DE102019220412A1

DE102019220412A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Energieeffizienz-Steuerung bei kontinuierlicher Materialförderung, insbesondere bei Schüttgutförderung

Info

Publication number: DE102019220412A1
Application number: DE102019220412.0A
Authority: DE
Inventors: Viktor Raaz
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: FLSmidth and Co AS
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-24
Also published as: WO2021122371A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem (1) für eine Vorrichtung (10) zur kontinuierlichen Materialförderung bei vordefinierbarer Förderleistung mittels eines zum Abbauen oder zumindest zum Aufnehmen von Material eingerichteten Arbeitsorgans (6), welches durch wenigstens einen ersten Antrieb der Vorrichtung in aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen relativ zum Untergrund bewegbar ist, wobei ein/der Materialdurchsatz vom Arbeitsorgan über wenigstens eine dem Arbeitsorgan stromab nachgeschaltete Anlagenkomponente (4) umfassend wenigstens einen zweiten Antrieb (2) der Vorrichtung (10) mittels der Antriebe (2) eingestellt ist oder geregelt wird, wobei das Steuerungssystem (1) eingerichtet ist, wenigstens einen Wert einer mittels des jeweiligen ersten und zweiten Antriebs (2) der Vorrichtung während eines Arbeitsvorgangs aufgenommenen Leistung als Funktion der Förderleistung, insbesondere als Funktion eines momentanen Massenimpulses der bewegten Materialmassen, zu erfassen und anhand der wenigstens zwei Werte eine Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang zu ermitteln und die Antriebe als Funktion der ermittelten Energieeffizienz zu regeln. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Steuerungs-/Regelungsverfahren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Materialförderung bei vordefinierbarer Förderleistung, wobei einerseits eine energetische Optimierung erfolgen kann und andererseits der Materialdurchsatz auf einem Materialflusspfad entlang von mehreren einzelnen Abbau- oder Fördereinheiten geregelt werden kann. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß Merkmalen des jeweiligen unabhängigen oder nebengeordneten Anspruchs.
HINTERGRUND
Umschlagsanlagen sind bei vielen Anwendungen, insbesondere fördertechnischen Anwendungen, hinsichtlich Materialfluss zu optimieren. Als Bestandteile oder Komponenten von Umschlagsanlagen insbesondere für Schüttgut können beispielhaft genannt werden: Rohstoffgewinnungsanlagen oder Materialaufnahmevorrichtungen (insbesondere Bagger, Rücklader, Entlader, Kratzer), Förderanlagen oder Transportanlagen (wie z.B. Gurtförderer, Förderbänder, Förderbrücken, Schneckenförderer), Aufbereitungsanlagen (insbesondere Brecher, Mühlen, Zyklone, Brennofen) oder Sortieranlagen wie z.B. Schwingsiebvorrichtungen, oder auch Absetzer (Materialabsatzgeräte). Umschlagsanlagen bestehen üblicherweise aus mehreren von solchen nacheinander oder verzweigt entlang von wenigstens einem Materialflusspfad angeordneten Komponenten. Dabei soll das Material bei vordefiniertem oder gewünschtem Durchsatz in einem vordefinierten oder gewünschten Zeitfenster von wenigstens einer Aufnahmestelle bis zu wenigstens einer Absetzstelle gefördert bzw. umgeschlagen werden. Optional wird das Material dabei auch bearbeitet bzw. vergütet; z.B. können die Materialeigenschaften (insbesondere Korngröße, Zusammensetzung) verändert werden.
Einerseits darf ein maximaler Materialdurchsatz bzw. eine maximale Beladung z.B. von Förderbändern nicht überschritten werden, insbesondere in Hinblick auf Risiken wie Blockaden, Verstopfung, Überlastung, Überhitzung. Andererseits variiert der Materialdurchsatz in vielen Anwendungsfällen ohnehin recht stark, insbesondere in Abhängigkeit von Betriebsmodus, Betriebsphasen, Art des Materials, Umweltbedingungen, oder dergleichen. Der gewünschte Mindest- oder Maximal-Materialdurchsatz kann dann eventuell nicht immer sichergestellt werden. Je nach Anwendungsfall sind die Risiken hinsichtlich Leerlauf (gar kein Materialdurchsatz) dabei mehr oder weniger groß. Insofern ist also eine effektive Steuerung und Regelung des Materialfluss-Prozesses wünschenswert.
In manchen Anwendungsfällen gestaltet sich eine Steuerung und Regelung entlang der Materialflusskette als schwierig. Üblicherweise werden die einzelnen sich entlang des Materialflusspfades erstreckenden Anlagenkomponenten daher für einen Standard-Durchsatz ausgelegt und im entsprechenden Standard-Betriebsmodus betrieben, gegebenenfalls auch auf kontinuierliche Weise in einem Betriebsmodus für maximalen Materialdurchsatz. Dies ist jedoch weder in energetischer noch in technischer Hinsicht optimal, insbesondere nicht vor dem Ziel, einen nachhaltigen ressourcenschonenden Prozess bereitstellen zu können. Insbesondere ist nachteilig, dass die verwendeten Antriebe in vielen Situationen unnötigerweise bei hohen Antriebsleistungen bzw. mit hohen Drehzahlen betrieben werden (beispielsweise auch nachteilig hohe Leerlaufleistungen). Sofern nun in einem Materialfluss-Prozess ein hoher Anteil von Leerlauf- oder Teilauslastungs-Phasen nicht vermieden werden kann, ergeben sich sowohl für die Energiebilanz als auch hinsichtlich des vorrichtungstechnischen Aufwands recht nachteilige Effekte (insbesondere verringerte Lebensdauer, höherer Wartungsaufwand, zahlreichere technische Ausfälle, unverhältnismäßig hohe Energiekosten und nicht zuletzt auch unnötige Schall- und Abgas-Emissionen).
