DE9414829U1 - Device for measuring the level in underground bunkers - Google Patents
Device for measuring the level in underground bunkersInfo
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Description
DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH, Franz-Fischer-Weg 61, 45307 EssenDMT-Society for Research and Testing mbH, Franz-Fischer-Weg 61, 45307 Essen
06.09.1994 ZK-GR/4/94 Ha/Lü06.09.1994 ZK-GR/4/94 Ha/Lü
Einrichtung zur Messung des Füllstandes in UntertagebunkernEquipment for measuring the filling level in underground bunkers
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Füllstandes, insbesondere in Bunkern, beispielsweise in Kohlebunkern unter Tage, mit im Bunker angeordneten Signalgebern und Signalempfängern sowie einer die Signale auswertenden und die Aufgabe- und Abführungsbander steuernden Auswerteeinheit, die miteinander verbunden, oder auf dem Funkwege verkoppelt eine Meßeinheit darstellen.The invention relates to a device for measuring the fill level, in particular in bunkers, for example in underground coal bunkers, with signal transmitters and signal receivers arranged in the bunker as well as an evaluation unit that evaluates the signals and controls the feed and discharge belts, which, when connected to one another or linked by radio, represent a measuring unit.
Als Bunker werden im untertägigen Bergbau seigeraufgefahrene Grubenräume bezeichnet, die vorwiegend zur Aufnahme von Rohkohle oder Bergen und zum Ausgleich von Fördergutmengenschwankungen eingesetzt werden. Meist sind diesen Bunkern dem Aufgabeband nachgeordnete Rutschen zugeordnet, die insbesondere bei der Kohle verhindern sollen, daß das in den Bunker herabstürzende Fördergut ungewollt zerkleinert wird. Da diese Bunker eine Höhe von weit über 50 m aufweisen können, ist eine Überwachung des jeweiligen Füllstandes schwierig. Bekannt ist das sogenannte radiometrische Verfahren, das auf der Durchstrahlung mit radioaktiven Quellen beruht und das daher unter den heutigen Gesichtspunkten nur ungern eingesetzt wird. Darüber hinaus kann lediglich punktuell das Über- oder Unterschreiten einer Füllhöhe festgestellt werden.In underground mining, bunkers are pits that have been driven up a slope and are primarily used to hold raw coal or tailings and to compensate for fluctuations in the amount of material being mined. These bunkers usually have chutes downstream of the feed conveyor, which are intended to prevent the material falling into the bunker from being accidentally crushed, particularly in the case of coal. Since these bunkers can be well over 50 m high, monitoring the current fill level is difficult. The so-called radiometric method is well known, which is based on irradiation with radioactive sources and is therefore rarely used in today's world. In addition, it is only possible to determine whether a fill level has been exceeded or not reached at certain points.
Bekannt ist es auch, über eine im Bunker versenkte Elektrode die Kapazitätsänderungen zu messen. Durch Anlagerung von feuchtem Schüttgut entstehen aber Verfälschungen, die eine genaue Ermittlung des Füllstandes erschweren. Die Anordnung ist insgesamt mechanisch anfällig und nur auf geringe Bunkerlängen beschränkt.It is also known to measure the capacitance changes using an electrode sunk into the bunker. However, the accumulation of moist bulk material causes distortions that make it difficult to determine the fill level accurately. The arrangement is mechanically vulnerable overall and is only limited to short bunker lengths.
Möglich ist es auch, Reflexionsmessungen durch Schall, Ultraschall oder Radarwellen vorzunehmen, wobei dieses Verfahren allerdings nur in bestimmten Bereichen, die abhängig sind vom Bunkerdurchmesser, der Strahlungskeule des Senders, der Absorption der Oberfläche des Schüttgutes und der Ausbreitungsdämpfung der Wellen, eingesetzt werden kann.It is also possible to carry out reflection measurements using sound, ultrasound or radar waves, although this method can only be used in certain areas that depend on the bunker diameter, the radiation beam of the transmitter, the absorption of the surface of the bulk material and the propagation attenuation of the waves.
