Die Erfindung betrifft ein Regelungs-Uberwachungssystem für eine Seilförderanlage mit elektrischer Antriebs¬ maschine, insbesondere für eine Förderanlage großer Teufe und/oder mit einem nichtmetallischen Seil, bei der zur Vermeidung einer Anregung von Schwingungen der bewegten

Massen von Seil und Last durch Geschwindigkeitsänderungen der Last, durch Drehzahländerungen der Antriebsmaschine oder bei mechanischen Notbremsungen, die Sollwerte der als Führungsgrößenregelung ausgebildeten Regelung dem Längs- Schwingungsverhalten des Systems oder einer seiner Haupt¬ komponenten fortlaufend schwingungsvermeidend -oder zumindest-mindernd , angepaßt wird.

Entsprechende Regelungen zur Ruckvermeidung und damit Vermeidung der Anregung von Seillängsschwingungen bei

Schachtförderanlagen, sind z.B. aus der EP-0 289 813 Bl (SA 88/2660) in einfacher Form sowie aus der SA 90/7429 und SA 91/5451 in verbesserter Form bekannt. Die in den vorgenannten Veröffentlichungen beschriebenen Regelungen liefern zufriedenstellende Resultate, wenn das Förderseil nicht zu lang oder nicht besonders elastisch ist; eine Verringerung des Seilsicherheitsfaktors, der auch einen Anteil zur Berücksichtigung der Seilschwingungen enthält, erlauben sie jedoch nicht ohne weiteres. Hierzu ist eine Garantie für eine geringere Seilbeanspruchung durch Schwingungen unter allen Betriebsbedingungen und auf Dauer notwendig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Uberwachungssyste anzu¬ geben, das Schwingungen, insbesondere Längsschwingungen, aber auch Querschwingungen, in den Förderseilen im Dauerbetrieb mit Sicherheit erkennt, vorzugsweise auch klassifiziert und ihre Minimierung ermöglicht. Die maxi¬ male betriebliche Belastung der Förderseile soll sicher soweit verringert werden, daß eine dauerhafte Herabsetzung des Seilsicherheitsfaktors möglich ist. Auch weitaus elastischere Seile als Stahlseile, die leichter in großen Amplituden schwingen, sollen verwendbar werden. Weiterhin soll eine sichere Erfassung, Meldung und Ausregelung (Minimierung) von Seilschwingungen aller Art unabhängig von der Anregung, z.B. durch Seilscheibenschlag, Spurlattenfehler etc. erreicht werden.

Die Hauptaufgabe wird dadurch gelöst, daß das ununter¬ brochene, einwandfreie Funktionieren der Anpassung sowie die Größe von, z.B. aus Querkräften resultierenden, Rest¬ fehlern durch Uberwachungs- und Meßeinrichtungen überwacht und ebenfalls kompensiert werden. Durch die erfindungs¬ gemäße Überwachung und Kompensation, wird die Seilbean¬ spruchung durch Schwingungen sicher so erheblich redu¬ ziert, daß eine größere Teufe oder die Verwendung elastischerer Seile möglich ist. Mit Vorteil wird aus Sicherheitsgründen dabei der Regelung der zwingend vorhandenen Sicherheitsbremse laufend die Förderge¬ schwindigkeit aufgegeben, so daß auch bei einer Not¬ bremsung an beliebiger Stelle das Regelsystem die Sicherheitsbremse derart ansteuert, daß die Anregung von Schwingungen der bewegten Massen des Systems auch bei einer Notbremsung vermieden wird.

