DE3115692A1

DE3115692A1 - Adaptives regelverfahren

Info

Publication number: DE3115692A1
Application number: DE19813115692
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(grad.) 5000 Köln Jacob; Günther Ing.(grad.) 5060 Bergisch Gladbach Posse
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1981-04-18
Filing date: 1981-04-18
Publication date: 1982-11-11
Also published as: GB2097154B; FR2504292A1; US4432747A; JPS57182802A; IT1147692B; GB2097154A; FR2504292B1; DK170482A; SE8202379L; IT8248239A0

Description

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Anlage zum Patentgesuch der

Klöckner-Humboldt-Deutz

Aktiengesellschaft

vom 15. April 1981

Adaptives Regelverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Differenzdrehzahl zwischen rotierenden Bauteilen, insbesondere einer Zentrifugentrommel und einer Förderschnecke, wobei wenigstens das Schneckendrehmoment und die Differenzdrehzahl gemessen werden und entsprechend einer, deren Sollabhängigkeit beschreibenden Kennlinie geregelt werden.

Derartige Schneckenzentrifugen, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet, dienen beispielsweise der Zerlegung von

Feststoff-Flüssigkeitsgemischen in ihre festen und flüssigen Komponenten. Hierbei rotiert im Innenraum einer drehbar gelagerten, zylindrisch-konischen Trommel eine Förderschnecke, durch deren Differenzgeschwindigkeit gegenüber der Trommel die an'deren Wandung aufgrund des Fliehkraftfeldes sedimentierten Feststoffteilchen in Richtung auf einen Feststoffaustrag hin befördert werden, der in dem konischen Endbereich der Trommel angeordnet ist.

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Bei gegebener Gemischmenge und Feststoffgehalt ergibt sich im stationären Betriebszustand bei einer bestimmten Differenzdrehzahl zwischen Förderschnecke und Trommel auch eine bestimmte Fördergeschwindigkeit und damit Feststoffbelastung der Trommel, womit auch das Schneckendrehmoment einen bestimmten Wert annimmt. Angestrebt wird üblicherweise eine geringe Differenzdrehzahl, damit eine möglichst lange Verweilzeit des Gemisches und damit zusammenhängend eine möglichst weitgehende Abtrennung der flüssigen Komponente erzielt wird. Andererseits besteht aufgrund von Schwankungen in den Eigenschaften des aufgegebenen Gemisches die Gefahr eines "Zufahrens", wenn die Fördergeschwindigkeit bei beispielsweise steigendem Feststoffgehalt konstant bleibt. In diesem Fall kommt es zu einer erhöhten Feststoffbelastung der Zentrifuge, welche in einem rasch ansteigenden Schneckendrehmoment zum Ausdruck kommt und durch Überlastung des Schneckenantriebes bis.zum völligen Stillstand führen kann. Neben Schwankungen im Feststoffgehalt können jedoch auch Schwankungen in sonstigen, das Absetzverhalten des Feststoffes beeinflussenden Parametern auftreten, denen durch besondere regelungstechnische Maßnahmen entgegengewirkt werden muß.

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In der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 30 05 658.7 wird ein Verfahren zur Regelung der Differenzdrehzahl zwischen einer Zentrifugentrommel und einer in dieser rotierenden Förderschnecke beschrieben, wobei deren Drehzahlen berührungslos gemessen und mittels eines Rechners ein Istwert der Differenzdrehzahl ermittelt wird. Gleichzeitig wird das an der Förderschneckenwelle wirksame Drehmoment gemessen und aus diesem Messwert entsprechend einer im Rechner gespeicherten, jeweils schlammspezifischen Kennlinie ein Sollwert für die Differenzdrehzahl gebildet. Aus der sich ergebenden Regelabweichung zwischen den auf diese Weise ermittelten Ist- und Sollwerten wird eine Stellgröße abgeleitet, welche auf die Drehzahl des Förderschneckenantriebes einwirkt. Dieses bekannte Regelungsverfahren ermöglicht einen Betrieb der Schneckenzentrifuge derart, daß der aus den Meßwerten für das Schneckendrehmoment und die Differenzdrehzahl gebildete Betriebspunkt in einem durch diese Meßgrößen definierten Koordinatensystem automatisch auf der vorgegebenen Kennlinie gehalten wird. Für den Fall, daß das System die maximal mögliche Differenzdrehzahl erreicht hat, das heißt ausgeregelt ist, ist eine rechnergesteuerte Drosselung bzw. Abschaltung der Zufuhr an Feststoff-Flüssigkeitsgemisch vorgesehen.