All diesen Verfahren hängen demgemäß Nachteile an, die den Einsatz in den nicht ohne weiteres zugänglichen Bunkern erschweren. All of these methods have disadvantages that make their use in bunkers that are not easily accessible difficult.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Füllstandsmesseinrichtung zu schaffen, die diskret oder kontinuierlich und über einen großen Füllstandsbereich sicher einsetzbar ist.The invention is therefore based on the object of creating a level measuring device that can be used discretely or continuously and safely over a large level range.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Signalgeber in Höhe des zu messenden Füllstandes nach vorgegebenen Kriterien verteilt angeordnet und jeweils mit einer zugewiesenen Kennung versehen sind, und daß eine oder mehrere Signalempfänger vorgesehen sind, die die jeweilige Kennung identifizierend ausgebildet sind.The object is achieved according to the invention in that the signal transmitters are arranged distributed at the level of the fill level to be measured according to predetermined criteria and are each provided with an assigned identifier, and in that one or more signal receivers are provided which are designed to identify the respective identifier.
Die Lösung beruht somit auf dem Prinzip, daß in Höhe des zu messenden Füllstandes eine oder mehrere Signalgeber nach bestimmten Kriterien verteilt angebracht werden, jeder Signalgeber eine ihm zugewiesene Kennung -besitzt, das Füllgut das jeweilige Signal vollständig oder teilweise absorbiert und eine oder mehrere Empfangseinrichtungen vorhanden sind, dieThe solution is therefore based on the principle that one or more signal transmitters are installed at the level to be measured, distributed according to certain criteria, each signal transmitter has an identifier assigned to it, the filling material absorbs the respective signal completely or partially and one or more receiving devices are present, which
die jeweilige Signalkennung identifizieren und das Fehlen oder die Dämpfung des jeweiligen Signals feststellen können. Die Füllstandserfassung erfolgt damit diskret durch Feststellung der am Empfänger nicht zu registrierenden Signalsgeber und/ oder kontinuierlich durch Feststellung der Signalabschwächung (bei Kenntnis der Dämpfungseigenschaften des jeweiligen Füllgutes und der Ausbreitungsdämpfung in Abhängigkeit vom Anbringungsort des Signalgebers). Die Feststellung der Füllhöhe erfolgt durch die entsprechenden Auswerteeinheiten, die die Signale in geeigneter Form zur Anzeige oder Ausgabe bringen. Da die einzelnen Signalgeber und gegebenenfalls auch die Signalempfänger verteilt über die Höhe des Bunkers angeordnet sind, ist auf die beschriebene Art und Weise eine genaue Ermittlung des jeweiligen Füllstandes einfach, schnell, kontinuierlich und sicher möglich.identify the respective signal identifier and determine the absence or attenuation of the respective signal. The fill level is thus recorded discretely by detecting the signal transmitters that cannot be registered at the receiver and/or continuously by detecting the signal attenuation (if the attenuation properties of the respective filling material are known and the propagation attenuation depending on the location of the signal transmitter). The fill level is determined by the corresponding evaluation units, which display or output the signals in a suitable form. Since the individual signal transmitters and, if applicable, the signal receivers are arranged distributed over the height of the bunker, the precise determination of the respective fill level is possible in the manner described simply, quickly, continuously and safely.
Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgegeben, daß jeder Signalgeber eine eigene Kennung aufweist. Damit wird die Identifizierung durch die Signalempfänger und die Auswerteeinheit erleichtert, da dann letztlich weitere Daten zur klaren Identifikation nicht benötigt werden. Vielmehr weiß der Signalempfänger bzw. die Auswerteeinheit bei Empfang des entsprechenden Signals sofort, um welchen Signalgeber es sich handelt.According to a practical embodiment of the invention, each signal generator has its own identifier. This makes identification by the signal receiver and the evaluation unit easier, since then no further data is required for clear identification. Rather, the signal receiver or the evaluation unit knows immediately which signal generator it is when it receives the corresponding signal.
