WO2008019904A1 - Verfahren zur ermittlung eines mühlenfüllstands - Google Patents

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WO2008019904A1
WO2008019904A1 PCT/EP2007/056072 EP2007056072W WO2008019904A1 WO 2008019904 A1 WO2008019904 A1 WO 2008019904A1 EP 2007056072 W EP2007056072 W EP 2007056072W WO 2008019904 A1 WO2008019904 A1 WO 2008019904A1
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WO
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speed
drive
inertia
drum
moment
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PCT/EP2007/056072
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French (fr)
Inventor
Norbert Becker
Hans-Ulrich LÖFFLER
Stefan Smits
Kurt Tischler
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to ZA2009/00631A priority patent/ZA200900631B/en

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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
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/18—Details
    • B02C17/1805—Monitoring devices for tumbling mills
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a filling level of a loaded drum of a mill.
  • Such a mill can be, for example, a ball mill (ball mill) or even a SAG (semiauto-geno- nely grinding) mill, which is suitable for grinding coarse-grained materials, such as eg. As ores or cement, etc., is determined.
  • the current level in the drum where comminution takes place is normally unknown. The level depends on many sizes. Examples of this are the exact degree of grinding, the proportion of balls that are introduced into the drum to assist the milling process, the degree of wear of these balls and the solids content of the suspension that is currently in the drum. These sizes change for the most part during operation of the mill. Their current values are as unknown as the value of the level itself.
  • the level is estimated by the operator according to his empirical experience.
  • Supportive weight sensors are used, which determine the weight of the loaded drum on the bearings.
  • these estimation methods are very inaccurate.
  • acoustic measuring methods have been developed, but also need additional sensors for sound recording.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device which allows a simple determination of the current level of the drum during operation of the mill.
  • A) the drum is acted upon by a drive with a drive torque and set in a rotary motion, b) the drive torque is set on the drive according to a predefinable drive test sequence, c) a speed curve of a rotational speed of the drum caused by the drive test sequence is detected, d) subjected to the detected speed profile of an analysis, and e) determined based on results of the analysis of the level.
  • the inventive method is distinguished from the hitherto usual very inaccurate estimation method on the one hand by a higher accuracy and on the other by the fact that it can also be carried out automatically and, above all, during operation of the mill.
  • a current measured value for the fill level can also be obtained. be averaged.
  • the method according to the invention is based primarily on the determination of the rotational speed provided anyway for the regulation of the normal mill operation. This measured quantity is thus already available in a suitable, for example electronic, form in an evaluation unit.
  • the drive test sequence can also be set in a simple manner on the drive, so that overall only a comparatively low realization effort is incurred for the method according to the invention.
  • a speed frequency signal is generated, which is examined in particular with regard to the frequency components involved. Due to the impact of the ground material on the drivers, there are periodic slumps in the rotational speed, which can be effectively recorded and evaluated by means of a Fourier analysis.
  • the fill level is preferably deduced from the presence, from the amplitude or from the phase of certain frequency components.
  • the detected speed signal can be examined particularly well and comprehensively. The effort for this is manageable.
  • a Fourier transformation can easily be carried out electronically and automatically.
  • a constant drive torque is specified as the drive test sequence or the drive torque is used, which is specified for normal operation of the mill, in particular by a drive controller.
  • the drive controller is thus available in any case anyway. He can usually specify both a drive torque and a speed.
  • the filling level determination method becomes particularly simple. So it comes with virtually no intervention in the specification or adjustment of the drive torque. The normal mill operation is then not even slightly affected by a change in the drive torque, which is due to the level detection. Nevertheless, based on the analysis of the Fourier transform of the speed curve, the information of interest regarding the fill level can be determined.
  • the detected speed curve is preferably subjected to a filtering, in particular a low-pass filtering, and / or an averaging (median). This way, fluctuations can be eliminated, and it is easier to determine an already very good first approximation for the level you are looking for.
  • a moment of inertia of the loaded and driven drum is determined.
  • the moment of inertia is a particularly suitable intermediate size, with which the current level can be determined easily and yet with high accuracy.
  • a drive torque with at least one sudden change in particular with a change in the form of a rectangular pulse
  • the drive test sequence has two successive rectangular pulse-shaped changes with opposite direction of change.
  • Such a step function in the drive torque leads to an easily detectable and evaluable reaction in the speed curve.
  • the corresponding step responses are evaluated. It is furthermore advantageous if the absolute change in the drive torque with respect to an initial value of the drive torque moves in a range of up to 30%, in particular of up to 10%, and in particular up to 2%. Then the change of the drive torque on the one hand is large enough to cause an evaluable reaction, and on the other hand still not too large to significantly affect the normal mill operation.
  • the two rectangular pulses can be the same except for the sign, that is to say symmetrical. Likewise, however, uneven or asymmetrical successive rectangular pulses are possible.
  • the two rectangular pulses may have different pulse durations and heights, but equal time integrals. This can be avoided, for example, exceeding a predetermined maximum mill speed. Therefore, the first pulse is preferably selected with negative change direction and the second pulse with positive change direction and with the same absolute pulse height as the first pulse. The first negative drive torque pulse then slows down the speed, while the second positive drive torque pulse accelerates the mill back to its original speed.
  • only a negative drive torque pulse is evaluated, since the influence of the mill torque is lower in the case of negative drive torque pulses.
  • the square-wave pulse has a pulse duration which is predefinable and thus known, and a pulse height determining the change of the drive torque, and a first based on the pulse duration, the pulse height and a speed change produced and detected on the basis of the drive test sequence Measured value for the moment of inertia is determined.
  • an average speed change and, derived therefrom, an average value of the moment of inertia is determined, wherein preferably a static, that is to say temporally immutable moment of inertia is assumed.
  • the first measured value determined for the moment of inertia of the loaded and driven drum is compared with the moment of inertia of a circular arc segment in order to determine therefrom in particular a filling angle or a filling height. It has been recognized that at the speeds commonly used during operation, the load is distributed within the drum so that the contents are always disposed within a circular arc segment to a good approximation. Accordingly, the fill level in the drum can be determined on the basis of the known moment of inertia of a circular arc segment and on the basis of the determined moment of inertia measured value.
  • a speed controller provided for normal operation of the mill is switched off at least during a duration of the drive test sequence. This prevents the speed controller from intervening and correcting the speed change caused by the drive test sequence specifically and for evaluation purposes. Even a partial readjustment can lead to inaccurate measurement results.
  • the speed controller has a very long time constant, which is in particular of the order of magnitude of the duration of the drive test sequence or even greater, switching off the speed controller is not absolutely necessary.
  • an inertia of the loaded and driven drum and a static friction factor of a rotational speed-dependent friction torque is determined from the speed curve and the drive test sequence.
  • the linear model is a PTI element, and to determine the moment of inertia and the static friction factor, the PTI element is calibrated at two times with measured values of the rotational speed and the drive torque.
  • a PTI element has only two unknown parameters, which can be easily determined by evaluating the PTI element at two different points in time. The resulting computational effort is very low, so that the determination of the parameters is feasible even with limited storage capacity and computing power.
  • control device with which the level of a loaded drum of a mill according to a method according to one of claims 1 to 15 can be determined.
  • control device is provided with a program code which contains control commands which cause the control device to carry out the method according to one of claims 1 to 15.
  • the invention further extends to a machine-readable program code for a control device for a mill, which has control commands that the control device for Carrying out the method described above.
  • the machine-readable program code can also be deposited on an already existing for the mill, not provided with the program code control device according to the invention and thus enable the implementation of the method according to the invention in a previously conventionally operated mill.
  • the invention extends to a storage medium or computer program product with a machine-readable program code stored on it, as has been described above.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a mill with a loaded drum rotatably drivable about an axis of rotation and with a control unit
  • FIGS. 2 and 3 show a cross section II-II or III-III perpendicular to the axis of rotation through the drum of the mill according to FIG
  • FIG. 4 shows time diagrams of a drive test sequence set by the control and regulating unit for a drive torque acting on the drum and a detected and an expected course of a speed caused by the drive test sequence
  • FIG. 5 shows a circular arc segment corresponding to a mean distribution state of the drum contents
  • the mill 1 shows an embodiment of a mill 1 with a drum 2 and a control and regulation unit 3 is shown in a schematic representation.
  • the mill 1 is an ore mill, which is designed as a ball mill or SAG mill.
  • the drum 2 is connected to a feed chute 4, by means of which ore material 5 to be ground passes into the interior of the drum 2.
  • the loaded drum 2 is rotatably driven about an axis of rotation 7 by means of a drive 6 embodied as a gearless electric motor in the exemplary embodiment.
  • a speed sensor 8 for detecting a rotational speed n of the drum 2 is provided on the drum 2.
  • the speed sensor 8 is connected to the control unit 3.
  • the latter comprises, in particular, at least one central processing unit 9, for example in the form of a microcomputer, microprocessor or microcontroller assembly, a speed controller 10 connected to the speed sensor 8 and a drive controller 11 connected to the drive 6.
  • the speed controller 10 and the controller 11 are connected by means of a switch 12 with each other.
  • the speed controller 10, the controller 11 and the switch 12 are connected to the central processing unit 9.
  • the speed controller 10, the drive controller 11 and also the switch 12 can be physically existing, for example electronic modules or else software modules stored in a memory not shown in greater detail, which run after their call in the central processing unit 9.
  • the individual components 9 to 11 mentioned interact with further components and / or units (not shown in FIG. 1 for reasons of clarity).
