DE10023821A1 - Verfahren und Vorrichtung zum optimierten Betrieb eines Elektrofilters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optimierten Betrieb eines Elektrofilters, wobei eine Größe des Filterprozesses durch eine Steuerung oder Regelung verstellbar ist, und wobei im Rahmen der Optimierung die Veränderung einer anderen, mess- oder berechenbaren Größe des Filterprozesses in einer vorgegebenen Richtung angestrebt wird; hierbei wird nach vorgegebenen Lernstrategien eine adaptive Anpassung der Sollwertvorgaben für die Stellgröße an konkrete/geänderte Betriebsbedingungen vorgenommen; dies wird durch eine zyklisch arbeitende Einrichtung zur Vorgabe eines Sollwertes für die Stellgröße anhand einer Verknüpfung von zwei unabhängig voneinander gewonnenen Messwerten bewirkt.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum optimierten Betrieb eines Elektrofilters, wobei wenigstens eine Größe des Filterprozesses, bspw. die Amplitu­ de des Primärstroms oder die Entionisierungszeit nach einem Filterdurchschlag, durch eine Steuerung oder Regelung ver­ stellbar ist, und wobei im Rahmen der Optimierung die Verän­ derung einer anderen, mess- oder berechenbaren Größe des Fil­ terprozesses in einer vorgegebenen Richtung angestrebt wird, bspw. eine Erhöhung der Abscheideleistung und/oder eine Er­ niedrigung des Energieverbrauchs.

Elektrofilter finden in den vielfältigsten, technischen Pro­ zessen Verwendung zur Entstaubung von Gasen. Hierbei wird ein Paket von Abscheideelektroden in dem Gasstrom angeordnet, und zwischen diesen Elektroden werden vorzugsweise drahtförmige Sprühelektroden eingefügt, wobei zwischen den elektrisch je­ weils parallel geschalteten Sprühelektroden einerseits und den Abscheideelektroden andererseits eine hohe Gleichspannung in der Größenordnung von etwa 50-150 kV angelegt wird. Hierdurch werden die Gasmoleküle ionisiert und geben sodann ihre Ladung an die in dem Gasstrom enthaltenen Staubteilchen ab, welche negativ aufgeladen werden und dadurch zu dem posi­ tiv geladenen Teil der Elektroden gezogen werden. Dort können sie durch Vibration oder durch Abstreifeinrichtungen gelöst werden und fallen sodann nach unten in eine Staubsammelvor­ richtung.

Mit diesem Prinzip lassen sich die unterschiedlichsten Parti­ kel aus den verschiedensten Gasströmen abscheiden, woraus al­ lerdings je nach Einsatzfall stark schwankende Betriebspara­ meter für ein Elektrofilter resultieren. Ein besonders wich­ tiger Faktor hierbei ist, dass bei einer hohen Konzentration von elektrisch leitfähigen Partikeln in dem Gasstrom gehäuft Durchschläge zwischen benachbarten Elektroden stattfinden können, wobei nach jedem Durchschlag die Spannung des Elekt­ rofilters für eine Zeitspanne von einigen Millisekunden abge­ schaltet werden muss, damit der Lichtbogen erlischt und sich die übermäßige Ionenkonzentration in dem Durchschlagsgebiet abbauen kann. Während dieser Phase sinkt die Abscheide­ leistung des Elektrofilters deutlich ab, so dass Durchschläge nach Möglichkeit vermieden werden sollten.

Eine Maßnahme hierfür wäre die Reduzierung der Filterspan­ nung, jedoch sinkt auch damit die Abscheideleistung des Elektrofilters ab. Um diese konkurrierenden Anforderungen an das Elektrofilter zu erfüllen, die beide in dem Wunsch nach einer möglichst hohen Abscheiderate münden, muss die Filter­ spannung und dazu auch der Filterstrom möglichst feinfühlig vorgegeben werden. Dies erfolgte bislang derart, dass je nach Einsatzfall des betreffenden Elektrofilters Schätzwerte für die zulässige Filterspannung und den damit verknüpften Fil­ terstrom festgelegt wurden und sodann diese Größen mit kon­ ventionellen Regelungskreisen auf diese Sollwerte eingeregelt wurden. Eine derartige Maßnahme ist jedoch ungenau, da bei industriellen Prozessen die Zusammensetzung des Gases und der Anteil verschiedener Partikel in dem Gasstrom starken Schwan­ kungen unterworfen sein kann, was von einer fest eingestell­ ten Regelung nicht berücksichtigt werden kann. Dabei können langsam sich ändernde Betriebsparameter gegebenenfalls von dem Betriebspersonal manuell eingestellt werden; kurzzeitige Schwankungen, wie sie insbesondere in Stahlwerken beim Durch­ blasen von Sauerstoff durch den Konverter auftreten können, können jedoch im Rahmen einer derartigen, manuellen Steuerung keine Berücksichtigung finden. Die Folge ist, dass die Ab­ scheideleistung des Elektrofilters stark sinkt, so dass even­ tuell mehrere Filter hintereinander geschalten werden müssen, um die Einhaltung von vorgegebenen Emissionsgrenzwerten zu garantieren. Die hierfür erforderlichen Installationskosten wie auch die Energiekosten können zu einer nicht unbeträcht­ lichen Verteuerung des betreffenden industriellen Verfahrens beitragen.

Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik re­ sultiert das die Erfindung initiierende Problem, ein gat­ tungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass ein optimierter Betrieb auch bei kurzzeitig schwankenden Betriebsbedingungen des Elektrofil­ ters sichergestellt werden kann.

Die Lösung dieses Problems gelingt im Rahmen eines erfin­ dungsgemäßen Verfahrens dadurch, dass nach vorgegebenen Lern­ strategien eine adaptive Anpassung der Sollwertvorgaben für die Stellgröße(n) an konkrete und/oder geänderte Betriebsbe­ dingungen vorgenommen wird.

Im Gegensatz zum Stand der Technik werden gemäß der vorlie­ genden Erfindung die Sollwertvorgaben für die von einer Steu­ erung oder Regelung beeinflussbaren Stellgrößen nicht kon­ stant gehalten und allenfalls sporadisch von einer Bedienper­ son geändert, sondern es findet ständig eine Anpassung an die aktuellen Betriebsbedingungen statt. Dadurch wird das erfin­ dungsgemäße Elektrofilter in die Lage versetzt, unverzüglich auf Änderungen der Zusammensetzung des Gases und/oder der daraus abzuscheidenden Partikel zu reagieren, so dass der je­ weils optimale Betriebspunkt angestrebt wird. Hierbei soll der Begriff "Lernstrategie" in der weitesten Form aufgefasst werden, das heißt, es wird aus messbaren Größen des Elektro­ filters ein Beurteilungskriterium ermittelt, beispielsweise die Häufigkeit des Auftretens von Filterdurchschlägen und von Folgedurchschlägen, und anhand einer vorgegebenen Strategie wird versucht, durch Beeinflussung des Sollwertes für die Stellgröße dieses Kriterium zu optimieren. Dies ist eine Ver­ allgemeinerung des neuronalen Lernbegriffs, als im vorliegen­ den Fall die Regelstrecke in Form des Elektrofilters durch Bildung des Beurteilungskriteriums anhand von Messsignalen des Filters in das lernende Netz einbezogen ist. Die Gesamt­ anordnung aus Regelstrecke, gegebenenfalls Regler und Steue­ rungslogik "lernt", ihren jeweiligen Betrieb auch bei den un­ terschiedlichsten Bedingungen stets unter Optimierung eines vorgegebenen Kriteriums einzurichten. Somit wird ein zusätz­ licher Freiheitsgrad des Systems geschaffen, der es erlaubt, statt fest vorgegebener Sollwerte für elektrische Filterpara­ meter ein anderes Kriterium wie beispielsweise eine maximale Abscheideleistung und/oder eine Erniedrigung des Energie­ verbrauchs zu verwenden. Natürlich kann das zu optimierende Kriterium auch eine komplexe Gestalt aufweisen, beispielswei­ se als gewichtete Summe mehrerer Einzelkriterien od. dgl.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass der Lernprozess zyk­ lisch durchlaufen wird. Da der vorgegebene Lernprozess auf­ grund einer Vielzahl erforderlicher Berechnungen vergleichs­ weise komplex ist, lässt er sich nur schwer als kontinuier­ lich arbeitende Analogrechenschaltung implementieren, viel­ mehr sollte nach jedem Optimierungsschritt dem System Gele­ genheit gegeben werden, sich an dem neuen Betriebspunkt zu stabilisieren, um sodann zuverlässige Messungen anstellen zu können für eine weitere Optimierung. Hierdurch werden Insta­ bilitäten innerhalb des Systems vermieden. Außerdem ist sol­ chermaßen bei konstanten Betriebsbedingungen eine Verschlech­ terung des zur Optimierung verwendeten Beurteilungskriteriums ausgeschlossen.

Ein weiteres besonderes vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist, dass bei jedem Lernschritt wengistens zwei voneinander unabhängig gewonnene Messwerte miteinander verknüpft werden, um einen neuen Wert für die Stellgröße(n) zu erhalten. In der Praxis erweist sich ein Elektrofilter als komplexe Regelstre­ cke, da Schwankungen in der Zusammensetzung des Gasstroms und der daraus abzuscheidenden Partikel zumeist kaum vorhersagbar sind. Um so wichtiger ist es, im Rahmen einer die Betriebsbe­ dingungen des Filters optimierenden Lernstrategie möglichst viele Informationen über den aktuellen Betriebszustand be­ rücksichtigen zu können. Beispielsweise ist das Verhalten des Elektrofilters hinsichtlich Abscheidegrad und Energie­ verbrauch abhängig von der Ionisierungsfähigkeit des durch­ strömenden Gases einerseits, aber auch von der Leitfähigkeit der abzuscheidenden Partikel andererseits. Da diese Betriebs­ bedingungen völlig unabhängig voneinander sein können, erfor­ dert eine gute Optimierung wenigstens eine zweidimensionale Information über die aktuellen Betriebsbedingungen. Es ist Aufgabe des Entwicklungsingenieurs, zwei voneinander unabhän­ gige Messsignale zu finden, die sich auf die unterschiedli­ chen Randbedingungen wie Zusammensetzung des Gases einerseits und Beschaffenheit der Staubpartikel andererseits transfor­ mieren und somit eine für jeden Betriebsfall treffende Opti­ mierung zulassen.

Hierbei können die voneinander unabhängigen Messwerte aus un­ terschiedlichen Messgrößen einerseits gewonnen werden wie beispielsweise Filterspannung und -strom vor einem Durch­ schlag, oder sie werden durch unterschiedliche Veränderung wenigstens eines Betriebsparameters ermittelt, um nicht nur den Absolutwert einer Übertragungsfunktion zu ermitteln, son­ dern auch deren Steigung. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, denselben Betriebsparameter nach einem Zeitintervall zu messen, um nicht nur dessen absolute Größe, sondern auch sein zeitliches Verhalten bestimmen zu können; letzteres Ver­ fahren ist bspw. bei der Bestimmung von größeren Zeitparame­ tern, insbesondere der Entionisierungszeit, von Bedeutung, da kürzere Einschwingvorgänge infolge der zyklischen Abarbeitung durch eine reine Messung oder Mittelwertbildung kaum erfasst werden können.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Verknüpfung der zwei voneinander unabhängig gewonnenen Messwerte anhand empi­ risch gefundener Regeln erfolgt. Da - wie oben bereits ausge­ führt - die Regelstrecke im Fall eines Elektrofilters auf­ grund unvorhersagbarer Änderungen der Randbedingungen wie Zu­ sammensetzung des Gases und der Staubpartikel sowie Dichte derselben durch ihr Übertragungsverhalten nicht ausreichend beschrieben werden kann, fehlt ein Ansatzpunkt für eine Mo­ dellbildung der Strecke, welche durch eine mathematisch fass­ bare Regler- oder Steuerfunktion optimal geregelt werden könnte. In Ermangelung eines Modells bleibt keine andere Mög­ lichkeit als die Implementierung von vergleichsweise allge­ meinen, jedoch aufgrund von Erfahrungen in allen denkbaren Betriebssituationen gültigen Regeln.

Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Verknüpfungsregeln auf vorzugsweise unscharfe Mengen angewen­ det werden, die aus den unabhängig voneinander gewonnen Mess­ werten gebildet sind. Solchenfalls werden die möglichen Werte der Messgrößen vorzugsweise in gewichteter Form einzelnen Wertebereichen zugeordnet, und diese Wertemengen dienen als Eingangsgrößen für die unterschiedlichsten, empirisch gewon­ nen Regeln, so dass je nach Betriebszustand die Regelung bzw. Sollwertvorgabe einer oder mehreren der im Rahmen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens implementierten Regeln folgt, während die übrigen Regeln als in dem betreffenden Betriebsfall nicht zutreffend vollständig oder überwiegend ausgeblendet werden.

Um die Funktion einer Schnittstelle zwischen den verschiede­ nen Messwerten einerseits bzw. einem Sollwert für die Stell­ größe und anderseits den empirisch gewonnen und implementier­ ten Regeln erfüllen zu können, sollten die an der Verknüpfung beteiligten, unscharfen Mengen linguistischen Werten linguis­ tischer Variablen der zu verknüpfenden Messwerte bzw. des zu bildenden Sollwerts für die Stellgröße entsprechen. Hierbei können beispielsweise folgende unscharfe Mengen zu einer lin­ guistischen Variablen eines Messwerts gebildet werden: nega­ tiv groß (NM), negativ (N), etwa-null (Z), positiv (P), posi­ tivgroß (PM). Natürlich können als linguistische Werte auch andere Mengen verwendet werden; hierbei ist dem Entwicklungs­ ingenieur weitgehend freie Hand gelassen. Diese unscharfen Mengen bilden dann die Definitions- oder Ausgangsbereiche, denen die unterschiedlichen Regeln zugeordnet sind. Die An­ wendung dieser Regeln führt sodann wiederum zu einer oder mehreren unscharfen Mengen der linguistischen Variablen für den Sollwert der Stellgröße, welche wiederum die Schnittstel­ le für die Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals dar­ stellt.

Der Zugehörigkeitsgrad eines Messwerts zu einer der unschar­ fen Mengen der betreffenden linguistischen Variablen wird durch sogenannte Zugehörigkeitsfunktionen festgelegt, die so­ zusagen eine Information darüber enthalten, in welchem Umfang das für eine unscharfe Menge charakteristische Merkmal von dem betreffenden Messwert erfüllt wird. Obwohl diese Zugehö­ rigkeitsfunktionen nahezu beliebige Gestalt aufweisen können, hat sich zur Verminderung des Rechenaufwands eine Vereinfa­ chung dahingehend bewährt, dass als Zugehörigkeitsfunktionen für die unscharfen Mengen der linguistischen Variablen Drei­ ecksfunktionen und/oder Trapezfunktionen verwendet werden. Bei einer Normierung der unterschiedlichen Zugehörigkeits­ funktionen dahingehend, dass für jeden Messwert die gesamte Zugehörigkeit zu allen unscharfen Mengen mit 1 festgesetzt wird, bieten dreieckförmige Zugehörigkeitsfunktionen den Vor­ teil, dass jeder Messwert anhand der Erfüllungsgrade der ver­ schiedenen unscharfen Mengen eindeutig identifizierbar ist und somit eine jeweils individuelle Behandlung erfahren kann.

Deshalb sollten Trapezfunktionen vorzugsweise nur in Randbe­ reichen der betreffenden Messwerte verwendet werden, um hier beispielsweise die in vielen Fällen nur theoretisch möglichen Messwerte bis ± ∞ in die Regelung einzubinden.

Um von der durch die Verknüpfung erhaltenen, linguistischen Variablen für den Sollwert der Stellgröße zu einem konkreten Sollwert zu gelangen, sieht die Erfindung vor, dass die lin­ guistische Variable für die Reglerausgangsgröße in ein schar­ fes Reglerausgangssignal transformiert wird. Dieses Ausgangs­ signal kann von einem nachgeschalteten Regler- und/oder An­ steuerungsbaustein in herkömmlicher Technik verarbeitet wer­ den, um in dem gewünschten Umfang Einfluss auf das Elektro­ filter auszuüben.

Um aus den empirisch gewonnenen und im Rahmen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens angewendeten Regeln einen möglichst opti­ malen Sollwert für die Stellgröße zu erhalten, kann die Transformation der linguistischen Reglerausgangsvariable in ein scharfes Reglerausgangssignal anhand des Schwerpunktes ihrer von null ungleichen, linguistischen Werte vorgenommen werden. Sofern mehrere Regeln gleichzeitig und in unter­ schiedlichem Grade zur Anwendung gelangen, so können durch die erfindungsgemäße Maßnahme gegebenenfalls voneinander ab­ weichende Handlungsanweisungen dadurch in eben demjenigen Grade Berücksichtigung finden, wie die den Regeln zugrunde liegenden linguistischen Werte der Messergebnisse erfüllt wa­ ren.

Wie oben bereits ausgeführt, können die im Rahmen des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens benötigten, voneinander unabhängigen Messwerte sich auf unterschiedliche, physikalische Größen be­ ziehen, was jedoch einerseits einen erhöhten Aufwand für Sen­ soren mit sich bringt und andererseits nicht unbedingt zu dem gewünschten Erfolg führen muss, da manche physikalische Grö­ ßen in vielen Betriebszuständen oder immer miteinander ver­ koppelt sind und somit keine voneinander unabhängigen Infor­ mationen wiedergeben. Deshalb sieht die Erfindung vor, dass die voneinander unabhängigen Messwerte durch Veränderungen der Stellgröße(n) gewonnen werden. Hierbei werden die vonein­ ander unabhängigen Messwerte auf dieselbe, physikalische Grö­ ße bezogen, jedoch bei unterschiedlichen Betriebszuständen bzw. Arbeitspunkten des Elektrofilters gemessen. Diese unter­ schiedlichen Arbeitspunkte werden dadurch herbeigeführt, dass die von außen beeinflussbare Stellgröße in geringem, jedoch deutlich messbaren Umfang variiert wird, wobei der Grad und insbesondere die Richtung der Änderung des Betriebsverhaltens ermittelt werden kann. Mit anderen Worten, man kann nicht nur den Absolutwert einer Übertragungsfunktion des Elektrofil­ ters, sondern auch deren Gradienten erkennen und sieht daher deutlich, in welchem Arbeitbereich sich das Elektrofilter ge­ rade befindet. Bei einer geeigneten Auswertung dieser Messer­ gebnisse können hiermit dieselben oder möglicherweise bessere Ergebnisse erzielt werden als mit der Erfassung voneinander unabhängiger, physikalischer Größen.

Dieses soeben beschriebene Verfahren basiert darauf, dass der Betriebspunkt des Filters vorübergehend in definierter Rich­ tung um ein geringes Maß verschoben wird und die Reaktion der zu optimierenden Größe gemessen oder berechnet wird. Diese Methode entspricht einer Linearisierung des Übertragungsver­ haltens des Elektrofilters in dem betreffenden Arbeitspunkt, wobei die Stellgröße als Eingangsgröße und die zu optimieren­ de Größe, bspw. die elektrische Leistung oder die Partikel­ emission, als Ausgangsgröße betrachtet wird. Wenn auch mit dieser Vorgehensweise kein detaillierteres Modell der Regel­ strecke entworfen wird, so ist doch zumindest eine treffende Aussage über das Verhalten der zu optimierenden Größe bei ei­ ner Veränderung der Stellgröße möglich.

Die verschiedenen Betriebspunkte können dadurch angesteuert werden, dass die Stellgröße(n) um 0,5 bis 5%, vorzugsweise 1 bis 2%, gegenüber der Ausgangslage verstellt wird (werden). Solchenfalls bleibt das Elektrofilter nahe bei seinem zuletzt eingeregelten Arbeitspunkt und wird sozusagen nur differen­ tiell aus diesem Arbeitspunkt verschoben, so dass das Be­ triebsverhalten durch diese Verschiebungen auch im Falle ei­ ner Verschlechterung der zu optimierenden Größe nicht erheb­ lich beeinträchtigt wird. Andererseits kann mit feinfühligen Sensoren und ggf. durch eine anschließende Auswertung der Messergebnisse, bspw. durch Mittelwertbildung über ein aus­ reichend lang bemessenes Zeitintervall, eine verlässliche Aussage darüber getroffen werden, welche Auswirkungen die Veränderung der Stellgröße auf die zu optimierende Größe hat.

Um vergleichbare Aussagen über das Betriebsverhalten des Elektrofilters in unterschiedlichen Arbeitspunkten treffen zu können, ist ferner vorgesehen, dass mehrere Betriebspunkte angesteuert werden, indem die Stellgröße(n) jeweils um etwa denselben Betrag erhöht bzw. erniedrigt wird (werden). Hier­ durch werden beide Möglichkeiten einer Veränderung der Stell­ größe wie auch die Beharrung derselben auf dem bereits vorher eingestellten Wert der Nachprüfung unterzogen, so dass auch stabile Arbeitspunkte erkannt werden können und nicht die Ge­ fahr des Wegdriftens aus diesem Arbeitspunkt besteht.

Die Erfindung empfiehlt ferner, dass die vorübergehende Ver­ änderung des Betriebspunktes mindestens über einen Zeitraum aufrechterhalten wird, den ein Gasmolekül vom Filtereingang bis zur Opazitätsmessung benötigt. Dieses Zeitintervall, das sich durch Division aus den Filterdimensionen einerseits und der Gasgeschwindigkeit andererseits ermitteln lässt, beträgt im allgemeinen etwa 0,2 bis 5 Sekunden, vorzugsweise 0,5 bis 3 Sekunden, insbesondere etwa 1 Sekunde. Während dieses Zeit­ raums wird einerseits dem Elektrofilter Gelegenheit gegeben, in den neuen Arbeitspunkt stabil einzuschwingen, und außerdem kann ein von Störungen weitgehend freier Messwert dadurch ge­ schaffen werden, dass im Rahmen einer Mittelwertbildung zu­ fällige Störungen weitgehend ausgeblendet werden. Bspw. dau­ ert ein Durchschlag mit der anschließenden Entionisierungs­ phase nur einige Millisekunden, so dass bei einem Messinter­ vall von einer Sekunde der Einfluss eines einzigen Durch­ schlags stark relativiert wird. Durch Mittelwertbildung der Messwerte über ein derart langes Zeitintervall ist es bspw. möglich, die Häufigkeit von Durchschlägen in dem Messinter­ vall bzw. deren gesamten Einfluss auf die Effektivwerte der gemessenen, elektrischen Größen zu bestimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet die Auswertung der voneinander unabhängigen Messergebnisse dahingehend, dass die Richtung und der Grad der Veränderung der zu optimierenden Größe als Reaktion auf die vorübergehende Verschiebung des Betriebspunktes gemessen oder berechnet wird. Sofern die zu optimierende Größe nicht direkt gemessen werden kann, bspw. die Durchschlagshäufigkeit, so wird sie gemäß diesem Merkmal doch aus den Messergebnissen rechnerisch bestimmt, um eine Vorhersage über den Grad der Optimierung direkt anhand des vorgesehenen Beurteilungskriteriums vornehmen zu können.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die gewonnenen Infor­ mationen über das Verhalten der zu optimierenden Größe in be­ stimmten Betriebspunkten in einer Datenbank hinterlegt wer­ den. Damit können immer wiederkehrende Messungen ein und des­ selben Betriebspunktes und damit ein ständiges "Zappeln" der Stellgröße vermieden werden, und die Aktualisierung der Mess­ werte muss nur dann erfolgen, wenn sich bspw. in einem zu­ nächst stabilen Arbeitspunkt trotz unveränderter Stellgröße die zu optimierende Größe verändert und damit signalisiert, dass eine Veränderung der Betriebsbedingungen eingetreten ist. Sofern eine Veränderung der zu optimierenden Größe nicht zu erkennen ist, können in größeren Zeitabständen Probemes­ sungen anhand des oben beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden, um die unveränderte Gültigkeit der vorgewählten Stellgröße zu bestätigen oder zu optimieren.

