RHEINEGGER, Thomas (Wiesenstrasse 15, Baden, CH-5400, CH)
HERZOG, Urs, Andreas (Bodenackerstrasse 40, Brugg, CH-5200, CH)
BOES, Karl-Heinz (Am Tobelacher 20a, Rütihof, CH-5406, CH)
RHEINEGGER, Thomas (Wiesenstrasse 15, Baden, CH-5400, CH)
HERZOG, Urs, Andreas (Bodenackerstrasse 40, Brugg, CH-5200, CH)
| Patentansprüche :
1. Verfahren zum Schützen von Mühlantrieben einer Vertikal- Wälzmühle vor überlastung mit Sensoren zur überwachung von Betriebsparametern und Steuerelementen beispielsweise zum Abschalten des Antriebs und/oder dem Anheben der Mahlwalzen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zusätzlicher Regel- kreis eingesetzt wird, mit welchem unter Berücksichtigung wenigstens eines Messwertes für das übertragene Drehmoment und/oder von Vibrationen, Betriebsparameter, wie die Antriebsgeschwindigkeit, der Walzenanpressdruck, die in der Zeit aufgegebene Mahlgutmenge und/oder die Betriebseinstellungen eines Sichters für das auszutragende Mahlgut, geregelt werden, um eine Abschaltung zu verzögern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem oder den zusätzlichen Regelkreis (en) auch weitere Maß- nahmen, wie z. B. eine Wasser- oder Mahlhilfezugabe geregelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten der oder des weiteren Regelkreise(s) gesondert gespeichert und einer Auswertung über den zeitlichen Verlauf unterworfen werden.
4. Vertikale-Wälzmühle mit einer Schutzschaltung zum Abschalten der Mühle bei überlastung, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (14) für die Erfassung des vom Antrieb (3) übertragenen Drehmoments vorgesehen ist, der mit wenigstens einem von der Schutzschaltung (10) gesonderten Schaltwerk verbunden ist, und dass das Schaltwerk mit Stellgliedern für die Veränderung der Antriebsgeschwindigkeit, die Veränderung der Mahlgutaufgabenmenge und/oder des Anpressdrucks der Mahlwalzen (4) verbunden ist.
5. Mühle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gesonderte Schaltwerk mit weiteren Schaltkreisen (12) für die Verstellung der Sichterdrehgeschwindigkeit im Mahlgutaustrag und/oder die Dosierung von Wasser und/oder Mahlhilfen zur Mahlfläche verbunden ist.
6. Mühle nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem oder den gesonderten Schalt- werk(en) Sensoren (14, 17) für die Temperatur des Mahlgutes, insbesondere die Austragstemperatur, die Luftgeschwindigkeit im Austrag, Vibrationen der Mühle und/oder den Anpressdruck der Mahlwalzen (4) verbunden sind.
7. Mühle nach einem der Ansprüche 4 , 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein gesondertes Schaltwerk als frei programmierbares Schaltwerk (16) ausgebildet ist und wenigstens eine CPU (20), einen Speicher und eine Uhr enthält.
8. Mühle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das frei programmierbare Schaltwerk (16) zur Berechnung von aus einer Messgröße abgeleiteten Regelgrößen, wie z.B. änderung der Messwerte über die Zeit, Anstieg der änderungen, Signalkurventyp der Messgrößensignale über die Zeit, Periodizität der änderungen oder dergleichen geschaltet ist und dass die aus den Messwerten abgeleiteten Größen über Signalleitungen mit den
Stellgliedern verbunden sind. |
Verfahren zum Schützen von Mühlantrieben von Vertikal-Wälz- mühlen sowie Vertikal-Wälzmühle
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schützen von Mühlantrieben einer Vertikal-Wälzmühle vor überlastung mit Sensoren zur überwachung von Betriebsparametern und Steuerelementen beispielsweise zum Abschalten des Antriebs und/oder dem Anheben der Mahlwalzen sowie auf eine Vertikal-Wälzmühle mit einer Schutzschaltung zum Abschalten der Mühle bei über- lastung.
