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Einrichtung zur Regelung des Füllgrades einer Mahlanlage Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung des Füllgrades einer Mahlanlage,
in welcher das Ausgangssignal eines auf das Geräusch der Mahlanlage ansprechenden
Me3wertumformers ein !BS für die Regelgröße ist, dieses Ausgangssignal mit einer
Führungsgrbße verglichen wird, die dem um einen Sicherheitsbetrag verminderten Signal
für den maximal zulässigen Füilgrad entspricht, und das aus dem Ausgangssignal des
Meßwertumformers und der Führungsgröße gebildete Dlfferenzsignal die Rohmaterialaufgabe
steuert.
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Eine derartige Regeleinrichtung ist aus dem Aufsatz "Automatisierungsprobleme
an Mahltrocknungsanlagen in Zementwerken" in der Zeitschrift "Zement-Kalk-Gips",
23 (1970) 9, Seiten 431 bis 456> insbesondere Bild 3 bekannt. Der Regelkreis
für den Füllgrad der Mahlanlage besteht aus einem - auch als "elektrisches OhUn
- bezeichneten Mikrofon, dessen Ausgangssignal ein Maß für den nicht direkt meßbaren
Füllgrad ist und als Regelgröße dient, einem Regler für den Füllgrad und einem diesem
nachgeschalteten Drehçahlregelkreis, der die Geschwindigkeit eines Transportbanaes
steuert, welches das Rohmaterial der Mahlanlage zuführt. Die P.chraterialaufgabe
wird
in Abhängigkeit von einem aus dem Ausgangssignal des elektrischen Ohrs und der Führungsgröße
des Regelkreises für den Füllgrad gebildeten Differenzsignales gesteuert.
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Die Maximalleistung einer Mahlanlage ist nicht nur durch die stationäre
Dimensionierung einzelner Anlagenkomponenten gegeben, sondern auch augenblicklichen
Betriebszuständen des Zerkleinerungsvorganges unterworfen. Schwankungen der chemischen
Zusammensetzung, Korngröße, Feuchte und Härte des Rohmaterials sind die externen
Störgrößen des Mahltrocknungsprozesses. Auch interne Störgrößen, z.B. Schwankungen
des Strömungswiderstandes, Ände -rungen des Grieße-Anteiles oder auch der Mahlkörperverschleiß,
haben einen negativen Einfluß auf den Mahltrocknungsprozeß.
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Von wesentlicher Bedeutung für den Zerkleinerungsfortschritt ist der
Füllgrad der Mahlanlage, d.h. das Verhältnis des augenblicklichen Mahlgutstromes
in der Mahlanlage zu dem betriebsmäßig maximal zulässigen Mahlgutstrom. Da eine
direkte 4Messung des Füllgrades nicht möglich ist, wird der Schalldruck des Mahlgeräusches,
der ein Maß für den Füllgrad ist, zur meßtechnischen Erfassung der Regelgröße verwendet.
Bei der Füllung der leeren Mahlanlage nimmt der Schalldruck bis zu einem Minimum
ab, dessen Höhe und lage von der Mahlbarkeit des Rohmaterials abhängt.
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Gleic=eitflg steigt der Zerkleinerungsfortschritt. Beim Übergang von
hartem auf weicheres Material erhöhen sich Zerkleinerungsortschritt und Füllgrad.
Wird der maximal zulässige Füllgrad überschritten, der hinsichtlich des Zerkleinerungsfortschrittes
ein
Optimum darstellt, geht der Zerkleinerungsfortschritt wieder zurück. Beim überschreiten
des maximal zulässigen Füllgrades erfolgt somit eine Verringerung des Zerkleicerungsfortschrittes,
die sich als eine Kennlinienumkehr für die dem Regler zugeführte Regelgröße auswirkt,
so daß der Regler falsch reagiert und die Rohmaterialaufgabe so steuert, daß die
tEhlonlage sich immer weiter füllt,bisslevollständig vollgelaufen ist.
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Die optimalen Werte des Füllgrades für harte und weiche Rohmaterialien
sind hinsichtlich der Lautstärke aus Vorversuchen bekannt. So ist z.B. der durch
den Zerkleinerungsvorgang verursache Schalldruck für hartes Material größer als
für welches LWWer aL. Da eine exakte Messung des jeweiligen Füllgrades aufgrund
von quantitativ nicht überschaubaren Verfälschungen durch externe und interne Störgrößen
nicht möglich ist, wird in der bekannten Regeleinrichtung die Führungsgröße für
den Füllgrad regelkreis so eingestellt, daß der für den maximal zulässigen Füllgrad
bei hartem M«ateriæl ermittelte Wert um einen Sicherheitsbetrag vermindert wird.
