DE19908317A1 - Process for offline or online monitoring of a belt conveyor belt system for transporting bulk material uses data obtained during normal operating conditions to determine limiting conditions so that a warning can be generated - Google Patents

Process for offline or online monitoring of a belt conveyor belt system for transporting bulk material uses data obtained during normal operating conditions to determine limiting conditions so that a warning can be generated

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DE19908317A1
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Steven Xianchun Ding
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Abstract

Procedure involves measurement of physical operating values, such as material mass flow rate, humidity, engine power etc. and then determination over time of limiting values for these parameters so that a warning can be given when they are approached or exceeded. Storage and analysis of data values over time using a computer allows error simulation of the belt conveyor to be carried out.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Offline- und/oder Onlineüberwachung und Grundlage zur Merkmalgenerierung einer Optimierung sowie Bearbeitung des Zustandes einer Gurtförderanlage, um auftretende Abweichungen vom nominalen Systemzustand durch Fehler, Störungen, Verschleiß usw. rechtzeitig erkennen zu können.The invention relates to a method for offline and / or online monitoring and basis for Feature generation of an optimization as well Editing the state of a belt conveyor to deviations from the nominal system state due to errors, malfunctions, wear etc. in good time to be able to recognize.

Der Stand der Technik der Überwachung von Gurtförderanlagen stellt sich wie folgt dar.The state of the art of monitoring Belt conveyor systems are as follows.

Gurtförderanlagen werden sowohl Untertage als auch Übertage in aller Regel zum Massentransport von Schüttgütern eingesetzt. Die rauhe Umgebung und die schwierigen Einsatzbedingungen dieser Anlagen führen zu starkem Verschleiß bei Tragrollen, Antriebs- und Umlenktrommeln, Fördergurten, Getrieben sowie der eingesetzten Sensorik und verursachen somit unvermeidliche Störungsquellen. Gerade wegen der Komplexität der eingesetzten Antriebssysteme von Gurtförderanlagen treten häufig Störungen und Fehler auf, die in bestimmten Fällen zum Produktionsausfall führen können. Die frühzeitige Fehler- und Schadenserkennung ist hinsichtlich der Verlängerung der Lebensdauer dieser Anlagen und somit einer Reduzierung der Anschaffungs- und Instandhaltungskosten von großer betriebswirtschaftlicher Bedeutung. Deshalb ist es notwendig, bei Gurtförderanlagen, Überwachungsverfahren einzusetzen, um die frühzeitige Erkennung von Fehler- bzw. Störungszuständen zu realisieren.Belt conveyors are used both underground and As a rule, above ground for the mass transport of Bulk goods used. The harsh environment and the  difficult operating conditions of these systems excessive wear on idlers, drive and Deflection drums, conveyor belts, gears and the used sensors and thus cause inevitable sources of interference. Precisely because of the Complexity of the drive systems used by Belt conveyors frequently encounter malfunctions and errors on, in certain cases, to production downtime being able to lead. The early error and Damage detection is regarding the extension the lifespan of these systems and therefore one Reduction of purchase and Maintenance costs of great business importance. That's why it is necessary for belt conveyor systems, Use monitoring procedures to ensure early Detection of error or malfunction conditions realize.

Zur Überwachung des Zustandes von Gurtförderanlagen werden derzeit relevante Meßdaten und Informationen während der Produktion aus den Steuerungs- und Regelungseinrichtungen von Gurtförderanlagen ausgelesen, mit definierten Grenzwerten verglichen sowie in Datenbanken gespeichert. Man kann somit Recherchen im Datenbestand und statistische Auswertungen anhand der Prozeßmeßgrößen durchführen. Auf dieser Grundlage wäre es dem Wartungs- und Bedienpersonal möglich, anhand ihres Wissens, ihrer Erfahrungen und mit Hilfe einfacher Verfahren, wie z. B. der Grenzwertüberwachung, Fehler und Störungen an einzelnen Baugruppen von Gurtförderanlagen aus der Vielzahl von Prozeßdaten und Informationen herauszufiltern.For monitoring the condition of belt conveyor systems are currently relevant measurement data and information during production from the control and Control devices for belt conveyor systems read out, compared with defined limit values as well as stored in databases. So you can Research in the database and statistical Carry out evaluations based on the process parameters. On that basis, it would be the maintenance and Operating personnel possible, based on their knowledge, their Experience and with the help of simple procedures such. B.  limit monitoring, errors and faults individual assemblies of belt conveyor systems from the  Variety of process data and information filter out.

Der steigende Automatisierungsgrad und die Komplexität von Gurtförderanlagen haben einen solchen Stand erreicht, daß es allerdings notwendig ist, sehr erfahrenes Bedien- und Wartungspersonal einzusetzen, um aus den vorhandenen Meßgrößen und den komplexen Zusammenhängen an Gurtförderanlagen auftretende Abweichungen vom nominalen Systemzustand durch beispielsweise Fehler, Störungen und Verschleiß rechtzeitig zu erkennen.The increasing level of automation and the Belt conveyor systems have such a complexity Status reached that it is necessary, however use experienced operating and maintenance personnel, order from the existing measured quantities and the complex ones Connections occurring on belt conveyor systems Deviations from the nominal system state by for example errors, malfunctions and wear to recognize in time.