  • the control unit 3 as a be executed single unit or as a combination of several separate subunits.
  • the filling material 13 and two of its possible distributions within the rotating drum 2 can be seen from the cross-sectional representations according to FIGS. 2 and 3. Shown are cross sections through the drum 2 perpendicular to the axis of rotation 7.
  • the distribution of the contents 13 in the drum 2 may vary during operation. It depends on various parameters, such as the level and, to a certain extent, the speed n. Typically, the drum 2 is filled to 45-50%, resulting in an angle ⁇ of 45 ° -55 ° and an angle ⁇ of about 140 °. Moreover, it is subject to stochastic fluctuations.
  • a part of the filling material 13 is located relatively high on the inner wall of the drum due to the entrainment effect of the drum 2. After a slipping of this part in the direction of the lowest point of the drum interior, the filling material has the in the distribution state shown in FIG. Such changes can be repeated cyclically and / or acyclically.
  • the degree of filling of the mill 1 changes depending on various influencing parameters.
  • a precise knowledge of the current filling state is desirable in order to set the mill operating parameters as well as possible and thus to make the operation of the mill 1 as efficient as possible.
  • the mill 1 allows due to specially implemented method to determine the level of the filling material 13 in the drum 2 in particular during operation. This level determination is based on the detection and evaluation of the rotational speed n of the drum 2.
  • step responses of the rotational speed n are a-nalysed in response to a sudden change in a drive torque M of the drive 6 a.
  • a special drive test sequence 14 for the drive torque M is set. This is done by means of appropriate specifications on the controller 11, which then controls the drive 6 so that it delivers a drive torque M corresponding to the desired drive test sequence 14.
  • the drive test sequence 14 comprises two square-wave pulses superimposed on the basic value M 0 with a pulse height AM 1 or ⁇ M 2 and a pulse duration ⁇ ti or ⁇ t 2 .
  • the two rectangular pulses have opposite signs. The first rectangular pulse leads to a sudden lowering, the second of the rectangular pulse to a sudden increase in the drive torque M.
  • the effect on the rotational speed is n.
  • the first negative square pulse of the drive test sequence 14 causes the rotational speed n to decrease while the second positive rectangular pulse leads to an increase back to the rotational speed output value n 0 .
  • a time curve 15 or 16 which is measured on the basis of the rotational speed sensor 8 and a time characteristic expected at a constant moment of inertia, are schematically shown in FIG.
  • Speed n shown. Based on an averaging of the measured time curve 15 and based on a "Root Mean Square" fit to a curve with the known parameters .DELTA.ti and .DELTA.t 2 and with a caused by the drive test sequence 14 speed change .DELTA.n as an unknown parameter, the speed change .DELTA.n can be determined. in the simplest case this can be the basis of a subtraction of the average in the range between times ti and t2 measured time course of 15 n from the speed output value of 0 take place. the averaging is performed in order for the control and regulating unit 3, wherein for example, a low-pass filtering is used. Overall, the speed change ⁇ n caused by the drive test sequence 14 can be determined in this way.
  • the speed controller 10 for a duration T A of the drive sequence 14 is switched off by means of the switch 12.
  • this measure is not mandatory. It can be omitted if the delay time of the speed controller 10 is greater than the duration T A of the drive sequence 14.
  • the parameters .DELTA.M and .DELTA.t of the drive test sequence 14 are so dimensioned that, on the one hand, a detectable measuring effect in the speed curve 15 or 16 results, but on the other hand, the speed change .DELTA.n remains small enough to the during the measurement phase in particular further going mill operation and especially do not significantly affect the throughput of mill 1.
  • a small resulting speed change .DELTA.n also ensures that the speed dependencies, for example, the moment of inertia J and the mill torque M m not come to fruition, and here initially assumed static conditions also are gege- ben actually a good approximation.
  • r denotes a distance of a differential mass dm from the axis of rotation 7.
  • the filling material 13 is located at least on average within a circular arc segment.
  • the respective bowstrings 17 and 18 of the assumed circular arc segments are also entered.
  • Their imaginary points of intersection with the drum wall also form in FIG. 2 and 3 with a filled filling angle ⁇ , which depends on the respective distribution state of the filling material 13 within the drum 2.
  • Equation (5) for the moment of inertia of a circular segment-shaped mass rotating about a rotation axis: where p denotes a constantly assumed and approximately known filling material density, R denotes a drum radius and 1 denotes an axial drum length in the direction of the axis of rotation 7.
  • the thus determined filling angle ß is already a measure of the filling of the drum 2. If necessary, it can be according to:
  • the measurement results can be further refined if the time dependencies of the various influencing variables, in particular those of the moment of inertia J, are taken into account.
  • the moment equation (3) is fully dynamized, i. dependencies of the single moments of time t are introduced:
  • M m * denotes a time-constant reset factor.
  • the time dependence is thus again determined only by the product factor sin ( ⁇ ), ie by the time-dependent rotation angle ⁇ .
  • Equation (8) can be transformed into:
  • equation (12) is the differential equation of a damped pendulum.
  • a secondary condition which describes the slip-through condition.
  • the filling material 13 falls or slips down again when it has reached a certain upper position on the drum inner wall.
  • This upper position can be assigned a limit rotation angle ⁇ 0 . It also depends on the angular velocity ⁇ .
  • a constraint of the rotation angle ⁇ determined by the speed-dependent limiting rotational angle ⁇ 0 can be added as a secondary condition:
  • the moment of inertia J of the empty drum 2 can be easily determined during startup.
  • the moment of inertia J of the drum 2 loaded with a test filling can also be determined by a run-out test carried out during the start-up phase in which the drive 6 is abruptly switched off. The period of the resulting oscillation results from the well-known equations for the damped physical pendulum.
  • the additional information obtained in this way can be used in particular for calibrating the filling level detection method.
  • time-dependent and / or rotational speed-dependent correction factors are determined, which are taken into account in the evaluation of equations (4) and (6).
  • These correction factors may, for example, describe a time-dependent deviation from the exact circular arc segment-shaped distribution of the filling material 13 within the drum 2.
  • the fluctuations contained in the detected curve 15 are also evaluated in order to arrive at a very accurate and up-to-date result for the fill level.
  • the fully dynamic simulation is used only offline to determine the influence of the friction described in equation (13) by M r * - ⁇ and that in equation (13) by M m * • sin (min ( ⁇ , ö: 0 (d :))) to better analyze and quantify the restoring mill torque described. That's how the structure is made of equation (13), for example, estimate the shape of the step response.
  • n (t) n 0 for t ⁇ t Q (16b)
  • ⁇ o (t) is the solution of the undisturbed system.
  • the rotational speed n or the moment of inertia J is initially determined from the measured data approximately by recalculation from the undisturbed solution.
  • the moment of inertia J and its first time derivative J are the unknown quantities to be determined.
  • the predetermined and optionally also measured drive torque M as well as the measured angular velocity ⁇ , which essentially corresponds to the rotational speed n are known.
  • the time-constant reset factor M m * and the time-constant friction factor M r * can be determined at least approximately by means of a static calculation.
  • the (numerical) solution of the differential equation (13) is the rotational angle a (J (t), M (t), a o (t)) dependent on various parameters or the rotational speed n (t) of the drum 2 which is easy to determine from this given J (t) and M (t).
  • Model inversion is the analytical resolution of equation (13) after J (t). This will not work for the general, dynamic differential equation.
  • J 0 denotes the solution of the static problem
  • the disturbance periodicity T st can be calculated in particular from the rotational speed n and from the circumferential spacing of the drivers in the drum 2.
  • the optimization problem in the parameters p n is solved, for example, by means of a "least square" fit with the measured data, which can in particular be automated and also done online, ie during mill operation.
  • the moment equation (3) is partially dynamized.
  • the moment of inertia J and the mill torque M n are assumed to be static, whereas the friction torque M r is assumed to be rotational speed dependent according to equation (9). This results in a moment equation:
  • equation (21) is considered for a jump of the drive torque ⁇ M, then it is simplified to:
  • Equation (22) has the structure of a PTI member, with the differential equation
  • Equations (24c) and (24d) establish a relationship between the friction factor M r * and the moment of inertia J unknown and to be determined in equation (21), and the gain K and the time constant T PT1 of a PTI member.
  • the amplification factor K and the time constant T PT i can be determined by means of a parameter identification from measured values of the drive torque M and the rotational speed n.
  • two parameters K and T PT i are to be identified, whereby the model of the mill behavior, ie the PTI element, is linear.
  • the parameter identification is carried out by a minimization algorithm which minimizes, for example, the quadratic error.
  • the parameter identification can be performed time-continuous or time-discrete. Since modern computation units operate in a time-discrete manner, the discrete-time parameter identification is explained below.
  • M is a matrix of a vector u and y, where u contains the measured input values Ui to u N and the vector y contains the measured values yi measurement to y N measurement .
  • equation (29) yields:
  • Equation (30) can be solved for p, giving the following equation:
  • the elements of the vector b and aij are the elements of the matrix A in the i-th row and the j-th column.
  • the unknown parameters P 1 and p 2 can be determined by evaluating two successive time steps, whereby only five values, namely, ai 2, a 22 / bi and b 2 are to be evaluated.
  • the unknown parameters pi and p 2 can also be determined in arithmetic units with limited computing power and storage capacity.
  • Time constant T PT1 of the PTl element are recalculated. From the gain K and the time constant T PT1 can also be calculated back to the unknown friction factor M r * and the unknown moment of inertia J. With these calculated sizes can be closed in a known manner to the level of the drum 2.
