EP3140041A1 - Walzenmühle und verfahren zur steuerung einer walzenmühle - Google Patents

Walzenmühle und verfahren zur steuerung einer walzenmühle

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EP3140041A1
EP3140041A1 EP15720343.1A EP15720343A EP3140041A1 EP 3140041 A1 EP3140041 A1 EP 3140041A1 EP 15720343 A EP15720343 A EP 15720343A EP 3140041 A1 EP3140041 A1 EP 3140041A1
Authority
EP
European Patent Office
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electric motor
rollers
roller
master
value
Prior art date
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Application number
EP15720343.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3140041B1 (de
Inventor
Martin Pischtschan
Hans-Ulrich Hirt
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ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Publication of EP3140041A1 publication Critical patent/EP3140041A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3140041B1 publication Critical patent/EP3140041B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/28—Details
    • B02C4/42—Driving mechanisms; Roller speed control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C25/00—Control arrangements specially adapted for crushing or disintegrating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/02—Crushing or disintegrating by roller mills with two or more rollers

Definitions

  • the present invention relates to the field of roll mills. It relates to a roller mill with two in Be ⁇ drive counter-rotating rollers, which are rotatably mounted in a frame, and a method for controlling such a roller mill.
  • Roller mills are used for grinding materials, in particular ores and cement. Roller mills have ty ⁇ pisch enough, a roller diameter of 0.8 to 3 meters and a driving power of 0.2 to 5 MW. They are particularly energy efficient compared to other mill types. Such a roller mill is described for example in DE 4028015 AI.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a radial section of a roll mill of the prior art.
  • the roller mill comprises two counter-rotating rollers 1,1 ', which rollers 1,1' horizontally and parallel to each other in a frame (not shown) are rotatably mounted.
  • One of the two rollers 1 is displaceable orthogonal to the axial direction of this roller 1.
  • the other of the two rollers 1 ' is not orthogonally displaceable.
  • the displaceable roller 1 is pressed by a spring system (not shown) on the fixed roller 1 '.
  • Each roller 1,1 ' has a grinding surface.
  • the opposite grinding surfaces of the rollers 1,1 ' form a wedge. Material is filled from above between the rollers 1,1 'in the wedge, guided by the rotation of the rollers 1,1' down and through the wedge and the associated pressure on the material crushed.
  • the rotation of the rollers 1,1 ' via a drive (not shown).
  • Known drives for roller mills usually have two Elect ⁇ romotoren, with one electric motor with a whale of zen is connected to and drives.
  • Fig. 2 shows a roller mill with two drives from the prior art. Depending on a drive is assigned to one of the rollers 1,1 'and each comprises an electric motor 2,2', a Ge ⁇ steering shaft 3 and a planetary gear 4. The connection of the radially displaceable roller 1 with the stationary Elektromo ⁇ tor 2 via the propeller shaft third
  • the joint shaft is connected directly to the shaft of the displaceable roller and the planetary gear is arranged between the joint shaft and the electric motor.
  • the joint shaft is connected directly to the shaft of the displaceable roller and the planetary gear is arranged between the joint shaft and the electric motor.
  • an electric motor without a speed adjustment of overall drive directly the desired speed for the rolls lie ⁇ fert, for example, by controlling the electric motor by means of a frequency converter.
  • the drive does not comprise a gearbox and the electric motor is connected directly to the roller via the cardan shaft.
  • the electric motors of the two rollers are usually controlled by two separate frequency converters.
  • a direct drive is arranged on the roller itself. In this case, the drive does not comprise a cardan shaft.
  • the control strategies for the drives have an influence on the wear of the rollers.
  • the wear of the rolls is influenced, among other things, by the contact pressure of the rolls, the circumferential speed of the grinding surfaces of the individual rolls and the difference between the peripheral speeds of the grinding surfaces of the rolls.
  • the wear of the two rolls is usually different strong. It can be both the displaceable roller and the fixed roller ⁇ properties have a greater wear.
  • STEU ⁇ tion strategies from the article "VFD control methodologies in High Pressure Grinding drive Systems" (Brent Jones, Cement Industry Technical Conference, 2012 IEEE-IAS / PCA 53) known.
  • the control of the two motors is given an identical reference value for the speed as a reference.
  • both drives try to set the same speed for the motor they control, but act independently of each other to achieve that goal.
  • the problem is that even with identical frequency converters, the speed controls have a fault so that an identical speed of the two rolls can not be achieved in this way and thus results in a difference in the peripheral speeds of the grinding surfaces of the two rolls.
  • the diameter of the roller is not considered. With different roller diameters, such as increased wear on one of the two rollers, even an identical speed of the two rollers leads to different peripheral speeds of the grinding surfaces of the rollers. Another consequence of this is that the load between the two rolls is not evenly distributed, resulting in relative rotation of the two rolls, which in turn leads to increased wear.
  • the control of the two motors is an identical setpoint for the torque pre ⁇ give.
