BE1028028A1 - Verfahren und Einrichtung zum automatisierten Betrieb einer Anlage zur Lagerung von Schüttgut - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zum Betreiben einer Anlage zur Lagerung von Schüttgut mit wenigstens einem haldenförmigen Lagerbereich, insbesondere einer Anlage zum Materialumschlag von Schüttgut oder einer Materialgewinnungsanlage, ist insbesondere vorgesehen, dass für den wenigstens einen Lagerbereich ein digitales Haldenmodell erstellt wird und dass auf der Grundlage des erstellten Haldenmodells die Entstehung von physikalischen und/oder chemischen Zuständen, welche bei der Lagerung des jeweils eingelagerten Materials auftreten können, vorhergesagt wird, und dass vorhergesagte physikalische bzw. chemische Zustände beim Lagerungsbetrieb herangezogen werden, um eine möglichst materialschonende Lagerung des eingelagerten Materials zu gewährleisten.

Description

Beschreibung BE2020/5066 Verfahren und Einrichtung zum automatisierten Betrieb einer Anlage zur Lagerung von Schüttgut Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Lagerung von Schüttgut, z.B. einer Anlage zum Materialumschlag von Schüttgut oder einer im Tagebau eingesetzten Materialgewinnungsanlage mit einem Lagerungsbetrieb von in der Materialgewinnungsan- lage abgebautem Abraum bzw. Schüttgut, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinen- lesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und eine Einrichtung, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.

Stand der Technik Bei der Lagerplatzhaltung an einem Materialumschlagplatz für Schüttgut, z.B. eines Materi- alumschlagplatzes eines Schiffshafens oder einer Materialabbaustätte, werden die Materia- lien in sogenannten Halden zwischengelagert. Diese Halden bestehen aus Aufschüttungen von z.B. Erz, Braunkohle, Rohmaterial für die Zementherstellung oder von Salzen wie z.B. Kalisalz (Kaliumkarbonat) oder dergleichen. Bei der Lagerplatzhaltung bzw. Lagerung von Schüttgut werden lagerungsbedingte, physikalische Einflüsse auf das jeweils gelagerte Ma- terial oft unzureichend oder sogar überhaupt nicht berücksichtigt.

Aus WO 2009/075945 A1 geht ein Verfahren zur Simulation eines Materialreservoirs, z.B. einer Öl- oder Gas-Lagerstätte zur Öl- oder Gasproduktion, hervor. Dabei wird ein Reservoir- Modell erzeugt, wobei das erzeugte Modell in verschiedene Domänen partitioniert wird, von denen jede Domäne einer effizienten Partition für einen bestimmten Teil des Modells ent- spricht. Bei dem Verfahren wird die Simulation des Reservoirs in mehrere Verarbeitungsele- mente aufgeteilt und eine Vielzahl von Verarbeitungselementen auf der Grundlage der Parti- tionen parallel verarbeitet. Bei dem dreidimensionalen Reservoir-Modell wird z.B. der Betrieb eines Öl- und/oder Gasreservoirs mit einem oder mehreren vertikalen Bohrlöchern simuliert. Das Modell wird durch ein Gitternetz in mehrere Knoten aufgeteilt, wobei die Knoten des Mo- dells verschiedene Größen aufweisen können.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einer hier betroffenen Anlage zur Lagerung PE2020/5068 von Schüttgut, z.B. einer Anlage zum Materialumschlag von Schüttgut (sog. „Materialum- schlagplatz“ zum Umschlag von Schüttgut bei einer im Tagebau betriebenen Materialgewin- nungsanlage, den Lagerungsbetrieb von dort gelagertem Material auf der Berechnungs- grundlage eines rechnergestützten Lagerplatzmodells bzw.

Haldenmodells möglichst materi-

alschonend, und dabei auch möglichst automatisiert, zu steuern.

Es ist dabei hervorzuheben, dass die Erfindung auch bei sogenannten „Mischbett“-Anlagen zur Anwendung kommen kann, in denen verschiedene Materialien und/oder verschiedene

Materialqualitäten eines Materials und/oder Materialien mit verschiedenen Materialzuständen in einem Mischbett (zwischen-)gelagert werden, um diese miteinander zu vermischen.

In ei- nem solchen Anwendungsszenario kann das digitale Haldenmodell, zusätzlich zum Material- zustand, auch beschreiben, welches Material bzw. welche Materialqualität an einer bestimm- ten Stelle in der Halde vorliegt.

