-
Verfahren und Einrichtung zur digitalen Steuerung einer Schachtfördermaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Steuerung einer Fördermaschine,
insbesondere einer Gestellfördermaschine, durch Zählung von Impulsen, die von einem
mit der Fördermaschine gekuppelten Impulsgeber geliefert werden und deren Anzahl
der vom Förderkorb befahrenen Strecke proportional ist.
-
Zur halb- oder vollautomatischen Steuerung von Schachtfördermaschinen
verwendet man sogenannte Fahrtregler, die den vom Förderkorb im Schacht zurückgelegten
Weg analog nachbilden und - beispielsweise über Kurvenscheiben - die Geschwindigkeit
der Fördermaschine steuern. Dies führt bei großen Teufen zu Schwierigkeiten durch
den dabei notwendigen Abbildungsmaßstab. Der Aufwand zur Realisierung eines derartigen
Fahrtreglers wird besonders unangenehm erhöht, wenn Zwischensohlenbetrieb gefordert
wird, da für jede Sohle ein weiterer verstellbarer Kurventräger eingebaut werden
muß. Es besteht zwar bei Zwischensohlenbetrieb die Möglichkeit, den Kurventräger
mit Hilfe einer Magnetkupplung schachtabhängig ankuppelbar auszuführen, was aber
zu einer sehr aufwendigen und dem Verschleiß unterworfenen mechanischen Einrichtung
führt.
-
Die Steuerung der Bremse erfolgt bei diesen bekannten automatischen
Fördermaschinen über vom Korb betätigte Schachtschalter. Zum Umsetzen eines mehretagigen
Förderkorbes im Schacht werden dabei pro Etage und Verzögerungsbereich je ein Schachtschalter
für die Kommandos »Bremsen vorfluten« und »Bremse auflegen« benötigt. Dadurch sind
beispielsweise bei einem dreietagigen Korb und Betrieb mit drei Zwischensohlen (d.
h. mit insgesamt fünf Haltestellen) allein für die Steuerung der Bremse dreißig
Schachtschalter im Schacht einzubauen.
-
Es sind bereits Vorschläge bekanntgeworden, den gesamten Förderweg
durch eine proportionale Anzahl Impulse darzustellen. Zu diesem Zweck enthält das
Förderseil oder die Treibscheibe Markierungen zur Auslösung von Impulsen.
-
Bei einem bekannten, auch bei Bergwerksfördermaschinen zum Bündigsetzen
der Förderkörbe verwendbaren digitalen Fernsteuersystem wird ein mit dem Antrieb
gekuppelter Rotor einer Synchronmaschine verstellt, die über einen Diskriminator
pro Umdrehung einen Impuls liefert. Die Impulse werden von einem Zähler registriert,
der nach einer voreingestellten Zahl von Umdrehungen bzw. Impulsen die Abschaltung
des Antriebes bewirkt.
-
Eine bekannte Schalteinrichtung zum automatischen Umsetzen bei einer
Gestellförderanlage sieht einen mit der Treibscheibe der Förderanlage gekuppelten
elektrischen Impulsgeber vor, der bei Bewegung des Förderkorbes eine dem zurückgelegten
Weg entsprechende Zahl von Impulsen auf eine Zählvorrichtung gibt. Die Bündigstellung
des Förderkorbes vor dem ersten Umsetzen wird dabei durch einen vom Förderkorb unmittelbar
betätigten, im Schacht angeordneten Schalter überwacht. Nach Erreichen von voreingestellten
Impulszahlen wird über entsprechende Relais bzw. Schütze ein Steuerbefehl zum Stillsetzen
des Förderkorbes gegeben. Nachteilig ist bei dieser Schalteinrichtung die mehr oder
weniger stufenweise Stillsetzung des Förderkorbes durch einen erst nach Erreichen
der eingestellten Impulszahl abgegebenen Steuerbefehl.
-
Das neue Verfahren zur digitalen Steuerung einer Fördermaschine arbeitet
im Gegensatz zu den bekannten Methoden mit einer Kombination von drei Zählern, die
in gegenseitiger Abhängigkeit stehen. Die Erfindung besteht darin, daß zunächst
ein Gesamtbereichszähler für die gesamte Förderteufe die Impulse zählt und nach
Erreichen eines bestimmten Zählerstandes - im Bereich einer Haltestelle (Sohle)
- über eine Einrichtung zur Zählerabfrage einen Teilbereichszähler startet, der
seinerseits einen Sollwertzähler für die Geschwindigkeits- und Bremsensteuerung
einschaltet und darauf Teilbereichs-und Sollwertzähler von ihrem: Ausgangswert ausgehend
gegen die Haltestelle nach Null herabzählt und daß ferner abhängig vom Stand des
Sollwertzählers ein Digital-Analog-Wandler einen anlogen Sollwert für die Geschwindigkeitsregelung
der Fördermaschine vorgibt, mit Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes des'
Sollwertzählers die Bremse vorgeflutet und mit Erreichen des Zählerstandes Null
die Fördermaschine durch Auflegen der Bremse stillgesetzt wird.
