DE19825097A1 - Verfahren zum Betrieb eines Walzenrostsiebes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Walzenrostsiebes und die Generierung bestimmter Parameter zur optimalen Anpassung an das zu verarbeitende Schüttgut sowie als Voraussetzung zur Prozeßoptimierung. DOLLAR A In einem vorbereitendem Schritt werden konstruktive Maßnahmen, im wesentlichen die Ausstattung der Walzen mit drehzahlveränderlichen Antrieben, ergriffen. Weiterhin werden ausgewählte Regelgrößen und Grenzwerte, bezogen auf die zu erwartenden durchschnittlichen Schüttguteigenschaften, mittels einer Regel- und Prozeßsteuerung einmalig generiert. Insbesondere wird die Optimaldrehzahl für jede einzelne Walze prozeßabhängig vorgegeben. Die Walzen können dabei zu Gruppen zusammengefaßt werden. DOLLAR A Dynamisch wird das Walzenrostsieb über eine Regelung überwacht und beeinflußt. Letztere ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet: DOLLAR A - Erfassung der Schüttgutmenge, des Füllstandes im Bereich der Siebstraße und der Motorstromaufnahme als Minimalinformation neben weiteren optionalen Informationen mittels Sensoren; DOLLAR A - Weitergabe dieser Informationen an eine Verarbeitungs- und Auswerteeinheit; DOLLAR A - Informationsverarbeitung und -auswertung in derselben unter Nutzung bekannter Informationsverarbeitungstechnik und speziell entwickelter Algorithmen, nämlich der Ermittlung der Siebbelegungskontur und deren Modellierung sowie der Überlagerung der ermittelten Drehzahlinformationen mit periodischen Funktionen, daraus folgend die Ermittlung verschiedener Regelgrößen, DOLLAR A - Ausgabe ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Walzenrostsiebes, eingeschlossen die Generierung bestimmter Parameter.

Walzenrostsiebe bestehen aus einer Vielzahl hintereinander in einer Ebene angeordneter Walzen, auf die einzelne Scheiben oder Scheibenpakete aufgeschoben sind, die somit einen Siebboden bilden. Die Scheiben haben im wesentlichen kreisförmige Konturen, wobei aber auch andere Formen anzutreffen sind. Die Siebwalzen sind so montiert, daß die Scheiben benachbarter Walzen je nach Klassieraufgabe entweder in Reihe oder versetzt zueinander, teilweise ineinandergreifend, angeordnet sind. Die Walzen, und damit die Scheiben, drehen sich gleichsinnig in Förderrichtung. Das Siebgut fällt somit von der Aufgabestelle aus entweder als Unterkorn durch die Siebspalte oder wird gemäß der eingestellten Korngröße als Überkorn in den Siebüberlauf transportiert. Vorrichtungen, die nach diesem Prinzip arbeiten, sind seit langem bekannt und in der Schüttguttechnik im Praxiseinsatz.

Antriebsseitig werden Walzenrostsiebe der neueren Generation mit je einem Antriebsmotor pro Walze ausgestattet, wobei alle Walzen mit gleicher Drehzahl laufen.

Das hat den Vorteil, daß eine optimale Anpassung der Motoren an die Belastung der zugehörigen Walze möglich ist. Logischerweise sind somit die Walzen an der Aufgabeseite mit größeren Motoren ausgestattet als die in der Nähe des Siebüberlaufs. Bei Ausfall einer oder auch zweier nicht benachbarter Walzenantriebe kann das Sieb vorübergehend weiterbetrieben werden, was eine vereinfachte Wartung und Instandhaltung zur Folge hat. Bei Mehrfachanordnungen von Walzenrostsieben können die hintereinandergeschalteten Teilsiebböden mit ansteigender Drehzahl der Walzen betrieben werden (DE OS 40 17 652). Die Drehzahl der Walzen eines jeden Teilsiebbodens ist dabei gleich.