Dadurch ist es möglich, auch den genauen Mischungsgrad von auszulagerndem Material nach erfolgter Vermischung vorherzusagen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es bei der Lagerplatzhaltung bei einem Materialumschlagplatz für Schüttgut, z.B. einem an einem Schiffshafen oder einer Material- abbaustätte angeordneten Lagerplatz zum Umschlag vom Materialien, unter bestimmten physikalischen Einflussfaktoren verstärkt zu einer oberflächlichen Verhärtung und/oder An- backung des gelagerten Materials kommen kann.

Solche Einflussfaktoren sind z.B. der lage- rungsbedingte mechanische Druck auf das Material, die durch äußere und/oder innere Ein- flüsse bedingte Materialtemperatur, die durch äußere und/oder innere Einflüsse bedingte Luftfeuchte bzw.

Materialfeuchte und/oder die Lagerungszeit.

Genannte lagerungsbedingte

Materialveränderungen können z.B. bei Materialien bzw.

Rohstoffen wie z.B.

Eisenerz, Braunkohle, Rohmaterial für die Zementherstellung, z.B.

Kalkstein, Kalkstein/Mergel/Ton-Ge- mische, Gips oder Ton, sowie Kaliumkarbonat, granularem Schwefel, Düngemittel, oder der- gleichen, auftreten.

Zusätzlich zur Materialfeuchte können weitere, für eine Verhärtung und/oder Anbackung des Materials relevante, materialabhängige physikalische bzw. chemi-

sche Einflussgrößen berücksichtigt werden, z.B. der Kalkgehalt im Falle von Kalkstein.

Gemäß einem ersten Aspekt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird für ei- nen jeweiligen Lagerbereich, bzw. eine entsprechende Halde, ein digitales Haldenmodell er- stellt.

Auf der Grundlage dieses Modells wird die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von im Vorfeld empirisch, z.B. durch Vorversuche oder Simulationsrechnungen, bestimmten phy- sikalischen Zuständen, welche bei der Lagerung des jeweils eingelagerten Materials auftre- ten können, berechnet.

Diese Zustände werden dann als Prozessgrößen bei der Automation des Lagerungsbetriebs herangezogen, um die genannten, unerwünschten physikalischen BE2020/5066 Lagerungszustände durch einen geeigneten Lagerungsbetrieb bzw. entsprechende Gegen- maßnahmen wirksam zu vermeiden.

Es ist hierbei anzumerken, dass ein genannter Lagerbereich in der einschlägigen Literatur als eine an einem Lagerplatz (engl. stockyard") angeordnete Halde (engl. "stockpile"} be- zeichnet wird, welche einen Lagerort für hier betroffenes Schüttgut darstellt. Eine solche Halde wird z.B. bei einer hier betroffenen Materialgewinnungsanlage vorwiegend durch Gurtfördergeräte erzeugt bzw. gespeist.

Gemäß einem weiteren Aspekt des vorgeschlagenen Verfahrens, bzw. des entsprechenden Haldenmodells, wird eine hier betroffene Halde in eine Vielzahl von kleineren Volumenele- menten zerlegt. Bei diesen Volumenelementen handelt es sich bevorzugt um in den drei Raumrichtungen symmetrische Elemente, z.B. würfelförmige Volumenelemente, wodurch die Berechnung der auf ein einzelnes Volumenelement einwirkenden physikalischen Kräfte, bzw. die Berechnung des entsprechenden physikalischen Zustandes eines solchen Volumenele- ments, erheblich vereinfacht wird. Bei der Berechnung eines aktuellen Haldenmodells wer- den jeweils für ein vorgegebenes Volumenelement die Einflüsse von darüber und seitlich an- geordneten Nachbarelementen berücksichtigt. Dabei kann die zu berücksichtigende Anzahl nächster Nachbarelemente ggf. vergrößert werden, um die Genauigkeit der Modellrechnung zu verbessern. Bei Testberechnungen hat sich ergeben, dass die Berücksichtigung von hori- zontal nur nächsten Nachbarn und von vertikal möglichst sämtlichen, oberhalb des betrach- teten Volumenelementes angeordneten Volumenelementen ausreichend präzise Ergebnisse liefert.

Gemäß einem weiteren Aspekt des vorgeschlagenen Verfahrens werden bei der Berech- nung genannter Volumenelemente der lokal bzw. im Mittel vorherrschende, bevorzugt isosta- tische Druck sowie die im jeweiligen Volumenelement im Mittel vorliegende Temperatur be- rücksichtigt, um aus diesen Größen zu berechnen, wie wahrscheinlich eine Verhärtung des Materials des jeweils betrachteten Volumenelements und/oder eine Anbackung des Materi- als dieses Elements mit dem Material eines der Nachbarelemente ist. Dabei werden bevor- zugt im Vorfeld empirisch ermittelte Daten für das Verhärtungs- und/oder Anbackungsverhal- ten verschiedener Materialien zugrunde gelegt. Die so im Vorfeld ermittelten Daten umfas- sen z.B. die Verhärtungs- bzw. Anbackungswahrscheinlichkeit (in %) in Abhängigkeit von dem an der Grenzfläche zwischen zwei Volumenelementen vorliegenden Druck und der Temperatur, und zwar in Abhängigkeit von dem jeweiligen Material.

