Daten in Produktionsgewinne entlang der Wertschöpfungskette von Zellstoff und Papier umwandeln

Nur wenige Fertigungsbranchen weisen eine vergleichbare betriebliche Komplexität wie die Zellstoff- und Papierindustrie auf. Von Holzplatzbetrieb und Aufschlussprozessen über Bleichen, Trocknen, Beschichten und Aufwickeln bis hin zu Versand hängt jede Produktionsstufe von eng geregelten Variablen ab, die Produktqualität, Produktionskosten und Anlagenauslastung unmittelbar beeinflussen.

Über Jahrzehnte hinweg verließen sich Werke auf konventionelle Regelstrategien, um die Prozessstabilität aufrechtzuerhalten. Obwohl diese Systeme eine solide betriebliche Grundlage boten, erfordern die zunehmenden Marktdrucke heute deutlich mehr. Hersteller müssen gleichzeitig den Durchsatz steigern, den Energieverbrauch senken, den Chemikalieneinsatz reduzieren, Nachhaltigkeitskennzahlen verbessern und eine gleichbleibende Produktqualität gewährleisten.

Infolgedessen 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 datengetriebene betriebliche Exzellenz anzustreben.

Viele Zellstoff- und Papierhersteller implementieren integrierte Automatisierungsarchitekturen, 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. Unternehmen, die eine moderne Automatisierungsinfrastruktur bewerten, können eine größere Auswahl an industriellen Automatisierungslösungen von ABB erkunden, die in Prozessindustrien eingesetzt werden.

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

Trotz dieser Möglichkeiten kämpfen viele Werke weiterhin mit einer hartnäckigen Herausforderung: der Datennutzung. Moderne Anlagen erzeugen täglich enorme Mengen an Betriebsinformationen, doch ein großer Teil dieser Daten bleibt ungenutzt. Sensoren, Antriebe, Analysatoren, Historian-Systeme, Qualitätssysteme, Laborinstrumente 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 Papierfabriken sind auf integrierte Technologien zur Messung, Regelung und Optimierung angewiesen, um die 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 zu steuern, die in großen Zellstoff- und Papierfabriken auftreten.

Eine Änderung in einem Prozessbereich beeinflusst häufig mehrere nachgelagerte Vorgänge. Schwankungen 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 ständig konkurrierende Ziele abwägen und gleichzeitig auf wechselnde Produktionsbedingungen reagieren.

Konventionelle PID-Regelkreise eignen sich gut zur Regelung einzelner Variablen, sind jedoch nicht dafür ausgelegt, Dutzende miteinander verbundener Prozessgrenzen gleichzeitig zu optimieren.

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

Diese prädiktive Fähigkeit ermöglicht es 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.

Da Papierfabriken Initiativen zur digitalen Transformation verfolgen, nimmt die Rolle des verteilten Leitsystems weiter zu. Moderne DCS-Plattformen bilden die Grundlage für APC, Analysen, die Historian-Integration und die anlagenweite Optimierung. Leser, die die umfassenderen Technologien hinter diesen Anwendungen verstehen möchten, können sich Beispiele für verteilte Leitsysteme ansehen, die häufig in groß angelegten Prozessfertigungsumgebungen eingesetzt werden.

Wie Advanced Process Control die Leistung von Papierfabriken verbessert

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

Das primäre Ziel ist einfach: die Rentabilität maximieren und dabei die betrieblichen Einschränkungen einhalten.

In der Praxis erfüllt APC mehrere kritische Funktionen gleichzeitig.

Erstens stabilisiert es die Produktionsprozesse. Prozessschwankungen gehören zu den größten verborgenen Kosten in der Zellstoff- und Papierherstellung. Jede Schwankung erhöht die Wahrscheinlichkeit von Qualitätsabweichungen, Abfallerzeugung, 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 Anlagenbetrieb näher an den Produktionsgrenzen, ohne das Betriebsrisiko zu erhöhen. Dadurch können Werke zusätzlichen Durchsatz erzielen und gleichzeitig akzeptable Qualitätsmargen einhalten.

