DE3512499A1

DE3512499A1 - Verfahren zur anpassung der luftmengenstroeme eines tunnelofens

Info

Publication number: DE3512499A1
Application number: DE19853512499
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 6312 Laubach Leisenberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-04-06
Filing date: 1985-04-06
Publication date: 1986-10-09
Also published as: EP0198219A3; EP0198219B1; DE3679929D1; EP0198219A2

Description

DIPL.-ING. GUIDO ENGELHARDT PATENTANWALT

7990 Friedrichshafen

Dr.-Ing.

Wolfgang Leisenberg

6312 Laubach / Hessen

Verfahren zur Anpassung der Luftmengenstrome eines Tunnelofens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anpassung der Luftmengenströme in der Aufheizzone und/oder der Kühlzone eines Tunnelofens der keramischen Industrie bei wechselndem Besatz.

Durch die deutsche Patentanmeldung P 34 38 347.6 ist ein Verfahren zur Anpassung eines Tunnelofens an unterschiedliche Leistungen und Brennkurven bekannt. Hierbei werden zwei oder mehrere Sollwertsätze des Tunnelofens bei unterschiedlichen Ofenleistungen ermittelt und in einem Prozeßrechner gespeichert, in dem die für alle weiteren Leistungen gültigen Sollwerte durch Regression ermittelt und über Regler in Abhängigkeit von der geförderten Le.istung die Stoff ströme gesteuert werden. Dieses Regelverfahren hat sich zwar bewährt, eine Anpassung

der Luftmengenströme in der Aufheiz- und/oder Kuhlzone bei wechselndem Besatz ist bei diesem Regelverfahren jedoch nicht möglich.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß für den gesamten Bereich der Aufheizzone und für bestimmte Abschnitte der Kühlzone jeweils nur eine Eingriffsmöglichkeit bezüglich der Luftmenge besteht, sich jedoch unterschiedliche Besatzarten mit unterschiedlichen Luftmengenanforderungen innerhalb dieser Zone befinden können. Abgesehen von mathematischen Ofenmodellen und feed-forward-Strategien, die einen sehr großen Identifikations- und Rechneraufwand erfordern, also wegen der Kosten für übliche Tunnelöfen nicht eingesetzt werden können, ist bisher kein Verfahren zur Einstellung dieser Luftmengen- oder Temperatursollwerte bekannt geworden.

Bei der Steuerung der Luftmenge kommt es darauf an, das Verhältnis der Wärmekapazitätsströme von Brenngut und Luft im Mittelwert der Zone bei wechselnden Leistungen konstant zu halten. Da die Luftmengenströme in einem Tunnelofen nicht direkt meßbar sind, werden sie indirekt über die Messung der Guts- oder Lufttemperatur bestimmt. Da weiterhin Temperatur und Kapazitätsstrom gewöhnlich nicht linear miteinander zusammenhängen, sind für unterschiedliche Kapazitätsströme verschiedene Sollwerte der Temperatur erforderlich. Eine Anpassung von Sollwerten an wechselnde Besätze und Schubgeschwindigkeiten ist in der vorgenannten Patentanmeldung offenbart. Innerhalb eines Sollwert- bereiches können sich jedoch mehrere unterschiedliche Besatzarten befinden. Eine Anpassung der Luftmengenströme ist in diesem Fall mit diesem Verfahren nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Regelverfahren zu schaffen, mittels dem auch bei wechselndem Besatz eine zufriedenstellende Anpassung der Luftmengenströme in der Aufheizzone und/oder der Kühlzone eines Tunnelofens kurzfristig zu bewerkstelligen ist.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zur Veränderung der Sollwerte für die Temperatur in der zu regelnden Zone ein der ersten Besatzart zugeordneter erster Sollwert ein mit einem Faktor bewerteter Anteil hinzugefügt wird, der sich aus der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten der folgenden Besatzart zugeordneten Sollwert ergibt, wobei die Sollwerte empirisch ermittelt werden.

Ausgehend von einem alten Sollwert wird somit dieser mit fortschreitendem Ersatz dieser Besatzart durch eine andere neue Besatzart an den dieser zugeordneten neuen Sollwert geführt. Die Gewichtung erfolgt hierbei zweckmäßigerweise im Verhältnis der Ofenwagen mit den verschiedenen Produkten, wobei es angezeigt ist, daß der Faktor gleich dem Verhältnis der Anzahl der den Besatz tragenden Ofenwagen oder einem empirischen Wert aus der ersten und der zweiten Besatzart innerhalb der zu regelnden Zone entspricht.