Gemäß einem weiteren Aspekt des vorgeschlagenen Verfahrens wird bei der Berechnung BE2020/5066 genannter Volumenelemente des Haldenmodells zusätzlich die bereits abgelaufene Lage- rungszeit des jeweiligen Materials berücksichtigt. Dadurch können zeitabhängige Effekte bei dem Verhärtungs- und/oder Anbackungsverhalten des jeweiligen Materials präziser berück- sichtigt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt des vorgeschlagenen Verfahrens werden die für die Berech- nung des Haldenmodells erforderlichen räumlichen Daten einer aktuell vorliegenden Materi- alaufschüttung mit sensorisch erfassten, topografischen Oberflächendaten zusammengeführt bzw. verglichen und anhand des Vergleichs ggf. eine Anpassung des Haldenmodells an die aktuelle Materialaufschüttung vorgenommen. Die sensorische Erfassung solcher Oberflä- chendaten kann dabei berührungslos mittels üblicher Kamerasysteme oder lasertechnisch, radartechnisch, optisch, oder auch mittels autonom agierender Flug- oder Fahrdrohnen, er- folgen. Die für die Berechnung des Haldenmodells ebenfalls erforderlichen physikalischen Daten, wie z.B. aktuelle Temperaturen an den Oberflächen bzw. in den AuBenbereichen ei- ner Materialaufschüttung, kônnen ebenfalls bevorzugt berührungslos sensorisch erfasst wer- den, z.B. mittels an sich bekannter Infrarotthermometer (sog. Pyrometer) oder mittels an sich bekannter Wärmebildkameras.

GemäB einem noch weiteren Aspekt des vorgeschlagenen Verfahrens können die Ergeb- nisse der Berechnung eines aktuell gültigen Haldenmodells, z.B. im Falle einer Lagerplatz- haltung mit einer Maschinensteuerung zum Betrieb entsprechender Transport- bzw. Fôrder- technik (z.B. Bandabsetzer) für Schüttgut, einer speicherprogrammierbaren (SPS-)Steuerung in Echtzeit zugeführt werden. Dadurch kann eine erhebliche Automatisierung des Betriebs eines hier betroffenen Lagerplatzes erreicht werden.

Die erfindungsgemäB ebenfalls vorgeschlagene Einrichtung ist eingerichtet, eine hier be- troffene Lagerplatzsteuerung oder eine mit einer Lagerplatzhaltung ausgestatteten Material- gewinnungsanlage, insbesondere einen dort vorgesehenen Lagerbereich bzw. eine entspre- chende Halde, mittels des vorgeschlagenen Verfahrens weitestgehend automatisiert und dennoch materialschonend zu betreiben.

Gemäß einem ersten Aspekt weist die vorgeschlagene Einrichtung eine Sensorik zur bevor- zugt berührungslosen Erfassung von topografischen Daten der jeweiligen Halde, insbeson- dere von deren aktuellen Oberflächendaten, und/oder zur Erfassung von physikalischen Da- ten der jeweiligen Halde, insbesondere von deren Temperaturdaten, auf. Zusätzlich weist die