Der Nachteil des Standes der Technik liegt darin begründet, daß ein erheblicher Aufwand an Hardwarekosten mit vorhandener Sensorik gegeben ist und eine entsprechende Onlineüberwachung von Gurtförderanlagen nicht möglich erscheint.The disadvantage of the prior art is that justifies that a considerable effort Hardware costs with existing sensors are given and corresponding online monitoring by Belt conveyor systems do not appear possible.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Offline- und/oder Onlineüberwachung und Grundlage zur Merkmalgenerierung einer Optimierung sowie Bearbeitung des Zustandes einer Gurtförderanlage zu finden, womit der hohe ökonomische Aufwand an Hardware mit vorhandener Sensorik reduziert wird sowie eine sehr genaue Qualitätsverfolgung des Fördergutes möglich ist.The aim of the invention is to provide a method for offline and / or online monitoring and basis for Feature generation of an optimization as well Processing the condition of a belt conveyor system find what the high economic effort Hardware with existing sensors is reduced as well as very accurate quality tracking of the Funding is possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Offline- und/oder Onlineüberwachung und Grundlage zur Merkmalgenerierung einer Optimierung sowie Bearbeitung des Zustandes einer Gurtförderanlage zu realisieren, indem ein hoher Automatisierungsgrad einer Offline- bzw. Onlineüberwachung einer Gurtförderanlage erreicht wird und somit nicht gemessene bzw. nicht meßbare Größen berechnet und gemessene Prozeßgrößen als Rekonstruktion dargestellt werden.The object of the invention is to provide a method for Offline and / or online monitoring and basis for Feature generation of an optimization as well Processing the condition of a belt conveyor system realize by a high degree of automation  an offline or online monitoring of a Belt conveyor system is reached and therefore not measured or not measurable quantities are calculated and measured process variables are shown as a reconstruction will.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Offline- und/oder Onlineüberwachung und Grundlage zur Merkmalgenerierung einer Optimierung sowie Bearbeitung des Zustandes einer Gurtförderanlage gemäß des Anspruches 1 mit seinen Unteransprüchen ausgeführt wird.According to the invention the object is achieved in that a method for offline and / or online monitoring and basis for the feature generation of a Optimization and processing of the state of a Belt conveyor system according to claim 1 with its Subclaims is executed.

Die Anwendung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.The application is now based on a Embodiment described in more detail.

Es wird ein Verfahren für Gurtförderanlagen beschrieben, das sowohl online unter Echtzeitbedingungen während des laufenden Betriebes als auch offline nicht gemessene bzw. nicht meßbare Prozeßgrößen (z. B. Antriebskraft, Beschleunigung) berechnet und gemessene Prozeßgrößen (z. B. Geschwindigkeit, Gurtspannkraft, Motordrehzahl) rekonstruiert.It becomes a procedure for belt conveyors described both online at Real-time conditions during operation as well as offline not measured or not measurable Process variables (e.g. driving force, acceleration) calculated and measured process variables (e.g. Speed, belt tension, engine speed) reconstructed.

Auf der Basis physikalischer Gesetzmäßigkeiten, technischer Daten, Parameter und der Konstruktion von Gurtförderanlagen erfolgt eine analytisch- wissensbasierte Beschreibung des realen Prozeßablaufs. Eine auf dieser Basis entwickelte Prozeßbeschreibung wird als zeitdiskretes, analytisch-wissensbasiertes Prozeßmodell für die dynamischen Vorgänge bei Gurtförderanlagen bezeichnet.On the basis of physical laws, technical data, parameters and the construction of Belt conveyor systems are carried out analytically knowledge-based description of the real Process flow. One developed on this basis Process description is discrete-time, analytical-knowledge-based process model for the  dynamic processes in belt conveyor systems designated.

Das Verfahren ist mit Hilfe eines Rechners durchführbar. Dies ist realisierbar, indem man die analytisch-wissensbasierte Beschreibung des realen Prozeßablaufs einer Gurtförderanlage als Softwarerealisierung auf einem Rechner implementiert. Dem Rechner stehen online unter Echtzeitbedingungen bzw. aufgezeichnete oder softwaretechnisch erzeugte Prozeßführungs- und Prozeßmeßgrößen (z. B. Sollgeschwindigkeit, Motormoment, Beladung, Massenstrom) der entsprechenden Gurtförderanlage zur Verfügung. Das entwickelte Verfahren zur Schätzung nicht gemessener bzw. nicht meßbarer Prozeßgrößen und die Rekonstruktion gemessener Prozeßgrößen verarbeitet die Prozeßführungs- und Prozeßmeßgrößen online unter Echtzeitbedingungen bzw. offline zur Simulation. Als Ergebnis dieser automatischen Verfahrensabarbeitung erhält man fortlaufend die geschätzten, nicht gemessenen bzw. nicht meßbaren und die rekonstruierten, gemessenen Prozeßgrößen.The procedure is with the help of a calculator feasible. This can be done by using the analytical-knowledge-based description of the real Process flow of a belt conveyor system as Software implementation implemented on a computer. The computer is online under real-time conditions or recorded or software-generated Process control and process measurands (e.g. Target speed, engine torque, loading, Mass flow) of the corresponding belt conveyor system Available. The developed method of estimation Process quantities not measured or not measurable and the reconstruction of measured process variables processes the process control and process parameters online under real-time conditions or offline for Simulation. As a result of this automatic Process processing is obtained continuously estimated, not measured or not measurable and the reconstructed, measured process variables.

Weiterhin ist es möglich, durch die Rekonstruktion gemessener Prozeßgrößen auf der Basis des genannten Verfahrens zukünftig die Hardwarekosten für diese Sensorik zu reduzieren, indem man nur noch eine geringe Anzahl an realen Prozeßmessungen vornimmt. Auf der Basis reduzierter Prozeßmessungen werden weitere Prozeßmeßgrößen durch das beschriebene Verfahren erzeugt und äquivalent zu den gemessenen Prozeßgrößen verwendet. It is also possible through the reconstruction measured process variables on the basis of the above In future, the hardware costs for this To reduce sensors by using only one makes a small number of real process measurements. Based on reduced process measurements further process parameters through the described Process generated and equivalent to the measured Process variables used.  

