BE1031165A1

BE1031165A1 - Verfahren zur Regelung einer Zerkleinerungsanlage

Info

Publication number: BE1031165A1
Application number: BE20226049A
Authority: BE
Inventors: Hendrik Hölscher; Yassin Felah
Original assignee: Smidth As F L
Priority date: 2022-12-21
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2024-07-15
Also published as: BE1031165B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Zerkleinerungsanlage 12. Die Anlage kann für die Sekundär- und Tertiärzerkleinerung von Gestein mir mehreren Kreisläufen und Stellgrößen ausgeführt sein. Das Verfahren ist für die Prozessüberwachung der Anlage 12 von Vorteil, indem das Expertensystem 10 auf Basis der erfassten, realen Betriebsdaten 18 im Verbund mit der Simulation 14 die gängigsten Fehlerzustände erkennen kann. So können geeignete Indikatoren identifiziert werden, um einen Operator frühzeitig zu warnen.

Description

Verfahren zur Regelung einer Zerkleinerungsanlage

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Zerkleinerungsanlage. Die

Anlage kann für die Sekundär- und Tertiärzerkleinerung von Gestein mit mehreren

Kreisläufen und StellgrôBen ausgeführt sein.

Beiden StellgrôBen handelt es sich beispielsweise um die Zuführgeschwindigkeit von frischem Material, die Größe von Brechspalten oder der Schwinggeschwindigkei- ten von Sieben. Dem gegenüber stehen zahlreiche MessgrôBen, die während eines

Betriebes einer solchen Anlage erfasst werden können, wie Bunkerfüllstände, Leis- tungsaufnahmen, Druckverläufe, Temperaturen oder von Bandwagen ermittelte Mas- senstrôme, um nur einige beispielhaft zu nennen. Derzeit sind erfahrene Operator bzw. Bedienpersonen notwendig, um derartige Anlagen stabil zu betreiben. Klassi- sche übergeordnete Prozessregelungen sind auf Grund der nichtlinearen Brech- und

Siebprozesse nicht vorhanden.

Als Stand der Technik kann die DE 196 22 597 A1 benannt werden. Es wird be- schrieben wie durch Veränderung der Geschwindigkeit eines Zuführorgans eine kon- stante Schichthöhe auf dem Abzugsband erreicht werden kann. Gemessen wird hier- für die Belegung des Abzugsbandes über eine Bandwaage. Es handelt sich hierbei um eine einfache Eingrößenregelung, die lokal auf der Maschinensteuerung imple- mentiert ist. Für einen stabilen Betrieb der Anlage ist immer ein erfahrener Operator bzw. Bedienperson erforderlich, der die Gesamtheit der EingröBenregelungen be- rücksichtigt und die jeweiligen Sollwerte über einzelne Eingriffe beeinflusst, in der

Regel über einen Leitstand. Die Eingrößenregelungen zu einer einheitlichen Mehr-

gröBenregelung, die auf Zustandsregler mit linearen mathematischen Modellen auf- bauen, zusammenzuführen, funktioniert in der Brechtechnik nicht, da hier auf Grund der nichtlinearen Brech- und Siebprozesse die Verwendung linearer Modelle nicht funktioniert. Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Operator bzw. Bedienperson mit einer über die EingrôBenregelung hinausgehende Anlagensteuerung zu unterstüt- zen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einem Operator bzw.

Bedienperson eine über die Eingrölenregelung hinausgehende Anlagensteuerung ermöglichen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An- spruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der nach- folgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen

Aspekt der Erfindung darstellen können. Wenn ein Merkmal in Kombination mit ei- nem anderen Merkmal dargestellt wird, dient dies nur der vereinfachten Darstellung der Erfindung und soll keinesfalls bedeuten, dass dieses Merkmal nicht auch ohne das andere Merkmal eine Weiterbildung der Erfindung sein kann.