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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Regelung der Differenzdrehzahl bei derartigen Schneckenzentrifugen zu konzipieren, welches einen weitgehend automatischen Betrieb ermöglicht und sich insbesondere durch Flexibilität bei auftretenden Schwankungen in das jeweilige Feststoff-Flüssigkeitsgemisch kennzeichnenden Parametern auszeichnet. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß wenigstens die Lage der Kennlinie in einem Koordinatensystem bei Überschreiten oder Unterschreiten von diese kennzeichnenden Werten, insbesondere für das Schneckendrehmoment und/oder die Differenzdrehzahl durch einen Rechner schrittweise geändert wird. Die Kennlinie ist im einfachsten Fall eine Gerade in einem Koordinatensystem, auf deren Abszisse die Differenzdrehzahl und auf deren Ordinate das Schneckendrehmoment aufgetragen sind. Sie ist durch die Koordinaten ihrer Endpunkte, welche Grenzwerte der jeweiligen Kennlinie charakterisieren, eindeutig gekennzeichnet und funktionell einer bestimmten Schlammkonsistenz zugeordnet. Angestrebt wird zweckmäßigerweise eine mittlere Lage des Betriebspunktes in einem Bereich der Kennlinie, welcher Schwankungen innerhalb bestimmter Bandbreiten in be'iden Richtungen ermöglicht, ohne daß die Grenzwerte dieser Kennlinie erreicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit innerhalb der durch die Konstruktionsmerkmale des Schneckenantriebes

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vorgegebenen Grenzen ein rechnergesteuertes iteratives Auffinden einer, einer veränderten Schlammkonsistenz entsprechenden neuen Kennlinie, die nunmehr als Grundlage für die Regelung herangezogen wird und hinsichtlich des Arbeitspunktes der Zentrifuge stabile Betriebszustände gewährleistet. Als die Kennlinie«kennzeichnende Parameter können naturgemäß auch andere, aus meßbaren Eigenschaften des der Zentrifuge zugeführten Feststoff-Flüssigkeitsgemisches abgeleitete Parameter benutzt werden,

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Differenzdrehzahl ausgehend von einer Messung des Schneckendrehmomentes entsprechend der Kennlinie ausgeregelt. Gegenüber dem bekannten Verfahren gemäß der Patentanmeldung P 30 05 658.7 ist der Bereich, in welchem der Sollwert für die Differenzdrehzahl schwanken kann, um die Gesamtheit der durch den Rechner einstellbaren möglichen Kennlinien erweitert. Auf diese Weise wird ein adaptives Regelverfahren geschaffen, das auch breiten Schwankungen von Parametern des in der Zentrifuge zu behandelnden Feststoff-Flüssigkeitsgemisches gewachsen ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei Erreichung des oberen Grenzwertes einer Kennlinie vor der Einstellung einer neuen Kennlinie der Maximalwert der Differenzdrehzahl eingestellt, bis das Schneckendrehmoment

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unterhalb eines vorgegebenen Wertes abgefallen ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß sich bei Eintreten einer Störung in kürzestmöglicher Zeit wieder ein neuer stationärer Betriebszustand einstellt. Hierbei wird die maximal mögliche Differenzdrehzahl zweckmäßigerweise so lange beibehalten, bis die Festsboffbelastung der Zentrifuge auf ein erträgliches Maß abgesunken ist und ein regulärer Betrieb gemäß einer nunmehr eingestellten neuen Kennlinie mit Aussicht auf Erfolg möglich ist.

Xn einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird, ausgehend von dem oberen Grenzwert einer Kennlinie, die Differenzdrehzahl schrittweise erhöht, wobei nach jeder Erhöhung die Änderung des Schneckendrehmomentes gemessen wird und wobei eine weitere Erhöhung der Differenzdrehzahl in Abhängigkeit von der "Änderung des Schneckendrehmomentes erfolgt. Es wird somit nach jedem Erhöhungsschritt während eines definierten Zeitintervalles die Veränderung des Meßwertes für das Schneckendrehmoment beobachtet, wobei bei dessen Absinken von einer weiteren Erhöhung der Differenzdrehzahl abgesehen werden kann. Diese Maßnahmen können gerätetechnisch durch einen Differentialquotientengeber,^%der einen Meßwert für die Tendenz des Schneckendrehmomentes als Ausgangssignal liefert, von dessen Vorzeichen und Betrag die weitere Erhöhung der Differenzdrehzahl abhängig ist, sehr leicht realisiert werden.