Die unter Echtzeitbedingungen durch Schätzung ermittelten Prozeßgrößen werden zur Onlineüberwachung der Gurtförderanlage eingesetzt. Die unter Echtzeitbedingungen durch das entwickelte Verfahren rekonstruierten Prozeßgrößen werden durch Vergleichen mit den Prozeßmeßgrößen zur Merkmalgenerierung verarbeitet. Somit wird durch das genannte Verfahren eine Onlineüberwachung und eine Merkmalgenerierung von Gurtförderanlagen realisiert. Weiterhin werden aufgezeichnete oder künstlich erzeugte Prozeßführungs- und Prozeßmeßgrößen zur Offlinesimulation von Gurtförderanlagen angewendet. Infolgedessen sind Fragestellungen bezüglich der Dimensionierung und Belastungsanalysen zur Realisierung von Rückschlüssen auf die Projektierung, die Lastaufteilung und den Energieverbrauch während der Entwurfsphase von Gurtförderanlagen möglich. Das beschriebene Verfahren ermöglicht sowohl online unter Echtzeitbedingungen als auch offline zur Simulation eine sehr genaue Qualitätsverfolgung des Fördergutes, so daß sich Anwendungen für die Überwachung und Merkmalgenerierung sowie zur Simulation von Gurtförderanlagen ergeben.The under real-time conditions by estimation Process variables determined are used for online monitoring the belt conveyor system used. The below Real-time conditions through the developed process Reconstructed process variables are compared with the process parameters for feature generation processed. Thus, by the method mentioned online monitoring and feature generation of belt conveyor systems. Continue to be recorded or artificially created Process control and process parameters for Offline simulation of belt conveyor systems applied. As a result, questions regarding the Dimensioning and load analysis for Realization of conclusions on the Project planning, load sharing and the Energy consumption during the design phase of Belt conveyor systems possible. The procedure described enables both online under real time conditions as well as offline for simulation a very accurate Quality tracking of the conveyed goods, so that Applications for monitoring and Feature generation and for the simulation of Belt conveyor systems result.

Der Aufbau und die Grundlagen des entwickelten Verfahrens werden nachfolgend beschrieben. Das entwickelte Verfahren wurde entsprechend dem technisch-physikalischen Aufbau einer Gurtförderanlage in die drei Teilelemente Antriebsstation, Bandstraße und Umlenkstation unterteilt. Die Fig. 1 stellt den strukturellen Aufbau des entwickelten Verfahrens dar.The structure and the basics of the developed process are described below. The developed process was divided into the three sub-elements drive station, belt line and deflection station according to the technical and physical structure of a belt conveyor system. Fig. 1 represents the structural configuration of the developed method.

Als Eingangsgrößen werden die Prozeßgrößen Moment [Motormomente Mi(z)], Massenstrom [zugeführter zeitdiskreter Massenstrom Q(z)], und diverse Umweltgrößen (z. B. Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Windstärke) verwendet. Die Verbindungen zwischen den drei Komponenten Antriebsstation, Bandstraße und Umlenkstation kennzeichnen die Verschiebung, Geschwindigkeit, Beschleunigung und die elastische Federkraft zwischen den einzelnen Fördergurtelementen sowie den Massentransport [zeitdiskreter Massenstrom qi(z)] über den elastischen Fördergurt. Weiterhin werden eine Vielzahl von Parametern zur Beschreibung und Identifikation der Anlage benutzt, die in den folgenden Abschnitten näher erläutert werden. Als Ausgangsgrößen stehen durch das beschriebene Verfahren nicht meßbare bzw. nicht gemessene Prozeßgrößen (z. B. Antriebskraft, Beschleunigung, Frequenzspektrum und Auslenkung des Fördergurtes durch Systemschwingungen) und rekonstruierte, meßbare Prozeßgrößen (z. B. Gurtgeschwindigkeit, Motordrehzahl) der Gurtförderanlage zur Verfügung. Zusätzlich wird zum Zweck der Qualitätsverfolgung die aktuelle Position des Fördergutes auf dem Gurtförderer ermittelt und angezeigt.The process variables torque [motor torques M i (z)], mass flow [supplied time-discrete mass flow Q (z)], and various environmental variables (eg temperature, air pressure, air humidity, wind force) are used as input variables. The connections between the three components drive station, belt mill and deflection station characterize the displacement, speed, acceleration and the elastic spring force between the individual conveyor belt elements as well as the mass transport [time-discrete mass flow q i (z)] via the elastic conveyor belt. Furthermore, a variety of parameters are used to describe and identify the system, which are explained in more detail in the following sections. The process described does not provide measurable or unmeasured process variables (e.g. driving force, acceleration, frequency spectrum and deflection of the conveyor belt due to system vibrations) and reconstructed, measurable process variables (e.g. belt speed, engine speed) of the belt conveyor system. In addition, for the purpose of quality tracking, the current position of the goods to be conveyed on the belt conveyor is determined and displayed.

Die Fig. 2 stellt das Blockdiagramm einer Gurtförderanlage zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens dar. Die eingesetzten Blöcke sind in den Anlagen der Beschreibung in Bezug auf Funktion, Parameter, optionale Parameter sowie Ein- und Ausgangssignale beschrieben. Im folgenden wird die Beschreibung des Modellaufbaus und die Dokumentation der einzelnen Abläufe dargelegt. Fig. 2 shows the block diagram represents a belt conveyor for carrying out the described method. The blocks used are described in the plants described in terms of function, parameters, optional parameters and input and output signals. The description of the model structure and the documentation of the individual processes are presented below.