Vertikal-Wälzmühlen sind in unterschiedlichen Ausbildungen bekannt geworden. Der DE 197 23 100 Al ist hierbei eine ver- tikalachsige Wälzmühle zu entnehmen, bei welcher in einem Mühlengehäuse ein um die Mühlenachse drehbar gelagerter Mahlteller vorgesehen ist. Auf diesem Mahlteller laufen bzw. rollen ortsfest gehaltene Mahlrollen ab, die durch Druckeinstellorgane zum Einstellen der Mahlkraft zwischen Mahlbahn und Mahlrollen entsprechend in Vertikalrichtung verstellbar sind. Zur Erzielung einer entsprechend einfachen und kostengünstigen Mühlenkonstruktion wirken die Druckstellorgane bei dieser Ausbildung auf die Unterseite des Mahltellers, wobei zwischen jedem Druckstellorgan und dem Mahlteller Lagerelemente angeordnet sind. Entsprechend abgewandelte Ausbildungen, bei welchen hydraulische Stellzylinder mit Lenkern verbunden sind, an welchen die Mahlrollen wiederum rotierbar gelagert sind, erlauben die Einstellung des Mahldruckes durch auf derartige Lenker einwirkende Stellorgane.
Oberhalb des Mahltellers und der Mahlrollen ist bei bekannten Ausbildungen ein Sichter angeordnet, über welchen das entsprechend fein gemahlene Mahlgut abgesaugt und ausgetragen wird. Die Aufgabe des Mahlgutes erfolgt über Schurren bzw. Aufgabetrichter auf die Mahlbahn, wobei bei bekannten Ausbil-
düngen auf die Mahlbahn auch Wasser und/oder Mahlhilfe aufgebracht werden können.
Mühlen verfügen über überaus starke Antriebsmotoren, wobei die vom Antriebsmotor aufgenommene elektrische Leistung und insbesondere die Stromstärke in der Regel überwacht wurde, um bei unzulässig hoher Leistungsaufnahme eine Notabschaltung der Mühle zu ermöglichen. Eine derartige einfache Sicherheitsregelung hat allerdings zur Folge, dass die Mühle häufig be- reits dann abgeschaltet wird, wenn eine Reihe von anderen Maßnahmen ausgereicht hätte, um den weiteren kontinuierlichen Betrieb sicherzustellen. Eine Notabschaltung einer derartigen vertikalachsigen Wälsmühle hat zu allem überfluss lange Stillstandzeiten zur Folge, wodurch sich die Betriebskosten wesent- lieh erhöhen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchen Notabschaltungen weitestgehend vermieden werden und ein weitestgehend konti- nuierlicher Mühlenbetrieb ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, dass wenigstens ein zusätzlicher Regelkreis eingesetzt wird, mit welchem unter Berücksichtigung wenigstens eines Messwertes für das übertragene Drehmoment und/oder von Vibrationen, Betriebsparameter, wie die Antriebsgeschwindigkeit, der Walzenanpressdruck, die in der Zeit aufgegebene Mahlgutmenge und/oder die Betriebseinstellungen eines Sichters für das auszutragende Mahlgut, geregelt werden, um eine Abschaltung zu verhindern. Dadurch, dass nun wenigstens ein zusätzlicher Regelkreis vorgesehen ist, wird die Möglichkeit geschaffen, von einer bloßen Abschaltung abweichende Regelmaßnahmen zu setzen, mit welchen der gesonderte sicherheitstechnisch erforderliche Abschaltregelkreis