Es wird somit zunächst die Differenz zwischen dem alten und dem neuen Sollwert gebildet und diese wird mit einem Faktor zum alten Sollwert addiert. Der Faktor ist Null, solange sich kein Wagen der neuen Besatzart in der betreffenden Zone befindet, steigt dann linear mit dem Anteil der neuen Besatzart an, hat also den Wert 0,5, wenn sich je zur Hälfte alter

'.. * *■· * ρ * i* w if

und neuer Besatz in der zu regelnden Zone befindet und erreicht schließlich den Wert 1 entsprechend dem neuen Sollwert, wenn die gesamte Zone mit der neuen Besatzart gefüllt ist.

Das Verfahren kann dahingehend verfeinert werden, daß die Temperatur nicht nur an einer Stelle der zu regelnden Zone gemessen wird, wie dies üblicherweise der Fall ist, sondern daß in dieser Zone mittels mehrerer an unterschiedlichen Stellen angeordneter Temperaturmeßfühler die Temperatur ermittelt wird und daß der Temperaturmittelwert dieser Zone den Istwert eines durch einen Prozeßrechner geführten Regelkreises bildet, dem ein vorgegebener Sollwert gegenübersteht.

Hierbei ist es angebracht, den Meßwerten einer Zone obere und untere Grenzwerte zuzuordnen, bei deren Über- oder Unterschreitung der Grenzwert als Sollwert und der Meßwert als Istwert in den Regelkreis eingehen, wobei die Grenzwerte einer Zone in Abhängigkeit von der Leistung und/oder der Besatzart verändert werden können. Der Regelkreis kann somit als Istwert den Mittelwert aller Temperaturmeßfühler und den Mittelwert aller Solltemperaturen als Sollwert zur Einstellung der Luftmenge erhalten. Dadurch wird erreicht, daß Änderungen des Temperaturniveaus früher erkannt werden und der Regler schneller eingreifen kann.

Durch Vorgabe von oberen und unteren Grenzwerten für jede Temperaturmeßstelle kann weiterhin sichergestellt werden, daß durch Übernahme der Regelung von

der betreffenden am Grenzwert befindlichen Meßstelle die zulässigen Grenzen in keinem Falle an irgendeiner Stelle der Zone überschritten werden. Es ist jedoch

erforderlich, die Grenzwerte so weit auseinander zu legen, daß nicht zwei entgegengesetzt wirkende Grenzwerte gleichzeitig aktiv werden. Für derartige Fälle müssen dann Prioritäten in die Software des Prozeßrechners in der Weise gesetzt werden, daß Temperaturmeßstellen in kritischen Temperaturbereichen, wie z. B. beim Quarzumwandlungspunkt, Vorrang erhalten.

Bei den bisherigen Verfahrensstufen wird immer von einem Regelkreis ausgegangen, der die erforderlichen Luftmengenströme in Abhängigkeit vom Ist-Sollwertvergleich einstellt. In den weitaus meisten Fällen genügt dies, auch wenn zeitweilig Abweichungen entstehen,wie dies beim Regelkreis prinzipiell nicht vermeidbar ist.

In schwierigen Fällen kann der feed-back-Strategie eine feed-forward-Strategie unterlagert werden. Prizipiell ist es möglich, durch eine solche Steuerfunktion eine vollkommene Kompensation aller Einflußgrößen zu erreichen. Hierzu ist jedoch erforderlich, daß alle Stör- und Einflußgrößen quantitativ bekannt sind. Dies bedeutet ähnlich wie bei den mathematischen Ofenmodellen einen außerordentlich großen Aufwand an Identifikation. Bekannt sind hier Verfahren, bei denen diese Identifikation on-line über einen Rechner durchgeführt wird, der das Ofenmodell ständig der Wirklichkeit anpaßt. Neben einem erheblichen Software- und Hardwareaufwand sind hierzu eine Vielzahl zusätzlicher Sensoren erforderlich, die das Verfahren insgesamt nicht sehr praktikabel erscheinen lassen.

Bei*einer Kombination von feed-forward und feed-back ist dagegen der Identifikationsaufwand erheblich geringer, da durch den überlagerten Regelkreis

AtT

Abweichungen aufgrund ungenauer Steuerungen korrigiert werden.

Wird dem Prozeßregler des Regelkreises eine A priori-Information über das Gewicht der in die zu regelnde Zone einzubringenden Besatzart gegeben, so kann durch diesen mittels dieser Information ein Korrektursignal für die Stellgröße gebildet werden, so daß nicht nur die Sollwerte zu korrigieren sind, sondern es können auch Korrekturen der Stellgröße ausgeführt werden, die den Eingriff des Reglers im Idealfall überflüssig machen, praktisch jedoch erheblich reduzieren

Auch hier besteht die Schwierigkeit für alle möglichen Besatzarten und Schubgeschwindigkeiten die erforderlichen Korrekturwerte zu ermitteln.