Durch
die Verwendung eines Zählers, der über den gesamten Fahrweg zählt, und von zwei
Zählern, die nur im Bereich der anzufahrenden Sohlen in Betrieb sind, wird der Aufwand
für die zu speichernden Wegsollwerte, d. h. der Einrichtungen zur Zählerabfrage,
vor allem bei vielen anzufahrenden Sohlen wesentlich verringert. Darüber hinaus
erfolgt über den dem Sollwertzähler nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler eine
praktisch kontinuierliche Sollwertvorgabe für die Geschwindigkeitsregelung der Fördermaschine,
so daß der Korb praktisch ruckfrei geführt wird.
-
Die Inbetriebnahme einer nach dem neuen Verfahren arbeitenden Fördermaschine
gestaltet sich bedeutend einfacher, da die bisher übliche Anfertigung der Sollwertkurven
und die genaue Anbringung der vielen Schachtschalter im Schacht entfallen kann.
Bei der neuen digitalen Steuerung der Fördermaschine kann man sich bei der Inbetriebnahme
auf das relativ einfache Programmieren von mehreren Einrichtungen zur Zählerabfrage
und das Einstellen des Korrekturgliedes (über einen Schachtschalter pro Haltestelle)
beschränken. Der Stillsetzvorgang und das Umsetzen braucht nur für eine Haltestelle
eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine nach dem neuen
Verfahren arbeitende Fördermaschinensteuerung bis auf den Impulsgeber nur aus unbewegten
Teilen (elektronischen Bauelementen) aufgebaut werden kann.
-
Zur näheren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der das
erfindungsgemäße Verfahren an einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt
ist. Es zeigt Fig. 1 die Anordnung der einzelnen Geräte mit Wirkverbindungen und
F i g. 2 ein Diagramm für den Ablauf der Steuerungsvorgänge bei der Einfahrt des
Förderkorbes in eine Haltestelle (Sohle).
-
Der Impulsgeber IG in F i g. 1 ist mit der Treibscheibe oder
der Motorwelle der Fördermaschine F gekuppelt und liefert pro Meter Förderweg beispielsweise
etwas mehr als 100 Impulse. Diese verteilen sich auf zwei Impulsgruppen mit
je etwas mehr als 50 Impulsen pro Meter und 90° gegenseitiger Phasenverschiebung.
Der Impulsgeber enthält zur Erzeugung dieser Impulsgruppen vorzugsweise eine von
der Fördermaschine F angetriebene Scheibe mit eingesetzten kleinen Magneten. Im
Feld dieser Magneten sind zwei stillstehende Hallgeneratoren angeordnet, die bei
Rotation der Scheibe zwei um annähernd 90° el. gegeneinander verschobene Impulsgruppen
liefern. Ein derartiger Impulsgeber ist für die digitale Wegregelung von Walzwerksantrieben
bereits bekanntgeworden. Die Zahl der vom Impulsgeber IG
pro Wegeinheit zu
liefernden Impulse hängt von der gewünschten und erreichbaren Genauigkeit der einzelnen
Förderanlage ab.
-
An Stelle eines elektromagnetischen Impulsgebers der geschilderten
Art kann auch ein fotoelektrischer Impulsgeber mit Lichtschranken verwendet werden,
der zur Abgabe zweier um 90° e1. gegeneinander versetzter Impulsgruppen eingerichtet
ist.