  • a singular value decomposition provides a remedy.
  • a Householdertransformation or a QR decomposition according to Gram-Schmidt can also be performed.
  • the presented method can also be used to determine more complex linear models with three or more free parameters.
  • control and regulation unit 3 All method steps described above are performed in the control and regulation unit 3, in particular in the central processing unit 9. This is preferably done automatically and cyclically during the ongoing mill operation, so that in the control and regulation unit 3 very nau determined information about the current filling of the drum 2 are present. These may be used for improved control and / or regulation of the mill operation.
  • the frequency signal of the speed curve n which is then present as a Fourier transform, is examined in particular with regard to the existing frequency components as well as their amplitude and phase positions. From this, it is possible to derive information about the current fill level of the drum 2 and optionally about further operating parameters, such as the mass distribution in the drum 2, the particle size distribution in the ore material 5 and the steel ball portion.

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Abstract

Das Verfahren dient zur Füllstandsermittlung einer beladenen Mühlentrommel (2) . Die Trommel (2) wird mittels eines Antriebs (6) mit einem Antriebsmoment (M) beaufschlagt und in eine Drehbewegung (?) versetzt. Das Antriebsmoment (M) am Antrieb (6) wird gemäß einer vorgebbaren Antriebstestsequenz eingestellt. Ein zeitlicher Drehzahlverlauf einer aufgrund der Antriebstestsequenz hervorgerufenen Drehzahl der Trommel (2) wird erfasst und einer Analyse unterzogenen. Anhand von Ergebnissen der Analyse wird der Füllstand bestimmt. Das Verfahren liefert aktuelle, genaue und während des laufenden Mühlenbetriebs ermittelte Informationen über die Befüllung der Trommel (2) .

Description

Beschreibung
Verfahren zur Ermittlung eines Mühlenfüllstands
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Füllstands einer beladenen Trommel einer Mühle.
Bei einer derartigen Mühle kann es sich beispielsweise um eine Kugelmühle (ball mill) oder auch um eine SAG (semiauto- genously grinding) -Mühle handeln, die zum Zermahlen von grob körnigen Materialien, wie z. B. Erzen oder Zement usw., bestimmt ist. Bei solchen Mühlen ist der aktuelle Füllstand in der Trommel, in der die Zerkleinerung stattfindet, normalerweise unbekannt. Der Füllstand hängt nämlich von vielen Grö- ßen ab. Beispiele hierfür sind der genaue Vermahlungsgrad, der Anteil an Kugeln, die zur Unterstützung des Mahlvorgangs in die Trommel eingebracht werden, der Abnutzungsgrad dieser Kugeln und der Feststoffanteil der Suspension, die sich aktuell in der Trommel befindet. Diese Größen ändern sich größ- tenteils während des Betriebs der Mühle. Ihre aktuellen Werte sind ebenso unbekannt wie der Wert des Füllstands selbst.
Eine einigermaßen genaue Kenntnis des aktuellen Füllstands wäre auch deshalb sehr günstig, da man daraus Rückschlüsse über die Effizienz des Mühlenbetriebs ziehen könnte. Bei überfüllten Mühlen ist die Zerkleinerung wegen der geringen Fallhöhe und der Energieabsorption des bereits zerkleinerten Mahlguts ineffizient. Bei unterfüllten Mühlen können die Trommelwände und die Mitnehmer beschädigt werden. Anhand des aktuellen Füllstands und gegebenenfalls weiterer Parameter, wie der Härte des zu mahlenden Guts oder des Feststoffanteils, kann die Drehzahl der Trommel besser eingestellt werden.
Derzeit wird der Füllstand vom Bedienpersonal nach dessen empirischen Erfahrenswerten abgeschätzt. Unterstützend kommen Gewichtssensoren zum Einsatz, die das Auflagegewicht der beladenen Trommel auf den Lagern ermitteln. Trotz dieser zu- sätzlich vorgesehenen Sensoren sind diese Schätzverfahren sehr ungenau. Jüngst sind auch akustische Messverfahren entwickelt worden, die aber ebenfalls zusätzliche Sensoren zur Schallaufnahme benötigen.
Konventionelle Verfahren zur Füllstandserfassung, wie beispielsweise die von dem Unternehmen Mollet Füllstandstechnik GmbH mittels des Internetauftritts http://www.mollet-gmbh.de/ angebotenen Drehflügel-, Pendel- und Vibrationsmessverfahren, sind eher für still stehende Vorratsbehälter, nicht jedoch für eine rotierende und beladene Trommel einer Mühle geeignet .
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfah- ren und eine Einrichtung anzugeben, das auf einfache Weise während des Betriebs der Mühle eine aktuelle Füllstandsermittlung für die Trommel ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur
Ermittlung eines Füllstands einer beladenen Trommel einer
Mühle wird a) die Trommel mittels eines Antriebs mit einem Antriebsmoment beaufschlagt und in eine Drehbewegung versetzt, b) das Antriebsmoment am Antrieb gemäß einer vorgebbaren Antriebstestsequenz eingestellt, c) ein zeitlicher Drehzahlverlauf einer aufgrund der Antriebstestsequenz hervorgerufenen Drehzahl der Trommel er- fasst , d) der erfasste Drehzahlverlauf einer Analyse unterzogen, und e) anhand von Ergebnissen der Analyse der Füllstand bestimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber der bislang üblichen sehr ungenauen Schätzmethode zum einen durch eine höhere Genauigkeit und zum anderen dadurch aus, dass es auch automatisiert und vor allem während des laufenden Betriebs der Mühle durchgeführt werden kann. Es kann also insbesondere auch ein aktueller Messwert für den Füllstand er- mittelt werden. Vorteilhafterweise beruht das erfindungsgemäße Verfahren in erster Linie auf der ohnehin für die Regelung des normalen Mühlenbetriebs vorgesehenen Erfassung der Drehzahl. Diese Messgröße steht also bereits in geeigneter, bei- spielsweise elektronischer Form in einer Auswerteeinheit zur Verfügung. Es sind also insbesondere keine zusätzlichen Sensoren, wie beim Stand der Technik beispielsweise die Gewichtssensoren für das Auflagegewicht der Trommel, notwendig. Auch die Antriebstestsequenz lässt sich in einfacher Weise am Antrieb einstellen, sodass insgesamt nur ein vergleichsweise niedriger Realisierungsaufwand für das erfindungsgemäße Verfahren anfällt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche .
Günstig ist es, wenn bei der Analyse des Drehzahlverlaufs aus dem erfassten zeitlichen Drehzahlverlauf, und insbesondere nach einer Digitalisierung, mittels einer Fourier-Transfor- mation ein Drehzahlfrequenzsignal erzeugt wird, das insbesondere hinsichtlich der umfassten Frequenzanteile untersucht wird. Aufgrund des Auftreffens des Mahlguts auf die Mitnehmer ergeben sich periodische Einbrüche in der Drehzahl, die mit- tels einer Fourier-Analyse effektiv erfasst und ausgewertet werden können. Vorzugsweise wird aus dem Vorhandensein, aus der Amplitude oder aus der Phase bestimmter Frequenzanteile auf den Füllstand rückgeschlossen. So kann das erfasste Drehzahlsignal besonders gut und umfassend untersucht werden. Der Aufwand hierfür ist überschaubar. Eine Fourier-Transformation lässt sich ohne weiteres elektronisch und automatisiert durchführen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Variante wird als Antriebs- testsequenz ein konstantes Antriebsmoment vorgegeben oder das Antriebsmoment verwendet, das zum normalen Betrieb der Mühle insbesondere durch einen Antriebsregler vorgegeben wird. Der Antriebsregler ist also insbesondere ohnehin vorhanden. Er kann üblicherweise sowohl ein Antriebsmoment als auch eine Drehzahl vorgeben. Bei Verwendung der genannten Antriebstest- sequenz wird das Füllstandsermittlungsverfahren besonders einfach. So kommt es praktisch ohne Eingriff in die Vorgabe oder Einstellung des Antriebsmoments aus. Der normale Mühlenbetrieb wird dann nicht einmal geringfügig durch eine Änderung des Antriebsmoments beeinträchtigt, die durch die Füllstandserfassung bedingt ist. Dennoch kann anhand der Analyse der Fourier-Transformierten des Drehzahlverlaufs die interes- sierende Information bezüglich des Füllstands ermittelt werden.
Vorzugsweise wird bei der Analyse des Drehzahlverlaufs weiterhin der erfasste Drehzahlverlauf einer Filterung, insbe- sondere einer Tiefpass-Filterung, und/oder einer Mittelwertbildung (Median) unterzogen. So können Schwankungen beseitigt werden, und es lässt sich einfacher ein bereits sehr guter erster Näherungswert für den gesuchten Füllstand bestimmen.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn bei der Analyse des Drehzahlverlaufs ein Trägheitsmoment der beladenen und angetriebenen Trommel ermittelt wird. Das Trägheitsmoment ist eine besonders gut geeignete Zwischengröße, anhand der sich der aktuelle Füllstand einfach und doch mit hoher Genauigkeit bestimmen lässt.