entsprechend entlastet wird. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei, dass dieser zusätzliche Regelkreis wenigstens einen Messwert für das übertragene Drehmoment und/oder Vibrationen erfasst, wobei aus diesen Messwerten durch entsprechende mathematische Operationen eine Reihe von abgeleiteten Größen gewonnen werden können, mit welchen eine entsprechend gleitende Regelung ermöglicht wird, ohne dass ein Abschaltvorgang eingeleitet wird. Die Erfassung der Messwerte für übertragene Drehmomente erlaubt hierbei wesentlich gezieltere Voraussagen dahingehend, welche Regelmaßnahme hier noch sinnvolle Korrekturen ergibt. Die Aufgabe dieses zusätzlichen Regelkreises besteht somit darin, nicht unmittelbar auf den Abschaltvorgang einzuwirken sondern einen derartigen Abschaltvorgang durch gezielte Maßnahmen zu verzögern, wobei erfindungsgemäß Betriebsparameter, wie die Antriebsgeschwindigkeit, der Walzenanpressdruck, die in der Zeit aufgegebene Mahlgutmenge und/oder Betriebseinstellungen eines Sichters bevorzugt von diesem zusätzlichen Regelkreis beeinflusst werden. Prinzipiell kann eine derartig hierarchisch mehrschichtige Regelung eine Reihe weiterer gesonderter Regelkreise beinhalten, um auf diese Weise eine entsprechend feinfühlige Regelung von schweren Walzenantrieben sicherzustellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird hierbei mit Vorteil so durchgeführt, dass mit dem oder den zusätzlichen Regelkreis (en) auch weitere Maßnahmen, wie z. B. eine Wasser- oder Mahlhilfezugabe geregelt werden, wobei vorzugsweise die Messdaten der oder des weiteren Regelkreise (s) gesondert gespeichert und einer Auswertung über den zeitlichen Verlauf unterworfen werden. Insbesondere die Aufzeichnung bzw. Speicherung der Messdaten und die Auswertung derselben über ihren zeitlichen Verlauf erlaubt hierbei auch eine lückenlose überwachung und damit insgesamt auch Aussagen über einen vorzeitigen Verschleiß
einzelner Mühlenbestandteile. Die Messwerte für das übertragene Drehmoment ergeben hierbei bei einer derartigen Auswertung in besonders einfacher Weise eine Reihe abgeleiteter Messgrößen. Derartige abgeleitete Messgrößen, welche durch Anwendung mathematischer Operationen und insbesondere durch Kurvendiskussion bzw. Ableitung der Messgrößen nach der Zeit gebildet werden, erlauben hierbei eine Reihe präziser Regelvorgänge, welche mit einer einfachen überwachung der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors nicht ohne weiteres ermöglicht werden.
Die erfindungsgemäße vertikalachsige Wälzmühle mit einer Schutzschaltung zum Abschalten der Mühle bei überlastung ist hierbei im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor für die Erfassung des vom Antrieb übertragenen Drehmoments vorgesehen ist, der mit wenigstens einem von der Schutzschaltung gesonderten Schaltwerk verbunden ist, und dass das Schaltwerk mit Stellgliedern für die Veränderung der Antriebsgeschwindigkeit, die Veränderung der Mahlgutaufgabenmenge und/oder des Anpressdrucks der Mahlwalzen verbunden ist. Das von der Schutzschaltung gesonderte Schaltwerk ist bevorzugt ein frei programmierbares Schaltwerk bzw. ein Computer, welcher die für die Bildung abgeleiteter Regelgrößen erforderlichen mathematischen Operationen vornehmen kann. Bevorzugt kann hierbei, das gesonderte Schaltwerk mit weiteren Schaltkreisen für die Verstellung der Sichterdrehgeschwindigkeit im Mahlgutaustrag und/oder die Dosierung von Wasser und/oder Mahlhilfen zur Mahlfläche verbunden sein.
