, diese Lücke zu schließen.

Moderne Prüfplattformen können mit minimalem Eingreifen des Bedienpersonals eine große Bandbreite an Messungen durchführen. Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Berstfestigkeit, Druckfestigkeit, Dicke, Feuchtigkeitsgehalt, Helligkeit, Opazität, Glätte und Steifigkeit können schnell und konsistent bewertet werden.

Die Vorteile gehen weit über die Einsparung von Arbeitskosten hinaus.

Automatisierung verbessert die Wiederholbarkeit, indem sie viele Ursachen menschlicher Schwankungen beseitigt. Außerdem erhöht sie die Prüfhäufigkeit, sodass Papierfabriken deutlich größere Datensätze erzeugen können, als dies mit manuellen Methoden praktikabel wäre.

Anstatt sich auf gelegentliche Laborproben zu verlassen, erhalten Bediener Zugriff auf kontinuierliche Datenströme mit Qualitätsinformationen, die schnellere Entscheidungen unterstützen.

Diese Fähigkeit wird besonders leistungsfähig, wenn sie in APC-Plattformen integriert ist.

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

Statt Qualitätsprobleme einfach erst nach der Produktion zu erkennen, arbeitet das System aktiv daran, ihr Auftreten zu verhindern.

Warum Datenqualität ebenso wichtig ist wie Prozessregelung

Der Erfolg jeder APC-Initiative hängt in hohem Maß von der Datenqualität ab.

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

Ungenaue Messungen, Kalibrierungsdrift, Kommunikationsausfälle, Lücken im Historian-System und uneinheitliche Datenerfassungspraktiken können die Wirksamkeit von Optimierungsprogrammen einschränken.

Daher beginnen führende Projekte zur digitalen Transformation häufig mit einer Bewertung der Instrumentierung.

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

Upgrades der Instrumentierung bieten häufig bereits für sich genommen erhebliche Vorteile. Moderne Messumformer, Analysatoren, Schwingungsüberwachungssysteme, intelligente Motorsteuerungen und IIoT-fähige Geräte verbessern die Transparenz über kritische Produktionsanlagen hinweg.

Beispielsweise können Technologien zur Zustandsüberwachung sich entwickelnde Anlagenprobleme erkennen, bevor sie kostspielige Ausfallzeiten verursachen. Programme für vorausschauende Instandhaltung nutzen Schwingungsanalysen, Temperaturüberwachung und Algorithmen des maschinellen Lernens, um frühe Anzeichen einer Anlagenverschlechterung zu erkennen.

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

Ohne funktionstüchtige Anlagen und zuverlässige Messungen kann selbst die fortschrittlichste Optimierungsplattform keine nachhaltigen Ergebnisse liefern.

Informationstechnologie und operative Technologie verbinden

Eine der bedeutendsten Veränderungen in der Zellstoff- und Papierherstellung ist die Annäherung von Informationstechnologie (IT) und operativer Technologie (OT).

Historisch betrieben Produktionssysteme und Geschäftssysteme unabhängig voneinander. Prozessleitsystemnetzwerke konzentrierten sich auf den Anlagenbetrieb, während Unternehmensanwendungen Planung, Beschaffung, Bestandsverwaltung und Finanzaktivitäten steuerten.

Heute werden diese Umgebungen zunehmend vernetzt.

Produktionsdaten fließen heute von Feldinstrumenten über SPS, PACs, DCS-Plattformen, Historian-Systeme, Manufacturing-Execution-Systeme (MES) und Unternehmenssoftwareumgebungen. Diese Integration eröffnet neue Möglichkeiten für die betriebliche Transparenz und die Optimierung von Geschäftsprozessen.

Werksleiter können die Produktionsleistung nahezu in Echtzeit bewerten. Instandhaltungsteams erhalten Zugriff auf Informationen zum vorausschauenden Anlagenzustand. Mitarbeiter in der Lieferkette erhalten verbesserte Produktionsprognosen. Die Unternehmensleitung gewinnt größere Transparenz über operative Leistungskennzahlen.

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

Diese Vernetzung bringt jedoch auch Aspekte der Cybersicherheit mit sich. Mit zunehmender Digitalisierung müssen Werke kritische Leitsysteme vor immer ausgefeilteren Cyberbedrohungen schützen.

Eine erfolgreiche digitale Transformation erfordert daher eine ausgewogene Strategie, die betriebliche Effizienz, Systemzuverlässigkeit und Resilienz gegenüber Cybersicherheitsbedrohungen miteinander verbindet.