-
Die vom Impulsgeber IG gelieferten Impulse werden einem Impulsauswerter
1A zugeführt und dort für die nachfolgenden Zähler verstärkt und umgeformt. Durch
Auswerten der Phasenlage der beiden vom Impulsgeber IG erzeugten Impulsgruppen
wird die Fahrtrichtung der Fördermaschine F ermittelt und an die einzelnen Zähler
weitergemeldet. Da sich im Laufe der Zeit das Förderseil in das Seilfutter der Treibscheibe
einarbeitet, ändert sich damit auch das Verhältnis zwischen dem vom Förderkorb zurückgelegten
Weg und den vom Imulsgeber IG abgegebenen Impulsen. Um dieses Verhältnis
konstant zu halten, könnte man ein kontinuierlich oder zumindest sehr feinstufig
einstellbares Getriebe zwischen die Fördermaschine F und den Impulsgeber
IG einschalten. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dieses Verhältnis durch einen elektronischen, auf digitaler Basis arbeitenden Frequenzteiler
konstant zu halten. Dieser enthält beispielsweise eine Kaskadenschaltung von Rationalteilen
mit parallelen Ausgängen. Bei einem beispielsweise auf drei Stellen nach dem Komma
einstellbaren Frequenzteilerverhältnis enthält der Frequenzteiler FT drei
Dekadenstufen. Wird z. B. eine übersetzung i = 0,932 verlangt, so gibt der Frequenzteiler
FT von 1000 Impulsen, die der Impulsgeber liefert, nur 932 an die Zähler
weiter. Der Frequenzteiler FT unterdrückt somit mehrere Impulse, die möglichst
gleichmäßig unter die verbleibenden 932 Impulse verteilt sind. Die Einstellung des
Frequenzteilerverhältnisses erfolgt im einfachsten Fall von Hand mit Hilfe eines
Vielfachumschalters FTE.
-
Es ist auch denkbar, das Frequenzteilerverhältnis automatisch mit
der Veränderung des Verhältnisses zwischen Fahrtstrecke und Anzahl der vom Impulsgeber
IG gelieferten Impulse zu korrigieren. Hierzu wird erfindungsgemäß im Schacht
eine in ihrer Länge bekannte unveränderliche, durch zwei Schachtschalter begrenzte
Eichstrecke vorgesehen. Beim Durchfahren derselben durch den Förderkorb wird ein
Eichsignal bewirkt. Da dieser vorgegebenen Eichstrecke eine vorgegebene Impulszahl
entspricht, kann die Differenz zwischen dieser vorgegebenen Impulszahl und der vom
Frequenzteiler FT für diese durchfahrene Strecke gemessenen Anzahl von Impulsen
- über geeignete und für sich bekannte ebenfalls auf elektronischer Basis arbeitende
Stellglieder - zur selbsttätigen Korrektur des Frequenzteilerverhältnisses dienen.
-
Die vom Frequenzteiler FT abgegebenen und nun in ihrer Anzahl
tatsächlich der vom Förderkorb zurückgelegten Wegstrecke entsprechenden Impulse
werden einem Gesamtbereichszähler GZ, einem Teilbereichszähler TZ und einem Sollwertzähler
SZ zugeführt. Der Gesamtbereichszähler GZ erfaßt die gesamte Förderteufe. Er kann
vor- und rückwärts zählen. Seine Zählrichtung ist identisch mit der Fahrtrichtung
des Korbes im Schacht. Die Stellung des Gesamtbereichszählers GZ wird abhängig von
der Fahrtrichtung bei bestimmten Zählerständen entsprechend bestimmten Wegpunkten
im Schacht von einer Einrichtung GZA zur Abfrage des Gesamtbereichszählers GZ abgefragt,
bei denen die Fördermaschine F verzögert werden soll.
-
Der Teilbereichszähler TZ wird über ein Vorsatzgerät TZV vom Gesamtbereichszähler
GZ über die Einrichtung GZA zur Gesamtbereichszählerabfrage bei bestimmten Zählerständen,
die bestimmten Wegpunkten im Bereich einer Sohle entsprechen, gestartet.
-
Der Teilbereichszähler TZ ist ebenfalls ein Zweirichtungszähler mit
einer Kapazität, die einschließlich einer gewissen Reserve dem Verzögerungsweg der
Fördermaschine F entspricht. Seine Zählrichtung stimmt mit der Fahrtrichtung überein,
wenn der
Korb von oben die Haltestelle anfährt, und ist entgegengesetzt
der Fahrtrichtung, wenn der Korb von unten in die Haltestelle einfährt. Der Teilbereichszähler
TZ wird gestoppt und auf seinen Ausgangswert gesetzt, wenn er einen oberen oder
unteren Grenzwert seines Bereiches überzählt (in F i g. 2 der Zeichnung in den Punkten
T 4 und T 5).