Einrichtung eine Datenverarbeitungseinheit auf, mittels der, auf der Grundlage der senso- BE2020/5066 risch erfassten Oberflächendaten und/oder physikalischen Daten, ein aktuelles Haldenmodell berechnet wird. Die Ergebnisse der Berechnungen anhand des Haldenmodells werden von der Einrichtung einer Steuerungseinheit der jeweiligen Lagerplatzanlage bzw. Materialgewin- 5 nungsanlage zugeführt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorgeschlagenen Einrichtung ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet ist, aktuelle physikalische und/oder chemische Zu- standsgrößen der Halde anhand des digitalen Haldenmodells sowie der sensorisch erfassten Daten zu berechnen, aktuelle physikalische bzw. chemische Zuständen des in der Halde ge- lagerten Materials anhand der berechneten Zustandsgrößen zu berechnen sowie eine Vor- hersage von möglichen Materialveränderungen des gelagerten Materials anhand der berech- neten physikalischen bzw. chemischen Zustände zu treffen bzw. entsprechende Vorhersage- daten bereitzustellen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorgeschlagenen Einrichtung ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit eingerichtet ist, anhand der von der Datenverarbeitungseinheit gelieferten Vorhersagedaten (eine) geeignete (Gegen-)MaBnahme(n) zur Verhinderung einer Material- änderung bzw. Materialverschlechterung zu berechnen und die so berechneten Gegenmaß- nahmendaten z.B. einer SPS-Steuerung oder Maschinensteuerung zur Lagerhaltung zuzu- führen, mittels der die Gegenmaßnahmen bei der Lagerhaltung durchgeführt werden. Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorgeschlagenen Einrichtung ist vorgesehen, dass die die Steuerungseinheit eingerichtet ist, wenigstens eine geeignete (Gegen-)Maßnahme anhand von vorgegebenen, möglichen Maßnahmen durchzuführen, wobei für bestimmte physikalische bzw. chemische Zustände geeignete Gegenmaßnahmen im Vorfeld anhand von Testversuchen ermittelt werden. Die Erfindung kann insbesondere im Bereich von z.B. an Schiffshäfen vorgesehenen Materi- alumschlagplätzen zum Umschlagen von Schüttgut (z.B. Erz, Kohle, Braunkohle, Düngemit- tel, oder Salzen wie Kaliumkarbonat) sowie im Bereich einer entsprechenden Materialgewin- nung solchen Schüttguts, z.B. bei einer im Tagebau betriebenen Minenanlage oder in einer Lagereinrichtung für Schüttgüter der Zementproduktion, mit den hierin beschriebenen Vortei- len zur Anwendung kommen. Das Verfahren und die Einrichtung können allerdings auch bei anderweitig vorgesehenen Lagerplätzen, z.B. bei Lagerplätzen zur Lagerung von Stein-/Na- tursteingut, entsprechend eingesetzt werden.

; N 12, | | | BE2020/5066 Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Steuergerät zur Steuerung der Lagerhal- tung eines hier betroffenen Lagerbereichs bzw.

Lagerplatzes abläuft.

Es ermöglicht insbe- sondere die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, z.B. einem SPS-Steuergerät, ohne an dem Steuergerät bauliche Veränderun- gen vornehmen zu müssen.

Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.

Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf eine Einrichtung bzw. ein entsprechendes elektronisches Steuergerät wird die erfindungsgemäße Einrichtung erhalten, welches einge- richtet ist, um eine hier betroffene Lagerplatzsteuerungsanlage bzw. ein entsprechendes La- ger bzw.

Zwischenlager für Schüttgut bzw.

Abraum einer Materialgewinnungsanlage mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu betreiben bzw. zu steuern.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

In den Zeichnungen sind identische oder funktional gleich- wirkende Elemente bzw.

Merkmale mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläutern- den Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in ande- ren Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegen- den Erfindung zu verlassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt schematisch ein digitales Haldenmodell zur Illustration des erfindungsge- mäßen Verfahrens und der Einrichtung.

Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung eines physikalischen Haldenmodells anhand einer schematischen Darstellung einer lokalen Anordnung von Volumenelementen.

Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Einrichtung anhand eines kombinierten Fluss-/Blockdiagramms.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

_ ; ; ; ; | BE2020/5066 Das in Figur 1 gezeigte Haldenmodell betrifft die Zwischenlagerung von Kaliumkarbonat (so- genannte „Pottasche“) in einer Halde.

Bei der Lagerung von Kaliumkarbonat tritt unter be- stimmten physischen Einflussfaktoren wie Druck, Temperatur, Luftfeuchte und/oder Lager- zeit eine Anbackung und/oder Verhärtung des Materials auf.

Dieser oder ein ähnlicher Effekt kann unter Umständen auch bei anderen Materialien beobachtet werden.

Angebackenes Material hat z.B. die folgenden nachteiligen Auswirkungen: - Eine Verringerung der Materialqualität und somit Umsatzeinbußen für den Materialei- gentümer; - eine stärkere Abnutzung von Rücklademaschinen aufgrund von Zahnverschleiß; - eine Verringerung der Effizienz der Lagerplatzeinrichtung und somit Umsatzeinbußen aufgrund einer verlangsamten Auslagerung sowie durch erforderliche, weitere Ar- beitsschritte, um das angebackene Material wieder zu mahlen.

Gemäß dem in Figur 1 in einer isometrischen Draufsicht dargestellten Haldenmodell wird der jeweils betroffene Lagerplatz in ein digitales Lagerplatzmodell überführt, indem dieser in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in digitale, würfelförmige Volumenbereiche bzw.

Volumen- körper unterteilt wird.