Qualitätskontrollsysteme werden zu strategischen Produktionsressourcen

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

Moderne Papierkunden verlangen zunehmend engere Toleranzen. Verpackungshersteller, Tissue-Produzenten, Spezialpapierlieferanten und Hersteller von Druckpapieren benötigen über jeden Produktionslauf hinweg konsistente Produkteigenschaften.

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

Hier zeigen QCS-Plattformen ihren außergewöhnlichen Nutzen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Laborprüfungen überwachen QCS-Lösungen kritische Qualitätsparameter während der gesamten Produktion kontinuierlich. Scansensoren bewegen sich über die gesamte Blattbreite und erfassen Messwerte, die Bedienern helfen, Abweichungen zu erkennen, bevor sie zu erheblichen Qualitätsproblemen werden.

Zu den häufig erfassten Messgrößen gehören:

• Flächengewicht
• Feuchteprofil
• Blattdicke
• Strichgewicht
• Faserorientierung
• Aschegehalt
• Opazität
• Helligkeit
• Farbkonstanz

Diese Messungen vermitteln ein umfassendes Bild der Maschinenleistung und Produktqualität. Statt sich auf regelmäßige Proben zu verlassen, erhalten Bediener kontinuierliche Einblicke in jede Produktionsphase.

Durch die Integration mit APC wird QCS noch leistungsfähiger.

Qualitätsmessungen können automatisch Prozessanpassungen beeinflussen und so eine Umgebung zur Optimierung im geschlossenen Regelkreis schaffen, in der Produktionseffizienz und Produktqualität gleichzeitig gesteuert werden.

Diese Integration reduziert die Produktion außerhalb der Spezifikation, minimiert Kundenbeschwerden, senkt die Abfallerzeugung und verbessert die Gesamtrentabilität.

Für Großanlagen, die täglich Tausende Tonnen Papier produzieren, können bereits kleine Verbesserungen der Qualitätskonstanz erhebliche finanzielle Erträge erzielen.

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 von Papierfabriken, Betriebsdaten zu nutzen.

Algorithmen des maschinellen Lernens können Muster erkennen, die für herkömmliche Leitsysteme oder menschliche Bediener nur schwer zu erkennen sind.

Durch die Analyse jahrelanger Produktionsdaten können KI-Plattformen Zusammenhänge zwischen Rohstoffqualität, Prozessbedingungen, Anlagenleistung, Umgebungsvariablen und den Eigenschaften des Endprodukts aufdecken.

Diese Fähigkeit unterstützt eine neue Generation von Optimierungsanwendungen.

Beispielsweise können Modelle des maschinellen Lernens die Ergebnisse der Papierqualität vor Abschluss der Produktion prognostizieren. Bediener erhalten frühzeitig eine Warnung, wenn Prozessbedingungen auf eine höhere Wahrscheinlichkeit von Qualitätsabweichungen hindeuten.

Auch Instandhaltungsteams können von KI-gestützten Analysen profitieren.

Anlagenausfälle treten selten ohne Vorwarnung auf. Motoren, Pumpen, Getriebe, Refiner, Vakuumsysteme und rotierende Maschinen erzeugen typischerweise messbare Veränderungen bei Vibrationen, Temperatur, Energieverbrauch oder Prozessverhalten, bevor es zu einem Ausfall kommt.

KI-Systeme analysieren diese Signale kontinuierlich und erkennen anomale Betriebszustände, die auf sich entwickelnde Anlagenprobleme hindeuten können.

Dieser Ansatz unterstützt Strategien zur vorausschauenden Instandhaltung, die ungeplante Stillstandszeiten reduzieren und die Anlagennutzung verbessern.

In vielen Fabriken laufen Programme zur vorausschauenden Instandhaltung inzwischen parallel zu APC-Initiativen als Teil einer umfassenderen Strategie zur digitalen Transformation.

Diese Kombination schafft einen leistungsfähigen betrieblichen Rahmen, in dem Prozesse kontinuierlich optimiert und kritische Anlagen kontinuierlich überwacht werden.

Abbildung 3. Digitale Technologien wie KI, IIoT, Analytik, APC und vorausschauende Instandhaltung helfen Zellstoff- und Papierherstellern, ihre Resilienz und betriebliche Leistungsfähigkeit zu verbessern.