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Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens ergeben sich aus dem in der Zeichnung als Blockschaltbild schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel.

Im einzelnen bezeichnet 1 eine Zentrifugentrommel, in welcher eine, dem Feststoffaustrag dienende Förderschnecke 2 drehbeweglich gelagert ist. Für das Verfahren ist es prinzipiell ohne Bedeutung, ob die Förderschnecke 2 gegenüber der Zentrifugentrommel im Betrieb vor- oder nachläuft. Die Förderschnecke 2 steht über ein Getriebe 3, dessen Gehäuse mit der Zentrifugentrommel 1 umläuft, mit einem drehzahlregelbaren Antrieb 4 in Verbindung. Der Antrieb der Zentrifugentrommel 1 erfolgt mit konstanter Drehzahl über einen Riementrieb 5, dessen eine Riemenscheibe 6 auf der Abtriebswelle 7 eines Motors 8 und dessen andere Riemenscheibe 9 auf dem Gehäuse des Getriebes 3 angeordnet ist. Um ein Anfahren der Zentrifugentrommel mittels des drehzahlregelbaren Antriebes 4 zu ermöglichen, ist auf dessen Abtriebswelle 10 eine schaltbare Kupplung 11 angebracht, durch welche die Zentrifugentrommel 1 über das Gehäuse des Getriebes 3 mit der Abtriebswelle 10 gekuppelt werden kann. Bei eingerückter Kupplung 3 während der Anlaufphase ist somit das Getriebe 3 blockiert, so daß sich die Förderschnecke 2 und die Zentrifugentrommel 1 synchron bewegen.

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Die Zufuhr eines in seine Bestandteile zu zerlegenden Feststoff-Flüssigkeitsgemisches erfolgt über eine Leitung 12, in deren Verlauf ein Regelorgan 13 angeordnet ist und eine nicht dargestellte Drehdurchführung in der Welle IA der Förderschnecke 2 in den Trennraum der Zentrifugentrommel 1. Mit 15 und«16 sind Austragsleitungen für den Feststoff und die von diesem abgetrennte Flüssigkeit bezeichnet.

Ein Flockungshilfsmittel wird dem zu zerlegenden Gemisch über eine Leitung 17 zugeführt, in deren Verlauf ein Regelorgan 18 angeordnet ist.

Mit 19 und 20 sind Drehzahlgeber bezeichnet, die mit den Abtriebswellen 7 und 10 zusammenwirken"und der Erfassung der Drehzahlen der Zentrifugentrommel 1 und der Förderschnecke 2 dienen. Als Drehzahlgeber können beliebige, vorzugsweise berührungslos arbeitende, beispielsweise induktive Geber eingesetzt werden. Die Drehzahlgeber 19 und 20 stehen über Meßleitungen 21 und mit einer Recheneinheit 23 in Verbindung.

Der drehzahlregelbare Antrieb 4 ist mit einem Drehmomentgeber 24 ausgerüstet, welcher beispielsweise als piezoelektrischer, das Reaktionsmoment der Antriebslagerung erfassender Geber ausgestaltet sein kann. Der

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Drehmomentgeber 24 steht über eine Meßleitung 25 mit einem strichpunktiert umrandet dargestellten Rechner 26 in Verbindung.

Im Verlauf der beschriebenen Meßleitungen sind Glättungs- bzw. Filterelemente, Meßverstärker und Meßwertwandler angeordnet, auf deren Darstellung jedoch der zeichnerischen Einfachheit halber verzichtet worden ist.

In der Recheneinheit 23 wird aus dem über die Meßleitungen 21 und 22 eingehenden Signalen ein Istwert der Differenzdrehzahl zwischen der Zentrifugentrommel 1 und der Förderschnecke 2 ermittelt, welcher einer Vergleichsstelle 27 zugeführt wird.

Der über die Meßleitung 25 in den Rechner 26 eingehende Meßwert für das Schneckendrehmoment gelangt zunächst in einen Speicherbaustein 28, in welchem jeweils eine, die Sollabhängigkeit zwischen Differenzdrehzahl und Schneckendrehmoment beschreibende Kennlinie gespeichert ist. Die Zeichnung zeigt schematisch ein Beispiel einer solchen Kennlinie. Der dem gemessenen Wert für das Schneckendrehmoment entsprechende Wert der Differenzdrehzahl bildet nunmehr den Differenzdrehzahlsollwert und wird der Vergleichsstelle 27 übermittelt, deren Ausgangssignal die festgestellte

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Differenz zwischen Soll- und Istwert ist. Der Rechner 26 wird somit im Rahmen des erfindungsgemäßen Regelverfahrens als Sollwertgeber für die Differenzdrehzahl eingesetzt. Aus der in der Vergleichsstelle 27 ermittelten Regelabweichung wird in einem Stellglied 29 ein Spannungs- oder Stromsignal zur Einstellung einer bestimmten. Schneckendrehzahl gebildet, um diese Regelabweichung zu kompensieren.

