WO2014111177A1 - Verfahren zur antriebsregelung sowie nach dem verfahren arbeitende regelungseinrichtung - Google Patents

Verfahren zur antriebsregelung sowie nach dem verfahren arbeitende regelungseinrichtung Download PDF

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torque
speed
drive train
controller
control device
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PCT/EP2013/068261
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Andreas KLOTZEK
Andreas KUBE
Friedhelm Pötter
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B02C15/06—Mills with rollers forced against the interior of a rotary ring, e.g. under spring action
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P31/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors not provided for in groups H02P1/00 - H02P5/00, H02P7/00 or H02P21/00 - H02P29/00
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    • B02C15/00—Disintegrating by milling members in the form of rollers or balls co-operating with rings or discs
    • B02C2015/008—Roller drive arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a method for drive control, namely a method for controlling the drive of a heavy duty drive, in particular a heavy duty drive for crushing brittle materials, for example cement raw material, certain vertical mill and a control device for implementing the method and a corresponding, operating according to the method drive system for a vertical mill.
  • a heavy duty drive in particular a heavy duty drive for crushing brittle materials, for example cement raw material
  • certain vertical mill and a control device for implementing the method and a corresponding, operating according to the method drive system for a vertical mill.
  • Vertical mills of the above type with a grinding table rotating about the vertical and grinding rollers above the grinding table are prone to strong mechanical vibrations, because in simple terms a vertical mill is a vibrating system in the form of a damped two - mass oscillator.
  • the first mass includes the grinding table and all the units moving with the grinding table, and the second mass is the rotor of the driving motor.
  • connection between these two masses is in the form of the drive train, that is to say at least one transmission encompassed by the drive train, which acts as a torsion spring in the oscillatable system.
  • the system is stimulated by continuous, low-frequency load changes from the grinding process and random alternating loads from the milling process jerky, as well as to short-term or longer-lasting oscillations.
  • the resulting forces and moments can become so strong that the grinding process must be stopped in order to avoid damage to the drive train, namely in particular the electric motor and / or the gearbox, or the system as a whole.
  • a gearbox and at least one electric motor in the form of an asynchronous motor, preferably a slip ring rotor, and at least one frequency converter feeding the at least one electric motor are currently a preferred solution for vertical mills.
  • the mill gearboxes are frequently used as variants of beveled motors. or spur planetary gears running.
  • the task of the transmission is in addition to the speed and torque conversion, the inclusion of the axial grinding forces and their forwarding in the foundation.
  • the load fluctuations and vibration excitations acting on the drive mechanism are characterized by impulse loads, as they arise, for example, when the grinding rollers roll over coarse material to be ground, stochastic loads of the grinding process, periodic suggestions from the gear and mill kinematics and a varying contact pressure of the grinding rollers.
  • impulse loads as they arise, for example, when the grinding rollers roll over coarse material to be ground, stochastic loads of the grinding process, periodic suggestions from the gear and mill kinematics and a varying contact pressure of the grinding rollers.
  • the interaction of these load influences leads to a complex load cycle, which can even fan resonance oscillations.
  • an unstable grinding bed for example fluidizing or shaped by waviness, can also cause extreme vibration states of the mill, in particular a mill rumble.
  • Vibration energy into heat which has a negative effect on the energy balance of the vertical mill.
  • observations from vertical mills operating have shown that the driveline vibrations remain at a very high level even with the use of a clutch. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a vertical mill drive control method and a closed loop controller which reduces such driveline vibrations, in particular a method and a corresponding apparatus which reduces such driveline vibrations without using a clutch in the drivetrain.
  • the above object is achieved by a method for drive control of a vertical mill having the features of claim 1.
  • the object is also achieved by a control device with the features of the parallel device claim as well as by a vertical mill or a drive system of a vertical mill with such a control device.
  • the vertical mill here and hereinafter sometimes referred to only briefly as a mill comprises a grinding table rotatable about the vertical, which can be driven by at least one electric motor and a drive train comprising at least one transmission and is driven during operation of the mill.
  • an actual rotational speed and in relation to the drive train a driveline torque is recorded, detected and / or determined and fed together with a predetermined or predefinable setpoint speed of a control device.
  • the method is characterized in that the control device generates an output signal for a setpoint torque on the basis of the actual speed and the setpoint speed as well as the drive train torque.
  • the output signal for the desired torque causes the resulting target torque is reduced or increased in the same direction with a torque resulting from the grinding process.
  • regulating device namely a control device for controlling the drive of a vertical mill of the type mentioned above and described below
  • the control device as input variables, a first and a second variable, namely an actual speed and a detected in relation to the drive train driveline torque, and as a further input variable, a predetermined or predetermined target speed can be fed.
  • a predetermined or predetermined target speed can be fed.
  • an output signal for a desired torque can be generated on the basis of the actual speed and the setpoint speed as well as the drive train torque.
  • the output signal is characterized by the fact that the resulting desired torque is reduced or increased in the same direction with a torque resulting from the grinding process.