  • the problem is that in case that the drive torque is greater than the load torque, accelerate the roll mill or delayed in the opposite case. This results in a changing Drehgeschwin ⁇ speed of the roll mill proportional to variations of the ground material, which is also disadvantageous for the operation of the roll mill.
  • Fig. 3 shows a schematic illustration of the signal flow at a rolling mill with this third control Strate ⁇ energy from the prior art in an initial phase.
  • an identical setpoint value for the speed 61 is given as reference to both frequency inverters 5, 5 '. Both frequency converters 5, 5 'are regulated with respect to the rotational speed.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the signal flow in the roller mill from FIG. 3 in a production phase.
  • one of the frequency inverters 5 '(follower) is no longer set as the reference for the speed 61 but an actual value of a torque 62 of the electric motor 2 (master) connected to the other frequency converter 5.
  • the frequency converter 5 'of the Follo- who electric motor 2' is thereby no longer related.
  • ⁇ the rotational speed but related. Of torque controlled.
  • the ⁇ for F mrichter 5 of the master electric motor 2 is speed-controlled in the production phase. This allows a better uniform distribution of the loads on the two rolls and a reduction in the difference between the two peripheral speeds of the grinding surfaces of the rolls and thus leads to a reduction in the different wear of the rolls.
  • the assignment of master and follower to the displaceable or the fixed roller is arbitrary.
  • the actual value of the torque of the master electric motor 2 (torque follower)
  • the actual value of a rotational speed of the master electric motor 2 (speed follower) can also be used as reference for the control of the folloWing electric motor 2 'used in the production phase who ⁇ .
  • both frequency converters 5, 5 'in the initial phase an identical setpoint torque is specified as a reference and after switching to the production phase the frequency converter 5' of the follower Ele- rom- 2 'the actual value of the speed of the master Elektromo - sector 2 is given as a reference.
  • the problem with the master-follower strategy is that wear can only be optimized individually for each roller with regard to its service life. It is not possible to optimize the wear of both rolls in the overall system of the roll mill so as to maximize the life of the roll mill.
  • Object of the present invention is to provide a roller mill, which has an increased life.
  • roller mills In a roller mill with two rollers arranged in parallel and pressed against each other and rotating in opposite directions and two electric motors, one motor is connected to one roller and drives the respective roller during operation.
  • One of the rollers is displaceable orthogonal to the axial direction of this roller.
  • Roll mills are also referred to as roller presses, high-bed grinding mills or in English as High Pressure Grinding Rolls.
  • the two electric motors each have a controller, which control allows the setting of certain operating parameters in the respective electric motor. In extreme cases, the control of one of the electric motors can be simplified as a direct connection to an electrical supply network if the other of the electric motors can be controlled independently of the electrical supply network.
  • the operating parameters of the directly connected electric motor set according to the parameters of the electrical supply network, such as the frequency and the voltage. Due to the condition of the independent controllability of the other electric motor in this extreme case, despite the dependence on the generally constant, electrical supply network of directly connected motor relative control of Moto ⁇ Ren each other possible.
  • One of the electric motors is defined as a master and the other of the electric motors is defined as a follower.
  • the assignment between the master and follower with respect to the sliding or not sliding ver ⁇ roller is arbitrary.
  • the control of one of the electric motors is simplified to a direct connection to an electrical supply network, the electric motor independently controllable from the electrical supply network is necessarily the follower.
  • the control of the master electric motor is given a target value for the speed or the torque of the master electric motor as a reference or target value of the control.
  • An actual value of the torque or the rotational speed of the master electric motor resulting from the control of the master electric motor is multiplied by a load factor in a multiplier.
  • the load distribution factor is a real number between 0 and infinity, preferably without the value 1, particularly preferably in a range between 0.8 and 1.2.
  • the value resulting from the multiplication is used for the determination of a reference value of the control for the follower electric motor.
  • the use may in the simplest case be the direct use of the value resulting from the multiplication as a reference. However, it is also possible that the value resulting from the multiplication is further processed and possibly also combined with another signal.
  • the load distribution factor makes it possible to influence the individual wear of the rolls and a targeted distribution of the load on the two rolls.
  • Figure 1 is a schematic representation of a radial
  • Figure 2 shows a roller mill with two drives from the prior art
  • Figure 3 is a schematic representation of the signal flow in a roll mill with master follower STEU ⁇ tion of the prior art in an initial phase;
  • Figure 4 is a schematic representation of the signal flow in a roll mill with master follower STEU ⁇ tion of the prior art in a production phase;
  • FIG. 5 is a schematic representation of the signal flow in a roll mill according to the invention in a first exemplary embodiment
  • FIG. 6 a schematic representation of the signal flow in a roll mill according to the invention in a second exemplary embodiment
  • Figure 7 shows an exemplary relationship between the
  • a higher-level control for example via a direct input by the operator or via a Distributed Control System (DCS), gives a frequency converter 5 of a master electric motor 2 a setpoint value 61 as a reference for the speed.
  • An actual value 62 of the torque of the master electric motor 2 resulting from the regulation of a speed controller (not shown) of the frequency converter 5 of the master electric motor 2 is multiplied in a multiplier 65 by a load distribution factor 64.