Der beschriebene Stand der Technik hat aus heutiger Sicht den Hauptmangel, daß die zur Verfügung stehenden Walzenrostsiebe wechselnden Prozeßanforderungen nicht angepaßt sind bzw. daß eine Anpassung an sich verändernde Parameter des Siebgutes nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand, sprich Umbau der Siebwalzen oder anderer Teile des Siebes, realisierbar ist. Diesen Mangel soll die Erfindung beseitigen.

Heute werden weltweit Maschinen benötigt, die auf Bedingungen reagieren können, die durch den Gesamtprozeß einer Schüttgutverarbeitungsanlage oder die Umgebung bestimmt werden. Die Übertragung dieser Grundforderung auf ein Walzenrostsieb ist Aufgabe der Erfindung. Konkret soll ein Walzenrostsieb zur Verfügung gestellt werden, das bezüglich der eigentlichen Zweckbestimmung, nämlich der Klassierung von Schüttgütern, als auch bezüglich anderer Eigenschaften, wie Verschleißverhalten, Betriebssicherheit, Umweltfreundlichkeit, Lärmemission und Energieverbrauch optimal ausgelegt ist und das vor allem auf sich ändernde Eingangsparameter selbsttätig reagiert. In der Schüttguttechnik sind das insbesondere die Parameter der Schuttgutströme. Naturgemäß sind diese nicht konstant, sondern variieren in unterschiedlichen Zeiträumen unterschiedlich stark.

Die in Rede stehenden Parameter sind:

• - Wechselnder Anteil von siebfähigem Feinkorn im Aufgabegut, Kornverteilung;
• - Interne und externe Feuchte, bedingt durch jahreszeitliche und Wetterunterschiede;
• - Temperaturunterschiede;
• - Ungleichmäßiger Durchsatz durch die Gesamtanlage;
• - Schüttgutzusammensetzung, variierender Anteil von Fremdstoffen.

Bekanntermaßen können solche technischen Parameter mit mehr oder weniger Aufwand erfaßt, ausgewertet und regelungstechnisch verarbeitet werden. Dazu steht moderne Steuer- und Regelungstechnik zur Verfügung. Bei Walzenrostsieben war das bisher nicht der Fall. Erfindungsgemäß werden deshalb folgende Verfahrensschritte zur Generierung und Regelung der Arbeitsweise eines Walzenrostsiebes der beschriebenen Art vorgeschlagen:
Als erster Schritt ist die Generierung durch konstruktive Maßnahmen und Voreinstellung ausgewählter Regelgrößen und Grenzwerte, bezogen auf die zu erwartenden durchschnittlichen Schüttguteigenschaften, anzusehen. Zu den Generierungsmaßnahmen gehören neben der konstruktiven Auslegung insbesondere auch die Ausstattung der Walzen mit drehzahlveränderlichen Antrieben und die prozeßabhängige Vorgabe der jeweiligen Optimaldrehzahl für jede einzelne Walze oder für elektrisch zusammengefaßte Gruppen von Walzen.

Der zweite Verfahrensschritt ist die prozeßrelevante Beeinflussung der Arbeitweise des Walzenrostsiebes, indem eine Regelung der Walzendrehzahl für jede einzelne Walze oder Gruppe von Walzen vorgesehen ist. Dazu werden eine oder mehrere der nachfolgend genannten Meßgrößen entweder kontinuierlich mittels Sensoren oder bei sich langsam ändernden Meßgrößen periodisch erfaßt:

• - die auf den einzelnen Bereichen des Siebes befindlichen Schüttgutmengen durch Erfassung der Füllstände;
• - das Drehmoment in den Antrieben bzw. die Motorstromaufnahme;
• - die Walzendrehzahl;
• - die Temperatur des Schüttgutes;
• - die Feuchte des Schüttgutes;
• - die physikalischen Analysewerte zur Korngröße und Kornverteilung;
• - die chemischen Analysewerte zur Schüttgutzusammensetzung.