Sofern sich während der Optimierung der Stellgrößenvorgabe eine Einstellung ergibt, bei der das Verhalten des Elektro­ filters in hinsichtlich der Stellgröße nach ünten und/oder nach oben verschobenen Arbeitspunkten in der Datenbank abge­ speichert ist, so können die für die Optimierung benötigten Informationen über das Verhalten des Elektrofilters dieser Datenbank entnommen werden, was allerdings voraussetzt, dass der aktuelle Arbeitspunkt hinsichtlich der Stellgröße wie auch hinsichtlich der zu optimierenden Größe mit entsprechen­ den, abgespeicherten Werten nahezu vollständig übereinstimmt. Als Beurteilungskriterium hierfür kann die Abweichung be­ stimmt und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wer­ den.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich verschiedene Optimierungsstrategien bei Elektrofiltern realisieren. Im Rahmen einer ersten Ausführungsform kann eine Maximierung der Koronaleistung angestrebt werden, um den Abscheidegrad zu op­ timieren, wobei als Stellgröße hierfür die Amplitude des Pri­ märstroms des Elektrofilters verwendbar ist. Wie eingangs be­ reits ausgeführt wurde, kann eine maximale Staubabscheidung erreicht werden, indem bei optimaler Durchschlagshäufigkeit die maximal erreichbare Filterspannung bzw. ein maximaler Filterstrom eingestellt wird. Eine optimale Einstellung ist demnach eine Gratwanderung zwischen einer zu großen und einer zu kleinen Amplitude des Primärstroms, in beiden Fällen sinkt die Koronaleistung ab. Um dies zu vermeiden, kann eine gewis­ se Durchschlagshäufigkeit toleriert werden, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch nicht exakt vorgegeben zu werden braucht, sondern sich zur Optimierung der vorgegebenen Kriterien frei einstellen kann.

Eine andere Regelungsprämisse kann darin bestehen, dass eine Minimierung der Folgedurchschläge angestrebt wird, um die Leistungsaufnahme des Elektrofilters zu optimieren, und dass als Stellgröße hierfür die Entionisierungszeit nach einem Durchschlag verwendet wird. Die Entionisierungszeit ist die­ jenige Zeit, die nach einem erkannten Durchschlag abgewartet wird, bis der vorübergehend reduzierte Sollwert für den Pri­ märstrom entlang einer Rampe wieder hochgefahren wird, um das Elektrofilter wieder in Betrieb zu nehmen. Je kürzer die Ent­ ionisierungszeit gewählt wird, umso schneller kann die Staub­ abscheidung wieder aufgenommen werden, andererseits ist das Risiko eines Folgedurchschlags infolge einer zu hohen Ionen­ konzentration zwischen den Elektroden des Elektrofilters im Bereich des Durchschlags erhöht, und sofern ein Folgedurch­ schlag auftritt, muss abermals die Entionisierungszeit abge­ wartet werden, was sich äußerst negativ auf die Abscheide­ leistung des Elektrofilters auswirkt. Auch hier ist somit im Rahmen des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens ein schmaler Grat zu beschreiten, um eine optimale Leistungsauf­ nahme des Elektrofilters und damit einen möglichst hohen Ab­ scheidegrad zu erreichen.

Andererseits ist naturgemäß eine hohe Leistungsaufnahme des Elektrofilters auch mit einem großen Energieverbrauch verbun­ den, und deshalb besteht eine andere Optimierungsstrategie darin, dass die Einhaltung eines Emissionsgrenzwerts bei mi­ nimaler Koronaleistung angestrebt wird, um die Wirtschaft­ lichkeit des Elektrofilters zu optimieren. Diese Strategie kann evtl. durch eine Modifikation eines oder beider der vor­ ab beschriebenen Optimierungskriterien erfolgen, indem nicht eine absolute Maximierung der Leistungsaufnahme des Elektro­ filters angestrebt wird, sondern sogar eine Minimierung der­ selben, wobei als Randbedingung allerdings die Einhaltung vorgeschriebener Emissionsgrenzwerte Vorrang hat. Dies ist eine weitere Stufe der Betriebsoptimierung eines Elektrofil­ ters, da nun nicht mehr einfach eine Maximierung des Abscheide­ degrads gefordert wird, sondern bspw. in Phasen, wo der Gas­ zustrom bereits vergleichsweise sauber ist, die Leistungsauf­ nahme des Elektrofilters entsprechend gedrosselt wird, so dass in diesen Phasen Energie gespart werden kann.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeig­ nete Vorrichtung zeichnet sich aus durch eine zyklisch arbei­ tende Einrichtung zur Vorgabe eines Sollwertes für die Stell­ größe(n) anhand einer Verknüpfung von zwei unabhängig vonein­ ander gewonnenen Messwerten.

Gemäß der Lehre der Erfindung wird der Sollwert für die Stellgröße(n), der bspw. durch einen Regler und/oder eine An­ steuerschaltung in das Elektrofilter eingeprägt wird, durch eine zyklisch arbeitende Einrichtung stufenweise an einen Idealwert herangeführt, bei welchem das Optimierungskriterium bestmöglich erfüllt ist. Dieses kann - wie oben bereits aus­ geführt - entweder eine Maximierung der Leistungsaufnahme des Elektrofilters sein, um den Abscheidegrad auf das absolute Maximum zu erhöhen, oder aber eine Minimierung der Leistungs­ aufnahme bei gleichzeitiger Einhaltung eines Emissionsgrenz­ wertes, um die Leistungsaufnahme des Filters zu reduzieren und daher dessen Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Eine der­ artige, sukzessive Optimierung kann erreicht werden, indem eine entsprechende Lernstrategie, wie sie im Rahmen des er­ findungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden ist, in der zyklisch arbeitenden Einrichtung derart implementiert ist, dass ausgehend von zwei voneinander unabhängig gewonnenen Messwerten bei jedem Einstellzyklus ein neuer, verbesserter Sollwert für die Stellgröße(n) gefunden wird. Die erfindungs­ gemäße Einrichtung ist zu diesem Zweck mit wenigstens einer Einrichtung zur Messwerterfassung gekoppelt, wobei diese Kopplung auch indirekt über eine oder mehrere, zwischenge­ schaltete Einrichtungen bspw. zur Messwertspeicherung, verarbeitung oder -auswertung erfolgen kann. In der erfin­ dungsgemäßen Einrichtung ist ferner eine Verknüpfungsschal­ tung enthalten, und zwar entweder hardwaremäßig aufgebaut und/oder softwaremäßig implementiert, mit der die voneinander unabhängig gewonnenen Messwerte derart verkoppelt werden, dass sich daraus ein Sollwert für die Stellgröße ableiten lässt, welcher in das Elektrofilter eingeprägt werden kann. Durch die Art der Verknüpfung kann dabei sichergestellt wer­ den, dass die stabilen Arbeitspunkte der Gesamtanordnung in den angestrebten, optimalen Betriebszustand verlegt werden, so dass die Gesamtanordnung die Tendenz zeigt, stets, d. h. unter allen denkbaren Betriebsbedingungen, in diesen optima­ len Betriebszustand hineinzulaufen.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die zyklisch arbeiten­ de Einrichtung zur Vorgabe eines Sollwertes für die Stellgrö­ βen) als Fuzzy-Logiksystem ausgebildet ist. Derartige Syste­ me sind in besonderem Umfang dafür geeignet, empirisch gefun­ dene Regeln auf mehrere, vorzugsweise zwei Eingangsgrößen an­ zuwenden und daraus ein oder mehrere Ausgangssignale zu er­ zeugen, die sodann als Sollwerte für den/die beeinflussbaren Stellgrößen verwendet werden. Hierbei bieten die im Rahmen von Fuzzy-Systemen verwendeten, unscharfen Mengen gegenüber einfachen Software-Lösungen mit auf scharfe Mengenbereiche der Eingangsgrößen angewendeten Regeln den Vorteil einer kon­ tinuierlichen Verstellbarkeit der als Sollwertvorgabe verwen­ deten Ausgangsgröße, wodurch Schwingungen innerhalb des Sys­ tems vermieden werden können.

Einer Verbesserung der Betriebseigenschaften der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung dienlich ist ferner eine Weiterbildung dahingehend, dass das Fuzzy-Logiksystem eine relationale Mam­ dani-Struktur aufweist. Solchenfalls ist eine echte Implemen­ tierung von empirisch gefundenen Regeln möglich, im Gegensatz zu der prinzipiell auch denkbaren Realisierung als funktiona­ ler Fuzzy-Baustein nach dem Reglerkonzept von Sugeno, Takagi und Kang, wobei die Ausgangsgrößen als Funktionen der Ein­ gangsgrößen gebildet werden, welche Funktionen den Konklusio­ nen der Regelbasis entsprechen. Zwar kann letzteres System rechentechnische Vorteile mit sich bringen, jedoch kann die Aufstellung der Konklusionsfunktionen Schwierigkeiten berei­ ten und zu unüberschaubaren Situationen führen, die aufgrund der differenzierten Betrachtung nicht optimal behandelt wer­ den. Dies liegt u. a. daran, dass hierbei die empirisch gefun­ denen Werte in mathematische Formeln umgesetzt werden müssen und dabei eine Konkretisierung erfahren, die nicht immer ih­ rem allgemeinen Bedeutungsinhalt gerecht wird, sondern zu­ sätzliche Informationen enthält, die sich in einzelnen Be­ triebspunkten günstig, in anderen dagegen weniger günstig auf das Optimierungsverfahren auswirken.

Die Erfindung lässt sich weiterbilden durch einen Baustein zur vorübergehenden Verschiebung des Betriebspunktes des Elektrofilters zwecks Ermittlung voneinander unabhängiger Messwerte. Da die bspw. als Fuzzy-Baustein ausgebildete, zyk­ lisch arbeitende Sollwertvorgabeeinrichtung unabhängig von ihrer Struktur jeweils derart aufgebaut ist, dass sie einen für die Eingangsgrößen charakteristischen, scharfen Ausgangs­ wert bestimmt, ist zur probeweisen Verstellung des Arbeits­ punktes des Elektrofilters ein zusätzlicher Baustein erfor­ derlich. Dieser ist vorzugsweise unabhängig von der Fuzzy- Logik aufgebaut, da - wie im folgenden ausgeführt wird - in verschiedenen Betriebsbedingungen keine Verschiebung des Be­ triebspunktes des Elektrofilters zur Ermittlung der Messwerte erforderlich ist. Dieser Baustein kann daher im Rahmen einer die Fuzzy-Logik mit Informationen versorgenden Peripherie an­ gesteuert werden, wenn die als Eingangsgrößen für den Fuzzy- Baustein erforderlichen Informationen nicht anderweitig be­ schafft werden können.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass der Baustein zur vorü­ bergehenden Verschiebung des Betriebspunktes des Elektrofil­ ters als state machine ausgebildet ist. Eine derartige Ein­ richtung ist in der Lage, ausgehend von den vorgegebenen Be­ triebspunkten eine definierte Verstellung einzelner Parame­ ter, bspw. der Stellgröße(n), vorzunehmen, indem sie hierzu bspw. einen geeigneten Offset-Wert bestimmt, der mit dem von dem Fuzzy-Baustein erzeugten Ausgangssignal verknüpft werden kann, um den gewünschten Betriebspunkt einzustellen.