  • the load distribution factor 64 can be determined, for example, by manual input by the operator or a regulation of the load distribution factor 64 which may opti ⁇ onal also include additional measured variables such as the roll diameter.
  • a resulting value is given as a setpoint to a torque controller (not shown) of a frequency converter 5 'of a follower electric motor 2'.
  • the load distribution factor 642 the wear of the individual rollers can be influenced relative to each other.
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the signal flow in a roll mill according to the invention in a second exemplary embodiment.
  • a feedback of the actual value of the torque of the follower electric motor 2 ' is compared with the actual value of the torque of the follower electric motor 2' via a subtraction.
  • controller 66 which controller 66 may be, for example, a PID controller.
  • the controller 66 controls the difference in the torque of the follower electric motor 2 'and converts the controlled signal into a speed value with the aid of the area moment of inertia of the roller 1', which is connected to the follower electric motor 2 '. This direct coupling between torque and speed is ensured by the mechanical coupling of the rollers over the material in the grinding gap.
  • the ratio of the two roller radii corresponds to the gear ratio in a transmission with a gear ratio in the vicinity of 1.
  • the output of the controller 66 is added to the original setpoint value 61 for the speed and there ⁇ after the frequency of the follower electric motor 2 'as the setpoint to hand over.
  • Analogous to FIG. 5 is an optional initial phase ⁇ or a design as speed followers in two variations possible in FIG. 6.
  • the conversion of the controller with the aid of the legislativenträg ⁇ moment of inertia which the signals with the exception of the load ⁇ verteil compositions relate to rotational speed values falls.
  • Fig. 7 shows an exemplary relationship between the wear of the two rollers and the selection of a Lastverteil ⁇ factor 115.
  • the wear 112 of a roll in the form of the reduction of the roll diameter, over the work already done by this roller rotary work 111 from ⁇ educated.
  • the cumulative torque necessary for the grinding of the previously painted material over the time required for grinding is to be verified .
  • the two curves 113, 114 represent the wear 112 of two rolls of a pair of rolls as a function of the turning work 111.
  • the curve 114 shows a greater wear of the corresponding roller than the wear of the roller shown in the curve 113.
  • the load factor 115 is now chosen so that the roller with the accumulated greater previous wear carries a smaller part of the load required for the meal.
  • the load distribution factor may be a positive real number including zero.
  • the load distribution factor tends to be between 0.8 and 1.2.
  • the objective in choosing the load factor is to achieve as even as possible wear of the rolls of a pair of rolls, for example, to replace both rolls in a maintenance and to maximize the time between two maintenance.
  • the choice of load distribution factor possible such as the stronger wear of already stronger worn roller and the protection of less worn roller.
  • the Benö ⁇ preferential energy is minimized because obtain limit the same Wheeliererefe- especially in comparison to the solution in which the two motors, it is ensured that only the energy required for grinding is supplied is guaranteed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Walzenmühle umfassend zwei parallel angeordnete, gegeneinandergepresste und gegenläufig rotierende Walzen (1, 1'), wobei eine der Walzen (1') orthogonal zur axialen Richtung dieser Walze (1') verschiebbar ist, und zwei Antriebe, welche Antriebe je einer der beiden Walzen(1, 1') zugeordnet sind und je einen Elektromotor (2, 2') aufweisen, einem Master-Elektromotor (2) der Elektromotoreneinen Sollwert (61) für die Drehzahloder das Drehmoment als Referenz vorgibt, und eine Referenz eines Follower-Elektromotor (2') der Elektromotoren den Istwert (62) des Drehmoments oder der Drehzahl des Master-Elektromotors (2) multipliziert mit einem Lastteilfaktor (64) umfasst.

Description

BESCHREIBUNG
Walzenmühle und Verfahren zur Steuerung einer Walzenmühle TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Walzenmühlen. Sie betrifft eine Walzenmühle mit zwei im Be¬ trieb gegenläufig rotierenden Walzen, welche in einem Rahmen drehbar gelagert sind, und ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Walzenmühle.
STAND DER TECHNIK Walzenmühlen werden zum Mahlen von Materialien, insbesondere von Erzen und Zement verwendet. Walzenmühlen haben ty¬ pischerweise einen Walzendurchmesser von 0.8 bis 3 Metern und eine Antriebsleistung von 0.2 bis 5 Megawatt. Sie sind besonders energieeffizient im Vergleich zu anderen Mühlen- arten. Eine solche Walzenmühle wird beispielsweise in DE 4028015 AI beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines radialen Schnittes einer Walzenmühle aus dem Stand der Technik. Die Walzenmühle umfasst zwei gegenläufig rotierende Walzen 1,1', welche Walzen 1,1' horizontal und parallel zu einander in einem Rahmen (nicht dargestellt) drehbar gelagert sind. Eine der beiden Walzen 1 ist dabei orthogonal zur axialen Richtung dieser Walze 1 verschiebbar. In der Regel ist die andere der beiden Walzen 1' orthogonal nicht verschiebbar. Die verschiebbare Walze 1 wird durch ein Federsystem (nicht dargestellt) auf die fixierte Walze 1' gedrückt. Jede Walze 1,1' weist eine Mahlfläche auf. Die gegenüberliegenden Mahlflächen der Walzen 1,1' bilden einen Keil. Material wird von oben zwischen die Walzen 1,1' in den Keil gefüllt, durch die Rotation der Walzen 1,1' nach unten geführt und durch den Keil und den damit verbundenen Druck auf das Material zerkleinert. Die Rotation der Walzen 1,1' erfolgt über einen Antrieb (nicht dargestellt) .