Entsprechend der Ausbildung des Notbremssystems weist auch das Uberwachungssystem zwei redundante, vorzugsweise identische, Automatisierungseinheiten oder autonom arbei¬ tende Automatisierungsgeräteteile auf, die vorzugsweise zur Funktionsselbstkontrolle eine intermittierend ange¬ steuerte Uberkreuzschaltung besitzen und bei denen eine fortlaufende Überprüfung auf gleiche Reaktionen statt¬ findet. Hierzu wird das erfindungsgemäße Uberwachungs¬ system vorteilhaft in den sicherheitsgerichteten Teil der Regelung und Steuerung der Fördermaschine integriert. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Förder¬ maschinensteuerung und -regelung modulartig aufgebaut ist, da so einfach und sicher eine Anpassung des sicherheits¬ gerichteten Teils an die jeweiligen Anforderungen eines Schachtes vorgenommen werden kann. Nur die Funktions¬ bausteine, die spezifische Eigenarten der Schachtanlage berücksichtigen, brauchen jeweils angepaßt werden, der Rest der Funktionsbausteine, und dies ist insbesondere für den Softwareteil wichtig, kann unverändert bleiben. Softwarefehler können so mit größerer Sicherheit vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Überwachung kann vorteilhaft einfach durch eine fortlaufende Seilkraftmessung erfolgen, wobei insbesondere der Traglastanteil und der Schwingungsanteil getrennt erfaßt und ausgewertet werden. So ist es vor¬ teilhaft möglich, den aus den Seilschwingungen resultie¬ renden Anteil der Seilbeanspruchung zu erfassen, so daß der Seilsicherheitsfaktor um den größten Teil des Schwingungsanteils herabgesetzt werden kann. Vorteilhaft erfolgt dabei zumindest die Erfassung des Schwingungs¬ anteils durch ein völlig von den sonstigen Regelein¬ richtungen getrenntes, mit den sicherheitsrelevanten

Teilen verbundenes, System, so daß eine fortlaufende

Überwachung und eine Überführung in den sicheren Zustand bei Fehlfunktion sichergestellt werden kann.

Die Kraftmessung kann einfach, etwa an einer Ab- oder

Umlenkscheibe, vorteilhaft an ihren Lagern, die leicht mit Kraftmeßdosen ausrüstbar sind, erfolgen; evtl. ergänzt durch eine Messung an der Förderkorbaufhängung. Ebenso kann auch eine Messung über die elektrischen Größen der Antriebsmaschine erfolgen, hier sind jedoch Einzelstöße und schlagartige Anregungen nur ungenau erfaßbar. Die elektrische Messung entspricht dabei im Prinzip der Messung, die aus der Hängseil-Uberwachungseinrichtung von Fördermaschinen (EP-0 402518 AI) bekannt ist.

In Ausbildung der Erfindung ist vorteilhaft vorgesehen, daß die einzelnen Teile der Seilkraft durch Analog- oder Digital- filter, insbesondere durch Baπdpaßfilter, ermittelt werden. So werden Grenzwertüberschreitungen sicher detektiert. Detektierte Grenzwertüberschreitungen der Seilkraft werden vorteilhaft durch Uberwachungsein- richtungen angezeigt und insbesondere Korrekturrechen¬ einheiten aufgegeben. Unzulässig hohe Seilkräfte werden durch die Korrektur-Recheneinheiten auf zulässige Werte zurückgeführt oder, wenn dies nicht sofort möglich ist, die Anlage vorteilhaft in einen sicheren Betriebszustand überführt, bis die Ursache der Überschreitung der hochstzulässigen Seilkraft beseitigt worden ist.

In Ergänzung der Seilkraftmessung ist weiterhin vorteil¬ haft vorgesehen, daß das Uberwachungssystem Beschleuni- gungs- und/oder Schwingungsamplituden-Meßeinrichtungen in Verbindung mit dem Seil oder mit der Last, z.B. am

Förderkorb, aufweist, die mit Auswerteeinheiten, insbe¬ sondere integrierenden Auswerteeinheiten und Meldeein¬ richtungen, verbunden sind. So steht eine weitere, zusätz¬ liche Uberwachungsmöglichkeit für das erfindungsgemäße System zur Verfügung, die die Genauigkeit und Sicherheit der Schwingungsausgleichsregelung weiter erhöht. Auch überlagerte Einflüsse können so erfaßt werden! Desweiteren ist es möglich, die Fördermaschinenregelung an den örtlichen Schachtzustand derart anzupassen, daß sich eine schwingungsminimierte Fahrkurve ergibt. Dabei ergibt sich aus dem sich einstellenden Geschwindigkeits- und Beschleu¬ nigungsverhalten auch ständig ein Hinweis auf den Zustand der Förderanlage.