Günstig ist weiterhin eine Variante, bei der als Antriebs- testsequenz ein Antriebsmoment mit mindestens einer sprungartigen Änderung, insbesondere mit einer Änderung in Form eines Rechteckpulses, vorgegeben wird. Insbesondere weist die Antriebstestsequenz zwei aufeinander folgende rechteckpulsför- mige Änderungen mit entgegengesetzter Änderungsrichtung auf . Eine solche Sprungfunktion im Antriebsmoment führt zu einer leicht erfass- und auswertbaren Reaktion im Drehzahlverlauf. Ausgewertet werden dann also insbesondere die zugehörigen Sprungantworten . Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn sich die absolute Änderung des Antriebsmoments bezogen auf einen Ausgangswert des Antriebsmoments in einem Bereich von bis zu 30%, insbesondere von bis zu 10%, und insbesondere bis zu 2% bewegt. Dann ist die Änderung des Antriebsmoments einerseits groß genug, um eine auswertbare Reaktion hervorzurufen, und andererseits noch nicht zu groß, um den normalen Mühlenbetrieb nennenswert zu beeinträchtigen. Bei der Variante mit zwei aufeinander folgenden rechteckpulsförmigen Änderungen mit entgegengesetz- ter Änderungsrichtung können die beiden Rechteckpulse abgesehen vom Vorzeichen gleich, also symmetrisch ausgebildet sein. Ebenso sind aber ungleiche oder asymmetrische aufeinander folgende Rechteckpulse möglich. Beispielsweise können die beiden Rechteckpulse unterschiedliche Pulsdauern und -höhen, jedoch gleiche Zeitintegrale haben. Dadurch kann beispielsweise eine Überschreitung einer vorgegebenen maximalen Mühlendrehzahl vermieden werden. Daher wird der erste Puls vorzugsweise mit negativer Änderungsrichtung und der zweite Puls mit positiver Änderungsrichtung sowie mit gleicher absoluter Pulshöhe wie der erste Puls gewählt. Der erste negative Antriebsmoment-Puls verlangsamt dann die Drehzahl, während der zweite positive Antriebsmoment-Puls die Mühle wieder auf die ursprüngliche Drehzahl beschleunigt. Vorteilhafterweise wird nur ein negativer Antriebsmoment-Puls ausgewertet, da bei ne- gativen Antriebsmoment-Pulsen der Einfluss des Mühlenmomentes geringer ist.
Günstig ist eine weitere Variante, bei der der Rechteckpuls eine insbesondere vorgebbare und damit bekannte Pulszeitdauer und eine insbesondere ebenfalls vorgebbare und bekannte die Änderung des Antriebsmoments bestimmende Pulshöhe aufweist, und anhand der Pulszeitdauer, der Pulshöhe und einer aufgrund der Antriebstestsequenz hervorgerufenen und erfassten Drehzahländerung ein erster Messwert für das Trägheitsmoment er- mittelt wird. Insbesondere wird eine mittlere Drehzahländerung und daraus abgeleitet ein Mittelwert des Trägheitsmoments bestimmt, wobei vorzugsweise von einem statischen, also zeitlich unveränderlichen Trägheitsmoment ausgegangen wird. Dann ist das Trägheitsmoment in sehr guter Näherung insbesondere zu dem Quotienten des Produkts aus der Pulszeitdauer und der Pulshöhe (= Zähler) zu der erfassten (mittleren) Drehzahländerung (= Nenner) proportional. Es resultiert also ein sehr einfacher und auch numerisch leicht auswertbarer Zusammenhang zwischen den genannten Größen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Variante wird zur Bestimmung des Füllstands der für das Trägheitsmoment der beladenen und angetriebenen Trommel ermittelte erste Messwert mit dem Trägheitsmoment eines Kreisbogensegments verglichen, um daraus insbesondere einen Befüllungswinkel oder eine Befüllungshöhe zu bestimmen. Es wurde erkannt, dass sich die Beladung bei den während des Betriebs üblicherweise verwendeten Drehzahlen innerhalb der Trommel so verteilt, dass das Füllgut stets in guter Näherung innerhalb eines Kreisbogensegments angeordnet ist. Demnach lässt sich anhand des bekannten Trägheitsmoments eines Kreisbogensegments und anhand des ermittelten Trägheitsmoment-Messwerts der Füllstand in der Trommel bestimmen.
Günstig ist es weiterhin wenn eine Zeit- oder Drehzahlabhängigkeit des Trägheitsmoments durch zumindest einen zusätzlich vorgesehenen Korrekturfaktor berücksichtigt wird. Dadurch lässt sich die Messgenauigkeit weiter steigern.
Darüber hinaus gibt es eine günstige Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem ein zum normalen Betrieb der Mühle vorgesehener Drehzahlregler zumindest während einer Dauer der Antriebstestsequenz abgeschaltet wird. Dadurch wird verhindert, dass der Drehzahlregler eingreift und die durch die Antriebs- testsequenz gezielt und zu Auswertezwecken herbeigeführte Drehzahländerung ausregelt. Auch ein nur teilweises Nachregeln kann zu ungenaueren Messergebnissen führen. Wenn der Drehzahlregler allerdings eine sehr lange Zeitkonstante hat, die insbesondere in der Größenordnung der Dauer der Antriebs- testsequenz liegt oder sogar größer ist, ist ein Abschalten des Drehzahlreglers nicht unbedingt erforderlich. Mit Vorteil ist vorgesehen, dass aus dem Drehzahlverlauf und der Antriebstestsequenz ein Trägheitsmoment der beladenen und angetriebenen Trommel und ein statischer Reibungsfaktor eines drehzahlabhängigen Reibungsmomentes ermittelt wird. Durch ein derartiges Verfahren kann die Drehzahlabhängigkeit des Reibmomentes berücksichtigt werden.
Günstig ist es weiterhin, wenn die Ermittlung des Trägheitsmoments und des statischen Reibungsfaktors auf Basis eines linearen Modells erfolgt, wobei das lineare Modell die Abhängigkeit der Drehzahl von dem Antriebsmoment beschreibt. Ein lineares Modell gibt die Abhängigkeit zwischen der Drehzahl und dem Antriebsmoment der Mühle ausreichend genau wieder, wobei die Parameter des linearen Modells einfach zu bestimmen sind.
Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass das lineare Modell ein PTl-Glied ist, und zur Ermittlung des Trägheitsmoments und des statischen Reibungsfaktors das PTl-Glied zu zwei Zeitpunkten mit Messwerten der Drehzahl und des Antriebsmoments abgeglichen wird. Ein PTl-Glied hat lediglich zwei unbekannte Parameter, die durch Auswertung des PTl-Gliedes zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten einfach zu bestimmen sind. Der dadurch erforderliche Rechenaufwand ist sehr gering, so dass die Ermittlung der Parameter auch bei begrenzter Speicherkapazität und Rechenleistung durchführbar ist.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Steuereinrichtung, mit welcher der Füllstand einer beladenen Trommel einer Mühle gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ermittelbar ist. Dazu ist die Steuereinrichtung mit einem Programmcode versehen, welcher Steuerbefehle enthält, die die Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 veranlassen.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf einen maschinenlesbaren Programmcode für eine Steuereinrichtung für eine Mühle, welcher Steuerbefehle aufweist, die die Steuereinrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Der maschinenlesbare Programmcode kann auch auf eine bereits für die Mühle vorhandene, nicht mit dem erfindungsgemäßen Programmcode versehene Steuereinrichtung hinterlegt werden und somit die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer bisher herkömmlich betriebenen Mühle ermöglichen.
Ferner erstreckt sich die Erfindung auf ein Speichermedium bzw. Computerprogrammprodukt mit einem darauf gespeicherten maschinenlesbaren Programmcode, wie er oben beschrieben wurde.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh- rungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
FIG 1 ein Ausführungsbeispiel einer Mühle mit einer beladenen und um eine Drehachse drehantreibbaren Trommel und mit einer Steuer- und Regeleinheit, FIG 2 und 3 einen Querschnitt II - II bzw. III - III senkrecht zur Drehachse durch die Trommel der Mühle gemäß FIG 1 bei verschiedener Verteilung des Trommelinhalts , FIG 4 Zeitdiagramme einer durch die Steuer- und Regel- einheit eingestellten Antriebstestsequenz für ein auf die Trommel wirkendes Antriebsmoment und eines erfassten sowie eines erwarteten Verlaufs einer durch die Antriebstestsequenz hervorgerufenen Drehzahl, FIG 5 ein Kreisbogensegment entsprechend einem mittleren Verteilungszustand des Trommelinhalts,
FIG 6 Zeitdiagramme einer negativen Sprunganregung eines auf die Trommel wirkenden Antriebsmoments und einer näherungsweise erwarteten Sprungant- wort der Drehzahl, und
FIG 7 ein Zeitdiagramm einer Differenz des erfassten
Verlaufs und des erwarteten ungestörten Verlaufs gemäß FIG 4. Einander entsprechende Teile sind in FIG 1 bis 7 mit denselben Bezugszeichen versehen.
In FIG 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Mühle 1 mit einer Trommel 2 und einer Steuer- und Regeleinheit 3 in schemati- scher Darstellung gezeigt. Bei der Mühle 1 handelt es sich um eine Erzmühle, die als Kugelmühle oder als SAG-Mühle ausgebildet ist. Die Trommel 2 steht mit einem Zufuhrschacht 4 in Verbindung, mittels dessen zu mahlendes Erzmaterial 5 in das Innere der Trommel 2 gelangt. Zur Zerkleinerung des Erzmaterials 5 ist die beladene Trommel 2 mittels eines im Ausführungsbeispiel als getriebeloser Elektromotor ausgeführten Antriebs 6 um eine Drehachse 7 drehantreibbar .