Bekannte Antriebe für Walzenmühlen weisen meist zwei Elekt¬ romotoren auf, wobei je ein Elektromotor mit einer der Wal- zen verbunden ist und diese antreibt.
Fig. 2 zeigt eine Walzenmühle mit zwei Antrieben aus dem Stand der Technik. Je ein Antrieb ist einer der Walzen 1,1' zugeordnet und umfasst je einen Elektromotor 2,2', eine Ge¬ lenkwelle 3 und ein Planetengetriebe 4. Die Verbindung der radial verschiebbaren Walze 1 mit dem ortsfesten Elektromo¬ tor 2 erfolgt über die Gelenkwelle 3.
Optional ist es ebenfalls möglich, dass direkt an die Welle der verschiebbaren Walze die Gelenkswelle anschließt und das Planetengetriebe zwischen der Gelenkswelle und dem Elektro- motor angeordnet ist. In einer solchen Anordnung, wie beispielsweise in DE 102011000749 AI beschrieben, ist zusätz¬ lich zu dem Elektromotor auch das Planetengetriebe der verschiebbaren Walze ortsfest. Optional ist es auch möglich, dass ein Elektromotor ohne eine Drehzahlanpassung eines Ge- triebes direkt die gewünschte Drehzahl für die Walzen lie¬ fert, beispielsweise durch eine Steuerung des Elektromotors mittels eines Frequenzumrichters. In diesem Fall umfasst der Antrieb kein Getriebe und der Elektromotor ist über die Gelenkwelle direkt mit der Walze verbunden. Die Elektromo- toren der beiden Walzen werden meist über zwei getrennte Frequenzumrichter gesteuert. Optional ist es auch möglich, dass ein direkter Antrieb auf der Walze selbst angeordnet ist. In diesem Fall umfasst der Antrieb keine Gelenkwelle.
Die Steuerungsstrategien für die Antriebe haben einen Ein- fluss auf die Abnutzung der Walzen. Im Allgemeinen wird die Abnutzung der Walzen unter anderem von dem Anpressdruck der Walzen, der Umfangsgeschwindigkeit der Mahlflächen der einzelnen Walzen und dem Unterschied zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten der Mahlflächen der Walzen beeinflusst. Die Abnutzung der beiden Walzen ist meist unterschiedlich stark. Es kann sowohl die verschiebbare Walze als auch die fest¬ stehende Walze eine grössere Abnutzung aufweisen. Für die Steuerung der Antriebe einer Walzenmühle sind folgende Steu¬ erungsstrategien aus dem Artikel „VFD control methodologies in High Pressure Grinding drive Systems" (Brent Jones, Ce- ment Industry Technical Conference, 2012 IEEE-IAS/PCA 53) bekannt.
Bei der ersten Strategie wird der Steuerung der beiden Motoren ein identischer Sollwert für die Drehzahl als Referenz vorgegeben. So versuchen beide Frequenzumrichter die gleiche Drehzahl für den von ihnen gesteuerten Motor einzustel- len, aber handeln dabei unabhängig voneinander, um dieses Ziel zu erreichen. Problematisch ist dabei, dass auch bei baugleichen Frequenzumrichtern die Drehzahlsteuerungen einen Fehler aufweisen so, dass eine identische Drehzahl der beiden Walzen auf diese Weise nicht erreicht werden kann und sich so ein Unterschied in dem Umfangsgeschwindigkeiten der Mahlflächen der beiden Walzen ergibt. Zusätzlich ist es problematisch, dass der Durchmesser der Walze nicht berücksichtigt wird. Bei unterschiedlichen Walzendurchmessern, wie beispielsweise durch eine erhöhte Abnutzung bei einer der beiden Walzen, führt selbst eine identische Drehzahl der beiden Walzen zu unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten der Mahlflächen der Walzen. Eine weitere Folge daraus ist, dass die Last zwischen den beiden Walzen nicht gleich verteilt ist und es so zu einer relativen Verdrehung der beiden Walzen zueinander kommt, was wiederum zu einer verstärkten Abnutzung führt.
