Verfahren zur Steuerung eines Mühlensystems mit zumindest ei ^¬ ner Mühle, insbesondere einer Erzmühle oder Zementmühle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Mühlensystems sowie eine entsprechende Steuervorrichtung und ein entsprechendes Mühlensystem.

Die Erfindung betrifft die Steuerung von Mühlen, insbesondere von Rohrmühlen, wie z.B. Kugelmühlen oder SAG-Mühlen (SAG = Semi-Autogenous Grinding Mills) . Diese Mühlen dienen zum Zer- mahlen von grobkörnigem Material, wie z.B. Erzen oder Zement. Hierzu wird einem Mühlenkörper das zu mahlende Gut zugeführt, und über eine Rotation des Mühlenkörpers erfolgt die Zerklei ^¬ nerung des Guts durch Aufprall von Partikeln sowie durch Reibung innerhalb des zirkulierenden Guts. Generell wird in au ^¬ togenen Mühlen dem Mühlenkörper nur das Mahlgut zugeführt. In SAG-Mühlen werden dem Mahlgut zusätzlich Stahlkugeln zur Unterstützung des Mahlvorgangs zugesetzt. Kugelmühelen enthal ^¬ ten einen sehr viel größeren Anteil an Stahlkugeln, so dass der Mahlvorgang hauptsächlich durch die Stahlkugeln bewirkt wird .

Zur Rotation des Mühlenkörpers der oben beschriebenen Mühlen wird elektrische Energie benötigt, mit der ein entsprechender Elektromotor angetrieben wird. Diese Energie wird aus einem Stromnetz entnommen. Der Energiebedarf ist dabei außerordentlich hoch und liegt bei SAG-Mühlen im Bereich von bis zu 30 MW. Allgemein verbrauchen Erzmühlen ungefähr 3% der weltweiten elektrischen Energieproduktion.

Aufgrund der Zunahme von erneuerbaren Energien bei der Stromerzeugung kommt es häufig zu Schwankungen bei der in einem Stromnetz bereitgestellten elektrischen Leistung bzw. Energie. Es besteht deshalb das Bedürfnis, den Energieverbrauch von großen Stromkonsumenten, wie den oben beschriebenen Müh- len, an die schwankende, im Stromnetz zur Verfügung stehende Energiemenge anzupassen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Steu erung eines Mühlensystems zu schaffen, so dass der Energie ^¬ verbrauch des Mühlensystems an das Stromnetz angepasst ist, aus dem das Mühlensystem elektrische Leistung bezieht.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch bzw. die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 12 bzw. das Mühlen System gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Steuerung eines Müh lensystems mit zumindest einer Mühle, insbesondere einer Erz mühle oder Zementmühle, wobei für den Betrieb des Mühlensys ^¬ tems aus einem Stromnetz elektrische Energie entnommen wird, mit der die Rotation zumindest eines Mühlenkörpers bewirkt wird, wodurch dem zumindest einen Mühlenkörper zugeführtes Gut zerkleinert wird. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfah rens wird für das Mühlensystem eine aus dem Stromnetz zu ent nehmende Sollleistungsentnahme vorgegeben, und eine oder meh rere Stellgrößen des Mühlensystems werden derart geregelt, dass die aus dem Stromnetz entnommene (elektrische) Leistung der Sollleistungsentnahme entspricht. Der Begriff der Soll ^¬ leistungsentnahme ist dabei weit zu verstehen und kann neben einem vorgegebenen Leistungsbereich bzw. einer vorgegebenen Leistung auch eine entsprechende Leistung für eine vorbe ^¬ stimmte Zeitspanne und damit auch einen Energiewert bzw. ei ^¬ nen Energieintervall umfassen. Ebenso kann sich der Begriff der entnommenen Leistung auf eine Leistung für eine vorbestimmte Zeitspanne und damit auf eine Energie beziehen. Der Begriff der Sollleistungsentnahme bzw. der entnommenen Leistung kann rein die Leistungsentnahme durch das Mühlensystem betreffen, ggf. kann sich die Sollleistungsentnahme bzw. ent nommene Leistung auch auf eine Leistungsentnahme eines große ren Systems beziehen, welches das Mühlensystem umfasst. Die Erfindung beruht auf der Idee, dass der Betrieb einer Mühle nicht nur intern optimiert werden kann, sondern auch externe Größen in der Form einer geeignet festgelegten Sollleistungsentnahme berücksichtigt werden können. Hierdurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die Leis ^¬ tungsentnahme des Mühlensystems eine vorgegebene Größe nicht überschreitet bzw. innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, so dass es nicht zu übermäßigen Belastungen im Stromnetz kommt. Ebenso kann der Betrieb des Mühlensystems derart ausgestaltet sein, dass dem Stromnetz über das Mühlensystem- entsprechende Regelleistung bzw. Regelenergie bereitgestellt wird, wie weiter unten noch näher beschrieben wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat besondere Vorteile für Mühlensysteme mit hohem Stromverbrauch. Deshalb wird die Er ^¬ findung vorzugsweise in einem Mühlensystem eingesetzt, wel ^¬ ches eine Rohrmühle und/oder eine SAG-Mühle und/oder eine Ku ^¬ gelmühle umfasst, welche einen hohen Bedarf an elektrischer Energie im Bereich einiger Megawatt haben.