Die Größe dieser Bereiche bestimmt die Auflösung des digitalen Mo- dells und kann je nach Anforderung variiert werden.

Jedem der Volumenbereiche können verschiedene, physikalische bzw. chemische Zu- standsgröBen (Parameter) zugeordnet werden.

Diese Größen können sein: - Der momentane, in dem Volumenbereich herrschende (mittlere) Druck; - der Zeitpunkt der Einlagerung des betreffenden Materials in dem Volumenbereich zur Berechnung des seitdem vergangenen Lagerungszeitraums; - die Außertemperatur in der Haldenumgebung zum Zeitpunkt der Einlagerung des be- treffenden Materials; - die in der Haldenumgebung herrschende Luftfeuchtigkeit zum Zeitpunkt der Einlage- rung des betreffenden Materials;

LL ; nn | ‚ BE2020/5066 - der genannte Druck in einem Volumenbereich, und zwar multipliziert mit dem seit dem genannten Zeitpunkt der Einlagerung vergangenen Lagerungszeitraum, um eine zeitabhängige Druckkennzahl zu erhalten; - die Art des betreffenden Materials; - Qualitätsinformationen über das betreffende Material, z.B. die chemische Zusammen- setzung und Reinheit oder die physikalische Feinheit der Materialpartikel); - sowie weitere Einflussfaktoren bzw. Einflussgrößen für die Lagerung des betreffen- den Materials, z.B. dessen Anbackungswahrscheinlichkeit, und zwar bevorzugt in Ab- hängigkeit genannter ZustandsgrôBen.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Haldenmodell liegen in den hier gezeigten Volumenberei- chen 100 die folgenden Werte vorgenannter Zustandsgrößen und Materialeigenschaften vor: - Zeitpunkt der Einlagerung des betreffenden Materials: 2019.04.10 / 12:35:24 - Lagerungszeitraum bis dato: 56:20:54 h - Momentaner, durchschnittlicher Druck: 10.000 N - Materialart: Pottasche - Materialqualitât: xyz - Anbackungswahrscheinlichkeit: 50% Die genannten Werte ergeben in dem vorliegenden Beispiel von Pottasche für die hellgrau schattierten acht Volumenbereiche bzw. -elemente 105 eine (nicht zu vernachlässigende) Anbackungsgefahr, für die mittelgrau schattierten vier Volumenbereiche 110 eine Anba- ckungswahrscheinlichkeit von <30% und für die dunkelgrau schattierten vier Volumenberei- che 115 eine Anbackungswahrscheinlichkeit von >90% Das entsprechend der Figur 1 somit vorliegende, digitale Haldenmodell wird in dem vorlie- genden Ausführungsbeispiel mittels bilderfassender Sensoren, z.B. Laser, Radar, photo- grammetrische Sensoren, oder dergleichen, erstellt, welche bevorzugt an einem (Band-)Ab- setzer und/oder an einem Rückladegerât der jeweiligen Lagerhaltungseinrichtung angeord- net sind.

Beim Einlagern des Materials werden die zu diesem Zeitpunkt verfügbaren Parameter, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das eingelagerte Material, der Einlagerungszeitpunkt, die bei der Einlagerung herrschende Luftfeuchtigkeit, etc. dem zu diesem Zeitpunkt jeweils befüllten Volumenbereich zugeordnet.

Auf Basis dieser Zustandsgrößen bzw.

Parameter pe 2920/5068 rechnet ein materialspezifischer Algorithmus die Wahrscheinlichkeit von Zuständen des Ma- terials in den jeweiligen, vorliegend würfelförmigen Volumenbereichen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß der folgenden Beziehung:

n T Materialzustand(t) = > pe * DC x X; * (t — 2 i=1 j=0 in der die Größe t den Zeitpunkt des Materialzustandes, die Größe X; eine materialbezogene Zustandsgröße X; die Größe w; einen Gewichtungsfaktor für die Zustandsgröße Xi, die Größe wi einen Gewichtungsfaktor für Zeitabhängigkeit der Zustandsgröße X; und die Größe T; die Anzahl der zeitlich zurückliegenden bzw. historischen Zeitschritte, die für die Zustandsgröße Xi betrachtet werden, bedeuten.

Beispiel für die Zustandsberechnung:

In dem Beispiel wird als Material bzw.

Lagergut Kaliumkarbonat (Pottasche) zugrunde ge- legt, von dem angenommen wird, dass es nach x Stunden Lagerzeit unter einem Druck y zu 90% anbackt.

Der vorgenannte Algorithmus wird auf der Grundlage entsprechender Vorver- suche und/oder den dabei gewonnenen physikalischen bzw. chemischen Zusammenhängen gebildet bzw. angepasst.