An der Trommel 2 ist ein Drehzahlsensor 8 zur Erfassung einer Drehzahl n der Trommel 2 vorgesehen. Der Drehzahlsensor 8 ist an die Steuer- und Regeleinheit 3 angeschlossen. Letztere um- fasst insbesondere mindestens eine zentrale Recheneinheit 9, beispielsweise in Gestalt einer Mikrocomputer-, Mikroprozessor- oder MikroController-Baugruppe, einen mit dem Drehzahlsensor 8 verbundenen Drehzahlregler 10 und einen an den Antrieb 6 angeschlossenen Antriebsregler 11. Der Drehzahlregler 10 und der Antriebsregler 11 stehen mittels eines Schalters 12 miteinander in Verbindung. Der Drehzahlregler 10, der Antriebsregler 11 und der Schalter 12 sind an die zentrale Recheneinheit 9 angeschlossen.
Bei dem Drehzahlregler 10, dem Antriebsregler 11 und auch dem Schalter 12 kann es sich um physikalisch existierende, beispielsweise elektronische Baugruppen oder aber um in einem nicht näher gezeigten Speicher hinterlegte Software-Module handeln, die nach ihrem Aufruf in der zentralen Recheneinheit 9 ablaufen. Die genannten einzelnen Komponenten 9 bis 11 ste- hen mit in FIG 1 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigten weiteren Komponenten und/oder Einheiten in Wechselwirkung. Außerdem kann die Steuer- und Regeleinheit 3 als eine einzige Einheit oder als Kombination mehrerer gesonderter Teileinheiten ausgeführt sein.
Im Folgenden werden auch unter Bezugnahme auf FIG 2 bis 7 die Wirkungsweise sowie besondere Verfahrensabläufe und Vorteile der Mühle 1 beschrieben.
Aufgrund der durch den Antrieb 6 bewirkten Drehbewegung der Trommel 2 wird das eingebrachte Erzmaterial 5 gemahlen. Zur Unterstützung des Mahlvorgangs können in die Trommel 2 zusätzlich Stahlkugeln eingebracht werden. Außerdem wird bei der im Ausführungsbeispiel als Erzmühle ausgebildeten Mühle 1 Wasser zugeführt, sodass sich im Inneren der Trommel 2 ein Füllgut 13 befindet, das im Wesentlichen eine Suspension mit einem durch das mehr oder weniger stark zerkleinerte Erzmaterial 5 und die Stahlkugeln gebildeten Feststoffanteil ist.
Das Füllgut 13 sowie zwei seiner möglichen Verteilungen innerhalb der rotierenden Trommel 2 sind aus den Querschnitts- darstellungen gemäß FIG 2 und 3 ersichtlich. Gezeigt sind Querschnitte durch die Trommel 2 senkrecht zur Drehachse 7. Die Darstellungen sind stark schematisiert. Es fehlen insbesondere Details der Trommelwand, wie z.B. die an der Innenseite der Trommelwand in Umfangsrichtung verteilt angeordne- ten Mitnahmestege oder Mitnehmer (engl. Fachbegriff = Liner) .
Die Verteilung des Füllguts 13 in der Trommel 2 kann während des Betriebs variieren. Sie hängt von verschiedenen Parametern, wie der Füllhöhe und in gewissem Grad auch der Drehzahl n, ab. Typischerweise ist die Trommel 2 zu 45-50% gefüllt, woraus sich ein Winkel α von 45°-55° und ein Winkel ß von ungefähr 140° ergibt. Außerdem ist sie stochastischen Schwankungen unterworfen. Bei dem Verteilungszustand gemäß FIG 2 befindet sich ein Teil des Füllguts 13 aufgrund des Mitnahme- effekts der Trommel 2 relativ weit oben an der Trommelinnenwand. Nach einem Abrutschen dieses Teils in Richtung der tiefsten Stelle des Trommelinnenraums weist das Füllgut den in FIG 3 gezeigten Verteilungszustand auf. Derartige Veränderungen können sich zyklisch und/oder azyklisch wiederholen.
Während des Betriebs ändert sich der Befüllungsgrad der Mühle 1 in Abhängigkeit verschiedener Einflussparameter. Eine genaue Kenntnis des aktuellen Befüllungszustands ist wünschenswert, um die Mühlenbetriebsparameter möglichst gut einzustellen und damit den Betrieb der Mühle 1 möglichst effizient zu gestalten.
Die Mühle 1 ermöglicht aufgrund speziell implementierter Verfahren, den Füllstand des Füllguts 13 in der Trommel 2 insbesondere auch während des laufenden Betriebs zu bestimmen. Diese Füllstandsermittlung beruht auf der Erfassung und Aus- wertung der Drehzahl n der Trommel 2.
Bei einer ersten Ausgestaltung dieses Verfahrens werden Sprungantworten der Drehzahl n als Reaktion auf eine sprungartige Veränderung eines Antriebsmoments M des Antriebs 6 a- nalysiert. Als Eingangsgröße wird eine besondere Antriebstestsequenz 14 für das Antriebsmoment M eingestellt. Dies erfolgt mittels entsprechender Vorgaben am Antriebsregler 11, der dann den Antrieb 6 so ansteuert, dass er ein Antriebsmoment M entsprechend der gewünschten Antriebstestsequenz 14 liefert.
Ein Beispiel einer solchen Antriebstestsequenz 14 ist in dem oberen Diagramm von FIG 4 gezeigt. Der über der Zeit t aufgetragene Verlauf des Antriebsmoments M weist kurzzeitige und geringfügige Abweichungen von einem Grundwert M0 auf, den das Antriebsmoment M zu diesem Zeitpunkt aufgrund der durch die normalen Betriebserfordernisse bedingten Vorgaben des Antriebsreglers 11 annimmt. Diese Abweichungen sind sprungartig. Insbesondere umfasst die Antriebstestsequenz 14 zwei dem Grundwert M0 überlagerte Rechteckpulse mit einer Pulshöhe AM1 bzw. ΔM2 und einer Pulszeitdauer Δti bzw. Δt2. Die beiden Rechteckpulse haben entgegengesetztes Vorzeichen. Der erste Rechteckpuls führt zu einer sprunghaften Absenkung, der zweite der Rechteckpuls zu einer sprunghaften Anhebung des Antriebsmoments M. Diese Reihenfolge ist günstig, da die Mühle 1 üblicherweise bei etwa 80% ihrer kritischen Drehzahl nkrit betrieben wird. Um ein Überschreiten dieser kritischen Drehzahl nkrit auch während der Phase der Antriebstestsequenz 14 sicher zu vermeiden, empfiehlt es sich zunächst zwischen den Zeitpunkten t0 und ti den negativen Rechteckpuls mit der Absenkung des Antriebsmoments M und erst danach zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 den positiven Rechteckpuls mit der Anhebung des Antriebsmoments M vorzusehen.
Dementsprechend ist die Auswirkung auf die Drehzahl n. Der erste negative Rechteckpuls der Antriebstestsequenz 14 lässt die Drehzahl n sinken, während der zweite positive Rechteckpuls zu einem Anstieg zurück zum Drehzahlausgangswert n0 führt. Im unteren Diagramm von FIG 4 sind schematisch ein anhand des Drehzahlsensors 8 gemessener sowie ein bei konstan- tem Trägheitsmoment erwarteter Zeitverlauf 15 bzw. 16 der
Drehzahl n dargestellt. Anhand einer Mittelung des gemessenen Zeitverlaufs 15 und anhand eines „Root Mean Square"-Fits an eine Kurve mit den bekannten Parametern Δti und Δt2 und mit einer durch die Antriebstestsequenz 14 bewirkten Drehzahlän- derung Δn als unbekanntem Parameter kann die Drehzahländerung Δn bestimmt werden. Im einfachsten Fall kann dies anhand einer Subtraktion des im Bereich zwischen den Zeitpunkten ti und t2 gemittelten gemessenen Zeitverlaufs 15 vom Drehzahlausgangswert n0 erfolgen. Die Mittelung erfolgt in der Steu- er- und Regeleinheit 3, wobei beispielsweise eine Tiefpass- Filterung verwendet wird. Insgesamt kann die durch die Antriebstestsequenz 14 bewirkte Drehzahländerung Δn so ermittelt werden.
Um sicherzustellen, dass die als maßgebliche Messgröße zu erfassende Drehzahländerung Δn nicht durch einen raschen Eingriff des Drehzahlreglers 10 ausgeglichen wird, wird der Drehzahlregler 10 für eine Dauer TA der Antriebssequenz 14 mittels des Schalters 12 abgeschaltet. Diese Maßnahme ist allerdings nicht zwingend erforderlich. Sie kann entfallen, wenn die Verzögerungszeit des Drehzahlreglers 10 größer als die Dauer TA der Antriebssequenz 14 ist.
Aus der erfassten Drehzahländerung Δn sowie aus den vorgegebenen Parametern der Antriebssequenz 14 kann ein sehr guter Schätzwert für ein - zunächst als zeitlich konstant, also statisch angenommenes - Trägheitsmoment J der beladenen Trom- mel 2 errechnet werden.
Der Ausgangspunkt dieser Analysemethode sind die folgenden Zusammenhänge. Für eine Beschleunigung einer rotierenden Masse m mit konstantem Trägheitsmoment J ist ein Beschleuni- gungsmoment Ma gemäß
Figure imgf000015_0001
erforderlich, wobei mit ω die Winkelgeschwindigkeit der ro- tierenden Masse m bezeichnet ist. Zwischen einem Drehwinkel α und der Winkelgeschwindigkeit ω gilt die Beziehung:
da ,_. ω = — (2) dt
In den Querschnittsdarstellungen gemäß FIG 2 und 3 ist der
Drehwinkel α mit eingetragen, um den der Masseschwerpunkt des Füllguts 13 jeweils gegenüber der Ruhelage bei stillstehender Trommel 2 ausgelenkt ist.