Um im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Regelung nicht rein von einer Sollleistungsentnahme abhängig zu ma ^¬ chen, werden die Stellgröße oder Stellgrößen in einer bevorzugten Variante derart geregelt, dass ein Mindestdurchsatz an gemahlenem Gut und/oder eine Mindestqualität des gemahlenen Guts erreicht werden. Der Mindestdurchsatz entspricht dabei der Menge an erzeugtem gemahlenem Gut pro Zeiteinheit. Die Mindestqualität kann auf verschiedene Arten festgelegt wer ^¬ den, beispielsweise kann die Mindestqualität durch eine ent- sprechende Korngröße des gemahlenen Guts oder andere Eigen ^¬ schaften des gemahlenen Guts spezifiziert werden.

In einer besonders bevorzugten Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens dient das Mühlensystem zur Bereit- Stellung von Regelleistung an das Stromnetz. Regelleistung wird heutzutage einem Stromnetz über entsprechende Kraftwerke kurzfristig zugeführt, wobei nunmehr ein Energieverbraucher in der Form eines Mühlensystems dazu genutzt wird, diese Re- gelleistung bereitzustellen. Der Begriff der Regelleistung ist dabei weit zu verstehen und umfasst nicht nur die reine Leistung in der Form von Energie pro Zeit, sondern ggf. auch eine Leistung in einem vorgegebenen Zeitintervall und damit eine Regelenergie. Um das Mühlensystem zur Bereitstellung von Regelleistung einzusetzen, wird die vorgegebene Sollleis ^¬ tungsentnahme im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durch einen vorgegebenen Regelleistungsbedarf im Stromnetz spezifiziert, wobei dieser Regelleistungsbedarf auch einen Leistungsbedarf für eine vorbestimmte Zeiteinheit und damit ein Regelenergiebedarf darstellen kann. Dabei werden die Stellgröße oder Stellgrößen des Mühlensystems derart gere ^¬ gelt, dass die aus dem Stromnetz entnommene Leistung um den vorgegebenen Regelleistungsbedarf reduziert wird, so dass die benötigte Regelleistung über die Reduktion des Energieverbrauchs der Mühle zur Verfügung steht. Der Regelleistungs ^¬ bedarf, der üblicherweise mit der Zeit schwankt, kann dem Mühlensystem in geeigneter Weise signalisiert werden, beispielsweise indem der Betreiber des Stromnetzes dem Mühlen- system den gerade benötigten Regelleistungsbedarf mitteilt.

Gegebenenfalls besteht auch die Möglichkeit, dass das Mühlen ^¬ system selbst den Regelleistungsbedarf im Stromnetz detek- tiert, wobei entsprechende Detektionsverfahren an sich be ^¬ kannt sind. Beispielsweise kann der Regelleistungsbedarf über eine Verminderung der Netzfrequenz festgestellt werden.

In einer weiteren Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Sollleistungsentnahme auch durch einen vor ^¬ gegebenen Leistungsbereich spezifiziert werden, wobei die Stellgröße oder Stellgrößen des Mühlensystems derart geregelt werden, dass die Leistung, welche zumindest von dem Mühlensystem und insbesondere auch von anderen Komponenten einer das Mühlensystem umfassenden Gesamtanlage entnommen wird, innerhalb des vorgegebenen Leistungsbereichs liegt. Der Leis- tungsbereich kann dabei durch den Stromnetzbetreiber vorgegeben sein und derart gewählt sein, dass keine zu großen

Schwankungen im Rahmen des Stromverbrauchs des Mühlensystems auftreten. Ebenso kann der vorgegebene Sollleistungsbereich durch den Betreiber des Mühlensystems bzw. der Gesamtanlage festgelegt werden. Beispielsweise kann der Betreiber des Müh ^¬ lensystems bzw. der Gesamtanlage bei der Spezifikation des Leistungsbereichs die mit dem Stromnetzbetreiber geschlosse ^¬ nen Verträge berücksichtigen, welche üblicherweise hohe

StrafZahlungen bei Überschreiten bzw. Unterschreiten entsprechender Schwellwerte für die aus dem Stromnetz entnommene Leistung festlegen. Entsprechend der Schwellwerte kann dann der vorgegebene Leistungsbereich definiert werden, um hierdurch StrafZahlungen zu vermeiden.

Als Stellgrößen, welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt werden, kommen insbesondere solche Stellgrößen in Betracht, welche einen signifikanten Einfluss auf die Leis ^¬ tungsentnahme des Mühlensystems haben. Vorzugsweise umfassen die Stellgrößen dabei die Drehzahl des zumindest einen Mühlenkörpers, denn diese Drehzahl bedingt die vom Antrieb des Mühlensystems benötigte elektrische Leistung und hängt somit stark von der aus dem Stromnetz entnommenen Leistung ab. Es können jedoch auch beliebige andere Stellgrößen im Rahmen der erfindungsgemäßen Regelung berücksichtigt werden, welche Einfluss auf den Energieverbrauch haben bzw. mit denen der Energieverbrauch der Mühle und damit der Produktionsprozess opti ^¬ miert werden kann. Insbesondere können die Stellgrößen die Menge an Gut umfassen, welche dem zumindest einen Mühlenkörper bei dessen Rotation zugeführt wird. Ebenso kann die Menge an Wasser, welche dem zumindest einen Mühlenkörper bei dessen Rotation zugeführt wird, bei Steuerung des Mühlensystems be ^¬ rücksichtigt werden. In Rohrmühlen erfolgt der Mahlvorgang in der Regel immer unter Zusetzung von Wasser.