Der Algorithmus ermöglicht damit eine Bewertung von Wahrschein- lichkeiten bzw.

Vorhersage von hier betroffenen, lagerungsbedingten Zuständen, z.B. ge- nannter Anbackungszustände, die das Material in genannten Volumenbereichen annimmt.

Die Anlagensteuerung kann nun auf Basis der so berechneten Wahrscheinlichkeiten bzw.

Vorhersagen so eingerichtet bzw. programmiert werden, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter, ungewünschter (lagerungsbedingter) Materialzustand eintritt, verringert wird.

Mögliche Maßnahmen im Betrieb einer hier betroffenen Lagerungseinrichtung zur Verringe- rung der Eintrittswahrscheinlichkeiten bestimmter Materialzustände können sein:

- Eine rechtzeitige Auslagerung des Materials, d.h. eine entsprechende Verringerung der Einlagerungszeit;

- eine geringere Aufhaldung von Material und damit eine geringere Höhe einer Halde PE2020/5068 an kritischen Stellen, wodurch sich der Druck auf ein bzw. in einem beschriebenen Volumenelement verringert; - Einlagerung neuen Materials nur an entsprechend unkritischen Stellen, ebenfalls zur Verringerung des genannten Drucks.

In der Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer lokalen Anordnung von beschriebenen Volumenelementen, und zwar zu Vereinfachungszwecken von nur fünf aneinandergrenzen- den Volumenelementen 200 - 220, gezeigt.

Anhand dieser Darstellung wird ein erstes Aus- führungsbeispiel des erfindungsgemäBen Verfahrens zur Berechnung eines hier betroffenen, physikalischen Haldenmodells anhand eines genannten Algorithmus‘ beschrieben.

Der nur für die beiden Volumenelemente 200, 205 gezeigte Druckgradient Ap1z in vertikaler Richtung der gezeigten Anordnung wird im Wesentlichen bestimmt durch die gravitationsbe- dingte Druckausübung des oberen Volumenelements 200 auf das darunterliegende Volu- menelement 205. Der Druckgradient zwischen den beiden unteren Volumenelementen 205, 210 ergibt sich dann entsprechend, wobei allerdings die gesamte Druckbelastung der beiden Volumenelemente 200, 205 auf das darunterliegende Volumenelement 210 zu berücksichti- genist.

Der ebenfalls nur für die beiden Volumenelemente 200, 205 gezeigte Temperaturgradient AT 2 in vertikaler Richtung der gezeigten Anordnung wird im Wesentlichen bestimmt durch äußere Einflüsse wie die Sonneneinstrahlung und die Bodentemperatur sowie die daraus über die Haldenhöhe (in der y-Richtung 230) sich ergebende Temperaturdifferenz AT 225. Der Temperaturgradient zwischen den beiden unteren Volumenelementen 205, 210 ergibt sich dann entsprechend.

Aus genannten Druck- und Temperaturgradienten können die in den drei Volumenelementen 200 - 210 herrschenden mittleren Drücke und mittleren Temperaturen abgeleitet werden.

Aus diesen Daten kann, für das jeweils vorliegende Material spezifisch, die lagerungsbeding- ten physikalischen bzw. chemischen Materialveränderungen ermittelt werden.

In dem vorlie- genden Ausführungsbeispiel erfolgt diese Ermittlung anhand von in Testversuchen für das jeweilige Material gewonnenen Daten, welche z.B. in Form von (elektronischen) Tabellen o- der Datenbanken vorliegen.

Der nur für die beiden Volumenelemente 205, 215 gezeigte Druckgradient Ap;,3 in horizonta: 7920/5066 ler Richtung der gezeigten Anordnung wird im Wesentlichen bestimmt durch horizontale Druckbelastungskomponenten zwischen horizontal benachbarten Volumenelementen, wel- che durch die bei einer Schüttung von kornförmigem Material mögliche seitliche Bewegung einzelner Materialpartikel verursacht werden.

Der ebenfalls nur für die beiden Volumenelemente 205, 215 gezeigte Temperaturgradient AT13 in horizontaler Richtung der gezeigten Anordnung wird im Wesentlichen bestimmt durch den Temperaturverlauf entlang der Halde, und zwar in dem vorliegenden Beispiel ent- lang der gezeigten x-Richtung 235. In der Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Einrichtung anhand eines kombinierten Block-/Flussdiagramms dargestellt.

Eine Daten- verarbeitungseinheit 300 berechnet im Block bzw.