  • the invention is therefore a method and a device for controlling the drive of a heavy load arrangement in the form of a drive system, in which the control takes into account the drive train torque detected in relation to the drive train in addition to the actual speed of the grinding table.
  • the control takes into account the drive train torque detected in relation to the drive train in addition to the actual speed of the grinding table.
  • the advantage of the invention is that dynamic load peaks can be reduced or reduced by the targeted reduction or increase of the drive-side setpoint torque.
  • the adaptation, ie reduction or increase, of the setpoint torque is carried out in the same direction as the moment resulting from the grinding process.
  • the reduction of such load peaks causes a reduction in the load of the drive train mechanics. So far, a corresponding dimensioning of the individual components of the drive train has always been made for handling such load peaks for safety reasons. This is no longer necessary so that the individual components of the drive train are cheaper, lighter and with less material can be used. This also applies to special loads, such as the so-called mill rumble.
  • the actual speed is, for example, the instantaneous speed of a shaft on the output side of the transmission and thus a measure of the instantaneous speed of the grinding table.
  • known sensors come into consideration, namely for example so-called incremental encoders. If the electric motor is powered by a frequency converter and the frequency converter is operated in so-called encoderless operation, a detection of the actual speed by means of a sensor is not required. Instead, the actual speed can be read directly from the frequency converter. Such a reading of the actual speed is referred to here and below as recording the actual speed.
  • the driveline torque detected with respect to the powertrain is, for example, the mechanical one acting in the transmission
  • a sensor also known per se, namely, for example, a torque sensor.
  • to determine the drive train torque is also considered to determine a difference position of two drive train locations by measuring the rotational path or one of its time derivatives, in order to conclude on the drive train torque.
  • a shaft on the input side of the transmission and the shaft on the output side of the transmission come into consideration.
  • a difference between the rotational position of these two waves is a measure of the drive train torque. Accordingly, the detection of the drive train torque with respect to the drive train by means of two incremental encoder or the like and a suitable processing of the measured values obtained from such sensors.
  • Another way to determine the drive train torque is its calculation, based on the frequency converter known and acting on the rotor inertia air gap torque and the determined acceleration of the rotor inertia.
  • Another possibility for determining the drive train torque, in particular its dynamics is to anticipate the change in the drive train torque on the basis of a rotation angle coordinate determined only at one drive train location, in particular the grinding table, or one of its time derivatives. All of these possibilities are to be considered as encompassed by the language of inclusion, capture, or provision herein.
  • the drive-side target torque can be increased or decreased in the same direction with the drive train torque.
  • this can also be described in such a way that, given a torque resulting from the grinding process, which, for example, increases the setpoint torque abruptly (counter torque) and thus would normally lead to increased torsion in the drive train, this torsion and the concomitant load the drive train is avoided or reduced by the desired torque is changed in the same direction with the torque resulting from the grinding process, is reduced in this case.
  • One cause of the above-described increased counter-moment is, for example, the rolling over of coarse material on the grinding bed by the grinding rolls.
  • the detected driveline torque is a measure of a torque resulting from the grinding process, more precisely a measure of a difference between the nominal torque introduced into the driveline by the or each electric motor and the torque coupled into the driveline on the output side due to the grinding process.
  • the driveline torque is thus also a measure of a torsion of the drive train.
  • the control device causes a reduction of the output as a reference variable for the or each electric motor Sollmo- ment (the drive "stems” then not counteracting the originating from the process counter-torque but in the case of an abruptly reduced counter-torque, which leads to an instantaneous increase in the rotational speed of the grinding table, the regulating device causes an increase in the setpoint torque output as the reference variable for the or each electric motor the torsional change of the drivetrain resulting without such a co-ordinate adjustment of the target torque is avoided or at least reduced. This results in a reduction of the mechanical load in the drive train and allows the drivetrain without the previously customary oversizing.
  • the hitherto customary oversizing has just been intended to absorb such forces occurring in the drive train as a result of the torsions previously assumed.
  • This reduction or increase in the setpoint torque which results in the same direction from the grinding process, the sudden change in the moment, leads to a momentary change in the speed of the motor, so that it is adapted to the abruptly changed speed of the grinding table.
  • the control device also ensures that the rotational speed of the grinding table remains constant or at least substantially constant.
  • the regulating device comprises a speed controller and a torque governor.
  • the speed controller outputs a first manipulated variable (manipulated variable of the speed controller) based on the actual speed and the set speed.
  • the torque controller acts on the output of the speed controller, ie on the first control value output by the speed controller.
  • the torque controller outputs a second manipulated variable (manipulated variable of the torque controller) on the basis of the detected drive train torque.
  • the at least one electric motor is then driven to reduce or increase the setpoint torque in the same direction with the torque resulting from the grinding process on the basis of a combination, in particular addition, of the control variables output by the speed controller and the torque controller.
  • a control device intended for carrying out this special form of the method comprises a speed controller and a torque controller acting on the output of the speed controller.
