AT503378A1 - Verfahren zum regeln des antriebs einer vortriebs- oder gewinnungsmaschine - Google Patents

Description

  Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln des Antriebs einer Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine für das Schneiden eines Abschlages in Abhängigkeit von Stellgrössen wie Bewegungsgeschwindigkeit des Auslegerarmes, Position der Schrämwerkzeuge und/oder Leistungsaufnahme der Antriebsmotoren bzw. Druck in hydraulischen Stellzylindern.
Für die Regelung bzw. Steuerung des Vortriebs von Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine ist eine Reihe von mehr oder weniger generellen Verfahren bekannt geworden. Aus der DE 36 31 087 ist zu entnehmen, dass Betriebs- und Zustandsdaten einer im Untertagebergbau eingesetzten Gewinnungs- oder Teilschnittmaschine kontinuierlich erfasst werden und einem Rechner zur Auswertung zugeführt werden.

   Der Rechner ermittelt hierbei aus diesen Daten mittels eines Diagnosesystems die Störungsursache und leitet in der Folge komplexe Massnahmen zur Behebung der Störung ein. Vor allem aber dient der hier beschriebene Rechner dazu, die Störung und/oder deren Ursachen bis zur Behebung unlöschbar zu speichern, um nach Auftritt einer Störung auch in der Folge noch geeignete Massnahmen treffen zu können. Insgesamt erfordert eine derartige Diagnose komplexe Auswertungen und eine spezifische Programmierung, die für eine bestimmte Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine zugeschnitten ist. Detaillierte Algorithmen werden hier nicht angeboten. Die DE 29 19 499 C2 zeigt und beschreibt ein Verfahren zur Regelung des Schnitthorizontes von Walzenschrämmaschinen, bei welchen die Meisselkraft am rotierenden Walzenkörper fortlaufend erfasst wird und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen wird.

   Bei Überschreitung dieser Grenzwerte wird eine Änderung der Höhenverstellung eingeleitet.
Die EP 0 807 203 Bl schliesslich zeigt und beschreibt ein System zur kontinuierlichen Regelung einer Bergbau- oder Vortriebsmaschine, welche eine Reihe von Messsensoren und insbesondere Winkelcodierer und Linearcodierer enthält, um die Position des Schrämkopfes eines Auslegerarmes zu erfassen. Über ein definiertes Rechnerprogramm werden Einstellwerte für die Proportionalsteuerventile der Antriebsaggregate, wie bei spielsweise der Schwenkzylinder des Schrämauslegers bzw.

   des Linearvortriebes des Schrämkopfes generiert, wobei auf diese Weise die Einhaltung eines vorgewählten Profiles gewährleistet werden soll.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches mit einem Minimum an jeweils maschinenspezifisch zu definierenden Parametern auskommt und universell für unterschiedliche Bauarten von Abbaubzw. Vortriebsmaschinen zum Einsatz gelangen kann. Wesentlich für den erfindungsgemäss vorgeschlagenen Regelalgorithmus soll dabei der Umstand sein, dass die Parameter nur vom Antrieb selbst und von der Maschinengeometrie abhängig sind, nicht aber von den tatsächlichen Verhältnissen an der Ortsbrust, sodass ohne komplexe Programmierkenntnisse die jeweils für unterschiedliche Maschinen erforderlichen Einstellwerte individuell und ohne Programmierkenntnisse eingegeben werden können.

   Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren der eingangs genannten Art im Wesentlichen darin, dass ein minimaler und ein maximaler Sollwert für die Bewegungsgeschwindigkeit des Auslegerarmes ermittelt wird, dass wenigstens zwei Faktoren mit Werten jeweils zwischen 0 und 1 in Abhängigkeit von Messwerten für die Stellgrössen errechnet werden, wobei die Messwerte wenigstens Positionsdaten der Schrämwerkzeuge im Vergleich zu den einem Sollprofil entsprechenden Solldaten, Motorbelastungsmessdaten und AuslegerarmBewegungsgeschwindigkeitsmessdaten umfassen und dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Auslegerarmes in Abhängigkeit vom Produkt aus der Sollgeschwindigkeit und den jeweils errechneten Faktoren geregelt wird.