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

Diese Fähigkeiten erklären, warum APC-Einführungen häufig schnelle Investitionsrenditen erzielen.

In Zellstoffkochern kann APC beispielsweise trotz Schwankungen bei Holzarten, Feuchtegehalt und Rohstoffeigenschaften gleichmäßigere Kochbedingungen aufrechterhalten. Diese Konstanz verbessert die Zellstoffqualität und reduziert gleichzeitig den Chemikalienverbrauch.

Bei Bleichprozessen hilft APC, die angestrebten Helligkeitswerte einzuhalten und gleichzeitig den Chemikalienverbrauch zu minimieren. Durch die kontinuierliche Bewertung der Prozessbedingungen ermittelt das System für jedes Produktionsszenario den effizientesten Betriebspunkt.

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, anhand aktueller Messwerte und erwarteter Störungen zukünftige Betriebsbedingungen vorherzusagen.

Anstatt erst auf bereits eingetretene Änderungen zu reagieren, prognostiziert MPC Prozessreaktionen, bevor Abweichungen erheblich werden.

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

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

Beispiele hierfür sind:

• Temperaturregelung des Zellstoffkochers
• Optimierung des Kalkofens
• Management der Verdampferleistung
• Ausbalancierung des Dampfsystems
• Betrieb des Rückgewinnungskessels
• Feuchteregelung der Papiermaschine
• Optimierung des Flächengewichts
• Management des Beschichtungsprozesses

Im Gegensatz zu herkömmlichen Regelungsstrategien bewertet MPC den gesamten Prozesshorizont, anstatt nur auf unmittelbare Änderungen von Messwerten zu reagieren. Dadurch können Bediener Störungen vorhersehen 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 gesteigert.

Wo APC in modernen Werken den größten Nutzen bringt

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

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

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

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

Mehrere industrielle Implementierungen 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 chemischen Rückgewinnung und der Dampferzeugung, weshalb Zuverlässigkeit und Effizienz entscheidende Ziele sind.

Der Betrieb eines Rückgewinnungskessels erfordert die Abstimmung zahlreicher miteinander verbundener Variablen, darunter der Feststoffgehalt der Ablauge, die Verteilung der Verbrennungsluft, die Zielwerte für die Dampfproduktion, die Ofentemperaturen und die Emissionsanforderungen.

APC-Systeme bewerten diese Zusammenhänge kontinuierlich und nehmen koordinierte Anpassungen vor, die die Verbrennungseffizienz 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 kleine Verbesserungen der Verdampferleistung können für große Werke erhebliche jährliche Energieeinsparungen bewirken.

In Papiermaschinen konzentriert sich APC häufig auf die Feuchteregelung, die Konsistenz des Flächengewichts, die Optimierung der Trocknung, die Bahnstabilität und die Steigerung der Produktionsrate.

Da Papiermaschinen kontinuierlich mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden, können selbst geringfügige Prozessschwankungen erhebliche Qualitätsprobleme oder Produktionsverluste verursachen. APC trägt dazu bei, diese Schwankungen zu reduzieren, sodass Bediener engere Spezifikationen einhalten und gleichzeitig die Produktivität der Maschine steigern können.

Abbildung 2. Hochleistungsmotoren, Antriebe und Automatisierungssysteme spielen eine entscheidende Rolle dabei, die Produktionseffizienz in modernen Zellstoff- und Papierfabriken aufrechtzuerhalten.

Der Zusammenhang zwischen APC und Energieeffizienz

Energie gehört nach wie vor zu den größten Betriebskosten in der Zellstoff- und Papierherstellung. Dampfsysteme, Rückgewinnungskessel, Trocknungsbereiche, Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Raffineure und Motoren machen zusammen einen erheblichen Anteil der gesamten Produktionskosten aus.