Der Sicherheitsabstand zwischen dem maximal zulässigen Füllgrad und dem für hartes
Mahlgut eingestellten Wert der Führungsgröße ist so bemessen, daß auch bei dem härtesten
Mahlgut die Mühle nicht überfüllt werden kann. Bei weichem Mahlgut ist dieser Sicherheitsabstand
Jedoch zu groß und das LeSistungsvermögen der Mahlanlage kann nicht voll ausgerEazlt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei weichem Mahlgut
mit dem kleinstmöglichen Sicherheitsabstand zu arbeiten, ohne
daß
die Gefahr besteht, daß beim plötzlichen Übergang auf hGrteres Mahlgut die Mahlanlage
vollauft.
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Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, daß das Ausgangssignal des Meßwertumformers zusätzlich auf eine
Recheneinrichtung geschaltet ist, die Recheneinrichtung das Ausgangssignal des Meßwertumformers
mit einem dem maximal zulässigen Füllgrad proportionalen Signal nach einem Wahrscheinlichkeitsalgorithmus
verknüpft und die Differenz zwischen dem Ausgangssignal der Recheneinrichtung und
einem Bezugswert einem Stellglied zugeführt ist, das die Führungsgröße beeinflußt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, die in den Unteransprüchen gekennzeichnet
sind, werden anhand des Ausführungsbeispieles niher erläutert.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist
im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Fig. 1 das Blockschaltbild
einer Regeleinrichtung der Erfindung und Fig. 2 das Blockschaltbild des in Fig.
1 nur als Block gezeichneten Wahrscheinlichkeitsrechners. -Der Trockenkamnier la
der Rohrmühle 1 in Fig.1 wird das Rokmater~al über ein Transportband 2 zugeführt.
Die der Rohrmühle 1 zLgeführte Rohmaterialmenge wird durch die Drehzahl des Transportportbandes
2 gesteuert. Zusammen mit dem Grieße-Rückstrom wandert das Rohmaterial durch die
Trockenkammer la, die Grobmhl-
Kammer Ib und über ein nicht gezeichnetes
Becherwerk zu einem Sichter 3, der den Grieße-Anteil, der noch nicht fein genug
gemahlen worden ist, als Grieße-Rückstrom in die Rohrmühle 1 zurückgeführt. Ein
Mikrofon 4 formt das Mu;hlengeräusch in ein elektrisches Signal um, das ein Maß
für den Füllgrad der Rohrmühle 1 ist. Ein Meßumformer 5 formt das elektrische Ausgangs
signal des Mikrofons 4 in ein elektrisches Einheitssignal für die Ansteuerung der
Regler, z.B. das Einheitssignal 0...3 V, um.
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Das Ausgangssignal x des Meßumformers 5 ist ein Maß für den Füllgrad
der Rohrmühle 1 und dient als Regelgröße des Regelkreises für den Füllgrad der Rohrmühle
1. Das Signal w ist die Führungsgröße des Regelkreises für den Füllgrad. In einer
Additionsstelle 6 wird aus der Regelgröße x und der Führungsgröße w die Regeldifferenz
xd gebildet, die einem Regler 7 als Eingangssignal zugeführt ist. Das Ausgangssignal
des Reglers 7 dient als Führung größe für einen unterlagerten Drehzahlregelkreis.
Dieser Drehzahiregelkreis besteht aus einer Additionsstelle 8, einem Regler 9, einem
Stellmotor lo, der über ein Getriebe 11 das Transportband 2 antreibt, sowie einem
Tachogenerator 12 und einem Meßumformer 15, welche die Drehzahl des Transportbandes
2 in ein elektrisches Einheitssignal umformen, das der Additionsstelle 8 mit gegenkoppelnder
Wirkung aufgeschaltet ist.
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Die Führungsgröße w wird in der Additionsstelle 14 aus den Signalen
wl und w2 gebildet. Das Signal wl kann entwederein fester Wert (Sollwert) oder -
wie in Fig. 1 gezeichnet - ein von dem Grieße-Rückstrom abhängiger Wert (Führungsgröße)
sein und bestimmt
den oberen Grenzwerts den die Regelgröße nicht
überschreiten darf, damit ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Füllgrad und
dem Zerkleinerungsfortschritt gewahrt ist. Da der Mittelwert x der Regelgröße x
von einem Rauschsignal höherer Frequenz überlagert ist, dessen Amplitude ebenso
wie der Mittelwert x ein Maß für die Mahlbarkeit des Mahlgutes ist, wird das Signal
:1 um das Signal w2 vermindert, das die Höhe der Amplitude des dem Mittelwert x
überlagerten Rauschsigral berücksichtigt. Bei hartem Mahlgut ist die Amplitude des
dem Mittelwert x der Regelgrö-Be x überlagerten Rauschsignales größer als bei weicherem
Material. Aus diesem Grund kann der Sicherheitsabstand und damit das Signal w2 bei
weichem Mahlgut kleiner sein als bei hartem Mahlgut.