Darüber hinaus können als Stellgrößen die Einstellung einer oder mehrerer, im Mühlensystem verwendeter Hydrozyklon- Einheiten berücksichtigt werden. Eine Hydrozyklon-Einheit dient dabei dazu, gemahlenes Gut nach Korngröße zu separie ^¬ ren, so dass solches Gut, welches noch nicht die gewünschte Korngröße erreicht hat, nochmals der Mühle zugeführt wird. Durch entsprechende Anpassung der Hydrozyklon-Einheit kann der Energiebedarf der Mühle und damit die Leistungsentnahme aus dem Stromnetz angepasst werden. Beispielsweise kann die durch die Hydrozyklon-Einheit durchgeführte Separierung der ^¬ art verändert werden, dass die Mindestkorngröße, ab der das gemahlene Gut nicht mehr der Mühle zugeführt wird, heraufge ^¬ setzt wird. Hierdurch kann Energie eingespart werden, da we ^¬ niger Gut dem Mühlenkörper rückgeführt wird.

In einer besonders bevorzugten Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Stellgröße oder Stellgrö ^¬ ßen basierend auf einer Optimierung mit dem Optimierungs ^¬ ziel (en) eines möglichst geringen Energieverbrauchs des Müh ^¬ lensystems pro Masseneinheit von gemahlenem Gut und/oder ei ^¬ nes möglichst großen Durchsatzes an gemahlenem Gut (d.h. ei ^¬ ner möglichst großen Menge an pro Zeiteinheit erzeugten ge ^¬ mahlenen Gut) und/oder einer möglichst hohen Produktqualität des gemahlenen Guts und/oder eines möglichst geringen Verschleißes des Mühlensystems optimiert. Dabei besteht eine Ne ^¬ benbedingung der Optimierung darin, dass die aus dem Stromnetz entnommene Leistung der Sollleistungsentnahme ent ^¬ spricht. Hierdurch kann auf einfache Weise unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Sollleistungsentnahme ein möglichst optimaler Betrieb des Mühlensystems basierend auf einem oder mehreren der oben genannten Optimierungsziele erreicht werden. Bei der Berücksichtigung mehrerer Optimierungsziele können die einzelnen Optimierungsziele in geeigneter Weise über entsprechende Gewichtungsfaktoren gewichtet werden.

Vorzugsweise fließen neben der oben genannten Nebenbedingung betreffend die Sollleistungsentnahme auch noch eine oder meh ^¬ rere weitere Nebenbedingungen bei der Optimierung mit ein. In einer bevorzugten Aus führungs form wird dabei als weitere Nebenbedingung der bereits oben erwähnte Mindestdurchsatz an gemahlenem Gut bzw. die bereits oben erwähnte Mindestqualität des gemahlenen Guts berücksichtigt. Die weitere Nebenbedin ^¬ gung besteht dabei darin, dass ein Mindestdurchsatz und/oder eine Mindestqualität erreicht werden. In einer besonders bevorzugten Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Regelung der Stellgröße oder Stellgrößen mit einem an sich bekannten Modellprädikativen Regler, der auf einem Gesamtmodell der Mühle basiert, welches eine oder mehrere Betriebsgrößen der Mühle in Abhängigkeit von der Veränderung des oder der Stellgrößen vorhersagt. Die Modell-prädikative Regelung ist dabei an sich aus dem Stand der Technik bekannt und wird nicht weiter im Detail beschrieben.

In einer bevorzugten Variante wird als Gesamtmodell für den Modell-prädikativen Regler ein dynamisches Zustandsraum- Modell verwendet, welches den aktuellen Mühleninhalt, einen Energieverbrauch der Mühle, sowie eine aktuelle Bruchrate grober Partikel in feinere Klassen beschreibt. Beispiele sol ^¬ cher Modelle finden sich in Rajamani, R.K.; Herbst, J., "Optimal Control of a Ball Mill Grinding Circuit. Pt .1 : Grinding Circuit Modelling and Dynamic Simulation", Chemical Engineering Science, 46(3), 861-870, 1991. Dynamische Modelle erlau ^¬ ben Vorhersagen, wie sich Änderungen in der Drehzahl oder der Zufuhrgeschwindigkeit des zu mahlenden Materials in die Mühle auf das Gesamtsystem (insbesondere die Bruchrate, den Ener ^¬ gieverbrauch, und das Austragsverhalten der Mühle) auswirken. Daher sind diese Modelle ideal geeignet, um eine quantitative Optimierung der Zeitintervalle und der Geschwindigkeiten vorzunehmen. Ferner wird es hierdurch möglich, Drehzahltra ekto- rien anstelle fester Sollwerte pro Zeitintervall zu berech ^¬ nen .

In einer weiteren, besonders bevorzugten Aus führungs form wird das Gesamtmodell, welches bei der Modell-prädikativen Rege ^¬ lung berücksichtigt wird, im Betrieb des Mühlensystems unter kontinuierlicher Berücksichtigung von Betriebsgrößen der Mühle adaptiert.

Anstatt bzw. zusätzlich zu einem Modell-prädikativen Regler können auch andere Arten von Reglern verwendet werden. Insbesondere kann ggf. auch ein einfacher PID-Regler zum Einsatz kommen, der von einem linearen Zusammenhang zwischen der Veränderung einer oder mehrerer Stellgrößen und einer dadurch verursachten Veränderung der Leistungsentnahme aus dem Stromnetz ausgeht.

Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur Steuerung eines Mühlensystems mit zumindest einer Mühle, wobei für den Betrieb des Mühlensys ^¬ tems aus einem Stromnetz elektrische Leistung entnommen wird, mit der die Rotation zumindest eines Mühlenkörpers bewirkt wird, wodurch dem zumindest einen Mühlenkörper zugeführtes Gut zerkleinert wird, wobei die Vorrichtung derart ausgestal ^¬ tet ist, dass sie basierend auf einer für das Mühlensystem vorgegebenen, aus dem Stromnetz zu entnehmenden Sollleistungsentnahme eine oder mehrere Stellgrößen des Mühlensystems derart regelt, dass die aus dem Stromnetz entnommene Leistung der Sollleistungsentnahme entspricht. Die Steuervorrichtung ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine oder mehrere der oben beschriebenen bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Steuervorrichtung durchführbar sind.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Mühlensystem mit zumindest einer Mühle, insbesondere einer Erzmühle oder Ze ^¬ mentmühle, wobei für den Betrieb des Mühlensystems aus einem Stromnetz elektrische Leistung entnommen wird, mit der die Rotation zumindest eines Mühlenkörpers bewirkt wird, wodurch dem zumindest einen Mühlenkörper zugeführtes Gut zerkleinert wird. Das Mühlensystem umfasst dabei die oben beschriebene erfindungsgemäße Steuervorrichtung .

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Mühlensystem mit einer Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Steuereinheit; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuereinheit gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Mühlensystem 1 gezeigt. Das Mühlensystem 1 umfasst eine Erzmühle, die als Kugelmühle oder als SAG-Mühle ausgebildet ist. Sie ist mit einer adaptiven Model1- prädiktiven Steuereinheit 2 beschaltet, die den Betrieb des Mühlensystems 1 steuert. Als Hauptkomponenten umfasst das Mühlensystem 1 eine zentrale Mühle 3 mit einem Mühlenkörper in der Form einer Trommel 3a zum Mahlen des zugeführten Erz- materials und mit einem die Trommel 3a antreibenden und ins ^¬ besondere getriebelosen elektrischen Antrieb 3b. Der elektrische Antrieb und auch alle weiteren, im Mühlensystem elektrisch betriebenen Komponenten werden durch ein Stromnetz mit elektrischer Leistung bzw. Energie versorgt, wobei dieses Stromnetz in Fig. 1 schematisch angedeutet ist und mit Bezugszeichen PG bezeichnet ist.

Bei der Mühle 3 handelt es sich um eine an sich bekannte Müh- le, welche durch die Rotation der Trommel 3a darin befindli ^¬ ches Erzmaterial zerkleinert. Bei geringer Drehzahl der Trom ^¬ mel bildet das Erzmaterial dabei eine zusammenhängende Masse („Bündelung"), d.h. ein Großteil des Erzmaterials wird durch die Rotation umgerührt, wobei Erzpartikel durch Abriss und Schwerkräfte zerkleinert werden. Bei höheren Drehzahlen be ^¬ ginnt das Erzmaterial in der Trommel wie in einem Wasserfall zu stürzen („stürzen"), d.h. Erzpartikel fliegen frei durch die Trommel und schlagen dann auf deren Wandung bzw. auf davor verbliebene Erzpartikel auf, wobei die Erzpartikel durch den Aufprall zerbrochen werden. Bei mittleren Drehzahlen können diese beiden Effekte gleichzeitig auftreten. Bei beson ^¬ ders hohen Drehzahlen wird das Erzmaterial zentrifugiert , d.h. an die Trommelwand gepresst, wodurch die einzelnen Erz- Partikel nicht mehr brechen. Sowohl das bündelnde als auch das stürzende Bewegungsverhalten des Erzmaterials haben spe ^¬ zifische Vorteile in Bezug auf die Zerkleinerung, wobei diese Vorteile von der Art des zu mahlenden Erzes abhängen.

Im Rahmen der Zerkleinerung von Erzmaterial im Mühlenkörper wird dem Material ferner Wasser zugeführt, wodurch die aufge ^¬ brochenen Erzpartikel und das Wasser eine Aufschlemmung bzw. Pulpe bilden, welche anschließend durch ein Sieb innerhalb des Mühlenkörpers in eine Ausgabekammer fließt, in der sich radial erstreckende Stege bzw. Heber angeordnet sind, welche sich aufgrund der Rotation des Mühlenkörpers um eine horizon ^¬ tale Achse drehen. Am vertikal höchsten Punkt in der Ausgabe ^¬ kammer fällt die Pulpe in ein zentral angeordnetes Loch, über welches die Pulpe aus der Trommel 3a gelangt und einer Sumpf ^¬ einheit 4 zugeführt wird. Diese Sumpfeinheit ist mit einer an sich bekannten Hydrozyklon-Einheit 5 mittels einer Hydrozyk- lon-Zuflussleitung 6 verbunden. Aufgrund der Größe des Mühlenkörpers, dessen Durchmesser üb ^¬ licherweise im Bereich von mehreren Metern (z.B. 10 m) liegt, wird sehr viel elektrische Energie aus dem Stromnetz ver ^¬ braucht. Wesentlichen Einfluss auf den Energieverbrauch haben dabei die Rotationsgeschwindigkeit des Mühlenkörpers sowie der Füllzustand innerhalb des Mühlenkörpers. Üblicherweise werden zum Betrieb einer Kugelmühle bzw. SAG-Mühle bis zu 30 MW benötigt. Demzufolge kann das Mühlensystem durch entspre ^¬ chende Reduktion seines Energieverbrauchs, beispielsweise durch Verminderung seiner Rotationsgeschwindigkeit oder Ver- änderung des Füllzustands der Trommel, dem Stromnetz bei Be ^¬ darf Regelleistung in nicht unerheblicher Menge bereitstellen. In der hier beschriebenen Aus führungs form der Erfindung fungiert deshalb das Mühlensystem auch als eine Einheit, wel ^¬ che dem Stromnetz Regelleistung liefert. Um dies zu errei- chen, wird dem Mühlensystem über das Stromnetz ein aktueller Regelleistungsbedarf mitgeteilt, der in Fig. 1 mit RE bezeichnet ist und der Steuereinheit 2 als Eingangsgröße zuge ^¬ führt wird. Basierend auf der Regelleistung RE werden dann entsprechende Stellgrößen des Mühlensystems derart geregelt, dass der Energieverbrauch der Mühle entsprechend reduziert wird, so dass die Leistung entsprechend dem Regelleistungsbe ^¬ darf im Stromnetz zur Verfügung steht. Zwar führt diese Re- duktion im Energieverbrauch temporär zu einer geringeren Produktionsleistung der Mühle, jedoch erhält der Mühlenbetreiber aufgrund der Bereitstellung von Regelleistung eine finanzielle Vergütung durch den Stromnetzbetreiber, welche sogar größer als die Produktionsverluste sein kann.