Die Beschleunigungs- und/oder Schwingungsamplituden-Me߬ einrichtung wird vorteilhaft, ebenso wie die Kraftme߬ einrichtung am Förderkorb, über eine Korbtelefonieanlage oder eine Schachtsignal- und/oder Steuerungsanlage mit der Antriebsmaschinenregelung verbunden. Durch eine Integra- tion der Teile des Uberwachungssystems in vorhandene

Sicherheitseinrichtungen ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Überwachungssystems bei geringem Kostenaufwand möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung einer Schachtsignalanlage mit Datenspeicherung, da so eine Auswertung der Regeleingriffe in bezug auf den Schachtzustand möglich ist. Die erhaltenen Daten können einer fortlaufenden Auswertung durch Fachpersonal unter¬ zogen werden, so daß auch eine Tendenzerkennung und die Einleitung vorbeugender Maßnahmen gegen Störungen möglich ist. Geeignete Schachtsignalanlagen sind bekannt (z.B. Signal-Recorder 7KE 4196-8AA der Siemens AG) , sie erlauben eine mehrspurige Aufzeichnung von Daten, so daß auch der gegenseitige Einfluß verschiedener Störungsgrδßen aufeinander verfolgt werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Uber- wachungssystems mit der Möglichkeit, durch klassische Regelungen nicht kompensierbare Einflüsse zu minimieren, besteht darin, zusätzlich eine insbesondere mit gewich- tete Eingriff zuschaltbare, Fuzzy-Control-Einheit, vorzusehen. Von dieser können sonst nicht ausgeregelte Schwingungen, insbesondere Querschwingungen des Seils aufgrund von wissensbasierten Regeln oder zusätzliche Sensoren, minimiert werden. Fuzzy-Control-Einheiten sind ebenso wie Neuroco puter in anforderungsmäßig vergleich¬ baren Bereichen, z.B. im Stahlwerksbereich, bekannt

(DE-40 08 510 AI). Ihren Anwendungen auch im Bergbau steht nichts im Wege. Mit ihnen kann eine weitere, auf die speziellen Gegebenheiten jeder Schachtanlage abgestellte, Verbesserung erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die Möglichkeit, die Fuzzy-Control-Einheit bzw. einen Neurocomputer zunächst parallel zu der klassischen Regelung zu installieren und entsprechend der wachsenden Betriebserfahrung bei längerem Gebrauch der normalen Regelung zu überlagern. Die Sicherheit der Anlagenfahr¬ weise wird so zu keiner Zeit beeinträchtigt und das Regelungsverhalten in Bereichen, die eine klassische Regelung nicht erfassen kann, verbessert.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigen:

FIG 1 eine Darstellung der Seilkraftverhältnisse ohne Ausregelung der Schwingungen, IG 2 eine Darstellung der Seilkraftverhältnisse mit verringerten Seilschwingungen,

FIG 3 beispielhafte Meßorte,

FIG 4 den Zusammenhang der Einflüsse auf die Seilkraft¬ ermittlung und

FIG 5 eine Prinzipschaltung für die Ermittlung der schwingenden Anteile in der Seilkraft.

In FIG 1 bezeichnet 1 einen absoluten Sicherheitsabstand zwischen der Bruchkraft 3 und der Spitzenkraft 2, die sich aus der Addition der statischen Last 5 und der größten zu erwartenden Lastspitze im Rahmen der Schwingung 6 ergibt. Der Mittelwert der dynamischen Last wird durch 4 angegeben.

In FIG 2 bezeichnet 9 die unveränderte Bruchkraft und 7 den erhöhten absoluten Sicherheitsabstand entsprechend der geringeren Amplitude der Restschwingung 12. Der Spitzen¬ wert der Restschwingung 12 ist durch 8 angegeben. Den Mittelwert der dynamischen Last bezeichnet 10, er liegt in diesem Beispiel auf gleicher Höhe wie in FIG 1. Auch die statische Last, gekennzeichnet durch 11 liegt auf gleicher Höhe wie in FIG 1.

Aus dem Vergleich der FIG 1 und 2 ergibt sich, daß durch die erfindungsgemäße Seilschwingungsvermeidung oder -minimierung entweder ein erhöhter absoluter Sicherheits¬ abstand zur Bruchkraft erreicht wird oder bei gleichem absoluten Sicherheitsabstand 1 ein Absenken der zulässigen Bruchkraft oder ein Anheben der dynamischen Last möglich ist. Mit der erfindungsgemäßen Überwachung ausgerüstete Schachtförderanlagen können also entweder mit dünneren

Seilen ausgerüstet werden, bei gleicher Seildicke tiefer abgeteuft oder höher belastet werden. In jedem Fall ergibt sich ein prinzipieller, erheblicher Vorteil, der auch

unbedenklich ausgenutzt werden kann, da er der gleichen laufenden Sicherheitsüberwachung unterliegt wie die übrigen sicherheitsrelevanten Systeme.

