DE19629703A1 - Verfahren zur Steuerung eines Mühlensystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Müh­ lensystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mühlen zum Zermahlen von Gestein und dergleichen, z. B. Kugel­ mühlen, haben einen optimalen Wirkungsgrad, wenn die verschie­ denen Mahlparamter optimal aufeinander abgestimmt sind. Diese Abstimmung erfolgt herkömmlicherweise durch auf Erfahrung ge­ stütztes schrittweises Verändern der einzelnen Mahlparameter. Dieses Verfahren ist nicht nur sehr aufwendig und zeitraubend, es führt auch nicht stets zu einer optimalen Einstellung. Fer­ ner geht die gefundene Einstellung verloren, sobald sich ein­ zelne Mahlparameter, wie z. B. die Beschaffenheit des Mahlgu­ tes, ändern.

Bei einem in der Praxis sehr gebräuchlichen Verfahren zur Durchsatzregelung wird die Summe von Frischgut und Grieße kon­ stant gehalten. Dabei wird die Grießemenge erfaßt und durch einen Regler die Frischgutmenge entsprechend gesteuert. Dabei wird die optimale Gesamtaufgabemenge durch Mahltests mit ver­ schiedenen Umlaufzahlen der Mühle manuell ermittelt. Dieses Verfahren zur Durchsatzregelung müßte bei einer Veränderung der Mahlgutbeschaffenheit jedesmal wiederholt werden und ist des­ halb in der Praxis nur mit großem Aufwand durchführbar.

Ein derartiges Verfahren zur Regelung einer Umlaufmahlanlage ist aus der DE 41 37 199 A1 vorbekannt. Dort ist ein Regelungs­ verfahren einer Umlaufmahlanlage mit einer Mühle und einem Sichter beschrieben, bei der die Neigung zum Schwingen mini­ miert wird und bei der eine maximale Durchsatzmenge erreichbar ist. Dazu wird ein Regelungsverfahren vorgeschlagen, das auf einem Expertensystem basiert. Dieses Regelsystem geht davon aus, daß die Frischgutaufgabe grundsätzlich konstant bleibt, wobei der Füllgrad der Mühle, die Feinheit des Fertigguts und alle Mengenströme im Mahlkreis permanent überwacht werden und nach der in umfangreichen Versuchen gefundenen Regelstrategie ausgeregelt werden.

Aus dem Aufsatz von C. de Pierpont et al: Industrielle Anwen­ dung einer multivariablen linearquadratischen Steuerung von Zementmühlen, VDZ-Kongress Düsseldorf 1993, Bauverlag Wiesbaden und Berlin, ist ein Steuerungsverfahren zur Optimierung eines Zementmühlenkreislaufs vorbekannt. Dieses Verfahren hält die Grießemengenströme und die Fertiggutmengenströme stabil und steuert gleichzeitig die Sichterdrehzahl und die Frischgutmen­ ge. Dazu wird ein Steuerungssystem vorgeschlagen, das aus einer linearquadratischen multivariablen Steuereinheit besteht, die auf der Grundlage von stochastichen Modellen des Mühlenkreis­ laufs basiert. Hierzu ist es erforderlich, durch zahlreiche Versuche diese Modelle und deren Parameter zu ermitteln.

Allerdings ist es aus der Dissertation von D. Espig: Berech­ nungsgleichungen und Gesetzmäßigkeiten für Mahlanlagen mit Trommelmühlen, TH Merseburg 1985, vorbekannt, aus der Trenn­ funktion eines Sichters dessen mathematisches Modell abzulei­ ten. Dazu wird vorgeschlagen, die Parameter der Trennfunktion mit Hilfe von direkten Messungen von mindestens zwei Massen­ strömen und deren Korngrößenverteilungen zu ermitteln. Weiter­ hin ist aus Espig auch vorbekannt, mit Hilfe des Sichtermodells und den gemessenen Massenströmen und deren Korngrößenverteilun­ gen ein Modell des Mahlverhaltens der Mühle zu bestimmen. Al­ lerdings beschreibt Espig keine Verfahren für Mühlensysteme, durch die Mühlenkreisläufe optimiert werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Mühlensteuerung der eingangs genannten Art so zu verbes­ sern, daß der Durchsatz des Mühlenkreislaufs bei hohem Wir­ kungsgrad maximiert wird und dies unter minimalsten Einstell- und Meßaufwandes.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildung und vorteilhafte Ausführungs­ beispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß mit dem Verfahren die Fein­ heit des Fertigguts vorausgesagt werden kann, um sie durch gezielten Eingriff über die Steuereingänge des Mahlkreises möglichst konstant zu halten. Erfindungsgemäß wird auch gleich­ zeitig der Durchsatz durch den Mahlkreislauf maximiert, um den spezifischen Energieeinsatz für die Vermahlung zu minimieren.