Zur weiteren Differenzierung entsprechender Regelgrößen ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass mit dem oder den gesonderten Schaltwerk (en) Sensoren für die Temperatur des Mahlgutes, insbesondere die Austragstemperatur, die Luftgeschwindigkeit im Austrag, Vibrationen der Mühle und/oder den Anpressdruck der Mahlwalzen verbunden sind, wobei wie bereits
erwähnt mit besonderem Vorteil, wenigstens ein gesondertes Schaltwerk als frei programmierbares Schaltwerk ausgebildet ist und wenigstens eine CPU, einen Speicher und eine Uhr enthält. Ein derartiges gesondertes frei programmierbares Schaltwerk kann hierbei zur Berechnung der gewünschten abgeleiteten Größen herangezogen werden, wobei die Ausbildung so getroffen sein kann, dass das frei programmierbare Schaltwerk zur Berechnung von aus einer Messgröße abgeleiteten Regelgrößen, wie z.B. änderung der Messwerte über die Zeit, Anstieg der änderungen, Signalkurventyp der Messgrößensignale über die Zeit, Periodi- zität der änderungen oder dergleichen programmiert ist und dass die aus den Messwerten abgeleiteten Größen über Signalleitungen mit den Stellgliedern verbunden sind.
Ein wesentlicher Vorteil des zusätzlichen gesonderten Regelkreises besteht insbesondere auch darin, dass zeitliche Faktoren wie der Einschalt- bzw. Anfahrbetrieb, eine änderung an der Mahlgutzusammensetzung oder dgl. ohne überflüssige Abschaltung gemeistert werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer verikalachsigen Mühle im Schnitt, Fig. 2 ein Block- diagramm der mehrstufigen Regelung und Fig. 3 eine schematische Darstellung der für die übertragung der Messwerte und der Regelgrößen erforderlichen Leitungen in Regelkreisen.
In Fig. 1 ist mit 1 eine vertikalachsige Mühle bezeichnet, in deren Gehäuse eine rotierbar gelagerte Mahlschüssel 2 angeordnet ist. Der Rotationsantrieb der Mahlschüssel 2 ist schematisch mit 3 bezeichnet. Die Mahlwalzen 4 sind über Winkelhebel 5 und hydraulische Stellantriebe 6 gegen die Mahlfläche der Mahlschüssel 2 gepresst. Oberhalb der Mahlschüssel ist ein
Sichter 7 angeordnet, welcher zur Rotation angetrieben ist. Das Mahlgut wird über die öffnung 8 ausgetragen, sobald es eine entsprechende Mahlfeinheit erzielt hat. Das zu mahlende Gut wird über die Aufnahmeöffnung 9 zugeführt.
Der Antriebsmotor ist über ein Getriebe und eine entsprechende Kupplung mit der Mahlschüssel 2 verbunden.
In Fig. 2 ist ersichtlich, dass die schematische Antriebs- regelung eine Mehrzahl von Ebenen aufweist. In einer ersten unmittelbar mit dem Antriebsmotor zusammenwirkenden Ebene befindet sich die Schutzschaltung 10, welche nach einfacher Unterscheidung von Grenzwerten, wie z.B. der Stromaufnahme die innerhalb einer zulässigen Grenze liegt oder diese Grenze überschreitet, unmittelbar einen Notstop auslöst, sofern ein Grenzwert überschritten wird. Alternativ und zusätzlich können die Walzen an den Schwenkhebeln 5 durch die hydraulischen Zylinderkolbenaggregate 6 von der Mahlschüssel abgehoben werden.