   Dadurch, dass jeweils ein minimaler und ein maximaler Sollwert der Bewegungsgeschwindigkeit vorgegeben wird, genügt es, diese Werte beispielsweise mit Hilfe einer Ventilbeschreibung einmalig festzulegen. Der minimale Sollwert für die Schwenkgeschwindigkeit entspricht hierbei demjenigen Steuerstrom für Proportionalsteuerventile, welcher eine Bewegung überhaupt erst verursacht. Der jeweils maximale Sollwert für die Bewegung der Schneideinheit beträgt im allgemeinen 100% der maschinenspezifischen maximalen Schwenk geschwindigkeit, kann aber auch aufgrund schneidtechnischer Kriterien auf eine bestimmte Geschwindigkeit eingestellt werden.

   Dadurch, dass nun eine Mehrzahl von multiplikativ verknüpften Faktoren für unterschiedliche Messwerte ermittelt wird, wird eine überaus exakte Regelung erzielt, welche bei Abweichungen von einzelnen dieser Werte die entsprechende Rücknahme der Sollwerte bis zum Stillstand ermöglicht. Die einzelnen Faktoren können hierbei jeweils Werte zwischen 0 und 1 annehmen, wobei aufgrund der multiplikativen Verknüpfung der Umstand, dass bereits ein einzelner dieser Faktoren den Wert 0 annimmt dazu führt, dass die Schwenkgeschwindigkeit entsprechend auf 0 reduziert wird.
Mit Vorteil wird hierbei die Berechnung der einzelnen Faktoren so vorgenommen, dass die einzelnen Faktoren jeweils einen gesonderten Messwert für die Stellgrössen wie z.B.

   Motorbelastung, Abstand der Positionskoordinaten von Zielkoordinaten für das abzubauende Profil, Schwenkgeschwindigkeit des Auslegerarmes und/oder Rotationsgeschwindigkeit der Abbauwerkzeuge berücksichtigen. Dies hat zur Folge, dass beispielsweise ein derartiger Faktor k einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen kann und die Bewegung zurücknimmt, sobald mehr als die Nennlast aufgenommen wird. Ein anderer multiplikativ verknüpfter Faktor k, der gleichfalls Werte zwischen 0 und 1 annehmen kann, kann hierbei die Bewegung zurücknehmen, sobald die Schneideinheit sich einem Zielpunkt nähert, um die Bewegung rechtzeitig stoppen bzw. die Bewegungsrichtung umkehren zu können.

   Schliesslich kann ein weiterer k-Wert in Abhängigkeit von Zeitmesswerten ermittelt werden, welche nach einer drohenden Blockade oder bei Auftritt einer Blockade wirksam wird und in der Folge einen komplexen Blockadealgorithmus für AnlaufSteuerung auslöst.
Mit Vorteil wird hierbei das Verfahren so durchgeführt, dass Messwerte für die Änderungen der Motorbelastung, der Schwenkgeschwindigkeit und/oder der Rotationsgeschwindigkeit über die Zeit ermittelt werden und als gesonderte Stellgrössen einem frei programmierbaren Schaltwerk und der Antriebssteuerung zugeführt sind, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird. nicht nur die aktuelle Belastung des Antriebes, wie beispielsweise den Strom des Schneidmotors, sondern auch zeitabhängige Veränderungen dieser Belastung sicher zu erfassen.

   Auch hier können wiederum durch Wahl der entsprechenden k-Werte für einen bestimmten Maschinentyp geeignete Grenzwerte vorgegeben werden und die Nennlast des Antriebes, die während des Schneidvorganges angestrebt wird, durch einen Nominalwert angegeben werden.
Jene Last am Antrieb, die die Steuerung veranlassen soll, den Blockadeschutzalgorithmus zu starten, kann gleichfalls individuell definiert werden und bei Anhalten dieser Grenzlast über eine bestimmte Zeit, die entsprechenden Schutzmechanismen auslösen. Zu diesem Zweck ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass dem frei programmierbaren Schaltwerk wenigstens eine Verzögerungszeit als Stellgrösse zuführbar ist, über welche nach Feststellung einer Blockade die Anfahrgeschwindigkeit an oder nahe der minimalen Sollbewegungsgeschwindigkeit gehalten wird.