Der strukturelle Aufbau des entwickelten Verfahrens wird nachfolgend ausgeführt. Die genannten Teilstrukturen untergliedern sich grundsätzlich in Feder-Masse-Dämpfer-Systeme (siehe Fig. 3 der Beschreibung), Massen-Transport-Verfahren (siehe Fig. 4 der Beschreibung) und Übertragungsfunktionen der Baugruppen Getriebe, Kupplung, Bremse und Antriebstrommel (siehe Fig. 5 der Beschreibung). Sie bilden das Grundgerüst zur dynamischen zeitdiskreten Beschreibung einer Gurtförderanlage.The structure of the developed process is explained below. The sub-structures mentioned are basically subdivided into spring-mass damper systems (see FIG. 3 of the description), mass transport method (see FIG. 4 of the description) and transfer functions of the assemblies gearbox, clutch, brake and drive drum (see FIG . 5 of the description). They form the basic framework for the dynamic, time-discrete description of a belt conveyor system.

Die Bandanlage (Gurtförderer) wird nach der Grobgliederung in Antriebsstation, Bandstraße und Umlenkstation in weitere Einzelabschnitte unterteilt. Diese Unterteilung basiert auf der Diskretisierung des Fördergurtes in ein System diskreter durch Feder- Dämpfungselemente gekoppelter Punktmassen. Die elastische Kopplung der einzelnen diskretisierten Punktmassen erfolgt durch Feder-Dämpfersysteme, deren Verhalten durch die aus dem Gurttyp resultierenden Feder- und Dämpfungseigenschaften resultieren. Bei der Unterteilung des Fördergurtes sind die Grundlagen der Schwingungslehre zu beachten. Die Eigenschaften, wie beispielsweise der horizontale bzw. vertikale Kurvenverlauf sowie die unterschiedliche technologische Realisierung und Ausrüstung der Bandstraße wird durch eine weitere Unterteilung der bereits diskretisierten Gurtabschnitte realisiert. Diese Unterteilung wird ebenfalls wesentlich durch die Realisierung des Massen-Transport-Verfährens bestimmt. In Abhängigkeit der Gütefunktion zwischen maximaler Genauigkeit des zu simulierenden Massentransportes und der zur Verfügung stehenden Rechenleistung ist ein Optimum zu finden und entsprechend zu realisieren. Die Berücksichtigung von starren und beweglichen Spannvorrichtungen sind durch den modularen Aufbau und optionalen Parametern wahlweise an jeder Stelle des Gurtbandförderers möglich. Das gleiche trifft für die Art, Anzahl und Kombination der verwendeten Antriebe, Bremsen, Getriebe, Kupplungen und Antriebstrommeln zu.The belt system (belt conveyor) is after the Rough structure in drive station, belt line and Deflection station divided into further individual sections. This division is based on discretization of the conveyor belt in a system more discreet by spring Damping elements of coupled point masses. The elastic coupling of the individual discretized Point masses are made by spring damper systems, whose Behavior due to the belt type Spring and damping properties result. At the division of the conveyor belt is the basics the vibration theory. The properties, such as the horizontal or vertical Curve shape as well as the different technological implementation and equipment of  A further subdivision of the already discretized belt sections realized. This subdivision is also made essential by the realization of the mass transport process certainly. Depending on the quality function between maximum accuracy of the simulated Mass transport and the available Computing power is an optimum to find and to implement accordingly. The consideration of rigid and movable jigs are through the modular structure and optional parameters optionally at any point on the belt conveyor possible. The same applies to the type, number and Combination of drives, brakes, Gearboxes, clutches and drive drums too.

Beispielsweise ist es möglich, für den Zwei-Trommel- Kopf- bzw. Heck- oder kombinierten Kopf- und Heckantrieb die durch Dehnschlupf auftretende unterschiedliche Lastverteilung auf die einzelnen Antriebstrommeln zu berücksichtigen. Zu dem können Einflüsse durch unterschiedliche Antriebstrommeldurchmesser aufgrund von Verschleiß und Fertigungsungenauigkeiten betrachtet und simuliert werden. Als Ergebnis dieser Diskretisierung läßt sich das entwickelte Verfahren laut Fig. 2 darstellen und durchführen.For example, it is possible for the two-drum head or rear or combined head and rear drive to take into account the different load distribution on the individual drive drums that occurs due to expansion slip. In addition, influences due to different drive drum diameters due to wear and manufacturing inaccuracies can be viewed and simulated. As a result of this discretization, the developed method according to FIG. 2 can be represented and carried out.

Das AntriebssystemThe drive system

Der Block GMF (z) (siehe Fig. 5 der Beschreibung) charakterisiert das Antriebssystem eines Gurtbandförderers. Je nach Art, Anzahl und Ausrüstung (z. B. Bremssysteme, Kupplungen, Getriebe, Antriebstrommeln) der Antriebsstation ist die Art, Anzahl und Parametrierung des Blocks GMF(z) zu wählen und einzusetzen. Die Fig. 2 zeigt die Realisierung bei einem umrichtergesteuerten Zwei-Trommel- Kopfantrieb. Als Eingangssignale werden beispielsweise die Prozeßmeßgrößen Motormoment (M1, M2, M3, M4) verarbeitet und als Ausgangssignal die nicht gemessene Prozeßgröße Antriebskraft für die weitere Verarbeitung ermittelt. Für die Berücksichtigung von Dehnschlupf bei Mehrtrommelantrieben, der beim Einsatz von Anlaufwiderständen (z. B. Flüssigkeitsanlasser) oder auch bei Flüssigkeitskupplungen als Anlaufhilfe auftritt und den daraus resultierenden unterschiedlichen Lastaufteilungen, ist die Parametrierung des jeweiligen Blocks GMF(z) entsprechend zu verändern und einzusetzen.The block G MF (z) (see FIG. 5 of the description) characterizes the drive system of a belt conveyor. Depending on the type, number and equipment (e.g. brake systems, clutches, gearboxes, drive drums) of the drive station, the type, number and parameterization of the G MF (z) block must be selected and used. Fig. 2 shows the implementation in a converter-controlled two-drum head drive. The process parameters engine torque (M 1 , M 2 , M 3 , M 4 ) are processed as input signals, for example, and the process power, which is not measured, is determined as the output signal for further processing. To take into account expansion slip in multi-drum drives, which occurs when starting resistors (e.g. liquid starters) or also with liquid couplings as a starting aid and the resulting different load distributions, the parameterization of the respective block G MF (z) must be changed and used accordingly .