Um die Trommel 2 in eine Drehbewegung zu versetzen, wirkt das vom Antrieb 6 aufgebrachte Antriebsmoment M einem beispielsweise durch die Reibungsverluste in der Lagerung der Trommel 2 verursachten Reibmoment Mr sowie einem durch die Auslenkung des Füllguts 13 hervorgerufenen rückstellenden Mühlenmoment Mn, entgegen und liefert zugleich das für die Rotation benötigte Beschleunigungsmoment Ma. Es gilt also: M = Mr + Mm +Ma ( 3 )
Bei Annahme eines statischen Trägheitsmoments J und bei Vor- gäbe einer Antriebstestsequenz 14 mit zwei Rechteckpulsen gleicher Pulshöhe ΔMi = ΔM2 = ΔM und gleicher Pulszeitdauern Δti = Δt2 = Δt ergibt sich der gesuchte erste Schätzwert für das Trägheitsmoment J aus Gleichung (1) zu:
J = 6Q.Ai>/.A,=c.ΛM^ (4)
2-π-An An
wobei die Drehzahländerung Δn aus dem gemessenen oder erwarteten Drehzahlverlauf 15 bzw. 16 entnommen wird und eine Umrechnung zwischen der in Bogenmaß pro Sekunde angegebenen Winkelgeschwindigkeit ω und der in Umdrehungen pro Minute angegebenen Drehzahl n vorgenommen wird. C steht für eine Proportionalitätskonstante .
Die Parameter ΔM und Δt der Antriebstestsequenz 14 werden so bemessen, dass zum einen ein erfassbarer Messeffekt im Drehzahlverlauf 15 bzw. 16 resultiert, aber zum anderen die Drehzahländerung Δn klein genug bleibt, um den während der Mess- phase insbesondere weiter gehenden Mühlenbetrieb und vor allem den Durchsatz der Mühle 1 nicht maßgeblich zu beeinträch- tigen. Eine kleine resultierende Drehzahländerung Δn gewährleistet außerdem, dass die Drehzahlabhängigkeiten beispielsweise des Trägheitsmoments J und des Mühlenmoments Mm nicht zum Tragen kommen, und die hier zunächst vorausgesetzten statischen Verhältnisse auch tatsächlich in guter Näherung gege- ben sind. Im Ausführungsbeispiel liegen die Pulshöhen ΔMi = ΔM2 = ΔM deshalb bei etwa 5% des Grundwerts M0. Die Pulszeitdauern Δti = Δt2 = Δt liegen bei jeweils etwa 5 s.
Anhand des gemäß Gleichung (4) bestimmten Schätzwerts für das Trägheitsmoment J kann auf den eigentlich interessierenden Füllstand zurück geschlossen werden. Allgemein gilt für das Trägheitsmoment J die Beziehung:
Figure imgf000017_0001
wobei mit r ein Abstand einer differentiellen Masse dm von der Drehachse 7 bezeichnet ist.
Wie aus den Darstellungen gemäß FIG 2 und 3 ersichtlich ist, befindet sich das Füllgut 13 zumindest im Mittel innerhalb eines Kreisbogensegments. Für die in FIG 2 und 3 gezeigten beiden Verteilungszustände sind die jeweiligen Bogensehnen 17 bzw. 18 der angenommenen Kreisbogensegmente mit eingetragen. Deren gedachte Schnittpunkte mit der Trommelwand bilden in FIG 2 und 3 ebenfalls mit eingetragenen Befüllungswinkel ß, die vom jeweiligen Verteilungszustand des Füllguts 13 innerhalb der Trommel 2 abhängen.
Es hat sich gezeigt, dass die Annahme einer Füllgutverteilung in Form eines Kreisbogensegments in der Praxis sehr gut erfüllt ist - zumindest, solange die Drehzahl n in dem übli- chen Bereich unterhalb der kritischen Drehzahl nkrit liegt.
Deshalb liefert ein Vergleich des gemäß Gleichung (4) bestimmten Schätzwerts für das Trägheitsmoment J mit dem analytisch oder numerisch zu berechnendem Trägheitsmoment einer um eine Drehachse rotierenden kreisbogensegmentförmigen Masse eine Information über die aktuelle Befüllung.
Unter Bezugnahme auf die Darstellung gemäß FIG 5 kann für das Trägheitsmoment einer um eine Drehachse rotierenden kreisbo- gensegmentförmigen Masse folgende Berechnungsvorschrift aus Gleichung (5) abgeleitet werden: )
Figure imgf000017_0002
wobei mit p eine konstant angenommene und in etwa bekannte Füllgutdichte, mit R ein Trommelradius und mit 1 eine axiale Trommellänge in Richtung der Drehachse 7 bezeichnet ist.
Der gemäß Gleichung (4) bestimmte Schätzwert für das Trägheitsmoment J wird in die Gleichung (6) eingesetzt. Die resultierende Beziehung wird entweder analytisch oder numerisch nach dem Befüllungswinkel ß aufgelöst.
Der so ermittelte Befüllungswinkel ß ist bereits ein Maß für die Befüllung der Trommel 2. Bei Bedarf lässt er sich gemäß:
hf = R -[I-cos(/?/2)] (7)
in eine Befüllungshöhe hf umrechnen.
Die Messergebnisse lassen sich weiter verfeinern, wenn die Zeitabhängigkeiten der verschiedenen Einflussgrößen, insbesondere die des Trägheitsmoments J, mit berücksichtigt wer- den. Hierzu wird die Momentengleichung (3) voll dynamisiert, d.h. es werden Abhängigkeiten der Einzelmomente von der Zeit t eingeführt :
M = Mr(t)+Mn(t) +M.(t) (8)
Es wird ein drehzahlabhängiges Reibmoment Mr(t) gemäß:
Mr(t) = M;-ω = M;-ά (9)
angenommen, wobei mit Mr * ein zeitkonstanter Reibungsfaktor bezeichnet ist. Die Zeitabhängigkeit des Produktausdrucks gemäß Gleichung (9) wird also ausschließlich durch die Drehzahl n bzw. die Winkelgeschwindigkeit ω hervorgerufen.
Weiterhin wird die drehwinkelabhängige und damit ebenfalls zeitabhängige Mühlenkennlinie berücksichtigt. Sie geht in das rückstellende Mühlenmoment Mm(t) ein: Mm(t) = M* m-sin(α) (10)
wobei mit Mm * ein zeitkonstanter Rückstellungsfaktor be- zeichnet ist. Die Zeitabhängigkeit ist somit wieder nur durch den Produktfaktor sin(α), also durch den zeitabhängigen Drehwinkel α, bestimmt.
Bei dem Beschleunigungsmoment Ma(t) wird neben der Zeitab- hängigkeit der Winkelgeschwindigkeit ω nun auch die des
Trägheitsmoments J berücksichtigt. Es ergibt sich also zu:
Figure imgf000019_0001
Unter Berücksichtigung der Gleichungen (9) - (11) lässt sich Gleichung (8) umformen in:
M = J-ä+(J +M*)-ά +M^ -sin(α) (12)
Unter der Annahme kleiner Drehwinkel α, für die sin(α) « α gilt, ist die Gleichung (12) die Differentialgleichung eines gedämpften Pendels.
Um die Gegebenheiten im Innern der Trommel 2 möglichst rea- listisch abzubilden, wird außerdem eine Nebenbedingung eingeführt, die die Durchrutschbedingung beschreibt. Wie anhand von FIG 2 und 3 bereits erläutert, fällt oder rutscht das Füllgut 13 wieder nach unten, wenn es eine bestimmte obere Position an der Trommelinnenwand erreicht hat. Dieser oberen Position kann ein Grenzdrehwinkel α0 zugeordnet werden. Er hängt ebenfalls von der Winkelgeschwindigkeit ω ab. In Gleichung (12) kann als Nebenbedingung also eine durch den drehzahlabhängigen Grenzdrehwinkel α0 bestimmte Begrenzung des Drehwinkels α ergänzt werden:
M = J • ä + (j + M)) • ά + M* ra • sin(min(a, ao(ά))) ( 13 ) Die Gleichung (13) lässt sich numerisch lösen, beispielsweise mittels einer Entwicklung um den Arbeitspunkt α0.
Dabei können zusätzliche Informationen über das Verhalten der Mühle 1, die z.B. während der Inbetriebsetzungsphase oder während eines Stillstands gewonnen worden sind, mit einfließen. Insbesondere das Trägheitsmoment J der leeren Trommel 2 kann während der Inbetriebsetzung problemlos ermitteln. Daneben kann auch das Trägheitsmoment J der mit ei- ner Testbefüllung beladenen Trommel 2 durch einen während der Inbetriebsetzungsphase vorgenommenen Auslaufversuch, bei dem der Antrieb 6 sprunghaft abgeschaltet wird, ermittelt werden. Die Periodendauer der resultierenden Schwingung ergibt sich nach den bekannten Gleichungen für das gedämpfte physikalische Pendel.
Die so gewonnenen Zusatzinformationen können insbesondere zur Kalibrierung des Füllstandserfassungsverfahrens verwendet werden.