Historisch konzentrierten viele Werke ihre Energieeinsparungsmaßnahmen auf die Modernisierung von Anlagen. Obwohl Hardwareverbesserungen weiterhin wichtig sind, erzielen digitale Optimierungstechnologien zunehmend vergleichbare oder größere Vorteile, ohne dass umfangreiche Kapitalinvestitionen erforderlich sind.

APC trägt durch die Verringerung der Prozessvariabilität direkt zur Energieeffizienz bei.

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

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

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

Mit der zunehmenden Bedeutung von Nachhaltigkeitsinitiativen bieten diese Effizienzsteigerungen sowohl finanzielle als auch ökologische Vorteile. Ein geringerer Energieverbrauch senkt die Betriebskosten und unterstützt gleichzeitig die Dekarbonisierungsziele von Unternehmen.

Automatisierte Papierprüfung bringt die Qualitätskontrolle näher an die Echtzeit heran

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

Herkömmliche Laborprüfverfahren liefern seit Langem wertvolle Qualitätsinformationen, weisen jedoch auch Einschränkungen auf. Proben müssen entnommen, transportiert, vorbereitet, analysiert und dokumentiert 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 Einsparungen bei den Arbeitskosten hinaus.

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

Statt auf gelegentliche Laborproben angewiesen zu sein, 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 die Datenqualität ebenso wichtig ist wie die Prozessregelung

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

Viele Papierfabriken verfügen über Tausende von Sensoren, die in ihren 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 fortgeschrittene 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 bei kritischen Produktionsanlagen.

Beispielsweise können Zustandsüberwachungstechnologien sich entwickelnde Anlagenprobleme erkennen, bevor sie kostspielige Stillstandszeiten verursachen. Programme für die vorausschauende Wartung nutzen Schwingungsanalysen, Temperaturüberwachung und Algorithmen des maschinellen Lernens, um frühe Anzeichen einer Anlagenverschlechterung zu erkennen.

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

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

Informationstechnologie und Betriebstechnologie verbinden

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

Historisch betrachtet arbeiteten Produktionssysteme und Geschäftssysteme unabhängig voneinander. Prozessleitsysteme konzentrierten sich auf den Anlagenbetrieb, während Unternehmensanwendungen Planung, Beschaffung, Bestandsverwaltung und Finanzaktivitäten verwalteten.

Heute werden diese Umgebungen zunehmend vernetzt.

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

Werksleiter können die Produktionsleistung nahezu in Echtzeit bewerten. Wartungsteams erhalten Zugriff auf prädiktive Informationen zum 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 sich verändernde Marktbedingungen reagieren kann.

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

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

Qualitätskontrollsysteme werden zu strategischen Produktionsressourcen

Während APC den Schwerpunkt auf die Optimierung der Prozessleistung legt, liefern Qualitätskontrollsysteme (QCS) die erforderliche Transparenz, um sicherzustellen, dass jede Optimierungsentscheidung den Produktspezifikationen entspricht.

Moderne Papierkunden fordern zunehmend engere Toleranzen. Verpackungshersteller, Tissue-Produzenten, Anbieter von Spezialpapieren und Hersteller von Druckpapieren benötigen bei jedem Produktionslauf gleichbleibende Produkteigenschaften.

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

Hier liefern QCS-Plattformen einen außergewöhnlichen Mehrwert.

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

Zu den häufig erfassten Messgrößen gehören:

• Flächengewicht
• Feuchteprofil
• Papierdicke
• Strichgewicht
• Faserausrichtung
• Aschegehalt
• Opazität
• Helligkeit
• Farbkonstanz

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

In Kombination mit APC wird QCS noch leistungsfähiger.

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

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

Für Großanlagen, die täglich Tausende Tonnen Papier produzieren, können selbst kleine Verbesserungen bei der Qualitätskonstanz erhebliche finanzielle Erträge generieren.