Der GurtfördererThe belt conveyor

Das Ausgangssignal des Blocks GMF(z), die Antriebskraft Fantrieb, wird als Eingangssignal im Block GGF(z) genutzt. Der Block GGF(z) wird durch das Massen-Transport-Verfahren (MTVi) und Feder-Massen- Dämpfer-Systeme (FMDx, i) charakterisiert. Entsprechend der Anordnung und Anzahl der Antriebssysteme am Gurtförderer erfolgt die Einspeisung der Antriebskraft an den jeweiligen FMDXx,i-Blöcken, beispielsweise am Block FMDu,l laut Fig. 2. Der Block FMDx,i charakterisiert das dynamische Verhalten eines Fördergurtabschnittes und wird als Grundbaustein für Ober- und Untertrum eingesetzt. In Abhängigkeit von der Antriebskombination können durch diesen Block entsprechende Antriebs- oder auch eingeprägte Kräfte an der jeweiligen Position eingespeist werden. Im Obertrum wird somit die Widerstandskraft infolge der Beladung aus dem Block MTVi eingebracht. Die Kombination und Verbindung der Ein- und Ausgangssignale im GGF(z)-Block stellt ein lineares Differentialgleichungssystem mit zeitabhängigen Koeffizienten dar, daß mit Hilfe der MTVi-Blöcke die orts- und zeitabhängige Beladungen berechnet und somit stochastisch, zeitabhängige Koeffizienten liefert.The output signal of block G MF (z), the drive force F drive, is used as an input signal in block G GF (z). The block G GF (z) is characterized by the mass transport method (MTV i ) and spring mass damper systems (FMD x, i ). Depending on the arrangement and number of drive systems on the belt conveyor, the drive force is fed in on the respective FMDX x, i blocks, for example on the block FMD u, l according to FIG. 2. The block FMD x, i characterizes the dynamic behavior of a conveyor belt section and becomes used as a basic building block for the upper and lower run. Depending on the drive combination, this block can be used to feed in appropriate drive or impressed forces at the respective position. The resistance due to the loading from block MTV i is thus introduced in the upper run. The combination and connection of the input and output signals in the G GF (z) block represents a linear system of differential equations with time-dependent coefficients that uses the MTV i blocks to calculate the location and time-dependent loads and thus provides stochastic, time-dependent coefficients.

Darstellung der ZustandsgrößenRepresentation of the state variables

In der Fig. 2 sind die Ausgangsgrößen der Blöcke FMDx,i und MTVi (elastische Federkraft, Verschiebung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, zeitdiskreter Massenstrom) zur Anzeige über einen Bus nach außen geführt. Durch einen MUX-Block können die entsprechenden Daten der verschiedenen Blöcke vom Datenbus ausgelesen und zur Anzeige gebracht werden.In FIG. 2, the outputs of the blocks FMD x, i and out MTV i (spring elastic force, displacement, velocity, acceleration, time-discrete mass flow) for display via a bus to the outside. Using a MUX block, the corresponding data from the various blocks can be read from the data bus and displayed.

Gemäß der Beschreibung des Ausführungsbeispieles bzw. des beanspruchten Verfahrens werden folgende Vorteile durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht.According to the description of the exemplary embodiment or The claimed method has the following advantages achieved by the inventive method.

Die mit der Erfindung gezielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die erfaßten Prozeßmeßgrößen online unter Echtzeitbedingungen während des laufenden Betriebes als auch offline automatisch verarbeitet werden, um auftretende Abweichungen vom nominalen Systemzustand durch beispielsweise Fehler, Störungen und Verschleiß rechtzeitig zu erkennen. Die Konstruktion neuer Gurtförderanlagen kann durch Simulationen bezüglich Dimensionierung, Belastungsanalysen, Lastaufteilung und Energieverbrauch während der Entwurfsphase unterstützt werden.The advantages targeted by the invention exist especially in that the detected process parameters online under real time conditions during the running operations and offline automatically  processed in order to avoid deviations from the nominal system status due to errors, for example, Detect faults and wear in good time. The Construction of new belt conveyors can be done by Dimensioning simulations, Stress analysis, load sharing and Energy consumption during the design phase get supported.

Des weiteren kann die Anzahl der Meßwertgeber auf eine notwendige Anzahl (bestimmt durch das im Patentanspruch genannte Verfahren) reduziert werden, wobei die Ausgangsgrößen des genannten Verfahrens die ursprünglich gemessenen Prozeßgrößen äquivalent ersetzen können.The number of sensors can also be increased a necessary number (determined by the im Method) can be reduced, where the output variables of the above method are Process variables originally measured are equivalent can replace.

Zur Feststellung der Lage des Fördergutes auf dem Gurtförderer wird ständig eine sehr genaue Qualitätsverfolgung realisiert.To determine the location of the material to be conveyed on the Belt conveyor is becoming a very accurate one Quality tracking implemented.