Die Verknüpfung der Ausgangssignale des Fuzzy-Bausteins und der state machine erfolgt vorzugsweise derart, dass diese Ausgangssignale an einem Summationspunkt additiv zusammenge­ führt sind. Diese Verknüpfung entspricht als linear unabhän­ gige, mathematische Funktion dem unabhängigen Betrieb von state machine und Fuzzy-Logik und sorgt dafür, dass die state machine auch ohne Kenntnis des von der Fuzzy-Logik erzeugten Ausgangssignals betrieben werden kann, was eine starke Ver­ einfachung der Schaltungsanordnung bedeutet.

Eine weitere Optimierung erfährt die erfindungsgemäße Vor­ richtung durch einen Baustein zur Begrenzung der Amplitude des Summensignals. Als Folge einer konsequenten Realisierung von empirischen Regeln im Rahmen einer Fuzzy-Logik könnte die Ausgangsgröße in besonderen Fällen auch Extremwerte annehmen, welche zwar zu einem lokalen Minimum des Optimierungskriteri­ ums führen, das sich jedoch global auf einem zu hohen Niveau befindet, und dessen Randmaxima durch die geringen Verstel­ lungen der state machine nicht überwunden werden können. Da sich derartige Einstellungen allenfalls in weitgehend unbe­ rechneten Randbereichen des Filterbetriebs ergeben können, kann hier durch die Begrenzung des Summensignals die Stell­ größe in einem überschaubaren Bereich gehalten werden, in welchem aufgrund der Erfahrung allenfalls ein einziger Ex­ tremwert der Optimierungsfunktion existiert. Wie im folgenden noch ausgeführt werden wird, müssen die Grenzwerte für den zulässigen Bereich des Summensignals nicht fest vorgegeben werden, sondern können im Rahmen der erfindungsgemäßen Vor­ richtung bspw. aus Messwerten oder sonstigen Informationen über das Elektrofilter bestimmt und immer wieder aktualisiert werden.

Eine günstige Struktur erhält die erfindungsgemäße Vorrich­ tung dadurch, dass das ggf. begrenzte Summensignal als Soll­ wertsignal einer Ansteuerschaltung für die Stellgröße zuge­ führt ist. Diese Ansteuerschaltung dient dem Zweck, der be­ einflussbaren Stellgröße den von der Fuzzy-Logik bestimmten und ggf. durch die state machine modifizierten, auf den zu­ lässigen Bereich begrenzten Sollwert einzuprägen. Der Aufbau der Ansteuerschaltung ist jeweils abhängig von der Art der zur Einflussnahme auf das Elektrofilter verwendeten Stellgrö­ ße.

Eine besonders exakte Übereinstimmung des Istwertes der be­ einflussbaren Stellgröße mit dem vorgegebenen Sollwertsignal lässt sich erzielen, wenn der Istwert der Stellgröße zu dem Eingang eines Reglers zurückgekoppelt ist, dem als weiteres Eingangssignal das vorzugsweise von der Fuzzy-Logik bestimmte Sollwertsignal zugeführt wird. Eine derartige Teilschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt sicher, dass der vorgegebene Sollwert weitgehend unabhängig von dem jeweiligen Betriebspunkt des Elektrofilters stets mit allenfalls gerin­ gen Abweichungen eingeprägt wird, so dass für die erfindungs­ gemäße Optimierungsschaltung mit guter Nährung von dem Ideal­ fall ausgegangen werden kann, dass der im Rahmen der zykli­ schen Abarbeitung gefundene und ggf. modifizierte Sollwert bei dem nächsten Optimierungszyklus als Ausgangswert stabil eingestellt worden ist.

Besondere Vorteile bietet ein Regler zur Nachführung der Stellgröße, der als Zweipunktregler ausgebildet ist. Diese Reglerstruktur ist hinsichtlich des Entwurfs und der Dimensi­ onierung sowie des Aufbaus höchst einfach und arbeitet den­ noch stabil und zuverlässig und kann bei einer ausreichenden Dynamik der von dem Regler zwecks Beeinflussung der Stellgrö­ ße ansteuerbaren Energiequelle eine ausreichende Übereinstim­ mung zwischen Soll- und Istwertsignal gewährleisten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird ergänzt durch einen Speicher zur Hinterlegung von Informationen über das Verhal­ ten des Elektrofilters in bestimmten Betriebszuständen. Da sich in vielen Fällen der Betrieb des Elektrofilters zumin­ dest vorübergehend bei bestimmten Betriebszuständen einpen­ deln und stabilisieren wird, können bestimmte Betriebsparame­ ter für mehrere, aufeinanderfolgende Zyklen gespeichert wer­ den, so dass die state machine von dem permanenten Anfahren benachbarter Betriebszustände entlastet wird und dadurch das Sollwertsignal für die Stellgröße konstant auf den Optimal­ wert eingestellt bleibt. Hierdurch wird das Regelverhalten in dem durch das Optimierungskriterium gefundenen, stabilen Ar­ beitspunkt nicht permanent gestört, sondern das Elektrofilter kann in exakt diesem Zustand verbleiben, bis sich im Rahmen der auch zyklisch weiterhin durchgeführten Standardmessungen ohne Veränderung des Betriebszustandes eine Veränderung er­ gibt, welche ein wirkliches Indiz für geänderte Betriebsbe­ dingungen des Elektrofilters bildet und somit eine neue Mes­ sung der benachbarten Betriebspunkte zwecks Neubeginn einer Optimierungssequenz auslöst.

Standardmäßig können sämtliche, voneinander abweichende Be­ triebszustände samt aller, betreffender Messergebnisse in dem erfindungsgemäßen Speicher hinterlegt werden. Dies wird da­ durch ermöglicht, dass der Speicher mit Sensoren des Elektro­ filters, bspw. für die Filterspannung gekoppelt ist. Dies kann über ein spezielles Ein-/Ausgabe-Modul erfolgen, dessen Anschlüsse für die Sensoren als Analogeingänge ausgebildet sind, denen Analog-Digital-Wandler nachgeschalten sind, wel­ che wiederum an einen gemeinsamen Datenbus angeschlossen sein können, über den sie ihren digitalen Inhalt in den Datenspei­ cher übertragen, sofern sie selektiv aktiviert werden. Natür­ lich sind auch eine Vielzahl anderer Hardwarestrukturen denk­ bar, um die Messwerte der verschiedenen Sensoren einlesen zu können. Jedoch sollte eine derartige Struktur gewählt werden, die eine hinreichende Dynamik aufweist, so dass bspw. Abtast­ raten von 1 ms oder weniger möglich sind und deren Ergebnisse kontinuierlich gespeichert werden können, um Durchschläge er­ kennen zu können und evtl. über den Verlauf der betreffenden Signale vor, während und nach einem Durchschlag weitere In­ formationen wie über die Betriebsbedingungen des Elektrofil­ ters gewinnen zu können. Auch ist solchenfalls eine schnelle Durchschlagsbehandlung möglich.

Neben den bereits beschriebenen Komponenten der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung kann wenigstens eine Auswerteschaltung vor­ handen sein, die mit dem Speicher und/oder mit Sensoren des Elektrofilters, bspw. zwecks Bestimmung der Häufigkeit von Filterdurchschlägen, gekoppelt ist. Die reinen Signalspan­ nungsverläufe können weder in der ursprünglichen noch in der digitalisierten Form von sich aus als Informationssignal über bestimmte Filterzustände verwendet werden, sondern sie müssen zu diesem Zweck erst aufbereitet werden. Bspw. müssen plötz­ liche, sprungartige Spannungs- und/oder Stromabfälle erkannt und als Durchschläge identifiziert werden, worauf sodann eine vorbereitete Durchschlagsbehandlung durchgeführt werden kann. Eben diese Auswertung erfordert einen intelligenten Baustein, der bspw. mittels eines Mikroprozessors od. dgl. realisiert werden kann.

Eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass die Steuerung und/oder die Auswerteschal­ tungen mit den Sensoren des Elektrofilters über optische Signalleitungen gekoppelt sind. Eben infolge der Filterdurch­ schläge können bei dem Elektrofilter sprungartige Veränderun­ gen des Erdpotentials ausgelöst werden, die bei einer galva­ nischen Kopplung der Sensoren an die Auswerteeinheit und/oder Steuerung zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung einzelner Module führen könnte. Dies kann durch die Übertragung der Messsignale über Lichtwellenleiter ausgeschlossen werden.

Indem die Auswerteschaltung ausgangsseitig mit dem Speicher gekoppelt ist, können deren Ergebnisse ebenfalls in dem Spei­ cher hinterlegt werden. Somit ist eine wiederholte Berechnung von nicht messbaren Größen bspw. der Häufigkeit von Filter­ durchschlägen in einem gegebenen Zeitintervall, nicht erfor­ derlich, so dass die Auswerteschaltung zwischenzeitlich mit anderen Aufgaben betraut werden kann.

Bspw. kann die Auswerteschaltung ausgangsseitig mit der Be­ grenzungsschaltung für das Sollwertsignal der Stellgröße ge­ koppelt sein, um hier nach einem vorgegebenen Algorithmus die Grenzwerte zu beeinflussen, bspw. bei einem drastischen An­ stieg der Filterdurchschläge in einem kurzen Zeitintervall.

Die in der Auswerteschaltung gewonnenen Erkenntnisse können weiterhin für eine Beeinflussung der Ansteuerelektronik für die Stellgröße verwendet werden, wenn der Ausgang der Auswer­ teschaltung mit einem entsprechenden Steuereingang der An­ steuerelektronik verbunden wird. Dadurch kann bspw. im Falle eines erkannten Durchschlags sofort der Leistungsteil einer auf die Stellgröße einwirkenden Energiequelle abgeschalten werden, um diese unverzüglich herunterzufahren oder zu dros­ seln und damit den durch den Durchschlag entstandenen Licht­ bogen zu löschen.

Weitere Vorteile bietet eine Kopplung des Speichers mit der Fuzzy-Logik, so dass die hinterlegten Informationen von der Fuzzy-Logik abrufbar sind und als Ausgangswerte für die Fest­ legung des Sollwertes der Stellgröße herangezogen werden kön­ nen. Sofern sich das Elektrofilter in einer optimierten und stabilen Betriebsphase befindet, ermöglicht dieser Daten­ flusspfad die Versorgung der Fuzzy-Logik mit Eingangsdaten, ohne dass hierzu über die state machine in den stabilen Be­ trieb des Elektrofilter eingegriffen werden müsste.

Andererseits muss die Fuzzy-Logik oder eine übergeordnete Steuerung auch mit der state machine gekoppelt sein, so dass nicht abgespeicherte Informationen über diese erzeugt werden können. Umgekehrt muss auch die Fuzzy-Logik Informationen darüber erhalten, ob die augenblicklich an ihren Eingängen festgestellten Messwerte einer Verschiebung des Betriebspunk­ tes zu negativeren oder positiveren Stellgrößen entsprechen.

Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Anordnung eine Schnittstelle, über welche die Fuzzy-Logik mit einem Steuer­ gerät, insbesondere mit einem Computer, zur Eingabe und/oder Veränderung von Parametern, insbesondere der Regelbasis, ge­ koppelt oder koppelbar ist. Über ein derartiges Steuergerät kann ein direkter Zugang des Bedienungspersonals zu der Fuz­ zy-Logik des erfindungsgemäßen Systems geschaffen werden, so dass die in der Regelbasis enthaltenen, empirisch gefundenen Regeln in einzelnen, speziellen Anwendungsfällen durch ent­ sprechend der betreffenden Anwendung abgeänderte Regeln er­ setzt oder ergänzt werden können oder eine Umschaltung zwi­ schen verschiedenen Optimierungskriterien vorgenommen werden kann.

Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Er­ findung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anord­ nung;

Fig. 2 die Struktur des Logikbausteins aus Fig. 1, ausge­ legt für eine Maximierung der Koronaleistung;

Fig. 3 die Regelbasis der Logik nach Fig. 2;

Fig. 4 die linguistische Variable einer Eingangsgröße der Logik nach Fig. 2;

Fig. 5 die linguistische Variable der Ausgangsgröße der Logik nach Fig. 2;

Fig. 6 eine andere Struktur des Logikbausteins aus Fig. 1, ausgelegt für eine Minimierung der Häufigkeit von Folgedurchschlägen;

Fig. 7 die Regelbasis der Logik nach Fig. 6;

Fig. 8 die linguistische Variable einer ersten Eingangs­ größe der Logik nach Fig. 6;

Fig. 9 die linguistische Variable einer zweiten Eingangs­ größe der Logik nach Fig. 6; sowie

Fig. 10 die linguistische Variable der Ausgangsgröße der Logik nach Fig. 6.

In dem Blockschaltbild nach Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum optimalen Betrieb eines Elektrofilters 2 dargestellt. Das Elektrofilter 2 ist von bekanntem Aufbau mit plattenförmigen Abscheideelektroden und dazwischen angeordne­ ten, drahtförmigen Sprühelektroden, wobei zwischen diesen je­ weils untereinander parallelgeschaltenen Elektroden eine hohe Spannung U_fil von bspw. 50 kV angelegt ist, welche zu einer Ionisierung des durch das Elektrofilter strömenden Gases führt, wodurch in dem Gas enthaltene Staubpartikel negativ aufgeladen werden und dadurch zu den Abscheideelektroden ge­ zogen werden, wo sie sich festsetzen und in gewissen Zeitab­ ständen durch Rütteln oder durch sonstige Maßnahmen abge­ schieden werden.

Hierbei kann i. a. der Abscheidegrad T durch Erhöhung der Ko­ ronaleistung des Elektrofilters verbessert werden, wenn kein Rücksprühen auftritt. Denn die Wanderungsgeschwindigkeit der aufgeladenen Staubpartikel ist abhängig von den elektrischen Feldstärken in der Auflade- und in der Niederschlagszone, und diese Feldstärken sind wiederum proportional zur Filterspan­ nung U_fil und auch zum Filterstrom I_fil. Das Produkt aus Fil­ terstrom I_fil und -spannung U_fil, also die Leistungsaufnahme Pfil des Elektrofilters 2, ist demnach eine Größe, die den Ab­ scheidegrad T beeinflusst. Der Abscheidegrad T kann nähe­ rungsweise nach der folgenden Formel errechnet werden:

T = 1 - e^-(kP_fil)P

Diese Funktion ist zur Charakterisierung der Filtereigen­ schaften in dem Schaltblock 2 für das Elektrofilter wiederge­ gebenen. Man ersieht aus dieser Kurvendarstellung, dass der Abscheidegrad T eine mit der Leistungsaufnahme P_fil des Elekt­ rofilters 2 monoton ansteigende Funktion ist, so dass ein erstes, mögliches Optimierungskriterium für den Betrieb des Elektrofilters 2 eine Maximierung der Leistungsaufnahme P_fil des Elektrofilters 2 ist.

Andererseits erkennt man aus dieser Kurvendarstellung ferner, dass die Steigung der Kurve T (P_fil) mit wachsendem P_fil ständig abnimmt, somit bei dem Bestreben einer absoluten Maximierung der Leistungsaufnahme P_fil die zusätzliche Abscheidewirkung ΔT/T beständig sinkt und daher aus betriebswirtschaftlichen Gründen eine absolute Maximierung der Leistungsaufnahme P_fil des Elektrofilters 2 in Vielen Anwendungsfällen nicht sinn­ voll ist. Vielmehr kann stattdessen die Einhaltung von vorge­ gebenen Emissionsgrenzwerten als übergeordnetes Optimierungs­ kriterium verwendet werden, was etwa einem bestimmten endli­ chen Abscheidegrad T entspricht. Allerdings gilt dies nur nä­ herungsweise, da bei geringerer Staubbelastung des zu reini­ genden Gasstroms bereits mit einem niedrigeren Abscheidegrad T die Emissionsgrenzwerte eingehalten werden können als bei einem stark schmutzbefrachteten Gasstrom, so dass bei einer derartigen Optimierung nicht der Abscheidegrad T herangezogen werden sollte, sondern vielmehr die gemessenen Emissionswerte selbst. In diesem Fall besteht eine Randbedingung für die Op­ timierung des Filterbetriebs darin, dass die Leistungsaufnah­ me P_fil des Filters 2 minimiert werden soll.

Unabhängig davon, ob nun eine Maximierung der Leistungsauf­ nahme P_fil des Elektrofilters 2 oder die Einhaltung eines Emissionsgrenzwertes bei gleichzeitiger Minimierung der Leis­ tungsaufnahme P_fil des Elektrofilters 2 angestrebt wird, ist als weitere Randbedingung für den praktischen Betrieb des Elektrofilters 2 weiterhin zu beachten, dass infolge der hohen Filterspannung U_fil von bspw. 50 kV in unregelmäßigen Zeitab­ ständen Spannungsdurchschläge zwischen den benachbarten Elektroden auftreten, die durch zufällige Ansammlungen von leitfähigen Staubpartikeln und/oder durch eine lokal erhöhte Konzentration von ionisierten Gasmolekülen ausgelöst werden können. Derartige Filterdurchschläge lassen sich nicht ver­ meiden, sondern müssen bei dem Filterbetrieb als gegeben hin­ genommen werden. Die einzige Möglichkeit besteht darin, die Häufigkeit derartiger Filterdurchschläge möglichst stark her­ abzusetzen, da bei jedem Durchschlag die Filterspannung U_fil für eine gewisse Zeit, die sog. Entionisierungszeit t_eion, he­ runtergefahren werden muss, damit einerseits der durch den Überschlag ausgelöste Lichtbogen gelöscht wird, und ferner die lokal erhöhte Konzentration von ionisierten Gasmolekülen Gelegenheit hat, um sich abzubauen, so dass Folgedurchschläge nicht zu befürchten sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfin­ dung wird vorgeschlagen, hierbei auf zwei Parameter Einfluss zu nehmen, nämlich einerseits über den Filterstrom I_fil, um die Filterspannung U_fil etwa an der Filterdurchschlagsgrenze zu führen, wo die Häufigkeit von Durchschlägen gerade noch nicht heraufgesetzt ist, und andererseits durch eine adaptive Anpassung der Entionisierungszeit t_eion auch diesen Parameter so kurz als möglich zu wählen, ohne dass eine Häufung von Folgedurchschlägen auftritt. Beide Optimierungskonzepte die­ nen dem Zweck, die Leistungsaufnahme P_fil des Elektrofilters 2 und damit den Abscheidegrad T zu maximieren. Für den oben an­ gesprochenen Fall, wo nicht eine maximale Abscheideleistung T, sondern nur eine dem vorgegebenen Emissionsgrenzwert ent­ sprechende Abscheideleistung T angestrebt wird, kann durch die Bildung eines übergeordneten Beurteilungskriteriums die Bedeutung des rechnerisch ermittelten Wertes für die Leis­ tungsaufnahme P_fil reduziert und statt dessen durch einen Emissionsmesswert ersetzt werden.

In beiden Fällen werden diese Parameter dem Elektrofilter 2 über einen entsprechenden Wert des Filterstroms Ifil mitge­ teilt, der sich wiederum als Reaktion auf die Vorgabe eines Primärstroms I_prim einstellt. Dieser Primärstrom I_prim ent­ spricht der Amplitude des Ausgangsstroms eines vorzugsweise mit IGBT's (isolated gate bipolar transistor) aufgebauten Wechselrichters 3, der vorzugsweise aus einem Netzgleichrich­ ter mit nachgeschaltetem Zwischenkreiskondensator gespeist wird. Der Wechselrichter 3 ist vorzugsweise als zweiphasige H-Brückenschaltung aufgebaut mit vier IGBT's und diesen je­ weils parallel geschaltenen Freilaufdioden, wobei in dem Querzweig die Primärwicklung eines Hochspannungstransforma­ tors 4 eingeschalten ist. Durch eine wechselnde Taktung der jeweils diagonalen Transistoren der Wechselrichter- Brückenschaltung 3 wird der Primärwicklung des Hochspannungs­ transformators 4 ein alternierender Primärstrom I_prim einge­ prägt, dessen einzelne Stromblöcke etwa Rechteck- oder Tra­ pezgestalt aufweisen, mit der Amplitude I_prim. Nach der Trans­ formierung dieses Stromsignals auf das Spannungsniveau Ufll des Elektrofilters 2 wird aus den sekundärseitig am Hochspan­ nungstransformator 4 abgegebenen Stromblöcken durch einen nachgeschaltenen Brückengleichrichter 5 ein näherungsweise konstanter Filterstrom I_fil erzeugt, der noch durch eine nicht dargestellte Drossel geglättet werden kann. Im Rahmen des Hochspannungstransformators 4 findet neben der Spannungsum­ setzung auch eine galvanische Trennung statt, so dass bei Spannungsdurchschlägen auftretende Potentialdifferenzen in der Umgebung des Elektrofilters 2 gegenüber dem Massepotenti­ al des Wechselrichters 3 nicht zu Störungen der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung 1 führen.

An dem Elektrofilter 2 können verschiedene Sensoren angeord­ net sein, um dessen ordnungsgemäßen Betrieb zu überwachen und Messwerte für die Optimierung des Filterbetriebs zu erhalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist insbesondere vorge­ sehen, hierfür Spannungssensoren für die Filterspannung U_fil vorzusehen und eingangsseitig mit verschiedenen Elementen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zu koppeln. Hierbei findet diese Kopplung vorzugsweise über Lichtwellenleiter 6 statt, da diese unempfindlich gegenüber durchschlagsbedingten Poten­ tialsprüngen in der Umgebung des Elektrofilters 2 sind und somit auch einen Schutz für die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 bilden.

Zur Übertragung der Messwerte über den Lichtwellenleiter 6 kann das zunächst analoge Messsignal U_fil vor Ort, d. h. in ei­ ner nahe dem Elektrofilter angeordneten und daher auf dessen Massepotential betreibbaren Auswerteschaltung in Digitalwerte umgesetzt werden, die sodann in Form von Bitfolgen seriell über den Lichtwellenleiter 6 übertragen werden können.