Schritt 305 ein beschriebenes, digitales Haldenmodell auf der Grundlage von sensorisch 310 erfassten aktuellen physikalischen und/oder chemischen Daten.

Diese Daten umfassen in dem vorliegenden Ausführungsbei- spiel sowohl geometrischen Daten bzw. entsprechende Oberflächendaten einer betreffenden Halde, in der Umgebung der Halde und/oder innerhalb der Halde sensorisch erfasste Tem- peraturdaten sowie materialspezifische Daten bezüglich des momentan in der Halde gela- _ gerten Materials.

Anhand dieser Daten wird ein aktuelles bzw. momentan gültiges Halden- modell berechnet 305. Die Datenverarbeitungseinheit 300 berechnet 315 anhand des digitalen Haldenmodells 305 sowie der sensorisch erfassten Daten 310 aktuelle physikalische und/oder chemische Zu- standsgröBen der Halde.

Anhand dieser berechneten Zustandsgrößen werden aktuelle phy- sikalische bzw. chemische Zustände des in der Halde gelagerten Materials berechnet 320 und anhand der so berechneten physikalischen bzw. chemischen Zustände eine Vorhersage zu möglichen Materialveränderungen des gelagerten Materials getroffen 325 bzw. entspre- chender Vorhersagedaten bereitgestellt 330. Zur Vorhersage kann dabei die Wahrscheinlich- keit für die Entstehung von physikalischen Zuständen, welche bei der Lagerung des jeweils eingelagerten Materials auftreten können, berechnet werden 325, 330. Die so bereitgestellten 330 Vorhersagedaten werden einer Steuerungseinheit 335 der jeweili- gen Lagerplatzanlage bzw.

Materialgewinnungsanlage zugeführt.

Anhand der vorliegenden Vorhersagedaten 330 werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Steuereinheit 335 eine oder mehrere geeignete Gegenmaßnahmen zur Verhinderung einer Materialände- rung berechnet 340 und die dabei sich ergebenden Daten vorliegend einer SPS-Steuerung

“ . . . . .BE2020/5066 350 zuführt, mittels der die berechneten 340 Gegenmaßnahmen beim Haldenbetrieb der hier betroffenen Lagereinrichtung durchgeführt werden. Es ist anzumerken, dass die Berechnung der geeigneten GegenmaBnahme(n) in dem vorlie- genden Ausführungsbeispiel anhand eines vorgegebenen Katalogs bzw. einer entsprechen- den Auswahl 345 möglicher Gegenmaßnahmen durchführt wird, wobei für bestimmte physi- kalische bzw. chemische Zustände geeignete Gegenmaßnahmen im Vorfeld anhand von Testmessungen bzw. -versuchen ermittelt werden.

Es ist ferner anzumerken, dass ein vorbeschriebenes Verfahren sowie eine vorbeschriebene Einrichtung z.B. bei einem an einer Materialgewinnungsanlage (Erzabbau, Kohleabbau, Kali- abbau, etc.) vorgesehenen Materialzwischenlager oder an einem Schiffshafen vorgesehenen Materialumschlagplatz zum Umschlagen von entsprechendem Schüttgut einsetzbar sind.