Eine Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Zerkleinerungsan- lage, bei dem - eine Mehrzahl an Wenn-Dann-Regeln aus verschiedenen, ausgeführten Betriebs- zuständen zumindest einer Zerkleinerungsanlage abgeleitet wird, - die Mehrzahl an Wenn-Dann-Regeln als Expertensystem bereitgestellt wird, -beieinem auf Basis einer Wenn-Dann-Regel fortgesetzten Betriebszustand der zu- mindest einen Zerkleinerungsanlage dessen reale Betriebsdaten erfasst und virtuelle

Betriebsdaten über eine Simulation bereitgestellt werden und - die realen und die virtuellen Betriebsdaten einem Vergleich hinsichtlich Abweichun- gen zueinander unterzogen werden.

Eine Wenn-Dann-Regel ist eine Ursache-Wirkungsbeziehung zwischen zwei Variab- len. Wenn auf der Ursachenseite eine bestimmte Bedingung eingetreten ist, wird in einer bestimmten, vorbestimmten Art und Weise reagiert oder fortgefahren. Bei der

Zerkleinerungsanlage kann es sich um eine Anlage für die Sekundär- und Tertiärzer- kleinerung von Gestein mit mehreren Kreisläufen und StellgrôBen handeln.

Das regelbasierte Expertensystem kann aufgebaut werden, indem die Wenn-Dann-

Regeln über eine bereits vorhandene und in Betrieb befindliche Zerkleinerungsan- lage festgelegt werden. Ein Soll-Zustand ist die Gesamtheit aller Sollwerte. Ein Ein- grôBenregler berechnet aus dem Sollwert und dem Istwert den Stellwert. Ein Mehr- grôBenregler berechnet aus dem Soll-Zustand und dem Ist-Zustand — dieser entspre- chen den realen Betriebsdaten - alle Stellwerte. Für die vorhandene Anlage wird, für jeden Betriebszustand, ein Soll-Zustand sowie ein Satz von Wenn-Dann-Regeln defi- niert. Je nach manuell gewähltem Betriebszustand ist genau ein Soll-Zustand und ein

Regelsatz aktiv. Das Expertensystem und die in Ihm hinterlegten Wenn-Dann-Regeln wird ergänzt durch eine Simulation der zu regelnden Zerkleinerungsanlage. Die ge- samte Zerkleinerungsanlage kann aus einzelnen Maschinen bestehen. Es kônnen zunächst einzelne Maschinenmodelle erstellt werden, die dann zunächst auf der Ba- sis realer Betriebsdaten validiert werden müssen. Es kann anschließend eine Validie- rung der gesamten Anlage erfolgen, indem die im Expertensystem hinterlegten

Wenn-Dann-Regeln auf die Simulation der neuen Anlage, die es in Betrieb zu neh- men gilt, angewandt werden. Verhält sich die Simulation bei verschiedenen Betriebs- zuständen stabil, kann das Expertensystem mit den dort hinterlegten Wenn-Dann-

Regeln für einen überwachten Betrieb auf eine reale, neue Anlage übertragen wer- den. In dieser Phase kann vorgesehen sein, dass ein erfahrener Operator eine Fein- abstimmung des Expertensystems vornimmt. Bei diesem Betrieb auf einer realen, neuen Anlage werden reale Betriebsdaten erfasst und parallel virtuelle Betriebsdaten über eine Simulation bereitgestellt. Reale und virtuelle Betriebsdaten werden entwe- der fortlaufend oder in bestimmten zeitlichen Abständen miteinander verglichen.

Der stattfindende Vergleich zwischen realen und virtuellen Betriebsdaten hilft vorteil- hafterweise dabei, die Qualität zukünftiger Simulationen zu verbessern. Andererseits kann der stattfindende Vergleich auch dazu genutzt werden, das Expertensystem an sich zu verbessern oder zu erweitern. Das Expertensystem und die in ihm hinterleg- ten Wenn-Dann-Regeln können somit im Sinne eines evolutionären Ansatzes fort- während optimiert werden.