Diese Lichtimpulse werden vor einem nicht dargestellten, lichtempfindlichen Sensor der Vorrichtung 1 wieder in elekt­ rische Signale umgewandelt und können sodann einem Massen­ speicher 7 zugeführt werden, um dort eine Datenbank über das Betriebsverhalten des Elektrofilters 2 zu bilden bzw. zu er­ gänzen. Parallel dazu können die digitalisierten Messwerte auch einer Auswerteschaltung 8 zugeführt werden, die aus den Messwerten für die Filterspannung U_fil sowie ggf. aus weiteren Sensorsignalen nicht messbare Größen bestimmt, bspw. Filter­ durchschläge erkennt und auch deren Häufigkeit berechnet. Die Ergebnisse dieser Auswertung 8 werden sodann an die Datenbank 7 übertragen 9 und stehen dort für die weitere Steuerung des Elektrofilters 2 als zusätzliche Daten zur Verfügung.

Aus diesem Datenfundus bedient sich eine Logikschaltung 10, die daraus nach vorgegebenen Optimierungskriterien einen Pri­ märstromsollwert I_prim* erzeugt. Von dem als Logikschaltung bezeichneten Schaltungsblock 10 müssen hierbei teilweise auch mathematische Berechnungen durchgeführt werden, so dass es in manchen Anwendungsfällen sinnvoll sein kann, hierfür einen Mikroprozessor zu verwenden und die Logik als Software in demselben zu implementieren. Bei Verwendung von im Handel er­ hältlichen Rechenbausteinen, bspw. Multiplizierern, ließe sich allerdings die Funktion auch mit analogen Bausteinen re­ alisieren. Die bevorzugte Funktionsweise der Logikschaltung 10 soll weiter unten anhand der Fig. 2-10 erläutert wer­ den.

Abhängig von den gemessenen Eingangssignalen U_fil bestimmt die Auswerteschaltung 8 die Häufigkeit von Filterdurchschlägen und leitet daraus u. a. Grenzwerte für den zulässigen Primär­ strom I_prim ab. Diese Grenzwerte gelangen über einen weiteren Signalpfad 11 von der Auswerteschaltung 8 zu einem Begren­ zungsbaustein 12, der dem Logikbaustein 10 nachgeschalten ist. Dadurch wird das Signal I_prim* nach den Vorgaben der Aus­ werteschaltung 8 auf einen zulässigen Wertebereich begrenzt 12 und gelangt sodann zu einem Summationspunkt 13, dem als weiteres Eingangssignal auch der gemessene, tatsächliche Ist­ wert des Primärstroms I_prim zugeführt wird, und zwar mit nega­ tiver Polarität. An dem Summationspunkt 13 wird demnach die Regelabweichung I_prim*-I_prim gebildet, und diese Regeldiffe­ renz 14 wird einem Regler 15 für den Primärstrom I_prim des E­ lektrofilters 2 zugeleitet. Der Regler 15 kann aus Gründen der Vereinfachung des Aufbaus als Zweipunktstromregler ausge­ bildet sein, derart, dass zwei Schaltschwellen vorgesehen sind, bei deren Überschreitung durch das Regeldifferenzsignal 14 eine Umschaltung der Wechselrichter-Brückenschaltung 3 auf den jeweils anderen Diagonalzweig ausgelöst 16 wird. Indem in den Soll- oder Istwertzweig I_prim*, I_prim eine taktmäßige Pola­ ritätsumkehr eingebaut wird, können darüber hinaus auch die alternierenden Blöcke des Primärstroms I_prim erzeugt werden, welche für den Transformator 4 unerlässlich sind.

Der Logikbaustein 10 arbeitet nach einem zyklischen Konzept, d. h. bei jedem Rechenzyklus wird ein neuer Primärstromsoll­ wert I_prim* erzeugt und sodann bis zum Abschluss des vorlie­ genden Zyklus konstant gehalten. Im Rahmen der zyklisch durchzuführenden Berechnungen können - wie weiter unten aus­ geführt wird - Informationen über das Verhalten des Elektro­ filters 2 bei geringfügig abgeänderten Betriebspunkten erfor­ derlich sein. Sofern derartige Informationen in der Datenbank 7 nicht enthalten sind, müssen die betreffenden Betriebspunk­ te durch Veränderung der Stellgröße I_prim um ein geringes Maß kurzzeitig angefahren werden, um sodann über die Filtersenso­ ren die veränderten Messwerte U_fil ermitteln zu können. Diesem Zweck dient eine state machine 17, die auf Anforderung ent­ sprechende Offsetsignale I_var erzeugt, welche dem von der Lo­ gikschaltung 10 gebildeten Primärstromsollwert I_prim* in einem vorzugsweise vor der Begrenzungsschaltung 12 eingeschleiften Summationspunkt 38 additiv überlagert werden. Im Rahmen die­ ser Offsetwerte I_var kann der zyklisch bestimmte Primärstrom­ sollwert I_prim* wahlweise um ein geringes Maß angehoben oder reduziert werden. Je nachdem, ob die betreffenden Messergeb­ nisse einer positiven oder negativen Verschiebung des Primär­ sollwerts I_prim* zuzuordnen sind, müssen sie von der Logik­ schaltung 10 unterschiedlich verarbeitet werden. Deshalb er­ hält diese über einen weiteren Signalpfad 18 Informationen über den momentanen Zustand der state machine 17 und damit über deren Ausgangsoffsetwert I_var.

Die Funktionsweise der Logikschaltung 10 dient der eigentli­ chen, erfindungsgemäßen Optimierung des Filterbetriebs und kann daher den unterschiedlichen, oben angesprochenen Opti­ mierungskriterien folgen. Deshalb ist eine Eingabemöglichkeit in Form eines Bedienterminals 19 vorgesehen, über das Parame­ ter der aktuellen Optimierung eingegeben und/oder geändert werden können, bspw. durch Auswahl der Optimierungsstrategie, etc. Dieses Bedienterminal 19, welches die Gestalt eines ei­ genständigen Computers aufweisen kann, ist mit der Logik­ schaltung 10 vorzugsweise ebenfalls über Lichtwellenleiter 20 gekoppelt, so dass selbst in dem Fall eines theoretisch fast unmöglichen Durchschlagens der Filterspannung U_fil auf die er­ findungsgemäße Vorrichtung 1 keinerlei Gefahr für eine an dem Bedienterminal 19 arbeitende Person besteht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 wird durch in dem Logik­ baustein 10 implementierte Optimierungsstrategien in die Lage versetzt, für jegliche Betriebsbedingungen des Elektrofilters 2 bspw. bei stark verschmutzten Gasen ebenso wie bei weniger verschmutzten, sowie bei unterschiedlichsten Zusammensetzun­ gen des Gases selbst, die jeweils optimalen Betriebsparameter I_fil, U_fil zu lernen und dadurch das jeweils in dem Logikbau­ stein 10 eingestellte 19 Optimierungskriterium zu erfüllen. Dabei können auch im Rahmen der Optimierung einer vorgegebe­ nen Größe, bspw. der Leistungsaufnahme P_fil des Elektrofilters 2 mehrere Strategien parallel verfolgt werden, bspw. eine möglichst ideale Einstellung der Amplitude des Primärstroms I_prim, wozu die durch die Fig. 2-5 beschriebene Logik­ struktur dient, einerseits sowie eine optimale Vorgabe der Entionisierungszeit, welche abgewartet wird, bis nach einem erkannten Durchschlag wieder Leistung dem Elektrofilter 2 zu­ geführt wird, im Rahmen der durch die Fig. 6-10 be­ schriebenen Logikstruktur.

Kern der ersteren Strategie für die Anpassung des Primär­ stroms I_prim ist die in Fig. 2 wiedergegebene Verknüpfungs­ struktur, mit der aus zwei voneinander unabhängig gewonnene Informationen 21, 22 anhand einer vorgegebenen Verknüpfung 23 eine Ausgangsgröße 24 bestimmt wird, die im vorliegenden Fall einen Offsetwert darstellt und durch Addition zu dem beim letzten Lernzyklus gefundenen Primärstromsollwert I_prim* den neuen und aktuellen Wert für diese Größe liefert.

Da die Verknüpfung 23 sich aus empirisch gefundenen Regeln zusammensetzt, die jeweils für bestimmte Bereiche der Ein­ gangsgrößen 21, 22 Gültigkeit haben, werden zunächst die ggf. durch Auswertung 8 ermittelten und in der Datenbank 7 zwecks Zugriff 25 durch den Logikbaustein 10 hinterlegten Werte der Eingangsgrößen 21, 22 jeweils einer von mehreren Mengen zuge­ ordnet, auf die sodann die Verknüpfung 23 angewendet wird, um daraus zunächst eine nach Mengen aufgeschlüsselte Information über die Ausgangsgröße 24 zu erhalten.

Wie man der Tabelle nach Fig. 3 entnehmen kann, welche die Re­ geln gemäß der Verknüpfung 23 in vollständig aufgeschlüssel­ ter Form wiedergibt, sind jeder Eingangsgröße 21, 22 wie auch der Ausgangsgröße 24 in dem vorliegenden Fall jeweils fünf unterschiedliche Mengen zugeordnet, die durch unterschiedli­ che Buchstaben gekennzeichnet sind: NM (negativ groß), N (ne­ gativ), Z (etwa-null), P (positiv) sowie PM (positiv-groß). Jedem möglichen Mengenpaar von je einer Menge 25 der Ein­ gangsgröße 21 und einer Menge 26 der zweiten Eingangsgröße 22 wird sodann anhand der empirisch gefundenen Regeln jeweils genau eine Menge 27 der Ausgangsgröße 24 zugeordnet.

Wie den Fig. 2-4 zu entnehmen ist, wird als Eingangsgrö­ ße 21 die Veränderung des über einen konstanten Zeitraum durch Integration gebildeten Mittelwerts der Filterleistung P_fil bei einer geringfügigen Verschiebung des Primärstromes I_prim zu positiven Werten hin verwendet (Δpdt|i_pp). In ähnli­ cher Form entspricht die Eingangsgröße 22 dem durch zeitlich begrenzte Integration gebildeten Mittelwert der Änderung der Filterleistung P_fil bei einer geringfügigen Verschiebung des Primärstromes I_prim zu negativen Werten (Δpdt|i_pn). Diese bei­ den Größen beschreiben das Verhalten des Elektrofilters 2 hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme P_fil in Abhängigkeit von einer Veränderung des Primärstroms I_prim in dem momentanen Ar­ beitspunkt.

Hierbei kann die Integralbildung über ein konstantes Zeitin­ tervall von der Auswerteschaltung 8 durchgeführt werden, und das Ergebnis wird sodann in der Datenbank 7 eingetragen. Von dort gelangen die beiden aktuellen Werte der Eingangsgrößen 21, 22 zu dem Logikbaustein 10, der zunächst die Zuordnung der Eingangsgrößen 21, 22 zu den jeweils fünf unterschiedli­ chen, möglichen Mengen NM, N, Z, P, PM vornimmt und sodann anhand der Tabelle 23 gemäß Fig. 3 die möglichen Folgen für den Ausgangswert 24 bestimmt. Um sodann von der oder den ge­ fundenen Ausgangsmengen eine exakte Ausgangsgröße 24 zu bestimmen, können bspw. die beteiligten Ausgangsmengen hin­ sichtlich ihres Schwerpunktes entlang der durch die Ausgangs­ größe 24 definierten Achse ausgewertet werden, und die betreffende Koordinate des Schwerpunktes kann sodann als ex­ akte Ausgangsgröße Δi_p* verwendet und zu dem bisherigen Pri­ märstromsollwert I_prim* hinzuaddiert werden.