Die Aufzählung entspricht dem Maximalinformationsbedarf. Im jeweils speziellen Praxisanwendungsfall kommt man mit wesentlich weniger Sensoren aus, nämlich mit denen, die für die zu lösende Klassierungsaufgabe erforderlich und wirtschaftlich vertretbar sind. Das Verfahren erfordert mindestens die kontinuierliche Messung der Schüttgutmengen, Drehzahlen und Drehmomente bzw. Motorstromaufnahme. Weitere genannte Parameter können erfaßt und ausgewertet werden, wenn die Schüttguteigenschaften in diesen Parametern zeitlich sehr häufig und kurzfristig schwanken.

Die Prozeßinformationen werden unter Nutzung bekannter Informationsverarbeitungstechnik und speziell entwickelter Algorithmen, nämlich der kontinuierlichen Ermittlung der Siebbelegungskontur, also der Ermittlung des Schüttgutpegels in den einzelnen Bereichen des Siebes, der Abbildung dieser Kontur in einem mathematischen Modell in der Steuerung und der Linearisierung, also der regelungstechnischen Beeinflussung der Walzendrehzahlen mit der Zielgröße, diese Siebbelegungskontur linear über die gesamte Sieblänge zu gestalten, ausgewertet und zu Soll-Drehzahlinformationen verarbeitet, die an die einzelnen Antriebe oder Antriebsgruppen übergeben werden. Die Regelung soll sicherstellen, daß die gesamte Sieblänge optimal ausgelastet wird, auch bei geringer momentaner Durchsatzleistung. Zur Erhöhung des Siebeffektes können die genannten Soll-Drehzahlinformationen mit periodischen Funktionen (z. B. Sinusfunktion) moduliert werden, die für die einzelnen Antriebe oder Antriebsgruppen phasenverschoben erzeugt werden.

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, zwei, drei oder mehrere Antriebe zu jeweils einer Antriebsgruppe zusammenzufassen. Jeder Antrieb einer Gruppe erhält dann die gleiche Soll-Drehzahlinformation. Ergänzend werden Soll- und Ist-Drehzahl mittels bekannter Drehzahlregler (PID) verglichen und bei belastungsbedingten Abweichungen nachgeregelt. Bei Zusammenschau der vorgeschlagenen Verfahrensschritte und technischen Mittel wird deutlich, daß die an sich bekannten Walzenrostsiebe unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu sogenannten intelligenten Maschinen weiterentwickelt werden können, was mit positiven wirtschaftlichen Effekten durch höhere Effizienz verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dargestellt ist die vorgenannte Regelung in einem Blockschaltbild. Die einzelnen Blöcke sind mit Bezugszeichen versehen, die folgende Bedeutung haben:

Bezugszeichenliste

1

Sensoren zur Kontur-(Füllstands-)erfassung,

2

Signalauswertung für Konturinformation,

3

Sensoren zur Erfassung weiterer Prozeßinformationen,

4

Signalauswertung für weitere Prozeßinformationen,

5

Generator für periodische Informationen,

6

Sensoren für Ist-Drehzahlerfassung,

7

Drehzahlregler,

8

Antriebe; Antriebsgruppen,

9

Steuer- und Regeleinrichtung,
A, B, . . . nSymbolische Darstellung der Antriebsgruppenzuordnung.

Die Generierungsmaßnahmen sind in der bisherigen Beschreibung ausreichend dargestellt, sodaß auf weitere Ausführungen verzichtet werden kann.

Zur Regelung des Walzenrostsiebes wird noch folgendes bemerkt:
Funktionsgemäß entsteht beim Betreiben eines Walzenrostsiebes nach dem Stand der Technik eine Schüttgutkontur, das heißt, die Schüttgutoberfläche ist von der Aufgabeseite aus gering geneigt in Richtung Siebüberlauf. Bei ungeregelten Walzenrostsieben reicht diese Neigung bis zu einem Punkt in der zweiten Hälfte des Walzenrostsiebes, der von der jeweils momentanen Schüttgutmenge und der Walzendrehzahl abhängig ist. Von diesem Punkt an ist die Schüttgutoberfläche parallel zu der Fläche, die aus den Siebwalzen gebildet wird. Daraus ist zu schließen, daß in diesem Bereich nicht mehr nennenswert Feinkorn abgesiebt wird.