   Die Verknüpfung der Sollwerte für die Bewegungsgeschwindigkeit, welche im Prinzip Sollwerte des Steuerstromes für Proportionalsteuerventile des hydraulischen Antriebes sein können, mit individuell definierten Faktoren lässt sich durch Aufnahme weiterer Faktoren entsprechend ergänzen, um eine höhere Genauigkeit der Regelung zu erzielen.
Prinzipiell soll erfindungsgemäss die Bewegungsgeschwindigkeit der Schneideinheit immer derart gesteuert werden, dass die Schneidantriebe möglichst im Nennlastbereich, d.h.

   bei optimaler Stromaufnahme und korrektem Betriebsdruck betrieben werden, wobei schneidtechnisch relevante Maximalgeschwindigkeiten nicht überschritten werden sollen.
Die erfindungsgemäss vorgenommene Regelung in Abhängigkeit von der Nennlast dient der Angleichung der Bewegungsgeschwindigkeit der Schneideinheit, damit der Schneidmotor selbst möglichst im Nennlastbereich betrieben werden kann. Ebenso soll durch die Koordinatensteuerung und den entsprechenden Faktor sichergestellt werden, dass die Zielpunkte am Schneidweg mit einer definierten geometrischen Genauigkeit erreicht werden. Die Ziel- bzw. Umkehrpunkte sollen hierbei nicht überfahren werden und die Bewegungsgeschwindigkeit entsprechend knapp vor dem Zielpunkt zurückgenommen werden.
Von wesentlicher Bedeutung ist aber die gesonderte Blockaderegelung die erfindungsgemäss ermöglicht wird.

   Im Fall einer momentanen Überlastung bzw. einer Blockade des Schrämmotors genügt es in aller Regel, die Schneideinheit kurz dadurch ausser Eingriff zu nehmen, dass die Vortriebsgeschwindigkeit gestoppt wird. Auf diese Weise wird die Schneideinheit entlastet, worauf der Abschlag wieder fortgesetzt werden kann. Wird aber ein bestimmter Lastwert, nämlich der für die Blockade kritische Lastwert, für eine definierte Zeit überschritten, kann ein Blockadeschutzalgorithmus aktiviert werden, mit welchem eine tatsächliche Blockade rechtzeitig vor ihrem Auftreten erkannt werden kann. In diesem Fall kann die Schneideinheit möglichst rasch ausser Eingriff gebracht werden, um ein drohendes Blockieren des Schneidmotors zu verhindern.

   Wobei dann, wenn eine Bewegung in Gegenrichtung nicht erforderlich ist, die Vorschubbewegung lediglich gestoppt werden muss, worauf in Abhängigkeit von den vorgegebenen Zeitstellwerten ein langsames Anfahren vorgenommen werden kann, mit welchem die Schneideinheit erst nach Ablauf einer Verzogerungszeit wieder voll in Eingriff gelangt. Gleichzeitig kann durch den k-Faktor ein realer Geschwindigkeitsanteil definiert werden, auf den die Schneideinheit verzögert werden soll, wenn diese nach einer Blockade am Blockadepunkt wieder in Eingriff kommt.

   Die Schneidgeschwindigkeit kann somit nach der Verzogerungszeit zunächst verringert werden und erst nach einem weiteren Zeitintervall wiederum auf volle Geschwindigkeit erhöht werden, wobei die Verzogerungszeit in der Regel jene Zeit ist, die die Schneideinheit nach dem Passieren des Blockadepunktes noch mit Minimalgeschwindigkeit fährt, bevor die Bewegung wieder auf maximale Geschwindigkeit beschleunigt werden kann. Die relevante Zeit, die einen derartigen Blockadeschutzalgorithmus auslösen soll, kann individuell vorgegeben werden und bedeutet diejenige Zeit, über welche die Last am Antrieb überschritten werden muss, damit der Blockadealgorithmus für die nachfolgende Steuerung ausgelöst wird.