Bei einer Variante werden so und unter Berücksichtigung des erfassten und noch ungefilterten Verlaufs 15 der Drehzahl n zeit- oder/und drehzahlabhängige Korrekturfaktoren ermittelt, die bei der Auswertung der Gleichungen (4) und (6) be- rücksichtigt werden. Diese Korrekturfaktoren können beispielsweise eine zeitabhängige Abweichung von der exakt kreisbogensegmentförmigen Verteilung des Füllguts 13 innerhalb der Trommel 2 beschreiben. Dabei werden also auch die im erfassten Verlauf 15 enthaltenen Schwankungen ausgewer- tet, um zu einem sehr genauen und zeitaktuellen Ergebnis für den Füllstand zu gelangen.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante wird die voll dynamische Simulation lediglich offline verwendet, um den Ein- fluss der in Gleichung (13) durch Mr *-ά beschriebenen Reibung und des in Gleichung (13) durch Mm * •sin(min(α,ö:0(d:))) beschriebenen rückstellenden Mühlenmoments besser analysieren und quantifizieren zu können. So lässt sich aus der Struktur von Gleichung (13) beispielsweise die Form der Sprungantwort abschätzen.
Wenn im laufenden Betrieb der Drehwinkel α bereits die Durchrutschbedingung α0 erreicht hat, lässt sich die Drehzahlabhängigkeit näherungsweise linearisieren. Es gilt in etwa:
sin(min(α, Qr0 (ά))) « sin(α0 + εά) « sin(<z0 ) + εά- cos(αr0 ) ( 14 )
wobei mit ε eine kleine Störung bezeichnet ist. Mit dieser Näherung vereinfacht sich die Gleichung (13), so dass sie die bekannte Struktur eines PTl-Glieds aufweist.
Die Lösung der Differentialgleichung eines PTl-Glieds bei einer Sprunganregung ist bekannt. Sie hat die allgemeine Form:
Figure imgf000021_0001
wobei mit K eine Amplitudenkonstante und mit TPTi eine Zeit- konstante des PTl-Glieds bezeichnet ist. Übertragen auf eine im oberen Diagramm von FIG 6 gezeigte Sprunganregung 19 mit einem negativen Sprung des Antriebsmoments M zum Zeitpunkt t0 ergibt sich auf Basis des PTl-Modells folgende Grund- struktur der im unteren Diagramm von FIG 6 gezeigten Sprungantwort 20 für die Drehzahl n(t) :
«(*■)= «„ -Δ/Jl-exp -—— für t≥t0 (16a)
n(t)= n0 für t<tQ (16b)
Die näherungsweise erwarteten Funktionen gemäß Gleichung (15) oder (16) werden an die Messdaten gefittet. Dieser Fit liefert die in Gleichung (15) oder (16) zunächst noch unbekannten Parameter K bzw. Δn und TpTi . Abgesehen vom Offset n0 ist die Antwort auf den Sprung von M0 auf M0-ΔM zumindest anfangs durch die Steigung
Figure imgf000022_0001
bestimmt. Es ergibt sich also wieder der statische Fall (vgl. Gleichung (4)) . Insgesamt kann man also durch Fitten eines PTl-Glieds mit den freien Parametern T und K bzw. Δn an den gemessenen Zeitverlauf 15 auch im dynamischen Fall das Trägheitsmoment J aus der Anfangssteigung K/T ermitteln.
Bei der Näherung gemäß Gleichung (14) wurde der nicht lineare (sinusförmige) Anteil linearisiert und als kleine Störung ε betrachtet. Durch die Auswertung der Anfangssteigung des PTl-Gliedes vereinfachen sich die analytischen Zusammenhänge, da einige komplexe unbekannte Terme gekürzt werden können. Berücksichtigt man aber beispielsweise auch noch höhere Ordnungen in ε, ergeben sich quadratische Terme in ά, so dass die Differentialgleichung (13) analytisch nicht mehr lösbar ist.
Eine Lösung kann dann jedoch beispielsweise störungstheoretisch mit dem Störungsansatz:
a(t) = ao(t)+λa](t)+λ2a2(t)+... (18!
entwickelt werden, wobei αo(t) die Lösung des ungestörten Systems ist. So wird aus den Messdaten zunächst die Drehzahl n oder das Trägheitsmoment J näherungsweise durch Rückrech- nung aus der ungestörten Lösung bestimmt. Die resultierende ungestörte Lösung der Drehzahl n, die im Wesentlichen dem erwarteten Zeitverlauf 16 gemäß FIG 4 entspricht, wird von dem gemessenen Zeitverlauf 15 gemäß FIG 4 subtrahiert wird. Nur das im Diagramm gemäß FIG 7 gezeigte resultierende Stö- rungsdifferenzsignal 21 wird auf seine Frequenzanteile hin weiter untersucht. Ein solches Vorgehen ist numerisch vor- teilhaft, weil bekannte Absolutanteile (=erwarteter Zeitverlauf 16) bereits eliminiert werden.
Weiterhin kann aus dem erfassten Drehzahlverlauf 15, der eine Sprungantwort darstellt, mittels einer Modellinversion und unter Berücksichtigung der maßgeblichen Gleichung (13) auf den aktuellen Füllstand geschlossen werden. Hierzu kann auf Basis von Gleichung (13) folgendes Gleichungssystem:
Figure imgf000023_0001
aufgestellt werden, das zwei Einzelgleichungen umfasst. Das Trägheitsmoment J und seine erste zeitliche Ableitung J sind die zu bestimmenden unbekannten Größen. Bekannt sind dagegen das vorgegebene und ggf. auch nochmals gemessene Antriebsmoment M sowie die gemessene Winkelgeschwindigkeit ά , die im Wesentlichen der Drehzahl n entspricht. Weiterhin lassen sich der zeitkonstante Rückstellungsfaktor Mm * und der zeitkonstante Reibungsfaktor Mr * zumindest näherungsweise anhand einer statischen Berechnung ermitteln.
Die (numerische) Lösung der Differentialgleichung (13) ist der von verschiedenen Parametern abhängige Drehwinkel a(J(t),M(t),ao(t)) bzw. die daraus leicht zu bestimmende Drehzahl n(t) der Trommel 2 bei gegebenem J(t) und M(t) . Zumindest als Zwischengröße gilt das Interesse zunächst jedoch dem Trägheitsmoment J(t) . Unter Modellinversion versteht man die analytische Auflösung der Gleichung (13) nach J(t) . Für die allgemeine, dynamische Differentialgleichung wird das nicht gelingen. Zur numerischen Lösung kann man beispielsweise folgende Ansatzfunktionen in J verwenden:
J(t) = p0J0 + P1J1(O + p2J2(t) + ... ( 20 )
Damit wird die Differentialgleichung vorwärts gelöst und das Ergebnis mit den gemessenen Werten verglichen. In Gleichung (20) bezeichnet J0 die Lösung des statischen Problems und Jx (t) eine beispielsweise sinusförmige Störungsfunktion, also z.B. Ji(t) = sin(t/Tst) . Die Störungsperiodizität Tst kann insbesondere aus der Drehzahl n und aus dem Umfangsabstand der Mitnehmer in der Trommel 2 berechnet werden. Das Optimierungsproblem in den Parametern pn wird beispielsweise durch einen „Least Square"-Fit mit den Messdaten gelöst. Dies kann insbesondere automatisiert und auch online, also während des Mühlenbetriebs, erfolgen.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante wird die Momentengleichung (3) teilweise dynamisiert. Das Trägheitsmoment J und das Mühlenmoment Mn, werden als statisch angenommen, wohingegen das Reibmoment Mr gemäß Gleichung (9) als dreh- zahlabhängig angenommen wird. Somit ergibt sich als Momentengleichung :
Figure imgf000024_0001
Wird Gleichung (21) für einen Sprung des Antriebsmoments ΔM betrachtet, so vereinfacht sich diese zu:
Figure imgf000024_0002
Gleichung (22) hat die Struktur eines PTl-Glieds, mit der Differenzialgleichung
*=_JL+JL.„ {23) dt ipn iPTX
Ein Vergleich der Gleichungen (22) und (23) liefert folgende Zusammenhänge:
ΔM = U (24a)
n = y (24b)
Figure imgf000025_0001
j=^-.Tm_ (24d)
2π K
Die Gleichungen (24c) und (24d) stellen einen Zusammenhang zwischen dem Reibungsfaktor Mr * und dem Trägheitsmoment J, die in Gleichung (21) unbekannt und zu bestimmen sind, und dem Verstärkungsfaktor K und der Zeitkonstante TPT1 eines PTl-Glieds her. Der Verstärkungsfaktor K und die Zeitkon- stante TPTi können mittels einer Parameteridentifikation aus Messwerten des Antriebsmoments M und der Drehzahl n ermittelt werden. Vorliegend sind zwei Parameter K und TPTi zu i- dentifizieren, wobei das Modell des Mühlenverhaltens, also das PTl-Glied, linear ist.
Die Parameteridentifikation erfolgt durch einen Minimie- rungsalgorithmus, der beispielsweise den quadratischen Fehler minimiert. Die Parameteridentifikation kann zeitkontinuierlich oder zeitdiskret durchgeführt werden. Da moderne Re- cheneinheiten zeitdiskret arbeiten, wird nachfolgend die zeitdiskrete Parameteridentifikation erläutert.