Künstliche Intelligenz erweitert den Anwendungsbereich der Prozessoptimierung

Obwohl APC- und QCS-Technologien seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt werden, erweitern die jüngsten Fortschritte in der künstlichen Intelligenz die Möglichkeiten von Papierfabriken, ihre Betriebsdaten zu nutzen.

Algorithmen des maschinellen Lernens können Muster erkennen, die für herkömmliche Regelungssysteme 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 prognostizieren, bevor die Produktion abgeschlossen ist. Bediener erhalten eine frühzeitige Warnung, wenn die 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 zum Ausfall kommt.

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

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

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

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

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

Wie führende Automatisierungsplattformen die APC-Einführung unterstützen

Die Wirksamkeit von APC hängt stark von der unterstützenden Automatisierungsinfrastruktur ab. Glücklicherweise haben moderne Zellstoff- und Papierfabriken Zugriff auf leistungsfähige Leitsystemplattformen, die speziell für komplexe Prozessindustrien entwickelt wurden.

Das System 800xA von ABB zählt weiterhin zu den bekanntesten Lösungen der Branche. Es kombiniert 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, in prozessintensiven Anlagen weit verbreitete Architektur. Sein integrierter Ansatz für Prozessregelung, Alarmmanagement, Bedienereffektivität und anlagenweite Transparenz unterstützt Optimierungsinitiativen sowohl in Produktions- als auch in Versorgungssystemen.

Emerson DeltaV spielt weiterhin eine wichtige Rolle in Fabriken, die ein hohes Maß an Prozessstabilität und betrieblicher Flexibilität anstreben. Seine fortschrittlichen Regelungsmöglichkeiten in Verbindung mit umfassenden Analyse- und Tools für den gesamten Lebenszyklus helfen den Bedienern, die Leistung zu verbessern und gleichzeitig die Systemzuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

Yokogawa CENTUM VP wird häufig für Anlagen ausgewählt, bei denen Betriebskontinuität und langfristige Systemverfügbarkeit im Vordergrund stehen. Sein prozesszentriertes Design unterstützt komplexe APC-Anwendungen und gewährleistet gleichzeitig die hohe Zuverlässigkeit, die in kontinuierlichen Produktionsumgebungen erwartet wird.

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

Technologie allein garantiert nur selten den Erfolg. Nachhaltige Ergebnisse erfordern das Engagement der Organisation und kontinuierliche Optimierungsmaßnahmen.

Auf dem Weg zur autonomen Fabrik

Das Konzept autonomer Betriebsabläufe gewinnt in der Zellstoff- und Papierbranche rasch an Aufmerksamkeit.

Eine autonome Fabrik macht menschliches Eingreifen nicht überflüssig. Stattdessen nutzt sie fortschrittliche Automatisierungstechnologien, damit sich das Personal auf Entscheidungen mit höherem Mehrwert konzentrieren kann, während routinemäßige Optimierungsaktivitäten automatisch ablaufen.

In dieser Vision steuert APC kontinuierlich die Prozessstabilität. QCS gewährleistet die Produktqualität. KI prognostiziert zukünftige Betriebsbedingungen. Systeme zur vorausschauenden Wartung 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 damit begonnen, Elemente dieser Strategie umzusetzen.

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

Vollständig autonome Werke bleiben zwar ein langfristiges Ziel, doch die zugrunde liegenden Technologien liefern bereits heute messbaren geschäftlichen Nutzen.

Der Übergang erfolgt schrittweise und nicht durch ein einzelnes Transformationsprojekt. Jede erfolgreiche APC-Implementierung, jede Initiative zur vorausschauenden Wartung 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 Leistungsfähigkeit zunehmend davon abhängt, wie effektiv Unternehmen Daten nutzen.

Advanced Process Control, automatisierte Prüfsysteme, Qualitätskontrollsysteme, künstliche Intelligenz und IIoT-Technologien sind längst 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 ohne größere bauliche Erweiterungen steigern.

Die erfolgreichsten Implementierungen zeigen, dass die 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.