In der Hydrozyklon-Einheit 5 findet eine Separierung des aus ^¬ gegebenen Guts in fein genug gemahlenes und in noch zu grob körniges Material statt. Das fein gemahlene Material gelangt in eine ausgangsseitige Ausflussleitung 7, die an eine nicht näher dargestellte, dem Mühlensystem 1 nachgeschaltete Kompo ^¬ nente angeschlossen ist. Dagegen wird das grob körnige Mate ^¬ rial über eine Rückflussleitung 8 wieder einem Zufuhrschacht 9 der zentralen Mühle 3 zugeführt. Der Zufuhrschacht 9 ist außerdem an Förderbänder 10 angeschlossen, mittels derer ungemahlenes Erzmaterial aus einem Erzvorrat 11 zugeführt wird. Anstelle der Förderbänder 10 kann auch ein anderes Zufuhraggregat vorgesehen sein. Weiterhin ist der Zufuhrschacht 9 an einen Wasserzulauf 12 ange- schlössen. Ein weiterer Wasserzulauf 13 ist an der Sumpfeinheit 4 vorgesehen.

Das Mühlensystem 1 enthält außerdem eine Vielzahl an Messwertaufnehmern, die Messwerte für verschiedene Betriebsgrößen B erfassen und mittels Messleitungen 14 der Steuereinheit 2 zuführen. Beispielsweise sind ein Gewichtmesser 15 an den Förderbändern 10, ein Flussmesser 16 am Wasserzulauf 12, ein Leistungs- und Drehmomentmesser 17 am Antrieb 3b, ein Ge ^¬ wichtmesser 18 zur Erfassung einer Beladung der Trommel 3a, ein Flussmesser 19 am Wasserzulauf 13, ein Niveaumesser 20 an der Sumpfeinheit 4, ein Korngrößenmesser 21, ein Flussmesser 22 und ein Druckmesser 23 jeweils an der Hydrozyklon-Zu- flussleitung 6, ein Dichtemesser 24 an der Rückflussleitung 8 und ein Korngrößenmesser 25 an der Ausflussleitung 7 vorgesehen. Diese Aufzählung ist beispielhaft zu verstehen. Grund ^¬ sätzlich können noch weitere Messwertaufnehmer vorgesehen sein. Die jeweiligen Messungen erfolgen stets online und in Echtzeit, so dass in der Steuereinheit 2 immer aktuelle Mess ^¬ werte verfügbar sind.

Neben den Messwertaufnehmern hat das Mühlensystem 1 auch mehrere lokale Regler, die mittels Steuerleitungen 26 an die Steuereinheit 2 angeschlossen sind. Im Einzelnen sind ein Gewichtregler 27 an den Förderbändern 10, ein Flussregler 28 am Wasserzulauf 12, ein Drehzahlregler 29 am Antrieb 3b, ein Flussregler 30 am Wasserzulauf 13 und an der Hydrozyklon- Zuflussleitung 6, ein Niveauregler 31 an der Sumpfeinheit 4 und ein Dichteregler 32 an der Rückflussleitung 8 vorgesehen.

Die genannten Messwertaufnehmer und lokalen Regler sind nur beispielhaft zu verstehen. Im Einzelfall können auch weitere derartige Komponenten vorgesehen sein. Beispielsweise können an den Förderbändern 10 zusätzliche Informationen über die

Beschaffenheit des zugeführten ungemahlenen Erzmaterials bei ^¬ spielsweise mittels einer Lasermessung oder mittels einer Videoerfassung gewonnen werden. Ebenso ist aber auch eine Beschränkung auf nur einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Mess- wertnehmer und lokalen Regler möglich.

Außerdem können weitere Betriebsgrößen, die einer direkten Messung nicht zugänglich sind, mittels sogenannter Softsenso- ren bestimmt werden. Dabei wird auf erfassbare primäre Be- triebsgrößen zurückgegriffen, aus deren Messwerten mittels eines Auswertealgorithmus ein aktueller Wert der eigentlich interessierenden sekundären Betriebsgröße bestimmt wird. Die hierzu verwendete Auswerte-Software kann auch ein neuronales Netz umfassen.