Somit werden durch das Verfahren folgende Problemstellungen gelöst:Thus, the following will be through the process Problems solved:

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegen die Probleme zugrunde:
The invention specified in the claim is based on the problems:

  • - an Gurtförderanlagen sowohl online unter Echtzeitbedingungen während des laufenden Betriebes als auch offline nicht gemessene bzw. nicht meßbare Prozeßgrößen (z. B. Antriebskraft, Beschleunigung) zu berechnen und gemessene Prozeßgrößen (z. B. Geschwindigkeit, Gurtspannkraft, Motordrehzahl) zu rekonstruieren,- on belt conveyor systems both online at Real time conditions while in progress Operation as well as offline not measured or not measurable process variables (e.g. driving force, Acceleration) to be calculated and measured Process variables (e.g. speed,  Belt tension, engine speed) too reconstruct,
  • - auf dieser Basis und der daraus folgenden Merkmalgenerierung die Offline- und/oder Onlineüberwachung von Gurtförderanlagen zu automatisieren und wesentlich zu erweitern,- on this basis and the following Feature generation the offline and / or Online monitoring of belt conveyor systems too automate and significantly expand
  • - mit Hilfe von aufgezeichneten oder simulationstechnisch erzeugten Prozeßführungs- und Prozeßmeßgrößen eine Offlinesimulation von Gurtförderanlagen zu realisieren,- with the help of recorded or process control and process parameters an offline simulation of To realize belt conveyor systems,
  • - die Hardwarekosten für die vorhandene Sensorik zu reduzieren und- The hardware costs for the existing sensors too reduce and
  • - eine sehr genaue Qualitätsverfolgung des Fördergutes zu erzielen.- very accurate quality tracking of the To achieve conveyed goods.
Fig. 3 der Beschreibung Fig. 3 of the description Feder-Masse-Dämpfer-SystemSpring mass damper system

Funktion:
Der Block FMD beschreibt das dynamische Verhalten eines Fördergurtabschnittes der Länge L als ein Feder-Masse-Dämpfer-System. Eine Differential­ gleichung 2. Ordnung bildet das Grundgerüst der analytischen und wissensbasierten Realisierung des Verfahrens zur Verarbeitung der entsprechenden Ein- und Ausgangsdaten. Die Masse des Blocks FMD ist eine diskrete Punktmasse, der Dämpfer arbeitet viskos mit einer geschwindigkeitsproportionalen Dämpfung, die Feder arbeitet linear mit einer Federsteifigkeit. Der FMD-Block ist so ausgelegt, daß sich die jeweilige Masse diskret und in Abhängigkeit der Berechnungsschritte ändern kann. Auf jede Masse kann zusätzlich eine äußere Kraft wirken. Weiterhin ist es möglich, verschiedene Eingangsverschiebungen und Anfangsgeschwindigkeiten vorzugeben. Somit ist es möglich, solche Blöcke als eine kinematische Kette hintereinander schalten zu können.
Function:
The block FMD describes the dynamic behavior of a conveyor belt section of length L as a spring-mass-damper system. A 2nd order differential equation forms the basic framework of the analytical and knowledge-based implementation of the process for processing the corresponding input and output data. The mass of the block FMD is a discrete point mass, the damper works viscous with a speed-proportional damping, the spring works linearly with a spring stiffness. The FMD block is designed so that the respective mass can change discretely and depending on the calculation steps. An external force can also act on each mass. It is also possible to specify different input shifts and initial speeds. It is thus possible to connect such blocks in series as a kinematic chain.

Parameter:
Erdbeschleunigung
Federkonstante
Dämpfungskonstante
Teilmassenanzahl
Gurtbreite
Elastizitätsmodul
längenbezogene Masse des Fördergurtes
Tragrollenbestückung (Anzahl der Tragrollenstationen)
rotierende Gesamtmasse einer Tragrollenstation
Massenträgheitsmoment der Rollen einer Tragrollenstation
Tragrollenstationsabstand
Länge des zu betrachtenden Fördergurtabschnitts
Neigungswinkel der Teilstrecke eines Gurtförderers
Konstanten für die Berechnung des Bewegungswiderstandsbeiwertes (fiktive Reibungszahl)
Parameter:
Acceleration due to gravity
Spring constant
Damping constant
Partial mass number
Belt width
modulus of elasticity
length-related mass of the conveyor belt
Idler assembly (number of idler stations)
rotating total mass of a idler station
Mass moment of inertia of the rollers of a idler station
Idler distance
Length of the conveyor belt section to be considered
Inclination angle of the section of a belt conveyor
Constants for calculating the coefficient of movement resistance (fictitious coefficient of friction)

Optionale Parameter:
auf den Gurt reduzierte Masse von Antriebs- bzw. Umlenkstation
Trommelradien
Massenträgheitsmomente der Trommeln
Massenträgheitsmomente der Bremsen
Massenträgheitsmomente der Getriebe
Massenträgheitsmomente der Kupplungen
Getriebeübersetzung
mechanischer Wirkungsgrad
Optional parameters:
mass of the drive or deflection station reduced to the belt
Drum radii
Mass moments of inertia of the drums
Mass moments of inertia of the brakes
Mass moments of inertia of the gearbox
Mass moments of inertia of the couplings
Gear ratio
mechanical efficiency

Eingangssignale:
Vektor 1: Verschiebung
Geschwindigkeit
Skalar 2: Kraft
Vektor 3: Daten vom nachfolgenden Block c.x + bd.
Federkonstante des Gurtabschnittes: c
Dämpfungskonstante des Gurtabschnittes: bd
Gesamtmasse: M Input signals:
Vector 1: displacement
speed
Scalar 2: force
Vector 3: Data from the subsequent block cx + b d .
Spring constant of the belt section: c
Damping constant of the belt section: b d
Total mass: M