Das Verfahren ist für die Prozessüberwachung der Anlage von Vorteil, indem sich auf Basis der erfassten, realen Betriebsdaten im Verbund mit dem Expertensystem bzw. der Simulation die gängigsten Fehlerzustände erkennen lassen. So können ge- eignete Indikatoren identifiziert werden, um den Operator frühzeitig zu warnen und ggf. die Materialzufuhr automatisch zu stoppen.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass aus den

Wenn-Dann-Regeln abgeleitete Stellwerte den fortgesetzten Betriebszustand steu- ern. Zudem können auch weitere Messgrößen, wie z.B. Füllstand eines Bunkers, und weitere Stellwerte, wie z.B. die Geschwindigkeiten weiterer Förderer oder Brech- spalte, miteinbezogen werden. Hierdurch kann ein stabiler Betrieb der gesamten An- lage bei maximaler Durchsatzleistung ermöglicht werden und der Operator im Leit- stand wird entlastet.

In einer besonders bevorzugten Verfahrensausgestaltung werden festgestellte Ab- weichungen zwischen realen und virtuellen Betriebsdaten über einen Zeitverlauf quantitativ bewertet. Hierbei kann zwischen einer kurzfristigen und einer langfristigen

Betrachtung unterschieden werden. Bei einer langfristigen Betrachtung ist es möglich langsame Abweichungen der realen Anlage von der Simulation zu erkennen. Werden langsame Abweichungen festgestellt, kann daraus im Expertensystem auf einen zu- künftig auftretenden Wartungsfall geschlossen werden, so dass auf diesen proaktiv reagiert werden kann. Der englische Begriff für ein derartiges Vorgehen lautet ,pre- dictive maintenance”. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang auch vorgese- hen sein, dass aus der Simulation der virtuellen Betriebsdaten Vorhersagewerte für einen Wartungsfall der Zerkleinerungsanlage abgeleitet werden. Die Identifikation ty- pischer langsamer Abweichungen in den Betriebsdaten lässt Rückschlüsse auf den

VerschleiBzustand einzelner Maschinen oder Komponenten innerhalb der Anlage zu.

In einer zudem bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden über das Exper- tensystem mehrere Betriebszustände abgebildet und zumindest einem Betriebszu- stand mehrere Wenn-Dann-Regeln zugeordnet.

Zur Entlastung und zur Unterstützung des Operators kann eine Verfahrensausgestal- tung vorgesehen sein, die jedem Betriebszustand zumindest eine Wenn-Dann-Re- geln zuordnet, bei der nach Erfüllen der zugrundeliegenden Wenn-Bedingung das

Expertensystem einen Wechsel des Betriebszustandes vorschlägt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Expertensystem über einen Fuzzy-Lo- gic-Controller bereitgestellt. In dem Fuzzy-Logic-Controller wird der Erfahrungsschatz eines erfahrenen Operators in Form der gewichteten Wenn-Dann-Regeln abgebildet.

Der Satz bestehend aus Wenn-Dann-Regeln wird am Modell einer bestehenden und in Betrieb befindlichen Anlage verifiziert und optimiert. Hierbei können frühzeitig feh- lende oder falsch platzierte Messstellen in der Anlage identifiziert werden. Eine derart erprobte Regelung kann nun auf eine in Betrieb zu nehmende Anlage übertragen werden und den Operator nunmehr entlasten.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfol- gend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen

Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1: ein Schaubild eines Verfahrensablaufs zur Regelung einer Anlage und

Fig. 2: eine vereinfachte Darstellung einer zweistufigen Brechanlage.

Die Figur 1 zeigt ein Schaubild eines Ablaufs eines Verfahrens zur Regelung einer

Abgabeleistung einer Zerkleinerungsanlage. Die wesentlichen Elemente des Ablaufs sind ein Expertensystem 10, eine real existierende und betriebsbereite Anlage 12 und eine Simulation 14 der realen Anlage, wobei die Simulation insbesondere auf

Basis eines Modells der realen Anlage 12 durchgeführt wird und virtuelle Betriebsda- ten 20 eines parallel durchgeführten Betriebs der Anlage 12 liefert.