-
Der Sollwertzähler SZ erhält seinen Startbefehl vom Teilbereichszähler
TZ über eine Einrichtung TZA zur Abfrage des Teilbereichszählers TZ. Der
Sollwertzähler SZ ist ein rückwärts zählender Zähler, dessen Zählkapazität der des
Teilbereichszählers entspricht. Über eine Einrichtung SZA zur Abfrage des Zählerstandes
des Sollwertzählers SZ wird bei vorgegebenen Zählerständen des Sollwertzählers die
Bremssteuerung BS der Fördermaschine F beeinflußt.
-
Über einen an sich bekannten Digital-Analog-Wandler DA W wird
vom Sollwertzähler auch der Sollwert für die Geschwindigkeit der Fördermaschine
F erzeugt. Zur Bildung des gewünschten Sollwertverlaufes zur Geschwindigkeitssteuerung
der Fördermaschine F kann z. B. einem linearen Digital-Analog-Wandler ein Funktionsumformer
zugeordnet sein.
-
Während die bisher geschilderten Einrichtungen für die gesamte Förderanlage
nur einmal erforderlich sind, wird ein Schachtschalter SS zur Beeinflussung
eines Korrekturgliedes KG im Bereich jeder Sohle und der Hängebank angeordnet. Verschiedene
nicht auseichbare Vorgänge beim Betrieb der Fördermaschine, vor allem das lastabhängige
Seilklettern, haben nämlich zur Folge, daß ein zentimetergenaues Vorsetzen des Förderkorbes
an der Haltestelle nur durch das. über einen Schachtschalter SS vor der Haltestelle
gesteuertes Korrekturglied KG möglich ist. Wird in eine Haltestelle aus beiden Fahrtrichtungen
eingefahren, so ist vor der eigentlichen Haltestelle in jeder Fahrtrichtung ein
Schachtschalter SS
vorzusehen. Das über den Schachtschalter SS geschaltete
Korrekturglied KG bewirkt, daß alle Zähler bei Vorbeifahrt des Förderkorbes am Schachtschalter
auf den Zählerstand eingestellt werden, der dem Ort, an dem dieser Schachtschalter
im Schacht angeordnet ist, genau entspricht.
-
In F i g. 2 ist in einem Diagramm die Wirkungsweise des neuen Verfahrens
an einem Beispiel für die Einfahrt des Korbes in eine Haltestelle und für das Umsetzen
erläutert. Die Fahrtrichtung W des Förderkorbes ist in Ordinatenrichtung und die
Zählerstände des Gesamtbereichszählers GZ, des Teilbereichszählers TZ und des Sollwertzählers
SZ sind in Abszissenrichtung aufgetragen. Mit G ist der Zählerstand des Gesamtbereichszählers,
mit T der des Teilbereichszählers sowie mit S1 und S2 der des Sollwertzählers bezeichnet.
Die waagerechten, nach beiden Richtungen deutenden Pfeile unter den in Klammern
stehenden Bezeichnungen für den Gesamtbereichszähler GZ und den Teilbereichszähler
TZ weisen darauf hin, daß diese beiden Zähler sowohl vorwärts als auch rückwärts
zählen. Der waagerecht nach links deutende Pfeil unter der in Klammern stehenden
Bezeichnung für den Sollwertzähler SZ gibt an, daß dieser Zähler nur noch nach links,
d. h. von einem Ausgangswert nur nach rückwärts oder abwärts zählen kann. Die Abszissenachse
in F i g. 2 stellt gleichzeitig die Haltestelle bzw. Sohle dar, in der der im Beispiel
betrachtete dreietagige Förderkorb zum Stillstand kommen soll. Es wird angenommen,
daß sich der Förderkorb zunächst in Abwärtsbewegung befindet, d. h. von oben in
die Sohle einfährt. Solange er sich noch außerhalb des Bereiches der Sohle befindet,
kann sein Weg W nur am Zählerstand G des Gesamtbereichszählers GZ verfolgt werden.
In dem Augenblick, in dem der Gesamtbereichszähler GZ den Zählerstand G 1 durchläuft,
spricht die auf diesen Zählerstand eingestellte Einrichtung GZA zur Abfrage des
Gesamtbereichszählers GZ an und startet den Teilbereichszähler TZ, der darauf von
seinem Ausgangswert TA mit der sich verringernden Entfernung des Korbes von
der Haltestelle nach Null abwärts zählt. Mit Erreichen des Zählerstandes
T 1 wird von der Einrichtung TZA der Sollwertzähler SZ gestartet, der (in
F i g. 2 über der Abszisse S 1 dargestellt) von seinem Ausgangszählerstand SA 1
nun ebenfalls nach abwärts bzw. rückwärts zählt. Beim Durchlaufen des Zählerstandes
S 11 spricht die Einrichtung SZA. .zur Abfrage des Sollwertzählers SZ an
und gibt Signal an die Bremsensteuerung BS zum Vorfluten der Fördermaschinenbremse.