Demnach besteht Interesse an Vorrichtungen und Verfahren sowie an einem steuerungs-/regelungstechnisch optimierbaren Materialfluss-Prozess möglichst auch für solche Anwendungen, in welchen der Materialdurchsatz nicht exakt vorhersehbar ist, insbesondere aufgrund schwankender Abbau-/Förderraten.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen zur Verfügung zu stellen, womit der Materialumschlag entlang vordefinierbarer Materialflusspfade in Hinblick auf situationsabhängigen Förderleistungsbedarf optimiert werden kann, insbesondere auch in energetischer Hinsicht. Die Aufgabe besteht insbesondere auch darin, auf Materialflusspfaden (speziell auch für Schüttgüter), die über mehrere nachgeschaltete Anlagenkomponenten verlaufen, eine optimierbare Einstellung der Anlagenkomponenten in Abhängigkeit voneinander zu ermöglichen, bevorzugt auch bei möglichst minimalem Verschleiß der für den Materialfluss vorgesehenen chargenweise oder kontinuierlich fördernden vorrichtungstechnischen Komponenten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden in den Unteransprüchen aufgeführt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch ein Steuerungssystem für eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung bei vordefinierbarer Förderleistung, insbesondere zur Schüttgutförderung, mittels eines zum Abbauen oder zumindest zum Aufnehmen von Material eingerichteten Arbeitsorgans, welches durch wenigstens einen ersten Antrieb der Vorrichtung in aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen relativ zum Untergrund bewegbar ist, wobei ein/der Materialdurchsatz (bzw. Materialfluss) vom Arbeitsorgan über wenigstens eine dem Arbeitsorgan stromab nachgeschaltete Anlagenkomponente umfassend wenigstens einen zweiten Antrieb der Vorrichtung mittels der Antriebe eingestellt ist oder geregelt wird, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist, wenigstens einen Wert einer mittels des jeweiligen ersten und zweiten Antriebs der Vorrichtung während eines Arbeitsvorgangs aufgenommenen Leistung, insbesondere elektrischen Leistung, als Funktion der Förderleistung zu erfassen, insbesondere als Funktion eines momentanen Massenimpulses der bewegten Materialmassen, und anhand der wenigstens zwei Werte (der aufgenommenen Leistung der Antriebe, insbesondere elektrischen Leistung,) eine Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang (als Funktion der Förderleistung und in Bezug auf die ersten und zweiten Antriebe) zu ermitteln und die Antriebe als Funktion der ermittelten Energieeffizienz zu regeln, insbesondere hinsichtlich wenigstens zweier vordefinierter/vordefinierbarer Förderleistungen, beispielsweise in einem Bereich entsprechend 25 bis 75% des maximal erzielbaren Durchsatzes. Dies begünstigt einerseits die Optimierung eines Betriebszustandes der Vorrichtung hinsichtlich Materialfluss (z.B. Vermeidung von Über-Belegung oder Verstopfung); andererseits kann die Vorrichtung auch auf energetisch optimierte Weise betrieben werden. Insbesondere hat sich gezeigt, dass hinsichtlich der Leistungsaufnahme bzw. der Leerlaufleistung einzelner Antriebe der Vorrichtung ein Einsparpotential im Bereich von mindestens 30% ausgeschöpft werden kann.
Dabei kann der Materialumschlag entlang des wenigstens einen vordefinierten Materialflusspfades auch an einer oder mehreren Materialübergabestellen (insbesondere P1, P2, ..., Pn) optimiert werden, beispielsweise indem Anlagenkomponenten in Ausgestaltung als Bunker geregelt werden.
Das Abbauen/Aufnehmen des Materials kann dabei auch chargenweise erfolgen.
Beispielsweise wird mittels des Steuerungssystems auch der aktuelle Antriebsstrom bzw. die momentane Antriebsleistung sowie der Materialdurchsatz messtechnisch erfasst oder auf sonstige Art und Weise ermittelt. Basierend auf diesen Werten kann eine kontinuierliche Plausibilitätsprüfung erfolgen, insbesondere dahingehend, ob eine gewählte Leistungs-/Durchsatzstufe der Antrieb noch vorteilhaft für eine momentane Auslastung der Vorrichtung ist. Beispielsweise erfolgt eine solche Plausibilitätsprüfung kontinuierlich oder zumindest jeweils nach einigen wenigen Sekunden oder Minuten oder in Abhängigkeit einer momentanen Änderung von Messwerten und/oder bei Über-/Unterschreiten eines anwendungsspezifisch definierbaren Schwellwertes (z.B. Mindest-Beladung eines Förderbandes).
Dabei beruht die Erfindung auch auf dem Konzept, Geschwindigkeitsänderungen von Antrieben derart vorzunehmen, dass die zeitlichen Förderstromdurchsatzverläufe in Hinblick auf minimierte Leistungsaufnahme vorgegeben oder angepasst werden, insbesondere bezüglich der gesamten Materialflusskette entlang einer Mehrzahl von in Materialflussrichtung hintereinandergeschalteter Antriebe. Hierfür kann auch ein Soll-Wert für die Förderleistung als Regelungsparameter definiert werden.