Bei der zweiten Strategie wird der Steuerung der beiden Motoren ein identischer Sollwert für das Drehmoment vorge¬ geben. Problematisch ist dabei, dass im Falle, dass das Antriebsdrehmoment größer ist als das Lastdrehmoment, die Walzenmühle beschleunigen oder im umgekehrten Fall verzögert wird. Daraus resultiert eine wechselnde Drehgeschwin¬ digkeit der Walzenmühle proportional zu Variationen des Mahlgutes, was für den Betrieb der Walzenmühle ebenfalls nachteilig ist.
Bei der dritten Strategie wird einer der Elektromotoren als Master und der andere Elektromotor als Follower definiert. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Signalflusses bei einer Walzenmühle mit dieser dritten Steuerungsstrate¬ gie aus dem Stand der Technik in einer Anfangsphase. Es wird, wie in der ersten Steuerungsstrategie, beiden Fre- quenzumrichtern 5, 5' ein identischer Sollwert für die Drehzahl 61 als Referenz vorgegeben. Beide Frequenzumrichter 5, 5' werden bzgl. der Drehzahl geregelt.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Signalflusses bei der Walzenmühle aus Fig. 3 in einer Produktionsphase. Nach dem Erreichen einer definierten Lastschwelle oder durch manuelles Umschalten wird einem der Frequenzumrichter 5' (Follower) nicht mehr der Sollwert für die Drehzahl 61 sondern ein Istwert eines Drehmoments 62 des mit dem anderen Frequenzumrichter 5 verbundenen Elektromotors 2 (Master) als Referenz vorgegeben. Der Frequenzumrichter 5' des Follo- wer-Elektromotors 2 ' wird dadurch nicht mehr bzgl. der Dreh¬ zahl sondern bzgl. des Drehmoments geregelt. Der Frequenzu¬ mrichter 5 des Master-Elektromotors 2 bleibt auch in der Produktionsphase drehzahlgeregelt. Dies ermöglicht eine bessere Gleichverteilung der Lasten auf die beiden Walzen und eine Verringerung der Differenz der beiden Umfangsgeschwindigkeiten der Mahlflächen der Walzen und führt so zu einer Verminderung der unterschiedlichen Abnutzung der Walzen .
Die Zuordnung von Master und Follower zu der verschiebbaren oder der fixierten Walze ist beliebig. Optional kann bei der Master-Follower-Strategie anstatt des Istwerts des Drehmoments des Master-Elektromotors 2 (Torque-Follower) auch den Istwert einer Drehzahl des Master-Elektromotors 2 ( Speed-Follower) als Referenz für die Steuerung des Follo- wer-Elektromotors 2 ' in der Produktionsphase verwendet wer¬ den. In diesem Fall wird beiden Frequenzumrichtern 5, 5' in der Anfangsphase ein identischer Sollwert das Drehmoment als Referenz vorgegeben und nach dem Umschalten in die Pro- duktionsphase dem Frequenzumrichter 5' des Follower-Elekt- romotors 2 ' der Istwert der Drehzahl des Master-Elektromo- tors 2 als Referenz vorgegeben. Problematisch bei der Mas- ter-Follower-Strategie ist, dass die Abnutzung nur für jede Walze einzeln bezüglich deren Lebensdauer optimiert werden kann. Es ist nicht möglich die Abnutzung beider Walzen im Gesamtsystem der Walzenmühle zu optimieren, um so die Lebensdauer der Walzenmühle zu maximieren.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Walzenmühle anzugeben, welche eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Walzenmühle mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Bei einer Walzenmühle mit zwei parallel angeordnete, gegen- einandergepresste und im Betrieb gegenläufig rotierende Walzen und zwei Elektromotoren ist je ein Motor mit einer Walze verbunden und treibt die jeweilige Walze im Betrieb an. Eine der Walzen ist orthogonal zur axialen Richtung dieser Walze verschiebbar. Walzenmühlen werden auch als Rollenpressen, Gutbett-Walzenmühlen oder in englischer Sprache als High Pressure Grinding Rolls bezeichnet. Die beiden Elektromotoren verfügen jeweils über eine Steuerung, welche Steuerung die Einstellung bestimmter Betriebsparameter bei dem jeweiligen Elektromotor ermöglicht. Im Extremfall kann die Steuerung eines der Elektromotoren als eine direkte Verbindung mit einem elektrischen Versorgungsnetz vereinfacht werden, falls der andere der Elektromotoren von dem elektrischen Versorgungsnetz unabhängig gesteuert werden kann. Durch die direkte Verbindung mit dem elektrischen Versorgungsnetz stellen sich die Betriebsparameter des di- rekt verbunden Elektromotors entsprechend den Parametern des elektrischen Versorgungsnetzes, wie beispielsweise die Frequenz und die Spannung, ein. Durch die Bedingung der unabhängigen Steuerbarkeit des anderen Elektromotors in diesem Extremfall ist trotz der