Wie führende Automatisierungsplattformen die APC-Implementierung unterstützen

Die Wirksamkeit von APC hängt stark von der unterstützenden Automatisierungsinfrastruktur ab. Glücklicherweise stehen modernen Zellstoff- und Papierfabriken leistungsfähige Leitsystemplattformen zur Verfügung, die speziell für komplexe Prozessindustrien entwickelt wurden.

Das System 800xA von ABB zählt nach wie vor zu den bekanntesten Lösungen der Branche. Es vereint Prozessregelung, elektrische Integration, APC-Anwendungen, Historian-Funktionen und Asset-Management in einer einheitlichen Umgebung. 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 Prozessregelung, Alarmmanagement, Bedienerwirksamkeit und anlagenweite Transparenz unterstützt Optimierungsinitiativen sowohl in Produktions- als auch in Versorgungssystemen.

Emerson DeltaV spielt weiterhin eine bedeutende Rolle in Fabriken, die ein hohes Maß an Prozessstabilität und betrieblicher Flexibilität anstreben. Seine fortschrittlichen Regelungsfunktionen in Kombination mit umfangreichen Analyse- und Tools für den gesamten Lebenszyklus helfen dem Bedienpersonal, die Leistung zu verbessern und gleichzeitig die Systemzuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

Yokogawa CENTUM VP wird häufig für Anlagen ausgewählt, bei denen die Betriebskontinuität und die langfristige Systemverfügbarkeit im Vordergrund stehen. Das prozesszentrierte Design unterstützt komplexe APC-Anwendungen und gewährleistet zugleich die hohe Zuverlässigkeit, die in kontinuierlich produzierenden Umgebungen erwartet wird.

Unabhängig von der Wahl des Anbieters weisen erfolgreiche APC-Implementierungen typischerweise mehrere gemeinsame Merkmale auf: zuverlässige Messinstrumentierung, eine robuste Leitinfrastruktur, präzise Prozessmodelle, eine starke Einbindung des Bedienpersonals und eine kontinuierliche Leistungsüberwachung.

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

Auf dem Weg zum autonomen Werk

Das Konzept des autonomen Betriebs gewinnt in der Zellstoff- und Papierbranche rasch an Aufmerksamkeit.

Ein autonomes Werk macht den Menschen nicht überflüssig. Stattdessen nutzt es fortschrittliche Automatisierungstechnologien, damit sich das Personal auf wertschöpfendere Entscheidungen konzentrieren kann, während routinemäßige Optimierungsaufgaben automatisch ablaufen.

In dieser Vision steuert APC kontinuierlich die Prozessstabilität. QCS gewährleistet die Produktqualität. KI prognostiziert künftige Betriebsbedingungen. Systeme zur vorausschauenden Instandhaltung erkennen Anlagenrisiken, 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.

Modelle des maschinellen Lernens unterstützen die Produktionsplanung. Automatisierte Qualitätssysteme reduzieren den Arbeitsaufwand in Laboren. APC-Anwendungen optimieren kontinuierlich energieintensive Anlagen. Cloudbasierte Analyseplattformen schaffen unternehmensweit Transparenz über den Betrieb.

Obwohl vollständig autonome Werke ein langfristiges Ziel bleiben, liefern die zugrunde liegenden Technologien bereits heute messbaren geschäftlichen Nutzen.

Der Übergang erfolgt schrittweise und nicht im Rahmen eines einzigen Transformationsprojekts. Jede erfolgreiche APC-Implementierung, jede Initiative zur vorausschauenden Instandhaltung und jede KI-Anwendung bringt Anlagen einem autonomeren Betriebsmodell näher.

Von Prozessdaten zum Wettbewerbsvorteil

Die Zellstoff- und Papierindustrie ist in eine neue Ära eingetreten, in der die betriebliche Leistung zunehmend davon abhängt, wie effektiv Unternehmen Daten nutzen.

Advanced Process Control, automatisierte Prüfsysteme, Quality Control Systems, künstliche Intelligenz und IIoT-Technologien sind keine experimentellen Konzepte mehr. Sie entwickeln sich 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 steigern, ohne umfangreiche physische Erweiterungen vorzunehmen.

Die erfolgreichsten Implementierungen zeigen, dass digitale Transformation nicht einfach darin besteht, mehr Informationen zu sammeln. Der eigentliche Wert entsteht, wenn Betriebsdaten in umsetzbare Erkenntnisse umgewandelt werden, die die Entscheidungsfindung entlang der gesamten Wertschöpfungskette verbessern.

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