Gemäß einer der möglichen Regelungsarten erfolgt zumindest teilweise auch eine Anpassung der Antriebsdrehzahl, insbesondere eine zeitpunktbezogene Anpassung der Leerlaufantriebsleistung.
Eine Anpassungsmaßnahme kann dabei auch zeitlich vorausschauend erfolgen, insbesondere indem eine Durchsatzstufen-Anpassungsmaßnahme (z.B. Drehzahlerhöhung) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt abgeschlossen ist (Initiierung der Maßnahme mit vordefinierbarem Zeitpuffer).
Die Vorrichtung kann dabei wahlweise auch mit Materialfluss-Puffern wie z.B. Zwischenbunkern oder Geschwindigkeitsreglern für Förderbänder ausgerüstet sein, wobei diese Materialfluss-Einheiten ebenfalls mit dem Steuerungssystem gekoppelt oder in das Steuerungssystem eingebunden sein können.
Es hat sich gezeigt, dass ein Materialdurchsatz-Monitor bzw. ein Belegungssensor (insbesondere Füllstandsensor) eine Steuerung/Regelung erleichtern kann. Die tatsächliche momentane Förderleistung kann in der Praxis je nach Ausgestaltung der Anlage bzw. des Prozesses von der jeweils gewünschten bzw. vordefinierten Förderleistung abweichen. Ein oder mehrere Belegungssensoren (insbesondere basierend auf Radar-, Ultraschall-, Laser- oder Kraft-Signalen bzw. -Messwerten), insbesondere auch in einer Anordnung am Eingang der Anlage, ermöglicht ein Monitoring tatsächlicher Fördermengen. Darauf basierend kann auch eine lokale, ortsspezifische Durchsatzleistung ermittelt werden, beispielsweise indem eine Multiplikation der Förderbandbelegung mit der Bandgeschwindigkeit an einer Materialübergabestelle zum nächstem Förderband oder Zwischenbunker erfolgt. Durch Integration kann sowohl ein aktueller Bunkerinhalt als auch die Massenbelegung nachfolgender Förderbänder ermittelt werden.
Unter dem Massenimpuls der bewegten Materialmasse wird insbesondere das Summenprodukt der bewegten Materialmassen mit der Bewegungsgeschwindigkeit verstanden. Das Verhältnis dieser beiden Größen (Antriebsleistung zu Massenimpuls, oder vice versa) relativ zueinander erleichtert die quantitative Bewertung einer Energieeffizienz insbesondere auch für eine horizontale Verlagerung (Transport). Die dabei entstehende physikalische Einheit [kWh/(t.km)] bzw. [J/(kg·m)] oder [N/kg] kann (sinngemäß) mit dem spezifischen Gesamttransportwiderstand verglichen werden, und wird vorteilhafter Weise (nur) auf die transoptierte Materialmasse und die Transportstrecke bezogen.
Für die Erhöhung der Steuerungsqualität von geneigten, winkelig angeordneten Anlagen (Bewegungspfad des zu fördernden Materials verläuft auch in vertikaler Richtung) kann empfohlen werden, die momentane Hubleistung (Summenprodukt der Schwerkraft und vertikaler Geschwindigkeit) von der Antriebsleistung abzuziehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungssystem ferner eingerichtet, wenigstens einen der ersten und zweiten Antriebe derart im Lastzustand in Abhängigkeit von dem/den weiteren Antrieb(en) zu regeln, insbesondere von einem Vollastzustand in einen Teillastzustand herunter zu regeln, dass die momentane Antriebsleistung oder Energieaufnahme des entsprechenden Antriebs bezüglich der momentanen Förderleistung (Materialdurchsatz am Punkt P1, P2, ..., Pn auf dem Materialflusspfad) oder bezüglich einer für einen vordefinierbaren/vordefinierten Zeitpunkt einzustellenden Soll-Förderleistung optimiert ist, insbesondere minimiert ist. Hierdurch kann die Betriebsweise auch besonders nachhaltig ausgestaltet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungssystem eingerichtet, eine erste und zweite Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang in Abhängigkeit von einer ersten und zweiten vordefinierten/vordefinierbaren Förderleistung und in Bezug auf die ersten und zweiten Antriebe zu ermitteln und die Antriebe als Funktion der ermittelten ersten und zweiten Energieeffizienz zu regeln, insbesondere bei wechselnder Förderleistung im Bereich einer Mindest-Variation von 20 bis 50 Prozent, insbesondere zwecks Realisierung der besseren/maximalen Energieeffizienz. Dies ermöglicht auch einen besonders ressourcenschonenden Betrieb.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungssystem eingerichtet, eine/die Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang in Abhängigkeit von wenigstens vier vordefinierten/vordefinierbaren Förderleistungen und in Bezug auf die ersten und zweiten Antriebe zu ermitteln und die Antriebe als Funktion der ermittelten wenigstens vier Energie-Effizienzen zu regeln, insbesondere bei Korrelation der jeweiligen Förderleistung mit wenigstens einer Teilauslastungsstufe aus der Gruppe: 0%, 25%, 50%, 75%, 100% Materialdurchsatz. Dies liefert auch gute Praktikabilität, insbesondere indem die Regelung hinsichtlich einer vergleichsweise kleinen überschaubaren Anzahl von Anpassungsstufen erfolgt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungssystem eingerichtet, den jeweiligen Antrieb als Funktion der Zeit derart anzusteuern und zu regeln, dass der einzustellende oder zu regelnde Betriebszustand des jeweiligen Antriebs umschaltzeitpunktbezogen sichergestellt ist, insbesondere durch Korrelation einer/der vordefinierten/vordefinierbaren Förderleistung oder eines Soll-Materialdurchsatzes mit einer antriebsspezifischen und/oder betriebszustandsspezifischen Umschaltzeit (Rampendauer) des jeweiligen Antriebs oder der jeweiligen Anlagenkomponente. Dies begünstigt auch eine gute Auslastung bei optimierten Lastwechseln, und ermöglicht nicht zuletzt auch eine schlanke konstruktive Auslegung (bei gegebenenfalls verringertem Sicherheitsfaktor).