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Im folgenden wird die Einrichtung erläutert, welche unter 3erücksichtigung
der obigen Überlegungen die Regelgröße x ans1W-siert, deren Mittelwert x von einem
Rauschsignal überlagert ist, und in das Signal w2 umformt. Hierzu wird die Wahrscheinlichkeit
ermittelt, mit welcher der Augenblickswert der Regelgröße x außerhalb einer durch
den maximal zulässigen Füllgrad der Rohrmühle 1 bestimmten Grenze Xmax liegt, selbst
wenn ihr Mittelwert x innerhalb dieser Grenze liegt. Dies geschieht dadurch, daß
die Regelgröße x zusätzlich auf eine Recheneinrichtung15ltet ist, der als weitere
Eingangsgröße das dem maximal zulässigen Füllgrad entsprechende Signal Xmax zugeführt
ist. Diese Recheneinrichtung 15 verknüpft die Regelgröße x nach einem Wahrscheinlichkeitsalgorithmus
der
rolgenden Form
mit dem Signal Xmax für den maximal zulässigen Füllgrad. Das Ausgangssignal der
Recheneinrichtung 15 ist mit W bezeichnet.
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Dadurch ist es möglich, den Füllgrad als ein garantiertes Qualitätsniveau
von 0 % bis 100 %> entsprechend einer Wahrscheinlich- -keit von 0 bis 1, auszudrücken.
Nimmt das Ausgangssignal der Recheneinrichtung 15 den Wert 1 an, so ist gewährleistet,
daß 100 ffi der Füllung der Rohrmühle innerhalb des vorher bestimmten Grenzwertes
liegen.
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Das Ausgangssignal der Recheneinrichtung 15 wird in einer AdQ'itionsstelle
16 mit dem als Bezugswert dienenden Ausgangssignal eines Sollwerteinsteller 17 verglichen
und das Differenzsignal wird an einen als Stellglied dienenden Regelr 18 weitergeleitet,
dessen Ausgangsgröße dgs den Scherheitsabstand bestimmende Signal W2 ist.
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Es hat sich für den Betrieb einer Mahlanlage als vorteilhaft erwiesen,
nicht die Wahrscheinlichkeit 1 anzustreben, sondern den Sollwerteinsteller 17 so
einzustellen, daß er den Wert 0,95, entsprechend 95 %> abgibt. Das den Sicherheitsabstand
bestimmende Signal w2 ist bei einen Werten der Amplitude des dem Mittelwert überlagerten
Rauschsignales klein; bei großen Werten der Amplitude nimmt es einen entsprechend
größeren Wert an. Hierbei wird der obere und der untere Grenzwert von w2 so festgelegt,
daß
sowohl für das hartes als auch für das weicheste in der Rohrmühle 1 zu erwartende
Mahlgut der Jeweils erforderliche Sicherheitsabstand gewährleistet ist.
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Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild für eine Recheneinrichtung, die den
Wert der Regelgröße x mit dem Signal Xmax für maximalen Filgrad nach dem Wahrscheinlich1tsalgorithmus
verknüpft. Dieses Blockschaltbild entspricht dem Block 15' in Fig. 1 mit der Regelgröße
x als Eingangsgröße und dem Wahrscheinlichkeitssignal W als Ausgangsgröße. Ein Verzögerungsglied
20 bildet aus dem Augenblickswert x'den zeitlichen Mittelwert x. In einer Additionsstelle
21 wird die Differenz x - x, in einer weiteren Additflonsstelle 22 die Differenz
xmax - x gebildet. Eine Dividiereinrichtung 23 bildet den Quotienten x x - x >
den eine Xmax - X Multlpliziereinrichtung 24 quadriert. Das Ausgangssignal der Multi
pliziereinrichtung 24 ist dem Eingang eines Integrators 25 zugeführt, der das Integral
des Ausgangssignales der Multipliziereinrichtung 24 bildet.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung erlaubt es, den Füllgrad so nahe
wie möglich an seinem zulässigen Maximum zu halten, wobei sich der Sicherheitsbetrag
bei weichem Mahlgut automatisch
viel kleiner einstellt als bei
hartem Mahlgut, ohne daß es bei plötzlichen Störungen im Mahlprozeß zu einer Überfüllung
der Mahlanlage kommen kann.
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In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Signal w1 kein
fester Wert, sondern die Ausgangsgröße eines Reglers ao dient als Führungsgröße.
Der Eingang des Reglers 30 ist mit dem Ausgang einer Additionsstelle 31 verbunden.
Der Additionsstelle 51 sind als Eingangsgrößen ein aus dem Grieße-Rückstrom abgeleiteteS
Signal x5 und der Sollwert W3 für den Mahlgutstrom zugeführt. Die Messung des Istwertes
des Grieße-Rückstromes ist durch eine Bandwaage 52 angedeutet, deren Ausgangssignal
von einem Meßumformer 33 in das in der Regel einrichtung verwendete Einheitssignal
umgeformt wird. Durch die zusätzliche Aufschaltung des aus dem Grieße-Rückstrom
abgeleiteten Signales ergibt sich eine weitere Verbesserung des Regelvorganges.
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Es wird nicht nur eine gleichmäßige Auslastung der Mahlanlage erreicht,
sondern auch wesentlich zur konstanten Mahlfeinheit beigetragen.