Anlage A der BeschreibungAppendix A to the description

Ausgangssignale:
Vektor 1: Verschiebung
Geschwindigkeit
Beschleunigung
Skalar 2: elastische Federkraft
Vektor 3: Daten vom Vorgängerblock c.x + bd Output signals:
Vector 1: displacement
speed
acceleration
Scalar 2: elastic spring force
Vector 3: Data from the previous block cx + b d

.
Federkonstante des Gurtabschnittes: c
Dämpfungskonstante des Gurtabschnittes: bd .
Spring constant of the belt section: c
Damping constant of the belt section: b d

Fig. 4 der Beschreibung Fig. 4 of the description Massen-Transport-VerfahrenBulk transportation process

Funktion:
Der Block MTV beschreibt auf der Basis des dynamischen Verhaltens eines Fördergurtabschnittes der Länge L den Massentransport über den jeweiligen Betrachtungsabschnitt. Mit Hilfe von Orts- und Zeitabhängigkeiten wird der Massenstrom durch ein analytisches Verfahren realisiert.Function:
The block MTV describes the mass transport over the respective observation section on the basis of the dynamic behavior of a conveyor belt section of length L. With the help of location and time dependencies, the mass flow is realized by an analytical process.

Der Block MTV untergliedert sich intern in Abhängigkeit von der Gütefunktion bezüglich maximaler Genauigkeit des zu simulierenden Massentransportes und der zur Verfügung stehenden Rechenleistung in weitere Berechnungsabschnitte. Durch Lösen der Gütefunktion wird die optimale Anzahl der Berechnungsabschnitte zur Realisierung der Qualitätsverfolgung ermittelt.
The block MTV is subdivided internally into further calculation sections depending on the quality function with regard to maximum accuracy of the mass transport to be simulated and the available computing power. By solving the quality function, the optimal number of calculation sections for realizing quality tracking is determined.

Parameter:
Erdbeschleunigung
Länge des zu betrachtenden Fördergurtabschnitts
Anzahl der Teilmassen eines Längenabschnittes (Anzahl der internen Berechnungsabschnitte)
Parameter:
Acceleration due to gravity
Length of the conveyor belt section to be considered
Number of partial masses of a length segment (number of internal calculation segments)

Optionale Parameter:
Abstand der Meßeinrichtung von der Gurtaufgabestelle
Optional parameters:
Distance of the measuring device from the belt feed point

Eingangssignale:
Vektor 1: zugeführter zeitdiskreter Massenstrom Q(z)
Vektor 2: Verschiebung
Geschwindigkeit
Beschleunigung
Input signals:
Vector 1: supplied time-discrete mass flow Q (z)
Vector 2: displacement
speed
acceleration

Ausgangssignale:
Vektor 1: abgegebener zeitdiskreter Massenstrom Q'(z)
Vektor 2: eingeprägte Kraft Output signals:
Vector 1: dispensed time-discrete mass flow Q '(z)
Vector 2: impressed force

Fig. 5 der Beschreibung Fig. 5 of the description Übertragungsfunktion der Baugruppen Getriebe, Kupplung, Bremse, AntriebstrommelTransmission function of the gearbox assemblies, Clutch, brake, drive drum

Funktion:
Der Block GMF Function:
The block G MF

(z) beschreibt das dynamische Verhalten der Baugruppen Getriebe, Kupplung, Bremse, Antriebstrommel als Übertragungsfunktion, wobei beispielsweise für den Zwei-Trommel-Kopfantrieb der auftretende Dehnschlupf berücksichtigt werden kann.
(z) describes the dynamic behavior of the gearbox, clutch, brake and drive drum assemblies as a transfer function, whereby, for example, the expansion slip occurring can be taken into account for the two-drum head drive.

Parameter:
Erdbeschleunigung
auf den Gurt reduzierte Masse von Antriebs- bzw. Umlenkstation
Trommelradius
Massenträgheitsmomente der Trommeln
Massenträgheitsmomente der Bremsen
Massenträgheitsmomente der Getriebe
Massenträgheitsmomente der Kupplungen
Getriebeübersetzung
mechanischer Wirkungsgrad
Gurtbreite
Elastizitätsmodul
Parameter:
Acceleration due to gravity
mass of the drive or deflection station reduced to the belt
Drum radius
Mass moments of inertia of the drums
Mass moments of inertia of the brakes
Mass moments of inertia of the gearbox
Mass moments of inertia of the couplings
Gear ratio
mechanical efficiency
Belt width
modulus of elasticity

Eingangssignale:
Skalar 1: Motormoment 1 M1
Skalar 2: Motormoment 2 M2
Skalar 3: Motormoment 3 M3
Skalar 4: Motormoment 4 M4
Input signals:
Scalar 1: engine torque 1 M 1
Scalar 2: engine torque 2 M 2
Scalar 3: engine torque 3 M 3
Scalar 4: engine torque 4 M 4

Ausgangssignale:
Skalar 1: Antriebskraft Fantrieb Output signals:
Scalar 1: driving force F drive

Claims (7)