Bei dem Expertensystem 10 handelt es sich um ein regelbasiertes System. Kern des

Expertensystems 10 ist eine Mehrzahl an Wenn-Dann-Regeln, die Ursache-Wir- kungsbeziehungen eines realen Betriebs der Anlage 12 beschreiben. Bei der Anlage 12 kann es sich um eine Zerkleinerungsanlage, eine Mühle oder dergleichen han- deln. Das Expertensystem 10 kann aufgebaut werden, indem die Wenn-Dann-Re- geln über eine bereits vorhandene und in Betrieb befindlichen Anlage 12 festgelegt werden.

Aus den Wenn-Dann-Regeln des Expertensystems werden Stellwerte 16 für den Be- trieb der Anlage 12 abgeleitet. Wenn die Anlage 12 mit den Stellwerten 16 betrieben wird, ergeben sich reale Betriebsdaten 18. Parallel zu dem Betrieb der Anlage 12 er- folgt auf Basis der Stellwerte 16 die Simulation 14 des gerade herrschenden Be- triebszustandes der Anlage 12. Aus der Simulation 14 ergeben sich virtuelle Be- triebsdaten 20. Die Anlage 12 und die Simulation 14 werden auf Basis der gleichen

Stellwerte 16 betrieben, so dass in dem Fall, in dem die Simulation 14 vollständig den Betriebszustand der Anlage 12 abbildet, die realen Betriebsdaten 18 den erhal- tenen virtuellen Betriebsdaten 20 entsprechen. In einem solchen Fall würde eine Dif- ferenzbildung zwischen virtuellen und realen Betriebsdaten 18, 20zu keiner Abwei- chung 22 führen.

Ergeben sich in der Realität Abweichungen 22 zwischen den realen und den virtuel- len Betriebsdaten 18, 20, so können das zugrundliegende Anlagenmodell 14 und die

Gewichtung der Wenn-Dann-Regeln im Expertensystem 10 einer fortlaufenden Opti-

Mmierung unterzogen werden. Zudem können aus der Simulation 14 virtuelle Senso- ren und Prädiktoren in das Expertensystem 10 zurückgeführt werden.

Das in dem Expertensystem 10 über die Wenn-Dann-Regeln abgebildete Modell der

Anlage 12 enthält für diese mehrere Betriebszustände, in denen die Anlage 12 je- weils betrieben werden kann. Jeder Betriebszustand enthält einen eigenen Satz von

Wenn-Dann-Regeln. Zwischen den Betriebszuständen wird zunächst durch den Ope- rator manuell gewechselt. Das Expertensystem 10 kann einen solchen Wechsel dem

Operator vorschlagen. Mögliche Betriebszustände wären beispielsweise: ° Start der Anlage « Stopp der Anlage ° Leerfahren der Anlage (zur Wartung) ° Normalbetrieb ° Betrieb mit schwierigem Material

Die Figur 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Beispiel einer zweistufigen

Brechanlage 10. Das zu zerkleinernde Material M1 wird in den Aufgabebunker FHO1 aufgegeben. Über einer Schwingrinne VFO1 wird das Material M1 in den Sekundär- brecher CRO1 gefördert, in dem das Material M1 vorgebrochen wird. Über das Fôr- derband CVO2 wird das vorgebrochene Material M2 in einen zweiten Bunker FHO2 transportiert und mit Hilfe einer weiteren Schwingrinne VFO2 auf ein Sieb SCO1 auf- gegeben. Über das Sieb SCO1 wird feines Material M3 aussortiert. Bei dem feinen

Material M3 handelt es sich um das gewünschte Produkt. Das grobe Material M4 wird weiter Über das Förderband CVO3 in einen dritten Bunker FHO3 transportiert und mit Hilfe einer dritten Schwingrinne VFO3 in den Tertiärbrecher CRO2 gefördert, in dem es weiter zerkleinert wird. Das erneut gebrochene Material wird über das Rück- führband CVO4 zurück in den zweiten Bunker FHO2 transportiert.