Trotz der weiter vorne beschriebenen Wendeln und sonstigen Einbauten im Bunker sind derartige Einrichtungen, wie Signalempfänger und Signalgeber, gewissen Gefährdungen ausgesetzt. Sie werden daher zweckmäßigerweise in die Bunkerwandung eingelassen oder mit einem entsprechenden Gehäuse versehen. Um hier den Aufwand zu minimieren, sieht die Erfindung vor, daß die Auswerteeinheit ganz oder teilweise in die Signalempfänger integriert ist, so daß dafür gesonderte Gehäuse und ähnliches gar nicht benötigt werden, sondern quasi jeder einzelne Signalempfänger gleichzeitig auch eine Auswerteeinheit darstellt bzw. aufweist. Die entsprechenden Signale könnenDespite the spirals and other installations in the bunker described above, such devices as signal receivers and signal transmitters are exposed to certain risks. They are therefore expediently embedded in the bunker wall or provided with a corresponding housing. In order to minimize the effort here, the invention provides that the evaluation unit is fully or partially integrated into the signal receiver, so that separate housings and the like are not required at all, but rather each individual signal receiver simultaneously represents or has an evaluation unit. The corresponding signals can
_ ,4 »f-ti_ ,4 »f-ti
dann, wie weiter vorne beschrieben, zum Zuführungs- und Abführungsband und den dort vorgesehenen Steuerungen geleitet werden.then, as described above, to the feed and discharge belt and the controls provided there.
Kennungen für die einzelnen Signalgeber können auf mehrere Art und Weise erfolgen. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kennung der Signalgeber über eine entsprechende Kodierung, Frequenzen, Zeitschlitz oder Impulsbreite festgelegt ist, was ohne allzu großen Aufwand verwirklicht werden kann und was die einwandfreie Identifikation der einzelnen Signalgeber erleichtert. Eine Anpassung an das jeweilige Füllgut ist gemäß der Erfindung dadurch möglich, daß die Signalgeber eine dem jeweiligen Füllgut angepaßte Signalart aufweisend ausgebildet sind. Über die Signalart (Frequenz, Zeitfunktion und anderes) kann so gewählt werden, daß jeweils die optimale Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung gesichert ist. Hier kann die Körnigkeit des Gutes, vor allem die Zusammensetzung und die Feuchtigkeit eine erhebliche Rolle spielen.Identification of the individual signal generators can be done in several ways. According to the invention, the identification of the signal generators is determined by means of a corresponding coding, frequency, time slot or pulse width, which can be implemented without too much effort and which makes it easier to identify the individual signal generators correctly. Adaptation to the respective filling material is possible according to the invention in that the signal generators are designed with a signal type that is adapted to the respective filling material. The signal type (frequency, time function and others) can be selected in such a way that the optimal function of the device according to the invention is ensured in each case. The graininess of the material, especially the composition and moisture, can play a significant role here.
Die Verteilung der Signalgeber ist wichtig, um eine jeweilige genaue Identifizierung der Signale der Signalgeber zu ermöglichen, und zwar auch dann, wenn irgendwelche Fehlerquellen von außen her auf die Meßeinheit einwirken. Um die Verteilung nun festzulegen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Signalgeber in Abhängigkeit von der Signalart, des Füllgutes und/ oder der Signalausbreitung am Einsatzort verteilt angeordnet sind.The distribution of the signal generators is important in order to enable precise identification of the signals from the signal generators, even if any external sources of error affect the measuring unit. In order to determine the distribution, the invention provides that the signal generators are distributed depending on the type of signal, the filling material and/or the signal propagation at the place of use.