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Steuerungssystem wenigstens einen Materialfluss- bzw. Materialdurchsatz-Monitor (umfassend wenigstens einen Sensor) und ist eingerichtet, eine/die stromauf von wenigstens einem der Antriebe erfasste Materialdurchsatz-Information (Messwerte) zur umschaltzeitpunktbezogen Regelung des jeweiligen Antriebs beim Einstellen des Betriebszustandes des jeweiligen Antriebs mit einer antriebsspezifischen Umschaltzeit (Rampendauer) zu korrelieren. Hierdurch kann auch eine vorausschauende Anpassung von Betriebszuständen bei langen Schaltzeiten bzw. langsamen Schaltvorgängen erfolgen, so dass die Lastwechsel einfacher und häufiger ohne Nachteile für den Materialfluss vorgenommen werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungssystem eingerichtet für materialdurchsatzabhängige Leistungsregelung durch Einstellen/Regeln einer Durchsatzstaffelung bezüglich wenigstens zweier der Antriebe der Vorrichtung. Dies begünstigt nicht zuletzt ein praktikables und auch im technischen Maßstab vergleichsweise einfach realisierbares Regelungskonzept, insbesondere bei nur einigen wenigen vordefinierten Durchsatzstufen.
Als Durchsatzstaffelung ist dabei insbesondere eine Abstufung der Leistungsstufen der Antriebe mit vergleichsweise wenigen (z.B. zwei bis ca. zehn) Stufen zu verstehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungssystem eingerichtet für materialdurchsatzabhängige Leistungsregelung durch Einstellen/Regeln eines/des Betriebszustands des jeweiligen Antriebs in einem vordefinierten/vordefinierbaren Zeitfenster, insbesondere in einem durch wenigstens eine Umschalt- oder Durchsatzstufenanpassungszeit definierten Zeitfenster. Dies liefert auch entlang von vergleichsweise trägen Materialflussketten, z.B. auch bei Förderbändern, eine vorausschauende Regelung, und kann den Materialfluss homogenisieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungssystem eingerichtet für materialdurchsatzabhängige Leistungsregelung durch Einstellen/Regeln eines/des Betriebszustands von wenigstens zwei in Materialflussrichtung hintereinandergeschalteten Antrieben mit Zeitversatz, insbesondere unter Berücksichtigung der integralen Speicherfunktion wenigstens eines Zwischenbunkers (oder sonstigen Materialpuffers bei starken Variationen des Materialstroms) mit vorgegebenen Speichervolumen, und/oder insbesondere als Funktion eines durch wenigstens einen Zwischenbunker der Vorrichtung (oder sonstigem Materialpuffer bei starken Variationen des Materialstroms) vorgegebenen Zeitversatzes. Die Speicherfunktion kann dabei die Größe des Puffers definieren. Der Zeitversatz kann dabei z.B. auch durch die für das Durchlaufen einer bestimmten Wegstrecke entlang des Materialflusspfades erforderliche Zeit definiert sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuerungssystem eingerichtet für eine Frequenzsteuerung wenigstens eines Antriebs der Vorrichtung. Diese Art der Ansteuerung und Regelung hat sich für diverse Antriebsarten und Vorrichtungen als vorteilhaft erwiesen.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere auch gelöst durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung, insbesondere zur Schüttgutförderung, umfassend ein Arbeitsorgan eingerichtet zum Aufnehmen von Material, welches mittels wenigstens eines ersten Antriebs in aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen relativ zum Untergrund bewegbar ist, ferner umfassend wenigstens eine dem Arbeitsorgan stromab nachgeschaltete Anlagenkomponente umfassend wenigstens einen zweiten Antrieb, wobei das Arbeitsorgan und die wenigstens eine nachgeschaltete Anlagenkomponente wenigstens einen Materialflusspfad für das Material definieren, und ferner umfassend ein zuvor beschriebenes Steuerungssystem zum Regeln der Vorrichtung mittels der Antriebe. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung wenigstens ein Förderband oder wenigstens eine Förderbandanlage (nachgeschaltete Anlagenkomponente), wobei die Vorrichtung für eine Frequenzsteuerung der Antriebe (zweite Antriebe) des Förderbandes eingerichtet ist. Dies begünstigt nicht zuletzt auch eine Regelung von Antrieben, die große Massen bewegen sollen.