Die in dem Speicherbaustein 28 des Rechners 26 wirksame Kennlinie ist eine Gerade, deren Lage in einem durch die Funktionsgrößen Schneckendrehmoment und Differenzdrehzahl definierten Koordinatensystem durch kennlinienspezifische Größt- und Kleinstwerte dieser Funktionsgrößen eindeutig gekennzeichnet ist. Überschreitet beispielsweise der Meßwert für das Schneckendrehmoment den dieser Kennlinie zuzuordnenden Extremwert, welches durch einen Grenzwertgeber 30 festgestellt wird, gelangt ein diesbezügliches Signal über eine Leitung 31 zu einem Prozessor 32, welcher nach einem vorgegebenen Programm die die Kennlinie kennzeichnenden Parameter, im vorliegenden Fall deren Extremwerte, schrittweise dadurch ändert, daß die Kennlinie beispielsweise parallel verschoben und/oder um einen in der Ebene ihres Koordinatensystems liegenden Punkt gedreht wird, so daß deren Steilheit verändert wird. Eine Steuerleitung 33 dient der Übermittlung diesbezüglicher Steuerbefehle.

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Erreicht beispielsweise der Meßwert für das Schneckendrehmoment den oberen Extremwert einer Kennlinie, womit eine erhöhte Feststoffbelastung der Zentrifuge angezeigt wird, stellt der Prozessor 32 über eine Steuerleitung 34 und ein Stellglied 35 während eines einstellbaren Zeitintervalles mittels des Antriebes 4 die maximal mögliche Differenzdrehzahl ein. Auf diese Weise wird die Feststoffbelastung der Zentrifuge in kürzester Zeit reduziert, welches in einem Abfall des Schneckendrehmomentes zum Ausdruck kommt. Gleichzeitig werden die Parameter der Kennlinie verändert, bevor ein normaler Betrieb über die nunmehr abgespeicherte neue Kennlinie wieder aufgenommen wird. Die Kennlinie wird somit durch den Rechner 26 so lange schrittweise geändert, bis der durch die Funktionsgrößen Schneckendrehmoment und Differenzdrehzahl gekennzeichnete Betriebspunkt der Zentrifuge zumindest innerhalb des durch die Extremwerte einer Kennlinie definierten Bereiches verharrt. Besonders vorteilhaft, insbesondere hinsichtlich stabiler Regelungsverhältnisse ist es, die 'Änderung der Kennlinie so lange fortzusetzen, bis sich die Lage des Betriebspunktes etwa im mittleren Bereich einer Kennlinie befindet.

Mit 36 ist eine Meßleitung bezeichnet, die die Meßleitung 25 mit einem Funktionsbaustein 37 verbindet, welcher einen der Änderung des Meßwertes für das Schneckendrehmoment

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gegenüber einem vorgebbaren Bezugswert proportionalen Wert, somit ein dessen Tendenz beschreibendes Signal bildet, welches dem Prozessor 32 übermittelt wird. Die schrittweise Änderung der Kennlinie wird unter anderem in Abhängigkeit von diesem, die Tendenz des Meßwertes für das Schneckendrehmoment beschreibenden Signales vorgenommen. Die durch den Prozessor 32 nach jedem erneuten Erreichen bzw. Überschreiten eines Extremwertes einer Kennlinie durchgeführte weitere 'Änderung derselben wird von diesem unter Beibehaltung der zuletzt eingegebenen Kennlinie eingestellt, sobald der Betriebspunkt der Zentrifuge, gekennzeichnet durch das Schneckendrehmoment und die Differenzdrehzahl innerhalb des durch die Extremwerte dieser letzten Kennlinie umgrenzten Bereiches verharrt.

Es besteht die Möglichkeit, gleichzeitig oder ergänzend zu einem Regeleingriff über die Veränderung des Sollwertes für die Differenzdrehzahl die Menge an zugeführtem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch mit einer Steuerleitung 38 einem Stellglied 39 und dem Regelorgan 13 und/oder die Menge an zugeführtem Flockungshilfsmittel über eine Steuerleitung 40, ein Stellglied 41 und das Regelorgan 18 zu variieren. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr feinstufige Regelungsmöglichkeit.