In der Steuereinheit 2, welche weiter unten noch näher anhand von Fig. 2 beschrieben wird, erfolgt eine Einstellung von entsprechenden Stellgrößen A des Mühlensystems derart, dass die benötigte Regelleistung RE im Stromnetz PG bereitgestellt wird und ferner weiterhin ein möglichst optimaler Betrieb des Mühlensystems gewährleistet wird. Die von der Steuereinheit 2 geregelten Stellgrößen A haben Einfluss auf verschiedene Zu- standsgrößen der Mühle, die im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch stehen. In der hier beschriebenen Aus führungs form beeinflussen die Stellgrößen die Drehzahl des Mühlenkörpers über einen entsprechenden Drehzahlregler sowie die zugeführte Menge an zu mahlendem Erz über einen entsprechenden Regler der Geschwindigkeit des Förderbandes (nicht in Fig. 1 ge ^¬ zeigt) . Gegebenenfalls können auch noch weitere Stellgrößen einfließen, welche Einfluss auf die Leistung haben. Beispielsweise kann die Hydrozyklon-Einheit 5 so gesteuert wer ^¬ den, dass das Material weniger fein gemahlen wird. Hierdurch wird zwar die Produktqualität vermindert, jedoch wird auch die verbrauchte Leistung herabgesetzt, so dass Regelleistung für das Stromnetz zur Verfügung steht. Da - wie weiter unten beschrieben - im Rahmen der Regelung eine Mindestproduktqua- lität als Nebenbedingung einbezogen werden kann, ist es somit möglich, bei Veränderung der Einstellungen der Hydrozyklon- Einheit immer noch eine Mindestqualität des gemahlenen Guts zu gewährleisten.

In der Steuereinheit 2 werden den Betrieb der Mühle repräsentierende Eingangsgrößen E verarbeitet, aus denen über eine an sich bekannte Modell-prädikative Regelung geeignete Stellgrö ^¬ ßen bestimmt werden. In der hier beschriebenen Ausführungsform beruht die Regelung dabei auf einer Optimierung mit dem Optimierungsziel eines möglichst geringen spezifischen Ener ^¬ gieverbrauchs des Mühlensystems, d.h. eines möglichst gerin ^¬ gen Energieverbrauchs pro Masseneinheit von gemahlenem Gut. Dieser spezifische Energieverbrauch kann in geeigneter Weise in dem Mühlensystem über erfasste Messwerte ermittelt werden.

Gegebenenfalls kann als weiteres Optimierungsziel ein mög ^¬ lichst geringer Verschleiß des Mühlensystems einfließen, wo ^¬ bei zur Ermittlung des Verschleißes ebenfalls entsprechende Messparameter herangezogen werden. Insbesondere hängt der Verschleiß vom Füllzustand und der Rotationsgeschwindigkeit des Mühlenkörpers ab. Bei bestimmten Rotationsgeschwindigkei ^¬ ten und Füllzuständen ist das stürzende Bewegungsverhalten des Erzmaterials höher, was zu einem höheren Verschleiß führt. Entsprechende Zusammenhänge zwischen Rotationsge ^¬ schwindigkeit bzw. Füllzustand und dem Aufprall der Erzparti- kel sind dabei bekannt, so dass ein entsprechendes Maß für den Verschleiß bestimmt werden kann. Der Verschleiß kann da ^¬ bei auch ggf. für andere Komponenten des Mühlensystems in ge- eigneter Weise über erfasste Zustandsgrößen bestimmt werden.

Im Rahmen der Regelung durch die Steuereinheit 2 ist es wesentlich, dass bei der Optimierung der entsprechende Regel- leistungs- bzw. Regelenergiebedarf RE als einzuhaltende Ne- benbedingung einfließt, d.h. dass die Regelung derart erfolgt, dass die Leistung des Mühlensystems so angepasst wird, dass die entsprechende Regelenergie bzw. Regelleistung im Stromnetz zur Verfügung steht. In einer bevorzugten Variante werden dabei als weitere Nebenbedingungen berücksichtigt, dass eine vorbestimmte Mindestproduktqualität des gemahlenen Guts bzw. ein vorbestimmter Mindestdurchsatz erreicht wird, so dass die Mühle immer noch effizient betrieben wird. Der Durchsatz, d.h. die Menge an erzeugtem gemahlenem Gut pro Zeiteinheit, bzw. die Produktqualität kann wiederum gemessen werden bzw. über entsprechende Messwerte, wie z.B. die Korn ^¬ größe des gemahlenen Guts, festgelegt werden.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Steuereinheit 2 mit ih ^¬ ren wesentlichen Komponenten gezeigt. Sie umfasst ein adapti- ves Gesamtmodell 33 des Mühlensystems 1, eine Prädiktions-

Einheit 34, eine Vergleichs-Einheit 35, eine Parameter-Iden- tifizierungs- und Adaptionseinheit 36 sowie eine Optimie ^¬ rungseinheit 37. Diese Komponenten sind insbesondere als Software-Module realisiert.