Würden für die Unterteilung aller möglichen Werte der Ein­ gangsgrößen 21, 22 exakt begrenzte Bereiche als Mengen 25, 26 verwendet, so könnte bei einer minimalen Änderung einer Ein­ gangsgröße 21, 22 infolge der Zuordnung zu einer anderen Men­ ge 25, 26 ein deutlich abweichendes Ausgangssignal 24 die Folge sein, wodurch Schwingungen des Systems möglich wären. Um dies zu vermeiden, verwendet die Erfindung unscharf be­ grenzte Mengen 25-27 für die Ein- und Ausgangsgrößen 21, 22, 24. Dies bedeutet, eine exakte Eingangsgröße 21, 22 kann gleichzeitig mehreren Mengen 25, 26 zugeordnet sein, und zwar mit einem gewichteten Anteil. Die Gewichtung kann durch jeder Menge 25, 26 zugeordnete Zugehörigkeitsfunktionen µ gekenn­ zeichnet sein, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind.

Man erkennt daraus, dass die Zugehörigkeitsfunktion µ der Menge NM etwa die Form einer Trapezhälfte aufweist, mit einem horizontalen, bis -∞ gehenden Plateau 28 und einer bis kurz vor der Ordinate µ auf 0 absinkenden Rampe 29, und die Zuge­ hörigkeitsfunktion µ für die Menge PM liegt spiegelbildlich hierzu bezüglich der Ordinate µ. Komplementär zu den von dem Plateau 28 in Richtung auf die Ordinate µ abfallenden Rampen 29 der äußeren Mengen NM, PM steigt die Zugehörigkeitsfunkti­ on µ für die jeweiligen Mengen N und P kontinuierlich von 0 bis zum Wert 1 an, der jeweils bei dem Abszissenwert liegt, bei welchem die Zugehörigkeitsfunktion µ für die betreffende, äußere Menge NM, PM zu Null geworden ist. Nach Art einer Dreieckfunktion 30 fallen die Zugehörigkeitsfunktionen µ für die Zwischenmengen N, P von diesem Punkt aus jeweils bis zu dem Ursprung des Koordinatensystems ab, und diese abfallenden Verläufe finden ihr Komplement in bei den Abszissenwerten der Dreieckspitze 30 bei Null beginnenden und an der Ordinate µ jeweils bei 1 mündenden Anstiegsflanken für die Zentralmenge Z.

Wie man durch Vergleich der Fig. 4 und 5 erkennen kann, unterscheiden sich die prinzipiellen Verläufe der Zugehörig­ keitsfunktionen µ für die beiden Eingangsgrößen 21, 22 wie auch der Ausgangsgröße 24 nur quantitativ voneinander, nicht jedoch qualitativ. Während die zentralen Mengen Z für die beiden Eingangsgrößen 21, 22 durch vergleichsweise kleine Ab­ szissenwerte begrenzt sind, umfassen die Zwischenmengen N, P ein deutlich breiteres Wertespektrum, und die äußeren Mengen NM, PM reichen naturgemäß bis ±∞. Demgegenüber sind die Zu­ gehörigkeitsfunktionen µ für die Zuordnung eines Ausgangswer­ tes zu einer der Ausgangsmengen zumindest hinsichtlich der zentralen Menge Z und der beiden Zwischenmengen N, P mit gleichen Spektren versehen, wodurch sich optimale Regelungs­ eigenschaften ergeben.

Die Verwendung von Dreiecks- und Trapezfunktionen 30 für die Übertragungsfunktionen µ stellen eine rechentechnische Opti­ mierung dar, die dem Zweck dient, den Berechnungsaufwand zu minimieren. Natürlich könnten statt dessen auch Zugehörig­ keitsfunktionen µ mit anderen Verläufen verwendet werden.

Als Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jeder Menge 25, 26 der Eingangsgrößen 21, 22 entsprechend den Wer­ ten der Zugehörigkeitsfunktionen µ der verschiedenen Mengen NM, N, Z, P, PM bei dem betreffenden Messwert ein skalarer Zugehörigkeitswert zugeordnet, und aus diesen Zugehörigkeits­ werten resultieren Gewichtsfaktoren für die einzelnen Spalten und Zeilen der Tabelle aus Fig. 3. Anhand dieser Gewichtswerte werden verschiedene Felder der Tabelle aus Fig. 3 sofort aus­ geblendet, da für diese der Spalten- oder Zeilengewichtswert null ist. Für die verbleibenden Felder können nach einer ma­ thematischen Regel, die unterschiedlich spezifiziert werden kann, aus den Zeilen- und Spaltengewichtswerten den einzelnen Feldern des Ergebnisbereichs 27 zugeordnete Gewichtsfaktoren ermittelt werden, und nun kann eine feldweise Übertragung dieser Gewichtswerte auf die Ausgangsmengen 27 vorgenommen werden, wobei die Gewichtsfaktoren von Feldern mit identi­ schen Zielmengen 27 additiv miteinander verknüpft werden kön­ nen. Als Ergebnis erhält man hinsichtlich ihrer Amplitude mo­ difizierte Zugehörigkeitsfunktionen für die Zielmengen 27, und die Transformation in einen exakten Ausgangswert kann wiederum anhand der Schwerpunktmethode erfolgen.

Die dargestellte Vorgehensweise entspricht dabei etwa dem Entwurf eines sog. Fuzzy-Reglers, wenngleich im vorliegenden Fall keine Regelung erfolgt, sondern ausschließlich eine Adaption der Sollwertvorgabe für den Primärstromsollwert I_prim* an geänderte Betriebsbedingungen des Elektrofilters 2 im Rah­ men einer durch die Definition der Zugehörigkeitsfunktionen µ und der Regelbasis 23 gemäß der Tabelle aus Fig. 3 festgeleg­ ten Lernstrategie. Unter Bezugnahme auf die obige Korrespon­ denz zu Fuzzy-Reglern könnte man die Mengen 25-27 der Ein­ gangs- und Ausgangsgrößen 21, 22, 24 als unscharfe Mengen be­ zeichnen, die jeweils einem linguistischen Wert NM, N, Z, P, PM je einer linguistischen Variablen Δpdt|i_pp; Δpdt|i_pn; Δi_p* entsprächen. Hierbei finden sich die ursprünglich empirisch gewonnenen Regeln in den Zuordnungen einzelner linguistischer Werte der Ausgangsvariablen 24 zu den verschiedenen Feldern des Ergebnisblocks in der Tabelle 23 nach Fig. 3 wieder. Diese Regeln sind so zu entwerfen bzw. umzusetzen, dass der stabile Arbeitspunkt des Gesamtsystems 1, 2 in den jeweils optimalen Betriebspunkt gemäß der in der Logikschaltung 10 eingestell­ ten 19 Optimierungsstrategie verlagert wird, so dass der Be­ triebspunkt des Elektrofilters 2 im Rahmen einer Sequenz auf­ einanderfolgender Lernzyklen stets dem gewünschten, optimalen Betriebspunkt zustrebt, und zwar völlig unabhängig von den Randbedingungen, welche das Elektrofilter 2 hinsichtlich der Zusammensetzung des zu reinigenden Gases vorfindet. Das Er­ gebnis ist ein Primärstromsollwert I_prim*, bei dessen Einprä­ gung in den Elektrofilter 2 dessen Leistungsaufnahme P_fil ma­ ximal wird.

Während die vorangehend beschriebene Logikstruktur gemäß den Fig. 2-5 der Bestimmung einer optimalen Amplitude für den Primärstrom I_prim dient, soll mit der Logikstruktur gemäß den Fig. 6-10 eine optimale Einstellung für die dynami­ sche Behandlung von Durchschlägen in dem Elektrofilter 2 ge­ funden werden. Der zu optimierende Parameter hierbei ist die Entionisierungszeit t_eion, die nach Abschaltung des Wechsel­ richters 3 infolge eines erkannten Durchschlags in dem Elekt­ rofilter 2 abgewartet wird, bis der gleichzeitig abgesenkte Primärstromsollwert I_prim* wieder angehoben wird, um dem Elektrofilter 2 wieder Leistung zuzuführen.

Wie ein prinzipieller Vergleich der Fig. 6-10 mit den Fig. 2-5 erkennen lässt, wird bei der Bestimmung des Pa­ rameters Δt_eion eine prinzipiell ähnliche Strategie verfolgt wie bei der Bestimmung des Offsetwertes Δi_p* für den Primär­ stromsollwert I_prim* Ausgangspunkt ist wiederum die Verknüp­ fung zweier, unabhängig voneinander gewonnener Eingangssigna­ le 31, 32 im Rahmen einer Regelbasis 33 und die daraus fol­ gende Bildung des Offsetwertes Δt_eion für die Entionisierungs­ zeit als gewünschte Ausgangsgröße 34.

Für die Ermittlung der Eingangsgrößen 31, 32 für die Verknüp­ fung 33 ist die Erkennung von Durchschlägen in dem Elektro­ filter 2 anhand von gemessenen Signalen 6, insbesondere über die Filterspannung U_fil, erforderlich. Diese Ermittlung wird von der Auswerteschaltung 8 durchgeführt, und die Ergebnisse werden der Datenbank 7 mitgeteilt.

Erkannte Durchschläge sind jedoch erst der Ausgangspunkt für die Ermittlung der Eingangsgrößen 31, 33. Die Eingangsgröße 31 entspricht der normierten Amplitude des Primärstroms I_prim, der kurz vor dem festgestellten Filterdurchschlag geflossen ist. Dieser Wert kann anhand einer ständigen Aufzeichnung des Primärstroms I_prim im Rahmen der Datenbank 7 rückwirkend er­ mittelt werden. Demgegenüber entspricht der Wert der Ein­ gangsgröße 32 dem Zeitintervall, das seit dem vorangehenden Filterdurchschlag bis zu dem aktuellen Filterdurchschlag ver­ strichen ist.

Wie auch bei der vorangehend beschriebenen Logikstruktur wer­ den jedoch diese Zahlenwerte nicht direkt im Rahmen der Ver­ knüpfung 33 verarbeitet, sondern zunächst jeweils verschiede­ nen Mengen zugeordnet. Da auch auf die vorliegende Logik­ struktur die Korrespondenz zu einem Fuzzy-Regler anwendbar ist, können die Eingangsgrößen 31, 32 als linguistische Vari­ able ds_ip bzw. ds_zt bezeichnet werden, denen je drei Mengen mit jeweils den linguistischen Werten LOW, MED und HIGH zuge­ ordnet sind. Wie die Tabelle 33 aus Fig. 7 zeigt, ergibt sich für jede Kombination zweier Mengen 35, 36 ein Ergebnisfeld 37, welchem je ein linguistischer Wert N, Z, P der Ausgangs­ größe 34 zugeordnet ist. In dem vorliegenden Fall ist eine etwas einfachere Struktur verwendet worden, wo jeder linguis­ tischen Variablen ds_ip, ds_zt sowie Δt_eion nur drei linguis­ tische Werte 35-37 zugewiesen sind. Hierdurch kann der Be­ rechnungsaufwand weiter reduziert werden.

Ferner werden auch bei dieser Logikstruktur unscharfe Mengen 35-37 verwendet, die durch Zugehörigkeitsfunktionen µ über der betreffenden Abszisse ds_zt, ds_ip und Δt_eion charakteri­ sierbar sind. Da beim vorliegenden Fall normierte Absolutwer­ te der Amplitude des Primärstroms I_prim sowie des verstriche­ nen Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durch­ schlägen verwendet werden, können die Eingangsgrößen nicht negativ sein, und daher ist das Spektrum der linguistischen Werte auf die positive Zahlengerade beschränkt. Demgegenüber stellt die linguistische Variable Δt_eion für die Ausgangsvari­ able 34 einen Offsetwert dar, der sowohl negativ als auch po­ sitiv werden kann, so dass hier die linguistischen Werte von -∞ bis +∞ reichen.