Môgliche vereinfachte Wenn-Dann-Regeln beispielsweise für den Normalbetrieb kôn- nen wie folgt formuliert werden: 1. Wenn ,FH01 leer“, dann schlage Wechsel in Betriebszustand „Stopp der An- lage“ vor 2. Wenn ,CRO1 gestört“ oder ,CVO2 gestört“ oder ,FHO2 voll“, dann stoppe VFO1 3. Wenn „FHO3 voll“, dann stoppe VFO2 4 Wenn ,FH03 leer“, dann erhöhe Geschwindigkeit von VFO2 5. Wenn ,FH03 leer“ und ,FH02 leer“, dann erhöhe Geschwindigkeit von VFO1 6. Wenn „M3 > M2“, dann erhöhe Geschwindigkeit von VFO1 7. Wenn ,M3 < M4“ dann verkleinere den Brechspalt von CRO2 8. Wenn „M4 < M4min“, dann vergrößere den Brechspalt von CRO1

Bezugszeichenliste 8 Soll-Zustand 10 Expertensystem 12 Anlage 14 Simulation 16 Stellwerte 18 reale Betriebsdaten 20 virtuelle Betriebsdaten 22 Abweichung 24 Prädiktoren

M1 Material

M2 Material

M3 Material

M4 Material

FHO1 Aufgabebunker

VF01 Schwingrinne

CRO1 Sekundärbrecher

CV02 Förderband

FHO2 Bunker

VF02 Schwingrinne

SCO1 Sieb

CV03 Förderband

FHO3 Bunker

CRO2 Tertiärbrecher

CV04 Rückführband

FHO3 Bunker

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung einer Zerkleinerungsanlage (12), bei dem - eine Mehrzahl an Wenn-Dann-Regeln aus verschiedenen, ausgeführten Be- triebszuständen zumindest einer Zerkleinerungsanlage (12) abgeleitet wird, - die Mehrzahl an Wenn-Dann-Regeln als Expertensystem (10) bereitgestellt wird, - bei einem auf Basis einer Wenn-Dann-Regel fortgesetzten Betriebszustand der zumindest einen Zerkleinerungsanlage (12) dessen reale Betriebsdaten (18) erfasst und virtuelle Betriebsdaten (20) über eine Simulation (14) bereit- gestellt werden und - die realen und die virtuellen Betriebsdaten (18, 20) einem Vergleich hinsicht- lich Abweichungen (22) zueinander unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus Wenn-Dann- Regeln abgeleitete Stellwerte (16) den fortgesetzten Betriebszustand steuern.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass festge- stellte Abweichungen zwischen realen und virtuellen Betriebsdaten (18, 20) über einen Zeitverlauf quantitativ bewertet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dass bei einer festgestellten Ab- weichung (22) eine Anpassung der Wenn-Dann-Regeln des Expertensystems (10) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dass bei einer langfristig festge- stellten Abweichung (22) auf das Vorliegen eines Wartungsfalls der Zerkleine- rungsanlage (12) geschlossen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dass aus der Simulation (14) Vorhersagewerte für einen Wartungsfall der Zerkleinerungsanlage (12) abge- leitet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dass über das Expertensystem (10) mehrere Betriebszustände abgebildet werden und zumindest einem Be- triebszustand mehrere Wenn-Dann-Regeln zugeordnet sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dass jedem Betriebszustand zu- mindest eine Wenn-Dann-Regeln zugeordnet ist, bei der nach Erfüllen der zu- grundeliegenden Wenn-Bedingung, das Expertensystem (10) einen Wechsel des Betriebszustandes vorschlägt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dass das Expertensystem (10) über einen Fuzzy-Logic-Controller bereitgestellt wird.