In diesem Bereich kommt es zu einem schlechteren Siebergebnis, zu einer schlechteren Siebqualität, weil Schüttgutpartikel, die in einer Dimension größer sind als die abzusiebende Schüttgutfraktion zum Teil durch das Sieb gelassen werden, etwa wie ein Streichholz, das man durch eine kleine Öffnung schiebt, durch die eigentlich nur Erbsen hindurchfallen sollen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Schüttgutkontur (= zu regelnde Größe) durch optimale Anpassung der Walzendrehzahlen so gestaltet, daß sich eine stetige Kontur des Siebgutes ergibt. Das heißt, unabhängig von der momentan aufgegebenen Schüttgutmenge wird das Feinkorn immer im gesamten Walzenrostsieb abgesiebt. Genau an der letzten Walze ist das Siebergebnis komplett. So haben die genannten eindimensional größeren Schüttgutpartikel nur eine geringe Chance, durch das Sieb zu gelangen.

Die erfindungsgemäß geregelte Fahrweise des Walzenrostsiebes hat zur Folge, daß das Sieb nur im Ausnahmefall mit 100%iger Walzendrehzahl fährt. In allen anderen Fällen ist die Walzendrehzahl reduziert, was zu einer nennenswerten Verringerung des Verschleißes führt.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betrieb eines Walzenrostsiebes, gekennzeichnet dadurch,
daß in einem vorbereitendem Schritt konstruktive Maßnahmen, im wesentlichen die Ausstattung der Walzen mit drehzahlveränderlichen Antrieben, ergriffen und weiterhin ausgewählte Regelgrößen und Grenzwerte, bezogen auf die zu erwartenden durchschnittlichen Schüttguteigenschaften, mittels einer Regel- und Prozeßsteuerung einmalig generiert werden, wobei die Optimaldrehzahl für jede einzelne Walze prozeßabhängig vorgegeben wird,
und daß das dynamische Verhalten des vorgenannten Walzenrostsiebes durch eine Regelung beeinflußt wird, die folgende Merkmale aufweist:

• 1. Erfassung der Schüttgutmenge durch Mehrpunktmessung des Füllstandes im Bereich der Siebstraße sowie der aktuellen Motorleistungen durch Messung der Motorstromaufnahme als Minimalinformation neben weiteren optionalen Informationen mittels Sensoren;
• 2. Weitergabe dieser Informationen an steuerungsinterne Verarbeitungs- und Auswerteeinheiten;
• 3. Informationsverarbeitungstechnik mit speziell entwickelten Algorithmen, nämlich der Modellierung der Siebbelegungskontur sowie der Ableitung der Regelgrößen zur Anpassung der Walzendrehzahlen;
• 4. Überlagerung der ermittelten Drehzahlwerte mit periodischen oder unperiodischen Funktionen, daraus folgend die Errechnung der Drehzahlsollwerte;
• 5. Ausgabe dieser Drehzahlsollwerte an die Walzenantriebe;
• 6. Regelung der Drehzahl der Walzenantriebe unter Einbeziehung der Drehzahlistwerte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Idealdrehzahl jeweils einer Gruppe von Walzen vorgegeben wird, die vorzugsweise aus drei Walzen besteht, und daß die Drehzahlsollinformationen innerhalb der Regelung ebenfalls an die Motoren der Walzengruppen ausgegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für die Regelung als optionale Informationen die Schüttgutfeuchte, das Drehmoment im Antriebssystem, die Walzenistdrehzahl, die Korngröße/Kornverteilung, die Temperatur und/oder die Zusammensetzung des Schüttgutes mittels Sensoren direkt oder indirekt erfaßt werden.