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Die Regeleingriffe über die Mengenvariation an zugeführtem Flockungshilfsmittel und aufgegebenem Gemisch können mit Vorteil bei gegebener Kennlinie zur Feineinstellung des Betriebspunktes auf dieser herangezogen werden.

Bei Überschreiten des Maximalwertes des Schneckendrehmomentes kann eine Dämpfung des Regelvorganges dadurch erreicht werden, daß die Differenzdrehzahl in definierten Abstufungen bis zur maximal möglichen heraufgesetzt wird, wobei auf jeder Stufe die Tendenz des Meßwertes für das Schneckendrehmoment ermittelt wird. Ergibt sich während des Verweilens auf einer Stufe während eines definierten Zeitintervalles eine meßbare Verringerung des Schneckendrehmomentes, so erübrigt es sich, den Antrieb 4 bis auf die maximal mögliche Differenzdrehzahl auszuregeln. Auf diese Weise wird ein unnötiges Hochfahren des Schneckenantriebes vermieden und der Regeleingriff quantitativ auf das notwendige Maß begrenzt.

Schließlich kann eine derartige, durch eine Trendmessung unterstützte Regelung auch bei stufenweiser Veränderung der Zufuhr an Flockungshilfsmittel und/oder an Feststoff-Flüssigkeitsgemisch Anwendung finden.

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Fig. 2 zeigt beispielhaft stark ausgezogen eine Kennlinie in einem durch die Funktionsgrößen Differenzdrehzahl ( n) und Schneckendrehmoment (m) gekennzeichneten Koordinatensystem. Die Kennlinie ist durch die Punkte 42 und 43, welche dieser zugeordnete Extremwerte bezeichnen, eindeutig gekennzeichnet. Erreioht der Betriebspunkt der Zentrifuge auf dieser Kennlinie den Punkt 43, wird die Differenzdrehzahl durch den Rechner 26 (Fig. 1) auf den maximal möglichen Wert eingestellt, so daß der vorübergehende Arbeitspunkt der Punkt 44 ist. Sobald bei diesem Wert der Differenzdrehzahl das Schneckendrehmoment bis auf einen Wert abgefallen ist, der beispielsweise dem Punkt 45 entspricht, wird die Differenzdrehzahl auf einen Wert abgesenkt, der der nunmehr eingestellten, gestrichelt gezeichneten Kennlinie entspricht und durch den Punkt 46 gekennzeichnet ist. Die durch die Endpunkte 47 und 48 gekennzeichnete nunmehrige Kennlinie ist aus der ursprünglichen Kennlinie durch eine Verschiebung parallel zur Ordinate hervorgegangen.

Claims

15. April 1981 KHD

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Patentansprüche

IJ Verfahren zur Regelung der Differenzdrehzahl zwischen rotierenden Bauteilen, insbesondere einer Zentrifugentrommel und einer Förderschnecke, wobei wenigstens das Schneckendrehmoment und die Differenzdrehzahl gemessen werden und entsprechend einer, deren Sollabhängigkeit beschreibenden Kennlinie geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Lage der Kennlinie in einem Koordinatensystem bei Überschreiten oder Unterschreiten von diese kennzeichnenden Werten insbesondere für das Schneckendrehmoment und/oder die Differenzdrehzahl durch einen Rechner (26) schrittweise geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer Messung des Schneckendrehmomentes die Differenzdrehzahl entsprechend der Kennlinie geregelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schrittweise Änderung der Lage der Kennlinie durch deren Drehung und/oder Parallelverschiebung ausgeführt wird.

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4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichung des oberen Grenzwertes einer Kennlinie vor der Einstellung einer neuen Kennlinie mittels des Rechners (26) der Maximalwert der Differenzdrehzahl eingestellt wird, bis das Schneckendrehmoment unterhalb eines vorgebbaren Wertes abgefallen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von dem oberen Grenzwert einer Kennlinie die Differenzdrehzahl schrittweise erhöht wird, wobei nach jeder Erhöhung die Änderung des Schneckendrehmomentes gemessen wird und wobei eine weitere Erhöhung der Differenzdrehzahl in Abhängigkeit von der Änderung des Schneckendrehmomentes erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alternativ oder gleichzeitig mit der Änderung der Kennlinie die aufgegebene Feststoff-Flüssigkeitsgemischmenge und/oder die Flockungsmittelmenge geändert werden.