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere auch gelöst durch ein Verfahren zum Steuern und Regeln einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung bei vordefinierbarer Förderleistung, insbesondere zur Schüttgutförderung, mittels eines zum Abbauen oder zumindest zum Aufnehmen von Material eingerichteten Arbeitsorgans, welches mittels wenigstens eines Antriebs der Vorrichtung in aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen relativ zum Untergrund bewegbar ist, insbesondere unter Verwendung eines zuvor beschriebenen Steuerungssystems, wobei das Verfahren umfasst: Einstellen oder Regeln eines/des Materialdurchsatzes (bzw. Materialflusses) vom Arbeitsorgan über wenigstens eine dem Arbeitsorgan stromab nachgeschaltete Anlagenkomponente umfassend wenigstens einen zweiten Antrieb der Vorrichtung, und Erfassen wenigstens eines Werts einer mittels des jeweiligen ersten und zweiten Antriebs der Vorrichtung während eines Arbeitsvorgangs aufgenommenen Leistung als Funktion der Förderleistung, insbesondere als Funktion eines momentanen Massenimpulses der bewegten Materialmassen, und Ermitteln einer Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang (als Funktion der Förderleistung und in Bezug auf die ersten und zweiten Antriebe) anhand der wenigstens zwei Werte (der aufgenommenen Leistung der Antriebe), und Regeln der Antriebe als Funktion der ermittelten Energieeffizienz, insbesondere hinsichtlich wenigstens zweier vordefinierter/vordefinierbarer Förderleistungen. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Gemäß einer Ausführungsform wird wenigstens einer der ersten und zweiten Antriebe derart im Lastzustand in Abhängigkeit von dem/den weiteren Antrieb(en) geregelt, dass die momentane Antriebsleistung oder Energieaufnahme des entsprechenden Antriebs bezüglich der momentanen Förderleistung oder bezüglich einer für einen vordefinierbaren Zeitpunkt einzustellenden Soll-Förderleistung optimiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine/die Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang in Abhängigkeit von wenigstens vier vordefinierbaren Förderleistungen und in Bezug auf die ersten und zweiten Antriebe ermittelt und die Antriebe werden als Funktion der ermittelten wenigstens vier Energie-Effizienzen geregelt, insbesondere bei Korrelation der jeweiligen Förderleistung mit wenigstens einer Teilauslastungsstufe aus der Gruppe: 0%, 25%, 50%, 75%, 100% Materialdurchsatz.
Gemäß einer Ausführungsform wird der jeweilige Antrieb als Funktion der Zeit bezüglich der Drehzahl angesteuert und umschaltzeitpunktbezogen geregelt, insbesondere mittels Frequenzumrichter. Diese jeweilige Ausgestaltung liefert auch bereits zuvor weiter oben beschriebene Vorteile.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine materialdurchsatzabhängige Leistungsregelung durch Regeln einer Durchsatzstaffelung bezüglich wenigstens zweier der Antriebe; und/oder die materialdurchsatzabhängige Leistungsregelung erfolgt durch Regeln eines/des Betriebszustands des jeweiligen Antriebs in einem durch wenigstens eine Umschalt- oder Durchsatzstufenanpassungszeit definierten Zeitfenster. Dies begünstigt auch die Vermeidung von Überbelegung oder langer Leerlaufzeiten. Die gesamte Vorrichtung kann auch bei vergleichsweise starken Durchsatzschwankungen vorrichtungstechnisch schlank ausgelegt/konstruiert werden und energetisch effizient betrieben werden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere auch gelöst durch Verwendung eines Steuerungssystems zum Regeln einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung mittels einer Mehrzahl von für aufeinanderfolgende Arbeitsvorgänge vorgesehenen ersten und zweiten Antriebe, insbesondere eines zuvor beschriebenen Steuerungssystems , wobei das Steuerungssystem zum Erfassen von Werten einer aufgenommenen Leistung des jeweiligen Antriebs als Funktion der Förderleistung, insbesondere als Funktion eines momentanen Massenimpulses der bewegten Materialmassen, und zum Ermitteln und Regeln einer Energieeffizienz für den durch die Antriebe ausgeführten Arbeitsvorgang verwendet wird, insbesondere zum Regeln der Antriebe als Funktion einer Durchsatzstufenanpassungszeit, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einer Materialdurchsatz-Information. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt umfassend Programmcode, der eine Computervorrichtung zur Durchführung eines zuvor beschriebenen Verfahrens veranlasst, wenn der Programmcode auf der Computervorrichtung ausgeführt wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen, sowie aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt

1 in schematischer Darstellung einen zeitlichen Verlauf von Nutzungsgrad, Durchsatz, Verfügbarkeit und Materialaufkommen, wobei eine Regelung gemäß einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einzelnen dieser Parameter oder allen diesen Parametern erfolgen kann;
2 in schematischer Darstellung ein Steuerungssystem in/an einer Vorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen.
1 veranschaulicht eine Abhängigkeit zwischen dem relativen Durchsatz, der Materialbelegung (hier: Füllstand in einem Bunker), der Verfügbarkeit von einzelnen Anlagenkomponenten (hier: Brecher) insbesondere unter Bezugnahme auf eine Antriebsdrehzahl, und dabei auch eine Zeitabhängigkeit. Die Abszisse ist die ZeitAchse (insbesondere Sekunden; hier: Zeitfenster z.B. 300 Sekunden), und die Ordinate betrifft die prozentuale Auslastung (0 bis 100%). In diesem skizzierten Beispiel ist der Bunker mit einer variablen Auslassöffnung ausgestattet.