1. Verfahren zur Offline- und/oder Onlineüberwachung und Grundlage zur Merkmalgenerierung einer Optimierung sowie Bearbeitung des Zustandes einer Gurtförderanlage mit Hilfe von relevanten Meßdaten und Informationen, welche während des Betriebes aus den Steuerungs- und Regelungseinrichtungen der Gurtförderanlagen ausgelesen, mit definierten Grenzwerten verglichen sowie in Datenbanken gespeichert werden und dem Verfahren als Eingangsgröße zugeführt werden, gekennzeichnet dadurch, daß zur Merkmalgenerierung und zur Offline- und/oder Onlineüberwachung ein Rechner verwendet wird, wobei als Eingangsgrößen aus dem laufenden Betrieb der Gurtförderanlage Meßgrößen, woraus die Antriebskraft ermittelt werden kann und der zuführte Massestrom offline und/oder online in den Rechner eingegeben werden und auf Grundlage der Eingangsgrößen im Rechner bestimmte gemessene Größen nachfolgend rekonstruiert werden und weiterhin nicht meßbare bzw. nicht gemessene Prozeßgrößen berechnet werden und anhand dieser Ergebnisse eine Offline- und/oder Onlineüberwachung der Gurtförderanlage durchgeführt wird sowie die Grundlage zur Merkmalgenerierung einer Beurteilung der optimalen Fahrweise sowie des Anlageverhaltens der Gurtförderanlage gebildet wird und eine Eingabe von vorgegebenen Parametern einer Gurtförderanlage, womit eine Optimierung bzw. Fehlersimulation der Gurtförderanlage möglich ist, ausgeführt wird.1.Procedures for offline and / or online monitoring and the basis for generating features for optimizing and processing the state of a belt conveyor system with the aid of relevant measurement data and information, which are read during operation from the control and regulation devices of the belt conveyor systems, compared with defined limit values and in Databases are stored and fed to the method as an input variable, characterized in that a computer is used for feature generation and for offline and / or online monitoring, with measured variables as input variables from the ongoing operation of the belt conveyor system, from which the driving force can be determined and the feed force Mass flow is entered offline and / or online into the computer and certain measured variables are subsequently reconstructed on the basis of the input variables in the computer and process variables that cannot be measured or not measured are also calculated and on the basis of this the results of an offline and / or online monitoring of the belt conveyor system is carried out and the basis for the generation of features is formed for an assessment of the optimal driving style and the system behavior of the belt conveyor system and an input of predetermined parameters of a belt conveyor system, with which an optimization or error simulation of the belt conveyor system is possible, is performed. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Eingangssignal simulationstechnisch Meßgrößen, woraus die Antriebskraft ermittelt werden kann, und der zugeführte Massestrom in den Rechner eingegeben werden.2. The method according to claim 1, characterized in that as an input signal simulation Measured variables from which the driving force is determined can be, and the supplied mass flow in the Calculator can be entered. 3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rechner gemessene Größen, wie Geschwindigkeit, Motordrehzahl und Gurtspannkraft, rekonstruiert werden.3. The method according to claim 1, characterized in that quantities measured in the computer, such as Speed, engine speed and Belt tension, to be reconstructed. 4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß nicht meßbare bzw. nicht gemessene Prozeßgrößen, wie Gurtbeschleunigung, Gurtverschiebung, Beladung, Antriebskraft Gurtsegment-Geschwindigkeit, -Beschleunigung, -Verschiebung, berechnet werden.4. The method according to claim 1, characterized in that not measurable or not measured Process variables, such as belt acceleration, Belt shifting, loading, driving force Belt segment speed, acceleration, -Shift to be calculated. 5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Eingangsgrößen, welche während des laufenden Betriebes der Gurtförderanlagen online unter Echtzeitbedingungen in den Rechner eingegeben werden als Grundlage zur Merkmalgenerierung und einer Onlineüberwachung des Zustandes einer Gurtförderanlage verwendet werden. 5. The method according to claim 1, characterized in that input variables, which during the current Operation of the belt conveyor systems online at Real time conditions entered into the calculator are used as the basis for feature generation and an online monitoring of the state of a Belt conveyor system can be used.   6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßgrößen, welche während des laufenden Betriebes der Gurtförderanlage gemessen, zwischengespeichert werden und offline als Eingangsgrößen dem Rechner zugeführt werden als Grundlage zur Merkmalgenerierung und einer Offlineüberwachung des Zustandes einer Gurtförderanlage verwendet werden.6. The method according to claim 1, characterized in that process variables, which during the current Operation of the belt conveyor system, be cached and offline as Input variables are fed to the computer as Basis for feature generation and one Offline monitoring of the state of a Belt conveyor system can be used. 7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für die Eingabe von vorgegebenen Parametern
  • - der Neigungswinkel der Gurtförderanlage,
  • - der Achsenabstand der Gurtförderanlage,
  • - die Gurtbreite,
  • - das Elastizitätsmodul des Fördergurtes,
  • - die Tragrollenbestückung mit Antriebsstationen, Bandstraße, Umlenkstation und deren Tragrollenabstände, Tragrollendurch­ messer bzw. Masseträgheitsmomente,
  • - eine Trommelbestückung mit Antriebsstation und Umlenkstation und deren Trommeldurchmesser bzw. Masseträg­ heitsmoment sowie
  • - eine Antriebsbestückung von Motoren, Getriebe, Kupplungen und Bremsen und deren Motorleistung, Masseträgheitsmoment und Getriebeübersetzung
zur Optimierung bzw. Fehlersimulation der Gurtförderanlage eingegeben werden.7. The method according to claim 1, characterized in that for the input of predetermined parameters
  • - the angle of inclination of the belt conveyor,
  • - the center distance of the belt conveyor system,
  • - the belt width,
  • - the elastic modulus of the conveyor belt,
  • - The idler roller assembly with drive stations, belt conveyor, deflection station and their idler roller spacings, idler roller diameter or moments of inertia,
  • - A drum assembly with drive station and deflection station and their drum diameter or moment of inertia and
  • - A drive assembly of motors, gears, clutches and brakes and their motor power, moment of inertia and gear ratio
to optimize or simulate errors in the belt conveyor system.
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