Neben dieser Notabschaltungseinrichtung existiert nun ein weiterer Regelkreis 11, welcher das übertragene Drehmoment, beispielsweise an der Abtriebswelle des Getriebes zwischen Getriebe und der Mahlschüssel oder aber zwischen der Abtriebswelle des Motors und dem Getriebe berücksichtigt. Die von einer derartigen zusätzlichen Logik unterschiedenen Werte beziehen sich somit auf Bereiche mit hohem Drehmoment oder Bereiche mit geringem Drehmoment, wobei zusätzlich Vibrationen der Mühle erfasst werden können. Die zeitliche änderung und damit die Ableitung der Messgrößen nach der Zeit sowie weitere abgeleitete Messgrößen werden in diesem gesonderten Schaltwerk erfasst und wahlweise zur Einleitung von Aktionen, wie beispielsweise einer Verringerung der Materialaufgabe, einer Verringerung des hydraulischen Anpressdruckes der hydraulischen
Zylinderkolbenaggregate 6 oder gegebenenfalls einer kurzfristigen Anhebung der Mahlrollen eingesetzt. Wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, können die auf diese Weise gewonnenen Regelgrößen sowie die jeweils geltenden Signale in einem nachgeschalteten programmierbaren Schaltkreis 12 erfasst und mit Zielvorgaben verglichen werden. In dieser zusätzlichen Einrichtung erfolgen nun eine Speicherung der Messwerte und verschiedene Trendberechnungen, so dass aus den aus den jeweiligen Messgrößen abgeleiteten Regelgrößen auch weitergehende Auswertungen, wie beispielsweise die Kurvenform der zeitlichen änderungen verschiedener Regelgrößen ihre Periodizität und/oder Trends in der änderung erfasst werden, so dass eine vollständige Mühlenkontrolle einschließlich einer möglichen Voraussage von Wartungsintervallen für zu hohem Verschleiß unter- worfener Teile, welche bevorzugt getauscht werden sollten, ermöglicht wird. Die Speicherung und Auswertung dient somit in erster Linie einer Optimierung des Mühlenbetriebs für längere Mahlzyklen, wobei eine unmittelbare Einflussnahme auf Mahlbzw. Mühlenparameter erforderlichenfalls gleichfalls möglich ist. Hier kommt dann beispielsweise eine Beeinflussung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Sichters in Betracht und es kann beispielsweise auch Wasser oder Mahlhilfe auf die Mahlfläche aufgesprüht werden. Mit dieser nachgeschalteten und auch statistische Auswertungen erfassenden Kontrolle kann auch auf änderungen der Zusammensetzung des aufgegebenen Mahlgutes reagiert werden und eine Reihe weiterer Regelgrößen überwacht werden, um eine bessere Vorhersage für die günstigste Form der Beeinflussung der Mühle zu ermöglichen.
In Fig. 3 ist wiederum schematisch die Mühle 1 ersichtlich, wobei zwischen Antriebsmotor 3 und dem Getriebe 13 hier ein Drehmomentsensor 14 schematisch angedeutet ist, dessen Signalleitung 15 mit einem frei programmierbaren Schaltwerk 16 verbunden ist. Ebenso sind Vibrationssensoren 17 über eine
Signalleitung 18 mit dem frei programmierbaren Schaltwerk 16 verbunden. Die im frei programmierbaren Schaltwerk 16 generierten Messwerte bzw. abgeleiteten Größen werden über eine Leitung 19 dem Computer 20 zugeführt. Die jeweils generierten Steuersignale gelangen über den Bus 21 und gegebenenfalls entsprechende manuell betätigbare Schalter, wie vom Bedienungspersonal beeinflussbare Konsolen, wie sie schematisch mit 22 bezeichnet sind, zu Ausgabeleitungen 23, 24 und 25, die jeweils unterschiedliche Stellgrößen bzw. Regelungen bewirken. über die Leitung 23 kann hierbei die Notabschaltung der Maschine bzw. der Mühle gesteuert werden, wohingegen über die Leitung 24 ergänzende, vorbeugende Schutzmaßnahmen an die entsprechenden Stellgrößen der Mühle kommuniziert werden. über die Leitung 25 kann hierbei wiederum die umfassende überwachung und gegebenenfalls zusätzliche Beeinflussung von Parametern ausgelöst werden. Die jeweils rückgemeldeten Prozessdaten gelangen über eine Leitung 26 wiederum zurück zur Rechnereinheit bzw. dem Computer 20, wobei über die Leitung 27 die jeweils für die gesonderte Sicherheitsabschaltung erforderlichen Messdaten übertragen werden und gelangen in der Folge über eine Leitung 28 von der Rechnereinheit bzw. dem Computer 20 zu dem frei programmierbaren Schaltwerk 16.
Insgesamt ergibt sich durch diese mehrere Ebenen aufweisende Steuer- und Regellogik der Vorteil, dass Notabschaltungen wesentlich seltener beobachtet werden und dass die Wirtschaftlichkeit des Betriebs der Mühle wesentlich verbessert werden kann.