Im Blockschaltbild gemäß Fig. 2 ist stellvertretend für die Vielzahl der in Figur wiedergegebenen Messwertaufnehmer eine Messeinheit 38 enthalten. Im Falle einer Ausgestaltung als Softsensor kann auch die Messeinheit 38 als Software-Modul und damit als integraler Bestandteil der Steuereinheit 2 rea ^¬ lisiert sein. Anderenfalls ist es jedoch ebenso möglich, dass es sich bei der Messeinheit 38 um physikalisch von der Steu- ereinheit 2 getrennte Baugruppen handelt.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Steuereinheit 2 nä ^¬ her beschrieben. Wie bereits erwähnt, werden eingangsseitig der Steuereinheit 2 verschiedene Eingangsgrößen E zugeführt. Hierbei kann es sich um Messwerte, aber auch um andere Betriebsdaten handeln. Mögliche Eingangsdaten E sind das Erzgewicht, die Härte des zu mahlenden Erzmaterials , der Wasserzufluss an den Wasserzu- läufen 12 und 13, der Materialrückfluss von der Hydrozyklo- nen-Einheit 5 zum Eingang 9 der zentralen Mühle 3, Korngrößenverteilungen an verschiedenen Stellen innerhalb des Mühlensystems 1 insbesondere in der Sumpfeinheit 4 oder in der ausgangsseitigen Ausflussleitung 7, Geometrie-Daten der zent- ralen Mühle 3, die Geschwindigkeit, mit der die Förderbänder 10 das zu mahlende Material dem Eingang 9 zuführen, und eine Geschwindigkeit, mit der das Endprodukt, also das gemahlene Material, den nachfolgenden Komponenten zugeführt wird. Die Eingangsgrößen E können sich also auf Prozessparameter, auf das Design des Mühlensystems 1, vor allem der zentralen Mühle 3, oder auf das Material beziehen. Ferner erhält die Steuereinheit 2 als Eingangsgröße einen Regelleistungsbedarf RE, der durch das Stromnetz signalisiert wird. Gegebenenfalls kann auch das Mühlensystem selbst den Regelleistungsbedarf, z.B. aufgrund einer Veränderung der Netzfrequenz, detektie- ren .

Wie oben beschrieben, ermittelt die Steuereinheit 2 Ausgangs ^¬ größen A, welche Stellgrößen zur Steuerung des Prozessablaufs sind. Diese Stellgrößen können unmittelbar, also ohne Zwischenschaltung lokaler Regler, auf Stellglieder einwirkende Größen darstellen. Ebenso können die Stellgrößen entsprechen- de Führungsgrößen für die verschiedenen lokalen Regler gemäß Fig. 1 darstellen.

Das adaptive Gesamtmodell 33 der Steuereinheit 2 beschreibt das Mühlensystem 1 in seiner Gesamtheit. Es setzt sich aus einer Kopplung mehrerer Submodelle zusammen. Die Submodelle beschreiben die zentrale Mühle 3, die Sumpfeinheit 4 und die Hydrozyklon-Einheit 5. Weitere Submodelle für andere Kompo ^¬ nenten des Mühlensystems 1 können bei Bedarf ergänzt werden. Das adaptive Gesamtmodell 33 lässt sich mittels Modellparame ^¬ ter P an die aktuell herrschenden Prozessbedingungen anpassen, wobei in der Parameter-Identifizierungs- und Adaptions ^¬ einheit 36 auch festgestellt wird, ob diese Anpassung mittels aller oder nur eines Teils der Modellparameter P erfolgt. Ge- gebenfalls wird also ein relevanter Teilsatz der Modellpara ^¬ meter P identifiziert. Die so ausgewählten Modellparameter P eignen sich dann besonders gut zur Modell-Adaption. Das adaptive Gesamtmodell 33 beruht auf physikalischen Vorgaben, die zumindest teilweise auch durch empirische Erfahrungswerte er- gänzt werden können. Das adaptive Gesamtmodell 33 und insbe ^¬ sondere dessen Anpassung mittels der Modellparameter P werden in Echtzeit berechnet. Dies trägt dazu bei, dass keine nen ^¬ nenswerten Regel-Totzeiten entstehen. Unter Verwendung des Gesamtmodells 33 wird mittels der Opti ^¬ mierungseinheit 37 und der Prädiktions-Einheit 34 eine an sich bekannte Modell-prädikative Regelung realisiert. Durch das Gesamtmodell können dabei in Abhängigkeit von den Ein ^¬ gangsgrößen und Veränderungen von Stellgrößen Betriebsgrößen B prädiziert werden, wobei basierend auf einem entsprechenden Optimierungsalgorithmus unter Verwendung der prädizierten Betriebsgrößen die Stellgrößen derart eingestellt werden, dass das Optimierungsziel erreicht wird. Das Optimierungsziel be ^¬ steht dabei darin, einen möglichst geringen spezifischen Energieverbrauch zu gewährleisten. Ggf. können weitere Optimierungsziele berücksichtigt werden, wie z.B. ein möglichst geringer Verschleiß des Mühlensystems. Als Nebenbedingung fließt der entsprechende Regelleistungsbedarf bzw. Regelener- giebedarf RE ein. Das heißt, die Optimierung ist derart ausgestaltet, dass der erforderliche Bedarf an Regelleistung bzw. Regelenergie auf jeden Fall dem Stromnetz durch entspre ^¬ chende Veränderungen der Stellgrößen bereitgestellt wird. Vorzugsweise wird das Optimierungsziel durch eine geeignete, zu minimierende Kostenfunktion repräsentiert.

Weitere denkbare Nebenbedingungen ergeben sich aus den physi kaiischen, technologischen oder prozessbedingten Grenzen. Si können vorteilhafterweise direkt in den Optimierungsalgorith mus mit eingespeist werden, so dass ein Stell- oder Führungs größensatz, der zu einem instabilen Prozessablauf führen wür de, von vornherein ausgeschlossen wird. Gemäß einer verfahrensökonomisch begründeten Nebenbedingung kann z.B. verlangt sein, dass die Dichte in der Rückflussleitung 8 achtzig Prozent nicht übersteigt, da die Separations-Effizienz in der Hydrozyklon-Einheit 5 andernfalls durch veränderte Rheologie deutlich sinkt. Weiterhin kann die Drehzahl der Trommel 3a beschränkt werden, um zu starke Fliehkräfte zu vermeiden. Ebenso gibt es maximale und minimale Werte für die Pumpleis ^¬ tungen bei der Frischwasserzufuhr und auch bei der Zufuhr de ungemahlenen Erzmaterials . Außerdem sind Grenzen für den maximalen Beladungszustand der Trommel 3a zu beachten.