Von daher ist gleichzeitig auch vorgegeben, was bei der Planung derartiger Bunker berücksichtigt werden muß, wobei es denkbar ist, daß über den Umfang verteilt Signalgeber und/oder Empfangseinheiten unterschiedlich verteilt angeordnet werden, um auf diese Art und Weise auch bei unterschiedlichem Füllgut bzw. Füllstandsbedingungen eine einwandfreie Ermittlung des Bunkerfüllstandes zu ermöglichen.This also specifies what needs to be taken into account when planning such bunkers, whereby it is conceivable that signal transmitters and/or receiver units are distributed differently around the circumference in order to enable the bunker fill level to be determined correctly even when the fill material or fill level conditions are different.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine Einrichtung geschaffen ist, die die Messsung des Füllstandes möglichst kontinuierlich und über einen großen Bereich ermöglicht, wobei sowohl das Füllgut bzw. dessen Eigenschaften wie auch sonstige Gegebenheiten Berücksichtigung finden können. Im Bunker sind über die Höhe verteilt Signalgeber und Signalempfänger angeordnet sowie eine Auswerteeinheit, die auch den Signa!empfänger&eegr; zugeordnet werden kann, um so die unterschiedlichen Signale sicher aufnehmen und auswerten zu können. Die Signalempfänger identifizieren die jeweilige Signalkennung und/oder das Fehlen oder die Dämpfung des jeweiligen Signals, so daß über die Auswerteeinheit der jeweils relevante und genaue Füllstand ermittelt werden kann, über die zugeordnete Bändern gesteuert werden können. Letztlich kann der ganze Betrieb quasi automatisiert werden, zumal über entsprechende Endschalter und ähnliches jederzeit eine Stillsetzung des Bandes erfolgen kann.The invention is particularly characterized by the fact that a device is created that enables the measurement of the fill level as continuously as possible and over a large area, whereby both the filling material and its properties as well as other conditions can be taken into account. In the bunker, signal transmitters and signal receivers are arranged distributed over the height, as well as an evaluation unit that can also be assigned to the signal receiver in order to be able to reliably record and evaluate the different signals. The signal receivers identify the respective signal identifier and/or the absence or attenuation of the respective signal, so that the evaluation unit can determine the relevant and precise fill level, via which the assigned belts can be controlled. Ultimately, the entire operation can be virtually automated, especially since the belt can be stopped at any time using appropriate limit switches and the like.
Weitere Erläuterungen zum Gegenstand der Erfindung finden sich in der Figurenbeschreibung. Dabei zeigtFurther explanations of the subject matter of the invention can be found in the description of the figures.
Figur 1 einen teilweise gefüllten Bunker und Figur 2 einen annäherend geleerten Bunker.Figure 1 shows a partially filled bunker and Figure 2 shows an almost empty bunker.
Figur 1 zeigt einen Bunker 1, bei dem der Bunkerzulauf 2 und der Bunkerauslauf 3 lediglich angedeutet sind. Der Bunker 1 ist etwa zur Hälfte mit Füllgut 4 aufgefüllt, wobei der Füllstand 5 keine klare gerade Linie darstellen muß, sondern bei Kohle oder auch Bergen als Füllgut ein vom Füllgut 4 abhängiger Kegel sein kann.Figure 1 shows a bunker 1 in which the bunker inlet 2 and the bunker outlet 3 are only indicated. The bunker 1 is approximately half filled with filling material 4, whereby the filling level 5 does not have to be a clear straight line, but in the case of coal or even tailings as the filling material it can be a cone dependent on the filling material 4.
Über die Höhe des Bunkers 1 verteilt sind in der Bunkerwandung oder an ihr Signalgeber 6 sowie Signalempfänger 7 in unterschiedlichen Höhen angeordnet. In der Regel wird es reichen, wenn mehreren Signalgebern 6, 10, 11 ein Signalgeber 7Distributed over the height of the bunker 1, signal transmitters 6 and signal receivers 7 are arranged at different heights in the bunker wall or on it. As a rule, it will be sufficient if one signal transmitter 7 is connected to several signal transmitters 6, 10, 11.
zugeordnet ist, der wiederum über die Verbindungsleitung 9 mit der Auswerteeinheit 8 in Verbindung steht.which in turn is connected to the evaluation unit 8 via the connecting line 9.