Abhängigkeit von dem im Allgemeinen konstanten, elektrischen Versorgungsnetzes des direkt verbundenen Motors eine relative Steuerung der Moto¬ ren zueinander möglich. Einer der Elektromotoren wird als Master definiert und der andere der Elektromotoren wird als Follower definiert. Dabei ist die Zuordnung zwischen Master und Follower in Bezug auf die verschiebbare oder nicht ver¬ schiebbare Walze beliebig. Im Extremfall, dass die Steuerung eines der Elektromotoren auf eine direkte Verbindung mit einem elektrischen Versorgungsnetz vereinfacht wird, ist der von dem elektrischen Versorgungsnetz unabhängig steuer- bare Elektromotor zwingend der Follower. Der Steuerung des Master-Elektromotors wird ein Sollwert für die Drehzahl oder das Drehmoment des Master-Elektromotors als Referenz bzw. Zielwert der Steuerung übergeben. Ein sich aus der Steuerung des Master-Elektromotors ergebene Istwert des Drehmoments oder der Drehzahl des Master-Elektromotors wird in einem Multiplikator mit einem Lastfaktor multipliziert. Der Lastverteilfaktor ist eine reelle Zahl zwischen 0 und unendlich, bevorzugt ohne der Wert 1, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 0.8 und 1.2. Der durch die Multiplikation entstehende Wert wird für die Ermittlung einer Referenz bzw. Zielwerts der Steuerung für den Follower-Elektromotor verwendet. Die Verwendung kann im einfachsten Fall die direkte Nutzung des durch die Multiplikation entstehenden Wertes als Referenz sein. Es ist aber auch möglich, dass der durch die Multiplikation entstehende Wert noch weiter verarbeitet und evtl. auch noch mit anderen Signal kombiniert wird. Durch den Lastverteilfaktor werden eine Beeinflussung der individuellen Abnutzung der Walzen und eine gezielte Verteilung der Last auf die beiden Walzen möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der mit dem Lastverteilfaktor multiplizierte Istwert des Master-Elektromo¬ tors mit dem Sollwert für die Drehzahl oder das Drehmoment, welcher Sollwert als Referenz für die Steuerung des Master- Elektromotors dient, über eine Addition der Signale kombi- niert. Dadurch wird der Einfluss durch die Lastverteilung auf kleine Beeinflussungen des Sollwerts beschränkt. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines radialen
Schnittes einer Walzenmühle aus dem Stand der Technik;
Figur 2 eine Walzenmühle mit zwei Antrieben aus dem Stand der Technik;
Figur 3 eine schematische Darstellung des Signalflusses bei einer Walzenmühle mit Master-Follower Steu¬ erung aus dem Stand der Technik in einer Anfangsphase;
Figur 4 eine schematische Darstellung des Signalflusses bei einer Walzenmühle mit Master-Follower Steu¬ erung aus dem Stand der Technik in einer Produktionsphase;
Figur 5 eine schematische Darstellung des Signalflusses bei einer erfindungsgemässen Walzenmühle in ei- ner ersten beispielhaften Ausführungsform; und
Figur 6 eine schematische Darstellung des Signalflusses bei einer erfindungsgemässen Walzenmühle in einer zweiten beispielhaften Ausführungsform; und
Figur 7 einen beispielhafter Zusammenhang zwischen der
Abnutzung von zwei Walzen und der Wahl eines
Lastverteilfaktors .
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst . Grundsätzlich sind glei¬ che Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Signalflusses bei einer erfindungsgemässen Walzenmühle in einer ersten beispielhaften Ausführungsform. Eine übergeordnete Steuerung, beispielsweise über eine direkte Eingabe des Operators oder über ein Distributed Control System (DCS), gibt einem Frequenzumrichter 5 eines Master-Elektromotors 2 einen Soll- wert 61 als Referenz für die Drehzahl vor. Ein sich durch die Regelung einer Drehzahlreglers (nicht dargestellt) des Frequenzumrichters 5 des Master-Elektromotors 2 ergebender Istwert 62 des Drehmoments des Master-Elektromotors 2 wird in einem Multiplikator 65 mit einem Lastverteilfaktor 64 multipliziert. Der Lastverteilfaktor 64 kann beispielsweise durch manuelle Eingabe durch den Operator oder eine dafür bestimmte Regelung des Lastverteilfaktors 64, welche opti¬ onal auch zusätzliche Messgrössen wie etwa den Walzendurchmesser umfassen kann, festgelegt werden. Ein sich daraus ergebender Wert wird als Sollwert einem Drehmomentregler (nicht dargestellt) eines Frequenzumrichters 5' eines Follo- wer-Elektromotors 2 ' übergeben. Durch den Lastverteilfaktor 642 kann die Abnutzung der einzelnen Walzen relative zueinander beeinflusst werden.