Beim Sollwertzählerstand S 10 = 0 wird die Bremse aufgelegt.
-
Gleichlaufend zur Steuerung der Bremse der Fördermaschine F wird über
den Digital-Analog-Wandler DAW der Sollwert für die Geschwindigkeit der Fördermaschine
F vorgegeben.
-
Damit ist der dreietagige Förderkorb beim Sollwertzählerstand
S10 = 0 mit seiner obersten Etage bündig gestellt. Das Umsetzen auf die beiden
anderen Etagen erfolgt durch das Abfahrtsignal für die Fördermaschine. Der Förderkorb
bewegt sich zum Umsetzen nach aufwärts. Dargestellt ist dies im Diagramm der F i
g. 2 über der Abszisse S2. Das Abfahrtsignal bewirkt die Einstellung des Sollwertzählers
SZ auf seinen zweiten kleineren Ausgangszählerstand SA 2. Entsprechend diesem
kleinen Ausgangszählerstand SA 2 wird der Fördermaschine F eine bestimmte
kleine Umsetzgeschwindigkeit vorgeschrieben, mit der dann der Förderkorb nach oben
bewegt wird. Die Umsetzbewegung wird zunächst nur vom Gesamtbereichszähler GZ und
vom Teilbereichszähler TZ erfaßt, während der Sollwertzähler SZ auf
seinem Ausgangszählerstand SA 2 bleibt und weiterhin über den Digital-Analog-Wandler
DA W für die Geschwindigkeit der Fördermaschine F einen konstanten Sollwert
vorgibt.
-
Der Teilbereichszähler TZ zählt nun von Null aufwärts (in F i g. 2
von unten nach oben) und startet bei Erreichen des Zählerstandes T2 über die Einrichtung
TZA den Sollwertzähler SZ, der zunächst über den Digital-Analog-Wandler
DA W den Geschwindigkeitssollwert für die Geschwindigkeit der Fördermaschine
F verringert, bei Durchlaufen des Zählerstandes S21 über die Abfrageeinrichtung
SZA und die Bremsensteuerung BS die Bremse vorflutet und beim Zählerstand S22 =
0 die Bremse auflegt. Damit ist die zweite Etage des Korbes bündig gestellt.
-
Das Umsetzen auf die dritte, d. h. unterste Etage erfolgt sinngemäß.
Bei Zählerstand T3 des Teilbereichszählers TZ wird wieder der Sollwertzähler SZ
gestartet, der bei Sollwertzählerstand S 24 = 0 den Korb stillsetzt.
-
Der Befehl zum Vorfluten der Bremse wird beispielsweise einen halben
Meter vor Zählerstand .Null des Sollwertzählers SZ, d. h. vor der Bündigstellung,
gegeben. Eine zweite Abfrage des Sollwertzählers SZ durch die Einrichtung SZA zur
Sollwertzählerabfrage
gibt in den Punkten S20, S22 und .S24 des
Diagramms den Befehl zum Auflegen der Bremse und stoppt gleichzeitig den Sollwertzähler
SZ, der daraufhin bei Null stehenbleibt.
-
Die beim Umsetzen angewandte Methode des jeweilig neuerlichen Starts
des Sollwertzählers SZ durch eine Teilbereichszählerabfrage hat den Vorteil, daß
sich ein Fehler durch ungenaues Vorsetzen beim vorangegangenen Halten der Maschine
- wie er beispielsweise durch Streuung der Bremswirkung auftreten kann - nicht weiter
verschleppt und sich beim mehrmaligen Umsetzen unter Umständen nicht sogar noch
summiert. Nachdem die letzte Etage des Förderkorbes umgesetzt ist, wird der Sollwertzähler
SZ durch das Abfahrtsignal auf den Ausgangszählerstand SA 1 gesetzt, der
der vollen Geschwindigkeit der Fördermaschine F entspricht. Dieser Zählerstand bleibt
im Sollwertzähler SZ stehen, bis bei der nächsten Haltestelle der Sollwertzähler
wiederum durch die Einrichtung TZA zur Abfrage des Teilbereichszählers TZ gestartet
wird.