Der Materialdurchsatz (durchgehende Linie) schwankt sinusförmig; der Abzugsdurchsatz (insbesondere Abzug aus einem Zwischenbunker; kurz gestrichelte Linie) schwankt unstetig mit vergleichsweise großen Sprüngen, je nach Ausgestaltung der Auslassöffnung und deren Funktionsweise, wobei die Kurve des Abzugsdurchsatzes die Materialdurchsatz-Kurve an einigen Stellen schneidet; die Brecherverfügbarkeit (insbesondere Antriebsdrehzahl; lang gestrichelte Linie) verläuft trotz Unstetigkeiten zumindest annähernd parallel zur Kurve (Verlauf) des Materialdurchsatzes und oberhalb von dieser Kurve, jeweils mit kurzem zeitlichen Vorlauf; der Materialfüllstand im Bunker (unterste Linie mit kreisförmigen Punkten) schwankt in diesem Beispiel eher moderat im Bereich von 0 bis ca. 35% (Zwischenbunker nur teilweise ausgenutzt). 1 veranschaulicht einen Betriebszustand, in welchem die gesamte Vorrichtung durch das Verschalten der Anlagenkomponenten energieoptimiert arbeitet, obgleich die Vorrichtung auch für deutlich größere Durchsätze ausgelegt ist und im Durchsatz auf einer höheren Leistungsstufe eingestellt werden könnte. Insofern veranschaulicht 1 auch, dass trotz unstetiger Last-Stufen eine vergleichsweise sanfte stetige Anpassung des Materialdurchsatzes realisiert werden kann. Auch die Antriebsdrehzahl des Brechers kann dabei in Hinblick auf den momentanen Materialdurchsatz optimiert sein/werden.
In 1 wird insbesondere auch eine Simulation von Betriebszuständen bei einem Durchsatz von 25, 50, 75 und 100% oder einer entsprechenden Leistungsaufnahme illustriert. Dabei kann ein momentanes Materialaufkommen an einem der Punkte des Materialflusspfades, z.B. am Anfang des Materialflusspfades, erfasst werden und als Regelparameter mit zeitlichem Vorlauf, insbesondere mindestens zehn (10) Sekunden, an das Steuerungssystem (bzw. an eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung des Steuerungssystems) weitegegeben werden. Auch der Zwischenbunker bzw. dessen Auslassöffnung kann z.B. in vier Betriebszuständen eingestellt werden, insbesondere für 25, 50, 75 und 100% Durchsatz. Insofern illustriert 1 auch einen durchsatzgestaffelten Brecherbetrieb, insbesondere derart, dass mindestens 30% der Leistungsaufnahme bzw. der Leerlaufleistung des/der Brecherantriebe eingespart werden kann.
2 zeigt ein Steuerungssystem 1, das an eine Vorrichtung 10 zur kontinuierlichen Materialförderung gekoppelt ist oder darin integriert ist. Die Vorrichtung 10 umfasst mehrere in Materialflussrichtung hintereinandergeschaltete fördernde Antriebe 2, die jeweils ein Förderband 4 (nachgeschaltete Anlagenkomponente) antreiben, mittels welchen das Material 3 gefördert wird. Ein Materialdurchsatz-Monitor 5 mit wenigstens einem Sensor (wahlweise mit mehreren Messeinheiten) ermöglicht eine tiefergehende Analyse des Materialdurchsatzes (momentane Förderleistung). Beispielsweise umfasst der Materialdurchsatz-Monitor 5 einen Belegungssensor, der eingerichtet ist zum Erfassen einer Schichthöhe des Materials 3. Die Förderbänder 4 können z.B. auch jeweils individuelle Steigungen bzw. Neigungen aufweisen. An den Materialübergabestellen zwischen den einzelnen Förderbändern können jeweils auch Zwischenbunker vorgesehen sein.
Die drei Förderbänder 4 fördern jeweils eine momentan bewegte Materialmasse mit einer individuellen momentanen Bandgeschwindigkeit. Dabei kann den drei Antrieben 2 jeweils eine Drehzahl vorgegeben werden, insbesondere in Abhängigkeit einer jeweiligen individuellen momentanen Antriebsleistung. Die steuerungs-/regelungstechnische Interaktion ist durch die Pfeile zwischen den fördernden Komponenten und dem Steuerungssystem 1 angedeutet.
2 veranschaulicht auch eine glättende Funktion von Zwischenbunkern an den Materialübergabestellen. Insbesondere können die Zwischenbunker eine maximale Schichthöhe des Materials auf dem jeweiligen Förderband begrenzen, z.B. indem eine entsprechend angeordnete oder dimensionierte oder verstellbare Auslassöffnung vorgesehen ist. Insbesondere ermöglicht die Speicher-/Pufferfunktion des jeweiligen Zwischenbunkers eine sanfte Variation der nachgeschalteten Bandgeschwindigkeit, insbesondere unter Berücksichtigung des momentanen Bunkerfüllstandes, welcher z.B. mittels der Sensoren 5 erfasst werden kann.
Den in 2 gezeigten Anlagenkomponenten kann ein Arbeitsorgan 6 vorgeschaltet sein, z.B. ein Schaufelrad oder eine Baggerschaufel. Das Arbeitsorgan 6 liefert je nach Einsatzbedingungen und/oder Bodenbeschaffenheit einen mehr oder weniger konstanten Materialfluss (Menge pro Zeiteinheit).