Analog zu Fig. 3, ist auch möglich, dass in einer Anfangs¬ phase bis zum Erreichen einer definierten Lastschwelle oder durch manuelles Umschalten beiden Frequenzumrichtern den identischen Sollwert für die Drehzahl als Referenz vorzugeben. Beide Frequenzumrichter werden so in der Anfangsphase bzgl. der Drehzahl geregelt. Optional ist es auch möglich das System als Speed-Follower auszugestalten. Dabei wird, anstatt des Istwerts des Drehmoments des Master-Elektromo¬ tors im Falle des Torque-Follower, der Istwert einer Drehzahl des Master-Elektromotors als Referenz für den Follower- Elektromotor in der Produktionsphase verwendet. Daher ist auch der nach der Multiplikation mit dem Lastverteilfaktor erhaltene Wert ein Drehzahl-Wert, welcher dann dem Frequen¬ zumrichter des Follower-Elektromotors als Referenz vorgege¬ ben wird. Als zwei Variationen des Speed-Follower Konzeptes ist es sowohl möglich, einen Sollwert für die Drehzahl als auch alternativ einen Sollwert für das Drehmoment als Refe¬ renz für die Steuerung des Master-Elektromotors vorzugeben. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung des Signalflusses bei einer erfindungsgemässen Walzenmühle in einer zweiten beispielhaften Ausführungsform. Zusätzlich zu Fig. 5 ist eine Rückführung des Istwerts des Drehmoments des Follower- Elektromotors 2 ' vorhanden. Der Sollwert des Drehmoments des Follower-Elektromotors 2 ' aus der Multiplikation mit dem Lastverteilfaktor wird mit dem Istwert des Drehmoments des Follower-Elektromotors 2 ' über eine Subtraktion verglichen. Der so gebildete Unterschied zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Drehmoments des Follower-Elektromotors 2 ' wird einem Regler 66 übergeben, welcher Regler 66 beispielsweise ein PID-Regler sein kann. Der Regler 66 regelt den Unterschied des Drehmoments des Follower-Elektromotors 2 ' und rechnet das geregelte Signal mit Hilfe des Flächenträgheits- moments der Walze 1', welche mit dem Follower-Elektromotor 2 ' verbunden ist, in ein Drehzahlwert um. Diese direkte Kopplung zwischen Drehmoment und Drehzahl ist durch die mechanische Kopplung der Walzen über das Material im Mahlspalt gewährleistet. Eine Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit ei- ner Walze bedingt durch die mechanische Kopplung beider Wal¬ zen eine zusätzliche tangential an der zweiten Walze an¬ greifende Kraft, welche die benötigte Kraft bzw. Moment, zur Beibehaltung bzw. Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Walze im gleichen Masse reduziert. Dabei entspricht das Verhältnis der beiden Walzenradien dem Übersetzungsverhältnis bei einem Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis in der Nähe von 1. Der Ausgang des Reglers 66 wird mit dem ursprünglichen Sollwert 61 für die Drehzahl addiert und da¬ nach dem Frequenzumrichter des Follower-Elektromotors 2 ' als Sollwert übergeben.
Analog zu Fig. 5 ist auch in Fig. 6 eine optionale Anfangs¬ phase oder eine Ausgestaltung als Speed-Follower in beiden Variationen möglich. Bei der Variante des Speed-Followers , bei welcher ein Sollwert für die Drehzahl als Referenz für die Steuerung des Master-Elektromotors vorgegeben wird, ent- fällt die Umrechnung des Regler mit Hilfe des Flächenträg¬ heitsmoments, das sich die Signale mit Ausnahme des Last¬ verteilfaktors auf Drehzahl-Werte beziehen.
Fig. 7 zeigt einen beispielhaften Zusammenhang zwischen der Abnutzung von zwei Walzen und der Wahl eines Lastverteil¬ faktors 115. In dem Diagramm ist die Abnutzung 112 einer Walze, in Form der Verringerung des Walzendurchmessers, über die durch diese Walze bereits geleistete Dreharbeit 111 ab¬ gebildet. Unter der Dreharbeit 111 ist dabei das für das Mahlen des bisher gemalten Materials notwendige, kumulierte Drehmoment über die, für das Mahlen benötigte, Zeit zu ver¬ stehen. Die zwei Kurven 113, 114 stellen die Abnutzung 112 zweier Walzen eines Walzenpaares in Abhängigkeit von der Dreharbeit 111 da. Die Kurve 114 zeigt eine stärkere Abnut- zung der entsprechenden Walze als die Abnutzung der in der Kurve 113 dargestellten Walze. In dem dargestellten Fall wird der Lastfaktor 115 nun so gewählt, dass die Walze mit der akkumuliert größeren bisherigen Abnutzung einen kleineren Teil der für das Mahl nötigen Last trägt.
Im Allgemeinen kann der Lastverteilfaktor eine positive reelle Zahl einschliesslich Null sein. Bei einer gleichen akkumuliert Abnutzung beider Walzen sollte der Lastverteil¬ faktor den Wert eins annehmen. Je grösser der Unterschied zwischen den akkumulierten Abnutzungen der beiden Walzen ist, desto weiter ist der entsprechende Lastverteilfaktor von dem Wert eins entfernt. Je nachdem welche der beiden Walzen eine grössere Abnutzung aufweist, strebt der Wert des Lastverteilfaktors dabei gegen Null oder unendlich. In der Praxis bewegt sich der Lastverteilfaktor eher zwischen 0.8 und 1.2.