In dem erfindungsgemaßen Verfahren geschieht dies durch einen Selbstlernprozeß. Aus jeder tatsächlich gefahrenen Produktart und Schubgeschwindigkeit gewinnt der Prozeßrechner aufgrund der überlagerten Relegung einen Korrekturwert, wobei das Korrektursignal mit einem gewichteten Faktor versehen sein sollte, der dem den Sollwerten zugeordneten Faktor ganz oder teilweise entspricht. Ist beim nächsten Regelvorgang nur ein Korrekturwert vorhanden, die Schubgeschwindigkeit jedoch unterschiedlich, so setzt der Prozeßrechner zunächst diesen Korrekturwert ein, gewinnt aber nach Abschluß des Vorgangs einen weiteren hinzu, so daß er beim nächsten Vorgang bereits die Basis für eine Interpolation besitzt.

Mit zunehmender Anzahl der gewonnenen Werte kann 30" er eine laufend sicherer werdende Regressionskurve berechnen,anhand derer er zukünftige Korrekturen bestimmen kann.

Zur Korrektur sind somit Regressionsfunktionen vorgesehen, die aus im Betrieb durch den Regelkreis eingestellten Stellgrößen gebildet werden.

Um Veränderungen im Tunnelofen mit zu erfassen, sollte die Datenbasis für die Regressionsfunktionen nicht gleich gewichtet werden, sondern neurere Messungen sollten mit einer größeren Gewichtung eingehen. Dadurch erhält man eine Regression mit Zeitkonstanten-Charakteristik, die eine laufende Anpassung an sich verändernde Randbedingungen im Tunnelofen erlaubt.

20. März 19(05 e-1
A 5367

Claims

DIPL-ING. GUIDO bÄi'H^tff * PATENTANWALT 3512499

7990 Friedrichshafen

Dr.-Ing.

Wolfgang Leisenberg

Laubach / Hessen

Patentansprüche

1. Verfahren zur Anpassung der Luftmengenströme in der Aufheizzone und/oder der Kühlzone eines Tunnelofens der keramischen Industrie bei wechselndem Besatz,

dadurch gekennzeichnet,

daß zur Veränderung der Sollwerte für die Temperatur in der zu regelnden Zone ein der ersten Besatzart zugeordneter erster Sollwert ein mit einem Faktor bewerteter Anteil hinzugefügt wird, der sich aus der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten der folgenden Besatzart zugeordneten Sollwert ergibt, wobei die Sollwerte empirisch ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Faktor gleich dem Verhältnis der Anzahl der den Besatz tragenden Ofenwagen oder einem empirischen Wert aus der ersten und der zweiten Besatzart innerhalb der zu regelnden Zone entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß in der zu regelnden Zone mittels mehrerer an unterschiedlichen Stellen angeordneter Temperaturmeßfühler die Temperatur gemessen wird und daß der Temperaturmittelwert dieser Zone den Istwert eines durch einen Prozeßrechner geführten Regelkreises bildet, dem ein vorgegebener Sollwert gegenübersteht.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß den Meßwerten einer Zone obere und untere Grenzwerte zugeordnet sind, bei deren Überschreitung oder Unterschreitung der Grenzwert als Sollwert und der Meßwert als Istwert in den Regelkreis eingehen .

- /6 - 3

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Grenzwerte einer Zone in Abhängigkeit von der Leistung und/oder der Besatzart verändert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Grenzwerte einer Zone derart weit auseinander gelagert sind, daß zwei entgegengesetzt wirkende Grenzwerte nicht gleichzeitig aktiv werden können.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß Temperaturmeßstellen in kritischen Temperaturbereichen, wie z. B. beim Quarz-Umwandlungspunkt, vorrangig behandelt werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Prozeßrechner des Regelkreises eine A priori-Information über das Gewicht der in die zu regelnde Zone einzubringenden Besatzart erhält und daß durch diesen mittels dieser Information ein Korrektursignal für die Stellgröße gebildet wird

-A-

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Korrektursignal mit einem gewichteten Faktor versehen wird, der dem den Sollwerten zugeordneten Faktor ganz oder teilweise entspricht.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

daß zur Korrektur Regressionsfunktionen vorgesehen sind, die aus im Betrieb durch den Regelkreis eingestellte Stellgrößen gebildet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß die als Datenbasis für die Regressionsfunktionen verwendeten Werte dahingehend gewichtet werden, daß neuere Werte ein größeres Gewicht erhalten.

20. März 1995 e-1
A 5367