   Ebenso kann für die Annäherung an den Zielpunkt auf der Basis der ermittelten Positionsmessdaten nicht nur eine Distanz zur Schneideinheit zum Zielpunkt definiert werden, von der beginnend die Bewegung des Auslegerarmes entsprechend zurückgenommen wird, sondern auch ein Toleranzwert eingestellt werden, mit dem der Zielpunkt erreicht werden muss, bevor die nächste Bewegung freigegeben wird.
Im Fall einer Blockade oder einer drohenden Blockade können die jeweiligen Positionskoordinaten des Blockadepunktes ermittelt werden und eine gesonderte Zeitspanne eingestellt wird, in der die Zeiteinheit nach dem neuerlichen Passieren des Blockadepunktes die Bewegung auf Maximalgeschwindigkeit beschleunigt und somit die allgemein übliche Regelung wieder freigibt.
Insgesamt ergibt sich,

   dass mit einer definierten geringen Anzahl von individuellen Parametern unterschiedlichen Maschinentypen Rechnung getragen werden kann, und dass nicht für jeden Maschinentyp komplette komplexe Steuerungen programmiert werden müssen. Im Vergleich zu den üblichen Zweipunktregelungen an Teilschnittmaschinen haben die im erfindungsgemässen Algorithmus verwendeten Parameter jeweils eine physikalische Bedeutung und sind relativ einfach bestimmbar. Diese Parameter sind erfindungsgemäss im Wesentlichen nur von der Antriebseinheit und der Maschinengeometrie abhängig, und es müssen keine zusätzlichen Korrekturen in Abhängigkeit von Eingriffs- oder Ortsbrustverhältnissen vorgenommen werden. Es können daher Maschinen des gleichen Typs auch immer mit gleichen Werten eingestellt werden.

   Durch die Unabhängigkeit von aktuellen Verhältnissen vor Ort reagiert der Regelalgorithmus auf sich ändernde Gebirgs- oder Eingriffsverhältnisse während des Abschlag weitestgehend unempfindlicher, wobei der beschriebene Algorithmus eine Vereinheitlichung des Regelungskonzeptes für unterschiedliche Maschinentypen ermöglicht, was die Wartbarkeit der Systeme wesentlich verbessert. Gleichzeitig wird aufgrund der multiplikativen Verknüpfung der einzelnen Parameter eine überaus sichere und sensible Erfassung von kritischen -<*>1 -
Grenzwerten ermöglicht, sodass Beschädigungen und lange Stillstandzeiten mit Sicherheit vermieden werden können.

Claims (4)

P a t e n t a n s p r ü c h e:

1. Verfahren zum Regeln des Antriebs einer Vortriebs- oder Gewinnungsmaschine für das Schneiden eines Abschlages in Abhängigkeit von Stellgrössen wie Bewegungsgeschwindigkeit des Auslegerarmes, Position der Schrämwerkzeuge und/oder Leistungsaufnahme der Antriebsmotoren bzw. Druck in hydraulischen Stellzylindem, dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler und ein maximaler Sollwert für die Bewegungsgeschwindigkeit des Auslegerarmes ermittelt wird, dass wenigstens zwei Faktoren mit Werten jeweils zwischen 0 und 1 in Abhängigkeit von Messwerten für die Stellgrössen errechnet werden, wobei die Messwerte wenigstens Positionsdaten der Schrämwerkzeuge im Vergleich zu den einem Sollprofil entsprechenden Solldaten,

Motorbelastungsmessdaten und Auslegerarm-Bewegungsgeschwindigkeitsmessdaten umfassen und dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Auslegerarmes in Abhängigkeit vom Produkt aus der Sollgeschwindigkeit und den jeweils errechneten Faktoren geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Faktoren jeweils einen gesonderten Messwert für die Stellgrössen wie z.B. Motorbelastung, Abstand der Positionskoordinaten von Zielkoordinaten für das abzubauende Profil, Schwenkgeschwindigkeit des Auslegerarmes und/oder Rotationsgeschwindigkeit der Abbauwerkzeuge berücksichtigen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Messwerte für die Änderungen der Motorbelastung, der Schwenkgeschwindigkeit und/oder der Rotationsgeschwindigkeit über die Zeit ermittelt werden und als gesonderte Stellgrössen einem frei programmierbaren Schaltwerk und der AntriebsSteuerung zugeführt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem frei programmierbaren Schaltwerk wenigstens eine Verzögerungszeit als Stellgrösse zuführbar ist, über welche nach Feststellung einer Blockade die Anfahrgeschwindigkeit an oder nahe der minimalen Sollbewegungsgeschwindigkeit gehalten wird.

Wien, am 19. Jänner 2006 VOEST-ÄLPINE Bergtechnik

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