Die Verbindungsleitung 9 verbindet somit sowohl die einzelnen Signalgeber 6, 10, 11 mit dem Signalempfänger 7 wie auch diesen mit der Auswerteeinheit 8. Denkbar ist es auch, daß mehrere Signalempfänger 7, 12 vorgesehen sind und dieses insbesondere bei Bunkerhöhen über 50 m. Damit ist der Empfang der Signale sichergestellt, wobei in den Signalempfänger 7, 12 auch gleich die Auswerteeinheit 8 mit integriert sein kann. Zweckmäßigerweise wird diese Auswerteeinheit entweder dem oberen Signalempfänger 7 zugeordnet oder aber sie wird in der Zufuhrstrecke untergebracht, da auf diese Weise dann auch eine Überprüfung und Wartung dieses Geräteteils leichter wird. Denkbar ist es auch, daß der Auswerteeinheit 8 ein Tableau zugeordnet ist, auf dem der jeweilige Füllstand dargestellt wird.The connecting line 9 thus connects the individual signal transmitters 6, 10, 11 with the signal receiver 7 and also with the evaluation unit 8. It is also conceivable that several signal receivers 7, 12 are provided, especially for bunker heights of over 50 m. This ensures that the signals are received, and the evaluation unit 8 can also be integrated into the signal receiver 7, 12. This evaluation unit is expediently either assigned to the upper signal receiver 7 or it is housed in the supply line, as this also makes checking and maintaining this part of the device easier. It is also conceivable that the evaluation unit 8 is assigned a panel on which the current fill level is displayed.
Mit 15 ist der Abstand zwischen den einzelnen Signalgebern bezeichnet und mit 16 der Abstand zwischen Signalgeber, und zwar hier dem untersten Signalgeber, und dem Signalempfänger 7.15 indicates the distance between the individual signal transmitters and 16 indicates the distance between the signal transmitter, namely the lowest signal transmitter, and the signal receiver 7.
Figur 2 zeigt einen Bunker 1, bei dem der Bunkeraus lauf 3 verschlossen worden ist, weil der Füllstand 5 auf sein Minimum abgesunken ist. Der Signalgeber 11 hat dem Signalempfänger 12 oder 7 und damit der Auswerteeinheit 8 das entsprechende Signal weitergeleitet, so daß über die Auswerteeinheit eine Stillsetzung des Bunkerzulaufs 2 erfolgte. Dieses Abschalten erfolgt genau, weil mit den erfindungsgemäßen Signalgebern 6, 10, 11 und Signalempfängern 7, 12 auch Dämpfungen im Füllgut und Dämpfungen im nichtgefüllten Bereich mit berücksichtigt werden.Figure 2 shows a bunker 1 in which the bunker outlet 3 has been closed because the filling level 5 has dropped to its minimum. The signal transmitter 11 has forwarded the corresponding signal to the signal receiver 12 or 7 and thus to the evaluation unit 8, so that the bunker inlet 2 is shut down via the evaluation unit. This shutdown takes place precisely because the signal transmitters 6, 10, 11 and signal receivers 7, 12 according to the invention also take into account damping in the filling material and damping in the unfilled area.
Formelmäßig läßt sich die Abhängigkeit der einzelnen Daten wie folgt darstellen:The dependency of the individual data can be represented as follows:
Cl1 .... dk .... dn - Abstand zwischen den Signalgebern I1 .... lk .... In- Abstand der Signalgeber zum Empfänger dk = f Uk' 0I^ &Oacgr;2' psk/ pEmin) In = f (D1, D2, Psn, PEmin)Cl 1 .... d k .... d n - distance between the signal transmitters I 1 .... l k .... I n - distance of the signal transmitter to the receiver d k = f Uk' 0 I^ &Oacgr; 2' p sk/ p Emin) I n = f (D 1 , D 2 , P sn , P Emin )
Bei diesen Formeln bedeutetIn these formulas,
D1 = Dämpfung im FüllgutD 1 = Damping in the filling material
D2 = Dämpfung im nichtgefüllten BereichD 2 = Damping in the unfilled area
psk = Signalleistung das k-tn Signalgebers p sk = signal power of the k-tn signal generator
pEmin = minimale Empfangsleistung des Empfängers p Emin = minimum reception power of the receiver
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