Claims (19)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Lagerung von Schüttgut mit wenigstens einem haldenförmigen Lagerbereich, insbesondere einer Anlage zum Materialum- schlag von Schüttgut oder einer Materialgewinnungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass für den wenigstens einen Lagerbereich ein digitales Haldenmodell erstellt wird (305) und dass auf der Grundlage des erstellten Haldenmodells die Entstehung von physikalischen und/oder chemischen Zuständen, welche bei der Lagerung des je- weils eingelagerten Materials auftreten können, vorhergesagt wird (320, 325), und dass vorhergesagte physikalische bzw. chemische Zustände beim Lagerungsbetrieb herangezogen werden (340), um eine möglichst materialschonende Lagerung des eingelagerten Materials zu gewährleisten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundlage des Haldenmodells die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von physikalischen Zustän- den, welche bei der Lagerung des jeweils eingelagerten Materials auftreten können, berechnet wird (325).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die materialscho- nende Lagerung des eingelagerten Materials durch vorgegebene Maßnahmen bzw. Gegenmaßnahmen (340) im Lagerungsbetrieb gewährleistet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung (305) des digitalen Haldenmodells ein haldenförmiger Lager- bereich in eine Vielzahl von kleineren Volumenelementen (100 - 115, 200 - 220) zer- legt wird und dass die auf ein einzelnes Volumenelement einwirkenden physikali- schen Kräfte und/oder chemischen Einflüsse berechnet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenelemente (100 - 115, 200 - 220) durch in den drei Raumrichtungen symmetrische Elemente ge- bildet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass für ein vorgegebe- nes Volumenelement (100 - 115, 200 - 220) die physikalischen Kräfte und/oder che- mischen Einflüsse von darüber angeordneten (200, 205) und von seitlich angeordne- ten (215, 220) Nachbarelementen berücksichtigt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zu berücksichtigende 52020/5066 Anzahl nächster Nachbarelemente horizontal nur nächste Nachbarn (215, 220) und vertikal möglichst sämtliche, oberhalb des betrachteten Volumenelementes angeord- nete Volumenelemente (200, 205) umfasst.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Volumenelemente (100 - 115, 200 - 220) des Haldenmodells der in einem Volumenelement (210) lokal vorherrschende Druck und/oder die in diesem Vo- lumenelement (210) vorliegende Temperatur und/oder die in diesem Volumenelement (210) vorherrschende Luftfeuchte bzw. Materialfeuchte berücksichtigt werden, um aus diesen Größen zu berechnen, wie wahrscheinlich eine Verhärtung des Materials des jeweils betrachteten Volumenelements (210) und/oder eine Anbackung des Ma- terials dieses Volumenelements mit dem Material eines der Nachbarelemente (205, 220) ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Volumenelemente (100 - 115, 200 - 220) des Haldenmodells in ei- nem Volumenelement (210) vorliegende, für eine Verhärtung und/oder Anbackung des Materials relevante, materialabhängige physikalische bzw. chemische Einfluss- größen berücksichtigt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorfeld empi- risch ermittelte Daten für das Verhärtungs- und/oder Anbackungsverhalten verschie- dener Materialien zugrunde gelegt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die im Vorfeld ermittel- ten Daten für ein vorgegebenes Material die Verhärtungs- bzw. Anbackungswahr- scheinlichkeit in Abhängigkeit von dem an der Grenzfläche zwischen zwei Volumen- elementen (100 - 115, 200 - 220) vorliegenden Druck und der Temperatur umfassen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Volumenelemente (100 - 115, 200 - 220) des Haldenmodells zusätz- lich die bereits abgelaufene Lagerungszeit des jeweiligen Materials berücksichtigt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung (305) des Haldenmodells erforderliche räumliche Daten einer aktuell vor- liegenden haldenförmigen Materialaufschüttung mit an der Materialaufschüttung sen-

sorisch erfassten, topografischen Daten verglichen werden und anhand des Ver- BE2020/5066 gleichs ggf. eine Anpassung des Haldenmodells an die aktuelle Materialaufschüttung vorgenommen wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse der Berechnung des digitalen Haldenmodells bzw. die entspre- chenden (Gegen-)MaBnahmen einer Maschinensteuerung zum Betrieb einer an der jeweiligen Lagerplatzanlage bzw. Materialgewinnungsanlage vorgesehenen Trans- port- und/oder Fördertechnik für Schüttgut in Echtzeit zugeführt werden.

15. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen.

16. Einrichtung, welche eingerichtet ist, eine Anlage zur Lagerung von Schüttgut mit we- nigstens einem haldenförmigen Lagerbereich, insbesondere eine Anlage zum Materi- alumschlag von Schüttgut oder eine Materialgewinnungsanlage, anhand des Verfah- rens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 zu steuern.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Sensorik (310) zur Erfas- sung von topografischen Daten der Halde, insbesondere von deren aktuellen Oberflä- chendaten, und/oder zur Erfassung von physikalischen Daten der jeweiligen Halde, insbesondere von deren Temperaturdaten.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Datenverarbeitungsein- heit, mittels der, auf der Grundlage der sensorisch (310) erfassten Oberflächendaten und/oder physikalischen Daten, ein aktuelles Haldenmodell (305) berechnet wird, wo- bei die Ergebnisse der Berechnungen anhand des Haldenmodells einer Steuerungs- einheit (335) der jeweiligen Lagerplatzanlage bzw. Materialgewinnungsanlage zuge- führt werden.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbei- tungseinheit eingerichtet ist, aktuelle physikalische und/oder chemische ZustandsgrÖ- Ben einer haldenförmigen Materialaufschüttung anhand des digitalen Haldenmodells (305) sowie der sensorisch (310) erfassten Daten zu berechnen (320), anhand der so berechneten ZustandsgrôBen aktuelle physikalische bzw. chemische Zustände des in der Halde gelagerten Materials zu berechnen sowie eine Vorhersage von möglichen Materialveränderungen des gelagerten Materials anhand der berechneten physikali- schen bzw. chemischen Zustände zu treffen (325) bzw. entsprechende Vorhersage- daten bereitzustellen.