In den vorhergehenden Fall ist das Ziel bei der Wahl des Lastfaktors, eine möglichst gleiche Abnutzung der Walzen eines Walzenpaares zu erreichen, um beispielsweise beide Walzen in einer Wartung auszutauschen und die Zeit zwischen zwei Wartungen zu maximieren. Es sind aber auch andere Zielsetzungen bei der Wahl des Lastverteilfaktors möglich, wie beispielsweise die stärkere Abnutzung der bereits stärker abgenutzten Walze und die Schonung der weniger stark abgenutzten Walze. Ausserdem wird gewährleistet, dass die benö¬ tigte Energie minimiert wird, da insbesondere im Vergleich zur Lösung bei der beide Motoren die gleichen Drehzahlrefe- renzen erhalten, gewährleistet wird, dass nur die zum Mahlen benötigte Energie geliefert wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 verschiebbare Walze
1' fixierte Walze
2 Master-Elektromotor
2 ' Follower-Elektromotor
3 Gelenkwelle
4 Planetengetriebe
5 Frequenzumrichter des Master-Elektromotors 5' Frequenzumrichter des Follower-Elektromotors
61 Sollwert der Drehzahl
62 Istwert des Master-Elektromotors
63 Referenz für Follower-Elektromotor
64 Lastverteilfaktor
65 Multiplikator
66 Regler
111 Dreharbeit einer Walze
112 Abnutzung einer Walze
113 Kurve der verschiebbaren Walze
114 Kurve der fixierten Walze
115 Kurve des Lastverteilfaktors

Claims

Patentansprüche
1. Walzenmühle umfassend
zwei parallel angeordnete, gegeneinandergepresste und im Betrieb gegenläufig rotierende Walzen (1,1'), wobei eine der Walzen (1) orthogonal zur axialen Richtung dieser Walze (1) verschiebbar ist, und
zwei Elektromotoren (2,2'), welche Elektromotoren (2,2') je einer der beiden Walzen (1,1') zugeordnet sind, wobei
einer Steuerung eines Master-Elektromotors (2) der Elektromotoren (2,2') ein Sollwert (61) für die Drehzahl oder das Drehmoment als Referenz vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Referenz für eine Steuerung eines Follower-Elekt- romotors (2') der Elektromotoren (2,2') auf einem Istwert (62) des Drehmoments oder der Drehzahl des Master- Elektromotors (2) multipliziert mit einem Lastverteil¬ faktor (64) basiert.
2. Walzenmühle nach Anspruch 1, wobei der Lastverteilfaktor (64) unter Berücksichtigung eines Anpressdrucks der Walzen (1,1'), einer Abnutzung der einzelnen Walzen (1,1'), oder des Anpressdrucks und der Abnutzung ermittelt wird.
3. Walzenmühle nach Anspruch 2, wobei die Abnutzung der einzelnen Walzen (1,1') durch den Quotient einer Durchmesserverminderung einer Walze und einer Menge an Material, welches von dieser Walze bisher gemahlen wurde, quantifiziert wird.
4. Walzenmühle nach einen der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Lastverteilfaktor (64) unter Berücksichtigung der Durchmesser der Walzen (1,1') bestimmt wird.
5. Walzenmühle nach Anspruch 1, wobei der Lastverteilfaktor (64) durch einen Operator der Walzenmühle festgelegt wird .
6. Walzenmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Istwert (62) des Master-Elektromotors (2) multipliziert mit dem Lastverteilfaktor (64) mit einem entsprechenden Istwert des Follower-Elektromotor (2') über eine Subtraktion verglichen wird und wobei die Referenz für die Steuerung des Follower-Elektromotor (2') auf dem Sollwert (61) und dem aus der Subtraktion resultierenden Wert basiert.
7. Walzenmühle nach Anspruch 6, wobei der verglichene Wert durch einen Regler (66) geregelt wird.
8. Verfahren zur Steuerung einer Walzenmühle, wobei
die Walzenmühle
zwei parallel angeordnete, gegeneinandergepresste und im Betrieb gegenläufig rotierende Walzen (1,1'), wobei eine der Walzen (1) orthogonal zur axialen Richtung dieser Walze (1) verschiebbar ist, und
zwei Elektromotor (2,2') umfasst, welche Elektromotor (2,2') je einer der beiden Walzen (1,1') zugeordnet sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Vorgeben eines Sollwerts (61) für die Drehzahl oder das Drehmoment als Referenz für eine Steuerung eines Master-Elektromotors (2) der Elektromotoren (2,2'); b) Bestimmen eines Istwerts (62) des Drehmoments oder der Drehzahl des Master-Elektromotors (2);
dadurch gekennzeichnet, dass das das Verfahren zusätz¬ lich die folgenden Schritte umfasst:
c) Multiplikation des Istwerts (62) des Master-Elektro¬ motors (2) mit einem Lastverteilfaktor (64); und d) Einbeziehen des Ergebnisses aus Schritt (c) in die Referenz für eine Steuerung eines Follower-Elektro- motors (2') der Elektromotoren (2,2') .
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