In FIG 3 bezeichnen 13 und 14 Seilscheiben, an deren Lagern vorteilhaft die Seilkraftmessungen vorgenommen werden können. Die für die Kraftmessung benötigten Meßeinrichtungen sind schematisch dargestellt und mit den Ziffern 15 und 16 bezeichnet. Eine Kraftmessung an den Seilscheiben 13 und 14 ist besonders einfach, da hier die Seilkräfte ebenso wie eventuell die Seilscheibenschwin¬ gungen durch ortsfeste Einrichtungen ermittelt werden können. Den Vorteil der Ermittlung durch ortsfeste Einrichtungen hat auch das Messen der elektrischen Größen in den Seiltrommelantrieben 17 und 18. Nachteilig ist hier jedoch die Dämpfung der Seilschwingungen durch die Seilscheiben 13 und 14. Vorteilhaft kann hier jedoch die statische Last sehr genau ermittelt werden.

Von besonderem Vorteil ist eine Kraftmessung direkt an den Aufhängungen der Förderkörbe 19 und 20. Hier sind die Seilschwingungen völlig ungedämpft, eine Übermittlung der Meßwerte ist Jedoch nur über eine Korbtelefonieanlage oder über eine Schachtsignalanlage möglich, so daß die Messung wesentlich aufwendiger wird als an den Seilscheiben 13 und 14. Unter Sicherheitsaspekten ist sowohl eine fortlaufende Überwachung auf Überschreiten von Höchstwerten als auch eine Messung der einzelnen Kraft- und Schwingungskompo¬ nenten mit dem Ziel der Minimierung, an allen drei schematisch angedeuteten Meßpunkten erwünscht.

Vorteilhaft und überraschend einfach durchführbar ist auch eine Messung der Seilschwingungsamplituden in Querrich-

tung, etwa zwischen den Seiltrommeln und den Seilscheiben sowie im Schacht. Hierfür bieten sich Infrarotlasergeräte an, wie sie z.B. im Tagebau mit gutem Erfolg eingesetzt werden. Geräte dieser Art mit Strahlgittern eignen sich besonders als Geräte für die Überwachung der Querschwin- gungsamplitude.

In der schematischen Darstellung von FIG 4 bezeichnet 21 das Signal der Nutzlastmasse, 22 das Signal der Förder- mittelmasse, 23 die Seilmasse je Längeneinheit und 24 die Seillänge. Seilmasse und Seillänge werden in 25 mitein- ander multipliziert und gelangen ebenso wie die Signale der einzelnen Massen in die Einheit 26, wo sie addiert werden. Die zusammengefaßten Massengrößen werden der Einheit 27 aufgegeben und hier mit der Erdbeschleunigung 28 und der Beschleunigung der Fördermaschine 29, die in der Einheit 30 zusammengefaßt werden, miteinander verknüpft. Nach Abzug der gemessenen Seilkraft in der Einheit 32 erfolgt dann die Auswertung des Schwingungs- anteils in der Einheit 33.

FIG 5 zeigt eine für die Auswertung geeignete Schaltung für die gemessene Seilkraft 34. Das Signal der gemessenen Seilkraft 34 wird einmal einem Bandpaßfilter 37 aufge- geben, der alle Frequenzen zwischen den größten und kleinsten Frequenzen hindurchläßt, (so erhält man an seinem Ausgang die schwingenden Anteile in der Seilkraft, die in 35 ausgewertet werden können) und zum anderen der Auswerteeinheit 36 aufgegeben, die die absolute Kraft ermittelt. Die Schaltung in FIG 5 zeigt lediglich eine besonders einfache Ausgestaltung, es versteht sich für den Fachmann, daß auf ähnlichem Weg z.B. auch die einzelnen Anteile der Seilkraft, wie sie evtl. aus Querkraft¬ einflüssen resultieren, ermittelt werden können.

Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ist insbesondere für Förderanlagen geeignet, die tiefer abgeteuft werden sollen, z.B. um neue Lagerstätten zu erschließen. Es ist aber ebenso von Vorteil, wenn neue Seile aufgelegt werden müssen. Dann kann ein schwächeres Seil gewählt werden.

Unumgänglich notwendig wird ein derartiges System, wenn in Zukunft Förderseile sehr hoher Elastizität verwendet werden, z.B. aus Glas- oder Kohlefasern. Diese Seile sind nicht nur elastischer, sondern auch leichter als die bisher üblichen Stahlseile und neigen stärker zum

Schwingen. Eine vollständige Schwingungsüberwachung ist hier unumgänglich.