Auch hier sind für die Zugehörigkeitsfunktionen µ der Ein- und Ausgangsgrößen 31, 32, 34 Dreieck- und Trapezfunktionen verwendet worden, was ebenfalls der Reduzierung des Rechen­ aufwandes dient. Dabei sind die LOW- und HIGH-Werte der lin­ guistischen Eingangsvariablen 31, 32 durch jeweils hälftige Trapezfunktionen charakterisiert, während der mittlere, lin­ guistische Wert jeweils durch eine Dreieckfunktion beschrie­ ben wird. Gleiches gilt auch für die linguistische Variable Δt_eion der Ausgangsgröße 34. Eine Besonderheit bei der Aus­ gangsgröße ist, dass die zentrale Wertemenge Z leicht unsym­ metrisch ist, dergestalt, dass im vorliegenden Beispiel die ansteigende Flanke flacher verläuft als die abfallende Flan­ ke, und diese Maßnahme hat im Hinblick auf das einseitig be­ grenzte Spektrum der Eingangsgrößen 31, 32 einen besonders günstigen Einfluss auf die Stabilität der Logikschaltung 10.

Wie die Eingangsgrößen 31, 32 der in Fig. 6 enthaltenen Ver­ knüpfungsstruktur zeigen, kann mit diesem Verfahren bei jedem Durchschlag genau ein Lernzyklus durchgeführt werden. Bei ei­ nem derartigen Vorgehen folgen die Lernzyklen nicht kontinu­ ierlich in einem gleichbleibenden Zeitraster aufeinander, sondern sind immer von dem Eintritt eines Ereignisses, näm­ lich eines Filterdurchschlags, abhängig. Natürlich kann auch anstelle einer gesonderten Berechnung im Anschluss an einen Durchschlag die Berechnung der Eingangsgrößen 31, 32 anhand mehrerer Durchschläge gemeinsam berechnet werden, indem über die hierbei aufgetretenen Werte eine Mittelwertbildung vorge­ nommen wird.

Claims (40)

1. Verfahren zum optimierten Betrieb eines Elektrofilters (2), wobei wenigstens eine Größe des Filterprozesses, bspw. die Amplitude des Primärstroms I_prim oder die Entionisierungs­ zeit t_eion nach einem Filterdurchschlag, durch eine Steuerung oder Regelung verstellbar ist, und wobei im Rahmen der Opti­ mierung die Veränderung einer anderen, mess- oder berechenba­ ren Größe des Filterprozesses in einer vorgegebenen Richtung angestrebt wird, bspw. eine Erhöhung der Abscheideleistung T und/oder eine Erniedrigung des Energieverbrauchs P_fil, da­ durch gekennzeichnet, dass nach vorgege­ benen Lernstrategien eine adaptive Anpassung der Sollwertvor­ gaben I_prim*, t_eion* für die Stellgröße (n) an konkrete und/oder geänderte Betriebsbedingungen vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Lernprozess zyklisch durchlaufen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass bei jedem Lernschritt wenigs­ tens zwei voneinander unabhängig gewonnene Messwerte oder daraus berechnete Werte (21, 22; 31, 32) miteinander verknüpft (23; 33) werden, um einen neuen Wert für die Stellgröße(n) zu erhalten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Verknüpfung (23; 33) anhand empirisch gefundener Regeln erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Verknüpfungsregeln (23; 33) auf unscharfe Mengen (25, 26; 35, 36) angewendet werden, die aus den unabhängig voneinander gewonnenen Mess- oder Rechenwerten (21, 22; 31, 32) gebildet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die an der Verknüpfung (23; 33) beteiligten, unscharfen Mengen (25, 26; 35, 36) linguistischen Werten linguistischer Variablen der zu verknüpfenden Mess- oder Rechenwerte (21, 22; 31, 32) einerseits sowie des zu bil­ denden Sollwerts für die Stellgröße oder eines Offsetwertes hierfür andererseits entsprechen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass als Zugehörigkeitsfunktionen µ für die unscharfen Mengen (25, 26; 35, 36) der linguistischen Variablen Dreieckfunktionen (30) und/oder Trapezfunktionen verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die linguistische Variable für die Ausgangsgröße oder deren Offsetwert in ein scharfes Aus­ gangssignal transformiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Transformation der linguistischen Ausgangsvariable oder deren Offsetwertes (24; 34) in ein scharfes Ausgangssignal anhand der Schwerpunkte ihrer von 0 ungleichen, linguistischen Werte (27; 37) erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von­ einander unabhängigen Messwerte (21, 22; 31, 32) durch Verände­ rungen der Stellgröße (I_prim) gewonnen werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Betriebspunkt des Fil­ ters (2) vorübergehend in definierter Richtung um ein gerin­ ges Maß verschoben wird und die Reaktion der zu optimierenden Größe gemessen oder berechnet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Betriebspunkt vorübergehend da­ durch verschoben wird, dass die Stellgröße(n) um 0,5 bis 5%, vorzugsweise 1 bis 2%, gegenüber der Ausgangslage verstellt wird (werden).

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass mehrere Betriebspunkte angesteuert werden, indem die Stellgröße(n) jeweils um etwa denselben Betrag erhöht bzw. erniedrigt wird (werden).

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, dass die vorüberge­ hende Veränderung des Betriebspunktes über einen Zeitraum von 0,2 bis 5 sek., vorzugsweise 0,5 bis 2 sek., insbesondere et­ wa 1 sek. aufrechterhalten wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, dass die Richtung und der Grad der Veränderung der zu optimierenden Größe als Reaktion auf die vorübergehende Verschiebung des Betriebs­ punktes gemessen (6) oder berechnet (8) wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, dass die gewonnenen Informationen über das Verhalten der zu optimierenden Größe in bestimmten Betriebspunkten in einer Datenbank (7) hinter­ legt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch ge­ kennzeichnet, dass für die Optimierung benötigte Informationen über das Verhalten des Elektrofilters in be­ stimmten Betriebspunkten der Datenbank (7) entnommen (25) werden, sofern die betreffenden Informationen dort bereits abgespeichert worden waren.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maxi­ mierung der Koronaleistung P_fil angestrebt wird, um den Ab­ scheidegrad T zu optimieren, und dass als Stellgröße hierfür die Amplitude des Primärstroms I_prim des Elektrofilters (2) verwendet wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mini­ mierung der Folgedurchschläge angestrebt wird, um die Leis­ tungsaufnahme P_fil des Elektrofilters (2) zu optimieren, und dass als Stellgröße hierfür die Entionisierungszeit t_eion nach einem Durchschlag verwendet wird.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein­ haltung eines Emissionsgrenzwerts bei minimaler Koronaleis­ tung P_fil angestrebt wird, um die Wirtschaftlichkeit des Elektrofilters (2) zu optimieren.

21. Vorrichtung (1) zum optimierten Betrieb eines Elektro­ filters (2), wobei wenigstens eine Größe des Filterprozesses, bspw. die Amplitude des Primärstroms I_prim oder die Entioni­ sierungszeit t_eion nach einem Filterdurchschlag, durch eine Steuerung oder Regelung verstellbar ist, und wobei im Rahmen der Optimierung die Veränderung einer anderen, mess- oder be­ rechenbaren Größe des Filterprozesses in einer vorgegebenen Richtung angestrebt wird, bspw. eine Erhöhung der Abscheide­ leistung T und/oder eine Erniedrigung des Energieverbrauchs P_fil, gekennzeichnet durch eine zyklisch ar­ beitende Einrichtung (10) zur Vorgabe eines Sollwertes I_prim* für die Stellgröße(n) anhand einer Verknüpfung von zwei unab­ hängig voneinander gewonnenen Messwerten.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Einrichtung (10) zur Vor­ gabe eines Sollwertes (I_prim*) für die Stellgröße (n) als Fuz­ zy-Logiksystem ausgebildet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Fuzzy-Logiksystem (10) eine relationale Mamdani-Struktur aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeich­ net durch einen Baustein (17) zur vorübergehenden Ver­ schiebung des Betriebspunktes des Elektrofilters (2) zwecks Ermittlung voneinander unabhängiger Messwerte (21, 22).

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Baustein (17) zur vorü­ bergehenden Verschiebung des Betriebspunktes des Elektrofil­ ters (2) als state machine ausgebildet ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23 in Verbindung mit Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale (I_var; I_prim*) der state machine (17) und der Fuzzy-Logik (10) an einem Summationspunkt (38) addi­ tiv zusammengeführt sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeich­ net durch einen Baustein (12) zur Begrenzung der Amplitu­ de des Summensignals.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das ggf. begrenzte Sum­ mensignal als Sollwertsignal einer Ansteuerschaltung (15) für die Stellgröße (I_prim) zugeführt ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Istwert (I_prim) der Stell­ größe zu dem Eingang eines Reglers (15) zurückgekoppelt ist, welcher eine möglichst exakte Übereinstimmung des Istwerts (I_prim) mit dem Sollwertsignal (I_prim) herbeiführen soll.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Regler (15) zur Nachfüh­ rung der Stellgröße (I_prim) als Zweipunktregler ausgebildet ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 30, ge­ kennzeichnet durcheinen Speicher (7) zur Hin­ terlegung von Informationen über das Verhalten des Elektro­ filters (2) in bestimmten Betriebszuständen.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Speicher (7) mit Sensoren des Elektrofilters (2), bspw. für die Filterspannung, ge­ koppelt (6) ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, gekenn­ zeichnet durch wenigstens eine Auswerteschaltung (8), die mit dem Speicher (7) und/oder mit Sensoren des Elektrofilters (2), bspw. zur Bestimmung der Häufigkeit von Filterdurchschlägen, gekoppelt (6) ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (7) und/oder die Auswerteschaltung(en) (8) mit den Sensoren des Elektro­ filters (2) über optische Signalleitungen (6) gekoppelt sind.

35. Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (6) ausgangsseitig mit dem Speicher (7) gekoppelt (9) ist, so dass deren Ergebnisse ebenfalls in dem Speicher (7) hinter­ legt werden.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, da­ durch gekennzeichnet, dass die Auswerte­ schaltung (8) ausgangsseitig mit der Begrenzungsschaltung (12) für das Sollwertsignal der Stellgröße (I_prim) gekoppelt (11) ist.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 36, da­ durch gekennzeichnet, dass die Auswerte­ schaltung (8) ausgangsseitig mit der Ansteuerschaltung (3) für die Stellgröße (I_prim) gekoppelt ist, um diese ggf. herun­ terzufahren oder zu drosseln.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 37, da­ durch gekennzeichnet, dass der Speicher (7) mit der Fuzzy-Logik (10) gekoppelt ist, so dass die hin­ terlegten Informationen von der Fuzzy-Logik (10) abrufbar (15) sind und als Ausgangswerte für die Festlegung des Soll­ wertes (I_prim*) der Stellgröße herangezogen werden können.

39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 38, da­ durch gekennzeichnet, dass die Fuzzy- Logik (10) mit der state machine (17) gekoppelt ist, so dass nicht abgespeicherte Informationen über die state machine (17) erzeugt werden können.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 39, ge­ kennzeichnet durch eine Schnittstelle (20), über welche die Fuzzy-Logik (10) mit einem Steuergerät (19), ins­ besondere einem Computer, zur Eingabe und/oder Veränderung von Parametern, insbesondere der Regelbasis, gekoppelt oder koppelbar ist.