Weiterhin wird durch die Erfindung der Vorteil erzielt, daß keine permanente Messung des Fertigstroms, weder des Massen­ stroms noch die Korngrößenverteilung benötigt wird. Zudem ist der Aufwand für die Bestimmung des Inbetriebnahmezustands ver­ gleichsweise gering, da dafür ein beliebig sich einstellender stabiler und stationärer Zustand im laufenden Betrieb herange­ zogen werden kann.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Mühlenkreislauf­ systems, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Mühlenkreislaufs mit blockschaltmäßiger Darstellung eines Steuersystems.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt die schematische Darstellung eines Mühlenkreislaufsystems nach dem Stand der Technik. Dabei besteht das Mühlenkreislaufsystem aus einer Kugelmühle 1 und einem Sichter 2, die mit Schüttgutfördereinrichtungen wie För­ derbänder oder dergleichen verbunden sind. In die Mahlanlage wird über eine Schüttgutfördervorrichtung Frischgut 10 in das drehende Mühlenrohr der Kugelmühle 10 gegeben und von den in der Mühle befindlichen Kugeln zerschlagen. Dabei wandert das zu mahlende Frischgut 10 langsam in Richtung Mühlenausgang, wo es von der Mühle in den Sichter 2, auch Klassierer genannt, trans­ portiert wird. Der Sichter 2 trennt die feinen von den groben Anteilen. Der Feinanteil 12 wird als Fertiggut aus dem Kreislauf zur weiteren Verarbeitung transportiert. Der Groban­ teil 11, die Grieße, wird wieder zum Mühleneingang transpor­ tiert, um die Mühle solange zu durchlaufen, bis er vom Sichter als ausreichend fein erkannt und ausgeschleust wird.

Neben der chemischen Zusammensetzung des Fertigguts 12, z. B. des Zements, ist die Feinheit ein wichtiger Parameter, der die Eigenschaften im späteren Einsatz wesentlich beeinflußt. Zur Messung der Feinheit können unterschiedliche Verfahren herange­ zogen werden. Eine dieser Methoden zur Feinheitsmessung ist das Verfahren nach "Blaine", das den Luftdurchgangswiderstand einer speziell behandelten Probe als Maß für die spezifische Ober­ fläche heranzieht. Es entsteht ein integraler Meßwert, der sogenannte Blainewert, der als skalarer Feinheitskennwert an­ gebbar ist.

Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt einen Mahlkreislauf 101 mit zugehöriger Steuerung, durch den bei vorgegebener Feinheit Fh des Fertigguts 12 der Mahlkreisdurchsatz maximierbar ist. Der schematisch dargestellte Mahlkreis 101 stellt dabei einen Mahl­ kreis nach Fig. 1 der Zeichnung dar. Diesem Mahlkreis 101 wird Frischgut 10 mit einem Massenfluß mfg und einer Mahlbarkeit Mbk zugeführt. Aus diesem Mahlkreis wird ein Fertiggutmassenstrom mfr mit einer Feinheit Fh ausgetragen. Als Zwischengröße ist noch der Grießestrom 11 msg bekannt.

Das Steuerungsverfahren wird zunächst dadurch vorbereitet, daß während der Inbetriebnahme ein mathematisches Modell für den Sichter und die Mühle durch Basismessungen parametriert wird. Hierzu sind bei mindestens vier unterschiedlichen Betriebszu­ ständen mindestens drei Prozeßwerte möglichst gleichzeitig oder im stationären Zustand zu bestimmen. Zunächst sind bei mindestens zwei verschiedenen Förderstärken und mindestens zwei Korngrößenverteilungen die drei Sichterschüttgutströme (der Grießestrom 11, der Fertiggutmassenstrom 12, und der Sichter­ aufgabemassenstrom 13) sowie der Massenstrom des Frischguts zu ermitteln. Die Betriebszustände unterscheiden sich durch die Parameter des Sichters (Luftmenge und Drehzahl) und den Aufgabe­ massenstrom 13 in den Sichter. Aus diesen Meßwerten errechnet die 1. Identifikationsschaltung 105 die Parameter des Sichter­ modells, das dann in der Modellschaltung 104 abgelegt wird. Vorschläge zur Errechnung der Basismodelle von Sichter 2 und Mühle 1 sind aus Espig, Berechnungsgleichungen und Gesetzmäßig­ keiten für Mahlanlagen mit Trommelmühlen, bekannt.