Wird Gleichung (23) diskretisiert , so ergibt sich:
Figure imgf000025_0002
wobei Δt die Abtastzeit und
p,=—~ (26a)
und
(26b)
Figure imgf000025_0003
ist. Die Berechnung der unbekannten Parameter erfolgt durch die Minimierung der Summe der quadrierten Fehler zwischen dem Modellausgang yi und den entsprechenden Messwerten γ± Mess über N Zeitschritte. Es ist somit das Gütefunktional
Figure imgf000026_0001
zu minimieren. Als Lösung für das überbestimmte Gleichungs- system ergibt sich in Matrixschreibweise:
p=(Mτ -M)-]MT -yMe" (28)
wobei p ein Vektor aus px und p2 und yMess ein Vektor aus y2 Mess bis yN+iMess ist. M ist eine Matrix aus einem Vektor u und y, wobei u die gemessenen Eingangswerte Ui bis uN und der Vektor y die Messwerte yi Mess bis yN Mess enthält.
Besonders einfach wird Gleichung (28) , wenn lediglich N = 2 Zeitschritte betrachtet werden. Da nur zwei Parameter zu bestimmen sind, ist die Betrachtung von zwei Zeitschritten ausreichend. Aus Gleichung (28) ergibt sich:
Mr Mp=IVf yWm (29)
Durch Einführen von Abkürzungen ergibt sich aus Gleichung (29) :
Ap= b (30)
Gleichung (30) kann nach p aufgelöst werden, so dass sich folgende Gleichung ergibt :
p=A"'-b (31)
Für die Unbekannten Parameter pi und p2 ergibt sich somit: b, 1 ■ « ",2,2 -6 U,2 - a "12 ( 3 2 )
Px =-
- Q12 - Qn a 21
^,1 - a w21 ( 3 3 '
Figure imgf000027_0001
bi und b2 sind die Elemente des Vektors b und aij die Elemente der Matrix A in der i-ten Zeile und j-ten Spalte.
Da ai2 immer gleich a2i ist, können die unbekannten Parameter P1 und p2 durch Auswertung von zwei aufeinanderfolgenden Zeitschritten bestimmt werden, wobei nur fünf Werte, nämlich an, ai2, a22/ bi und b2 auszuwerten sind. Somit können die unbekannten Parameter pi und p2 auch in Recheneinheiten mit begrenzter Rechenleistung und Speicherkapazität bestimmt werden. Mit Hilfe der Parameter P1 und p2 und der bekannten Abtastzeit Δt kann auf den Verstärkungsfaktor K und die
Zeitkonstante TPT1 des PTl-Gliedes zurückgerechnet werden. Aus dem Verstärkungsfaktor K und der Zeitkonstante TPT1 kann ferner auf den unbekannten Reibungsfaktor Mr * und das unbekannte Trägheitsmoment J zurückgerechnet werden. Mit diesen berechneten Größen kann in bekannter Weise auf den Füllstand der Trommel 2 geschlossen werden.
Sollte das Gleichungssystem schlecht konditioniert sein, schafft eine Singulärwertzerlegung Abhilfe. Alternativ kann auch eine Householdertransformation oder eine QR-Zerlegung nach Gram-Schmidt durchgeführt werden.
Mit dem vorgestellten Verfahren können auch komplexere lineare Modelle mit drei oder mehr freien Parametern bestimmt werden.
Sämtliche vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte werden in der Steuer- und Regeleinheit 3, insbesondere in der zentralen Recheneinheit 9 durchgeführt. Dies erfolgt vorzugswei- se automatisiert und zyklisch während des laufenden Mühlenbetriebs, sodass in der Steuer- und Regeleinheit 3 sehr ge- nau ermittelte Informationen über die jeweils aktuelle Befüllung der Trommel 2 vorliegen. Diese können zu einer verbesserten Steuerung und/oder Regelung des Mühlenbetriebs verwendet werden.
Bei einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens zur Füllstandserfassung kann auch ohne speziell vorgegebene Antriebs- testsequenz 14 und stattdessen mit dem Antriebsmoment M gearbeitet werden, das sich aufgrund der vom Antriebsregler 11 für den normalen Mühlenbetrieb getroffenen Vorgaben am Antrieb 6 einstellt. Der auch in diesem Fall erfasste Verlauf 15 der Drehzahl n wird dann in der Regel- und Steuereinheit 3 zunächst einer Fourier-Transformation unterzogen.
Das anschließend als Fourier-Transformierte vorliegende Frequenzsignal des Drehzahlverlaufs n wird insbesondere hinsichtlich der vorhandenen Frequenzanteile sowie deren Amplitude und Phasenlagen untersucht. Daraus lassen sich Informationen über den aktuellen Füllstand der Trommel 2 sowie ggf. über weitere Betriebsparameter, wie die Massenverteilung in der Trommel 2 , die Korngrößenverteilung im Erzmaterial 5 und den Stahlkugelanteil, ableiten.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung eines Füllstands (ß, hf) einer beladenen Trommel (2) einer Mühle (1) , wobei a) die Trommel (2) mittels eines Antriebs (6) mit einem Antriebsmoment (M) beaufschlagt und in eine Drehbewegung (ω) versetzt wird, b) das Antriebsmoment (M) am Antrieb (6) gemäß einer vorgebbaren Antriebstestsequenz (14; 19) eingestellt wird, c) ein zeitlicher Drehzahlverlauf (15) einer aufgrund der Antriebstestsequenz (14; 19) hervorgerufenen Drehzahl (n) der Trommel (2) erfasst wird, d) der erfasste Drehzahlverlauf (15) einer Analyse unterzogen wird, und e) anhand von Ergebnissen der Analyse der Füllstand (ß, hf) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse des Drehzahlverlaufs (15) aus dem erfassten zeitlichen Drehzahlverlauf (15) mittels einer Fou- rier-Transformation ein Drehzahlfrequenzsignal erzeugt wird, das insbesondere hinsichtlich der umfassten Frequenzanteile untersucht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Vorhandensein, aus der Amplitude oder aus der Phase bestimmter Frequenzanteile auf den Füllstand rückgeschlossen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebstestsequenz ein konstantes Antriebsmoment vorgegeben wird oder ein Antriebsmoment (M0) verwendet wird, das zum normalen Betrieb der Mühle (1) insbesondere durch einen Antriebsregler (11) vorgegeben wird.
5 . Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der Analyse des Drehzahlverlaufs ( 15 ) der er- fasste Drehzahlverlauf (15) einer Filterung oder einer Mittelwertbildung unterzogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass bei der Analyse des Drehzahlverlaufs (15) ein
Trägheitsmoment (J) der beladenen und angetriebenen Trommel (2) ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- net, dass als Antriebstestsequenz (14,- 19) ein Antriebsmoment (M) mit mindestens einer sprungartigen Änderung, insbesondere mit einer Änderung in Form eines Rechteckpulses, vorgegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Änderung (ΔM; AM1, ΔM2) des Antriebsmoments (M) bezogen auf einen Ausgangswert (M0) des Antriebsmoments (M) in einem Bereich von bis zu 30%, insbesondere von bis zu 10%, und insbesondere bis zu 2% bewegt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechteckpuls eine Pulszeitdauer (Δt; At1, Δt2) und eine die Änderung des Antriebsmoments (M) bestimmende Pulshöhe (ΔM; AM1, ΔM2) aufweist, und anhand der Pulszeitdau- er (Δt; At1, At2) , der Pulshöhe (ΔM; AM1, AM2) und einer aufgrund der Antriebstestsequenz (14) hervorgerufenen und er- fassten Drehzahländerung (Δn) ein erster Messwert für das Trägheitsmoment (J) ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Füllstands (ß, hf) der für das Trägheitsmoment (J) der beladenen und angetriebenen Trommel (2) ermittelte erste Messwert mit dem Trägheitsmoment (J) eines Kreisbogensegments verglichen wird, um daraus insbesonde- re einen Befüllungswinkel (ß) oder eine Befüllungshöhe (hf) zu bestimmen.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeit- oder Drehzahlabhängigkeit des Trägheitsmoments (J) durch zumindest einen zusätzlich vorgesehenen Korrekturfaktor berücksichtigt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum normalen Betrieb der Mühle (1) vorgesehener Drehzahlregler (10) zumindest während einer Dauer (TA) der Antriebstestsequenz (14) abgeschaltet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Drehzahlverlauf (15) und der Antriebstestsequenz (14; 19) ein Trägheitsmoment (J) der beladenen und angetriebenen Trommel (2) und ein statischer Reibungsfaktor (Mr *) eines drehzahlabhängigen Reibungsmomentes ermittelt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Trägheitsmoments (J) und des statischen Reibungsfaktors (Mr *) auf Basis eines linearen Modells erfolgt, wobei das lineare Modell die Abhängigkeit der Drehzahl (n) von dem Antriebsmoment (M) beschreibt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich- net, dass das lineare Modell ein PTl-Glied ist, und zur Ermittlung des Trägheitsmoments (J) und des statischen Reibungsfaktors (Mr *) das PTl-Glied zu zwei Zeitpunkten mit Messwerten der Drehzahl (n) und des Antriebsmoments (M) abgeglichen wird.
16. Steuereinrichtung für eine Mühle (1), mit einem Programmcode, welcher Steuerbefehle aufweist, die die Steuereinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 veranlasst.
17. Maschinenlesbarer Programmcode für eine Steuereinrichtung für eine Mühle (1) , welcher Steuerbefehle aufweist, die die Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 veranlassen.
18. Speichermedium mit einem darauf gespeicherten maschinen- lesbaren Programmcode gemäß Anspruch 17.
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