Die in den zuvor beschriebenen Figuren illustrierten Ausführungsbeispiel können bezüglich derer individueller Merkmale miteinander kombiniert werden, sofern dies nicht explizit verneint wird/ist.
Bezugszeichenliste

1: Steuerungssystem
2: Antrieb
3: Material
4: Förderband (nachgeschaltete Anlagenkomponente)
5: Materialdurchsatz-Monitor (Sensor/Messeinheiten)
6: Arbeitsorgan
10: Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung

Claims

Steuerungssystem (1) für eine Vorrichtung (10) zur kontinuierlichen Materialförderung bei vordefinierbarer Förderleistung, insbesondere zur Schüttgutförderung, mittels eines zum Abbauen oder zumindest zum Aufnehmen von Material eingerichteten Arbeitsorgans (6), welches durch wenigstens einen ersten Antrieb der Vorrichtung in aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen relativ zum Untergrund bewegbar ist, wobei ein/der Materialdurchsatz vom Arbeitsorgan über wenigstens eine dem Arbeitsorgan stromab nachgeschaltete Anlagenkomponente (4) umfassend wenigstens einen zweiten Antrieb (2) der Vorrichtung (10) mittels der Antriebe (2) eingestellt ist oder geregelt wird, wobei das Steuerungssystem (1) eingerichtet ist, wenigstens einen Wert einer mittels des jeweiligen ersten und zweiten Antriebs (2) der Vorrichtung während eines Arbeitsvorgangs aufgenommenen Leistung als Funktion der Förderleistung, insbesondere als Funktion eines momentanen Massenimpulses der bewegten Materialmassen, zu erfassen und anhand der wenigstens zwei Werte eine Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang zu ermitteln und die Antriebe als Funktion der ermittelten Energieeffizienz zu regeln, insbesondere hinsichtlich wenigstens zweier vordefinierbarer Förderleistungen.
Steuerungssystem (1) nach Anspruch 1, wobei das Steuerungssystem (1) ferner eingerichtet ist, wenigstens einen der ersten und zweiten Antriebe (2) derart im Lastzustand in Abhängigkeit von dem/den weiteren Antrieb(en) (2) zu regeln, insbesondere von einem Vollastzustand in einen Teillastzustand herunter zu regeln, dass die momentane Antriebsleistung oder Energieaufnahme des entsprechenden Antriebs bezüglich der momentanen Förderleistung oder bezüglich einer für einen vordefinierbaren Zeitpunkt einzustellenden Soll-Förderleistung optimiert ist, insbesondere minimiert ist.
Steuerungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuerungssystem (1) eingerichtet ist, eine erste und zweite Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang in Abhängigkeit von einer ersten und zweiten vordefinierbaren Förderleistung und in Bezug auf die ersten und zweiten Antriebe (2) zu ermitteln und die Antriebe (2) als Funktion der ermittelten ersten und zweiten Energieeffizienz zu regeln, insbesondere bei wechselnder Förderleistung im Bereich einer Mindest-Variation von 20 bis 50 Prozent, insbesondere zwecks Realisierung der maximalen Energieeffizienz.
Steuerungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist, eine/die Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang in Abhängigkeit von wenigstens vier vordefinierbaren Förderleistungen und in Bezug auf die ersten und zweiten Antriebe (2) zu ermitteln und die Antriebe als Funktion der ermittelten wenigstens vier Energieeffizienzen zu regeln, insbesondere bei Korrelation der jeweiligen Förderleistung mit wenigstens einer Teilauslastungsstufe aus der Gruppe: 0%, 25%, 50%, 75%, 100% Materialdurchsatz.
Steuerungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist, den jeweiligen Antrieb (2) als Funktion der Zeit derart anzusteuern und zu regeln, dass der einzustellende oder zu regelnde Betriebszustand des jeweiligen Antriebs umschaltzeitpunktbezogen sichergestellt ist, insbesondere durch Korrelation einer/der vordefinierbaren Förderleistung oder eines Soll-Materialdurchsatzes mit einer antriebsspezifischen und/oder betriebszustandsspezifischen Umschaltzeit.
Steuerungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem wenigstens einen Materialdurchsatz-Monitor (5) umfasst und eingerichtet ist, eine/die stromauf von wenigstens einem der Antriebe erfasste Materialdurchsatz-Information zur umschaltzeitpunktbezogen Regelung des jeweiligen Antriebs beim Einstellen des Betriebszustandes des jeweiligen Antriebs mit einer antriebsspezifischen Umschaltzeit zu korrelieren.
Steuerungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist für materialdurchsatzabhängige Leistungsregelung durch Regeln einer Durchsatzstaffelung bezüglich wenigstens zweier der Antriebe (2) der Vorrichtung.
Steuerungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist für materialdurchsatzabhängige Leistungsregelung durch Regeln eines/des Betriebszustands des jeweiligen Antriebs (2) in einem vordefinierbaren Zeitfenster, insbesondere in einem durch wenigstens eine Umschalt- oder Durchsatzstufenanpassungszeit definierten Zeitfenster.
Steuerungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist für materialdurchsatzabhängige Leistungsregelung durch Regeln eines/des Betriebszustands von wenigstens zwei in Materialflussrichtung hintereinandergeschalteten Antrieben mit Zeitversatz, insbesondere unter Berücksichtigung der integralen Speicherfunktion wenigstens eines Zwischenbunkers.
Steuerungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuerungssystem eingerichtet ist für eine Frequenzsteuerung wenigstens eines Antriebs (2) der Vorrichtung.
Vorrichtung (10) zur kontinuierlichen Materialförderung, insbesondere zur Schüttgutförderung, umfassend ein Arbeitsorgan (6) eingerichtet zum Aufnehmen von Material (3), welches mittels wenigstens eines ersten Antriebs in aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen relativ zum Untergrund bewegbar ist, ferner umfassend wenigstens eine dem Arbeitsorgan stromab nachgeschaltete Anlagenkomponente (4) umfassend wenigstens einen zweiten Antrieb (2), wobei das Arbeitsorgan (6) und die wenigstens eine nachgeschaltete Anlagenkomponente (4) wenigstens einen Materialflusspfad für das Material definieren, und ferner umfassend ein Steuerungssystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Regeln der Vorrichtung mittels der Antriebe.
Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Vorrichtungsanspruch, wobei die Vorrichtung wenigstens ein Förderband oder wenigstens eine Förderbandanlage umfasst, wobei die Vorrichtung für eine Frequenzsteuerung von Antrieben (2) des Förderbandes eingerichtet ist.
Verfahren zum Steuern und Regeln einer Vorrichtung (10) zur kontinuierlichen Materialförderung bei vordefinierbarer Förderleistung, insbesondere zur Schüttgutförderung, mittels eines zum Abbauen oder zumindest zum Aufnehmen von Material eingerichteten Arbeitsorgans (6), welches mittels wenigstens eines Antriebs der Vorrichtung in aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen relativ zum Untergrund bewegbar ist, insbesondere unter Verwendung eines Steuerungssystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren umfasst: -Einstellen oder Regeln eines/des Materialdurchsatzes vom Arbeitsorgan (6) über wenigstens eine dem Arbeitsorgan stromab nachgeschaltete Anlagenkomponente (4) umfassend wenigstens einen zweiten Antrieb (2) der Vorrichtung, und -Erfassen wenigstens eines Werts einer mittels des jeweiligen ersten und zweiten Antriebs der Vorrichtung während eines Arbeitsvorgangs aufgenommenen Leistung als Funktion der Förderleistung, insbesondere als Funktion eines momentanen Massenimpulses der bewegten Materialmassen, und -Ermitteln einer Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang anhand der wenigstens zwei Werte, und -Regeln der Antriebe als Funktion der ermittelten Energieeffizienz, insbesondere hinsichtlich wenigstens zweier vordefinierbarer Förderleistungen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei wenigstens einer der ersten und zweiten Antriebe (2) derart im Lastzustand in Abhängigkeit von dem/den weiteren Antrieb(en) geregelt wird, dass die momentane Antriebsleistung oder Energieaufnahme des entsprechenden Antriebs (2) bezüglich der momentanen Förderleistung oder bezüglich einer für einen vordefinierbaren Zeitpunkt einzustellenden Soll-Förderleistung optimiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei eine/die Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang in Abhängigkeit von wenigstens vier vordefinierbaren Förderleistungen und in Bezug auf die ersten und zweiten Antriebe (2) ermittelt und die Antriebe als Funktion der ermittelten wenigstens vier Energieeffizienzen geregelt werden, insbesondere bei Korrelation der jeweiligen Förderleistung mit wenigstens einer Teilauslastungsstufe aus der Gruppe: 0%, 25%, 50%, 75%, 100% Materialdurchsatz.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei der jeweilige Antrieb (2) als Funktion der Zeit bezüglich der Drehzahl angesteuert und umschaltzeitpunktbezogen geregelt wird, insbesondere mittels Frequenzumrichter.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei eine materialdurchsatzabhängige Leistungsregelung durch Regeln einer Durchsatzstaffelung bezüglich wenigstens zweier der Antriebe erfolgt; und/oder wobei eine materialdurchsatzabhängige Leistungsregelung durch Regeln eines/des Betriebszustands des jeweiligen Antriebs in einem durch wenigstens eine Umschalt- oder Durchsatzstufenanpassungszeit definierten Zeitfenster erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei eine momentane Energieaufnahme basierend auf einer Frequenzsteuerung wenigstens eines Antriebs der Vorrichtung derart geregelt wird, dass die Energieeffizienz bezüglich eines vordefinierten Materialdurchsatzes maximiert wird.
Verwendung eines Steuerungssystems (1) zum Regeln einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung mittels einer Mehrzahl von für aufeinanderfolgende Arbeitsvorgänge vorgesehenen ersten und zweiten Antriebe (2), insbesondere eines Steuerungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Steuerungssystem (1) zum Erfassen von Werten einer aufgenommenen Leistung des jeweiligen Antriebs (2) als Funktion der Förderleistung, insbesondere als Funktion eines momentanen Massenimpulses der bewegten Materialmassen, und zum Ermitteln und Regeln einer Energieeffizienz für den durch die Antriebe ausgeführten Arbeitsvorgang verwendet wird, insbesondere zum Regeln der Antriebe als Funktion einer Durchsatzstufenanpassungszeit, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einer Materialdurchsatz-Information.
Computerprogrammprodukt umfassend Programmcode, der eine Computervorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche veranlasst, wenn auf der Computervorrichtung ausgeführt.