Das Modell des Mahlverhaltens der Mühle 1 wird auch während der Inbetriebnahme gebildet. Die Parameter des Modells werden durch Messung der Schüttgutströme und Korngrößenverteilungen des Grießestroms 11, des Fertiggutstroms 12 und des Sichteraufgabe­ stromes 13 in einem Arbeitspunkt und bei bekannten Sichtermo­ dell bestimmt. Dabei werden die Parameter der Mühle 1 mit Hilfe der 2. Identifikationsschaltung 102 errechnet und das daraus abgeleitete Modell in der Modellschaltung 104 abgelegt. Während der Betriebsphase des Mahlkreises 101 wird die ermit­ telte Grießemenge msg 11 zur Grießeregelung über den Regler 100 herangezogen, was zu sehr stabilen Massenflüssen im Mahlkreis 101 führt. Der Sollwert für diese Regelung ist das Signal 200. Die Steuerung des Mahlkreises während der Betriebsphase wird immer im eingeschwungenen Zustand durchgeführt. Dabei bestimmt der Schätzer 103 aus seinen Eingangsgrößen dem Grießemassen­ strom msg und Frischgutmassenstrom mfg und dem Modell 104 von Mühle und Sichter einen Schätzwert für die aktuelle Mahlbarkeit Mbk. Die Schätzwertbestimmung wird zu bestimmten Zeitpunkten im stationären Zustand wiederholt und zur weiteren Steuerung her­ angezogen. Dabei hat sich als günstig erwiesen, den Schätzwert für die Mahlbarkeit etwa alle Stunde neu zu bestimmen.

Dieser Schätzwert für die Mahlbarkeit wird einem Kompensations­ rechner 107 zugeführt. Mit Hilfe der über das Modell bekannten Einflüsse von Sichtereinstellung Se und Grießemenge msg auf Fertiggutdurchsatz mfr und Fertiggutfeinheit Fh errechnet der Kompensationsrechner 107, die zu dem gewünschten Feinheitswert 201 gehörigen Einstellungen von Sichter und Grießesollwert. Die Sichtereinstellungen Se können z. B. der Luftdurchsatz oder die Drehzahl des Streutellers im Sichter sein. Dabei werden die Werte so bestimmt, daß der Mahlkreis 101 im Durchsatzmaximum arbeitet und die Feinheit Fh der Vorgabe 201 entspricht.

Die Steuerung des Mühlenkreislaufs nach Fig. 2 der Zeichnung kann sowohl hardwaremäßig als auch softwaremäßig ausgeführt sein.

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung eines Mühlensystems, bei der das aus der Mühle ausgetragene gemahlene Schüttgut gesichtet und die hierbei angefallene Grießemenge mit einer Frisch­ gutmenge erneut der Mühle zugeführt wird und wobei durch die Steuerung von verschiedenen Sichtereinstellungen und Mengenströmen im Mahlkreislauf das Mühlensystem mit maxi­ maler Durchsatzmenge optimierbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Inbetriebnahme der Mahlanlage zunächst die charakteristischen Parameter des Mahlkreises (101) erfaßt und daraus mathematische Modelle (104) für den Sichter (2) und die Mühle (1) gebildet werden und dann während des Betriebs aus den Modellen (104) und den Massenströmen von Frischgut mfg 10 und Grieße msg 11 ein Schätzwert für die Mahlbarkeit MbK errechnet wird, mit dessen Hilfe bei vorgegebener Feinheit (201) des Fertiggutes (12) der Mahlkreislauf (101) optimiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Inbetriebnahme das Sichtermodell (104) mit Hilfe von Basismessungen zumindest von vier unterschiedlichen Betriebszuständen bestimmt wird, wobei mindestens zwei Förderstärken und mindestens zwei Korngrößenverteilungen der drei Sichterschüttgutströme (Grießemengenstrom 11, Fer­ tiggutmengenstrom 12 und Sichteraufgabestrom 13) erfaßt werden und aufgrund der Werte der Basismessungen in einer ersten Identifikationsschaltung (105) das Sichtermodell (104) errechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Inbetriebnahme das Modell des Mahlverhaltens der Mühle (2) durch Messung der Schüttgutströme (dem Grieße­ strom 11, dem Frischgutmengenstrom 12 und dem Sichteraufga­ bestrom 13) und dessen Korngrößenverteilungen und mit Hilfe des bekannten Sichtermodells (104) durch eine zweite Identi­ fikationsschaltung (102) errechnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Betriebsphase aus dem Schätzwert der Mahlbarkeit Mbk und den aus dem Modell (104) bekannten Einflüssen von Sichterstellung Se und Grießemenge (11) auf Fertiggutdurchsatz (12) und Fertiggutfeinheit Fh, die Kompensationsschaltung (107) bei vorgegebenen Feinheitswert (201) die Sichtereinstellungen Se und den Grießesollwert msg errechnet, bei der der Mahlkreis (101) im Durchsatzmaximum arbeitet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schätzwert der aktuellen Mahlbar­ keit Mbk in vorgegebenen Zeitabständen neu ermittelt wird und mit dessen Hilfe die Kompensationsschaltung (107) die Sichtereinstellungen Se und die Grießesollwerte msg neu be­ stimmt, um den Mahlkreis im Durchsatzmaximum zu halten.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifikationsschaltungen (102, 105) in größeren Zeitabständen oder bei größeren Abweichungen zwischen der erzielten Fertiggutfeinheit Fh und dessen Sollwert die Parameter des Mühlen- und Sichtermodells (104) neu berechnet.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mühlensteuerverfahren mit Hilfe elektronischer Schaltkreise oder durch eine spezielle Soft­ ware auf Rechenanlagen durchgeführt wird.