Die Berücksichtigung von Nebenbedingungen trägt auch mit dazu bei, dass der eingestellte Betriebsmodus des Mühlensystems 1 mehreren Anforderungen gleichermaßen gerecht wird. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise die Mühlengeschwindigkeit, die Frischwasserzufuhr in die zentrale Mühle 3 und in die Sumpfeinheit 4 sowie der Energieverbrauch optimieren, wobei zugleich der Durchsatz und die erzielte Produktqualität auf einem vorgegebenen Niveau gehalten werden.

Die durch die Prädiktionseinheit 34 prädizierten Betriebsgrö ^¬ ßen werden zum einen durch die Optimierungseinheit 37 verarbeitet. Ferner werden die prädizierten Betriebsgrößen auch zur Adaption des Gesamtmodells 33 genutzt. Hierzu werden die entsprechenden Vorhersagewerte B _v der Betriebsgrößen der Ver- gleichs-Einheit 35 zugeführt, welche den Vorhersagewert mit dem Messwert B _M der entsprechenden Betriebsgröße vergleicht. Eine festgestellte Abweichung F wird der Parameter-Identi- fizierungs- und Adaptionseinheit 36 zur Ermittlung eines ver ^¬ besserten Satzes für die Modellparameter P zur Verfügung gestellt. Die so verbessert eingestellten Modellparameter P werden dann zur Adaption des adaptiven Gesamtmodells 33 herangezogen. Das adaptierte Gesamtmodell 33 wird anschließend zur Bestimmung der Ausgangsgrößen A und auch des Vorhersagewerts B _v für eine kommende Betriebsphase verwendet. Da die Steuereinheit 2 also auf einer Prognose des Wertes beruht, den die Betriebsgröße B zukünftig annehmen wird, entfallen Regel-Totzeiten weitgehend. Die Steuer- und Regeleinheit 2 ist somit zum einen sehr stabil und reagiert zum anderen sehr rasch auf geänderte Prozessbedingungen.

Als Betriebsgröße B sind verschiedene Größen des Mühlensys ^¬ tems 1 vorstellbar, wie beispielsweise ein Durchfluss, eine Dichte, ein Gewicht, ein Druck, eine Leistung, ein Drehmo ^¬ ment, eine Geschwindigkeit, eine Körnigkeit oder auch eine Korngrößenverteilung. Hierbei handelt es sich insbesondere um einen Teil der Eingangsgrößen E. Vor allem die Korngrößenverteilung eignet sich besonders gut zur Bestimmung eines verbesserten Parametersatzes für die Modellparameter P.

In der Parameter-Identifizierungs- und Adaptionseinheit 36 kommt ein mathematisches Optimierungsverfahren zum Einsatz, wie zum Beispiel Sequential Quadratic Programming (SQP) , bei dem eine vorgebbare Zielfunktion unter Einhaltung von Nebenbedingungen minimiert und zur Bestimmung des verbesserten Parameter ( teil ) satzes für die Modellparameter P verwendet wird. In der Parameter-Identifizierungs- und Adaptionseinheit 36 werden die Zielfunktionsminimierung und damit die Parameter- Adaption so vorgenommen, dass das adaptierte Gesamtmodell 33 das vergangene Verhalten des Mühlensystems 1 möglichst gut nachbildet. Ein mit dem so adaptierten Gesamtmodell 33 für die vergangene Betriebsphase (= für mindestens einen vergan ^¬ genen Zyklus) errechneter Wert B _R der Betriebsgröße B würde sich minimal von dem erfassten Messwert B _M unterscheiden. Das adaptierte Gesamtmodell 33 beschreibt mit diesem adaptierten Parametersatz die Realität in der Vergangenheit optimal.

Als Zielfunktion kommt beispielsweise die Abweichung zwischen gemessener und berechneter Korngrößenverteilung in Frage. Mögliche Nebenbedingungen ergeben sich dann insbesondere aus einer Übergangsmatrix, deren Koeffizienten angeben, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Materialpartikel, der im aktuel ^¬ len Zyklus in einen bestimmten Teilbereich der Korngrößenverteilung fällt, nach dem kommenden Zyklus in einen bestimmten (anderen) Teilbereich der Korngrößenverteilung fällt. Die Werte, die die Koeffizienten dieser Übergangsmatrix annehmen können, unterliegen gewissen, mathematisch oder physikalisch bedingten Beschränkungen. Es lassen sich Grenzen für die einzelnen Koeffizienten aber auch für Kombinationen, beispielsweise für Summen von mehreren Koeffizienten angeben.

Ebenso kann als Zielfunktion aber auch die Abweichung zwischen gemessener und berechneter Dichte in der Rückflussleitung 8 definiert werden. Selbstverständlich kann zur Optimierung in der Parameter-Identifizierungs- und Adaptionseinheit 36 auch eine Kombination von mehreren Zielfunktionen herangezogen werden.

Die vorstehenden Ausführungen wurden am Beispiel einer Erzmühle gemacht. Die beschriebenen Prinzipien und vorteilhaften Wirkungsweisen lassen sich aber ohne weiteres auch auf den Betrieb anderer Mühlentypen, wie beispielsweise Zementmühlen oder in der Pharmaindustrie eingesetzte Mühlen, übertragen.