  • a speed controller By means of the speed controller based on the actual speed and the target speed, a first control variable and by means of the torque controller based on the detected drive train torque, a second manipulated variable can be output.
  • the control device is the at least one electric motor for the same direction reduction or increase of the desired torque with the torque resulting from the grinding process based on a combination, in particular addition, the controllable output from the speed controller and the torque controller control variables.
  • a speed and a torque controller and the summary, in particular addition, of the respective control variables outputted by these two controllers is thus an example of means for the same direction reduction or increase the target torque for the electric motor with the torque resulting from the grinding process and a Possible embodiment for the reduction in the same direction or increasing the setpoint torque for the electric motor with the torque resulting from the grinding process.
  • the manipulated variable output by the speed controller alone leads to a setpoint torque for maintaining a largely constant speed of the millimeter.
  • the output from the torque controller control variable and their superposition with the output from the speed control variable leads to an adjustment of the resulting target torque corresponding to the respectively detected driveline torque.
  • This adaptation causes, for example, a reduction of the setpoint torque if it is detected on the basis of the detected drive train torque that an increased counter-torque acts on the drive train due to the grinding process. Conversely, this adjustment causes an increase in the target torque, if it is detected due to the detected drive train torque that due to the variable load torque from the grinding process on the drive train a reduced counter-torque acts.
  • the torque controller comprises a high-pass filter and a subsequent filter stage for amplifying the dynamics of the high-pass-filtered drive train torque.
  • the detected drive train torque is high-pass filtered as part of the functionality of the torque controller, and then the dynamics of the resulting high-pass filtered drive train torque are amplified.
  • the high-pass filtering takes place by means of the high-pass filter encompassed by the torque controller or a comparable functionality.
  • the gain of the dynamics of the high-pass-filtered drive train torque is carried out by means of a likewise from the Torque regulators comprised transfer elements with differentiating behavior (D element).
  • any such possibility for adjusting the rotational speed of the grinding table and also both possibilities together can be combined with the method described here and the regulating device operating according to the method, for example by outputting the desired torque output at the output of the regulating device for periodically varying the rotational speed of the grinding table or is adjusted based on a recognized pattern.
  • the in the parallel The possibilities for adjusting the rotational speed of the grinding table described in applications and also both possibilities together can also be combined with the method described here and the control device operating according to the method by adjusting the speed setpoint supplied to the speed controller of the control device.
  • Drawing contained features or elements or method steps for the expert in terms of solving the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or procedural steps.
  • FIG. 1 shows a schematically greatly simplified representation of a vertical mill with a grinding table driven by means of a heavy-duty drive
  • the vertical mill as a chain of action together with a control device intended for controlling the drive of the vertical mill
  • control device with further details.
  • FIG. 1 shows a schematic simplified view of a vertical mill 10 for comminuting brittle materials, for example cement raw material.
  • the vertical mill 10 includes a rotatable about the vertical grinding table 12.
  • the drive of the grinding table 12 by means of a heavy duty drive in the form of at least one motor, in particular at least ei
  • the gear 16 is shown here without giving up further generality as bevel gear teeth with a subsequent planetary gear shown without further details
  • the transmission 16 may also include, for example, a spur gear or the like and / or an upstream or subsequent planetary gear or the like.
  • the vertical mill 10 includes at least one driven shaft.
  • the vertical mill 10 comprises a motor shaft 18 as the drive-side shaft and as
  • Electric motor 14 the grinding table 12 by means of the drive train in rotation.
  • a grinding bed 22 ie a mixture of ground and to be ground material.
  • the grinding effect is achieved by applying a grinding roller 24 or a plurality of grinding rollers 24 to the grinding bed on the one hand due to their weight, but on the other hand also due to additionally applied forces, which are applied, for example, by means of a hydraulic cylinder or the like acting on a pivotally mounted grinding roller 24 22 and the rotating grinding table 12 are pressed.
  • the vertical mill 10 as a whole is a vibratory system and, in particular, the vertical mill 10 is prone to excessive mechanical torsional vibrations in the drive train.
  • the resulting forces and moments can become so strong that the mechanical components of the powertrain, so for example the gear 16, extremely stressed or overstressed.
  • Such torsional vibrations have hitherto been attempted by means of a coupling or the like, for example a highly elastic elastomer coupling.
  • a coupling is for example arranged between the gear 16 and the grinding table 12 (not shown).
  • Such a coupling can not compensate for vibrations in the rotational speed of the grinding table 12, it prevents or reduces a transmission of such vibrations into the gear 16 and the electric motor 14.
  • Sensor 26 are detected relevant to vibration values, namely at least one value or measured value to a current speed of a rotating part of the transmission 16 or the grinding table 12 and at least one measured value to a mechanical torque acting in the drive train.
  • the detected torque measured value is a measure of the torque or gear moment transmitted by means of the transmission 16, that is to say a measure of a moment which is mechanical in distinguishing between an electrical torque acting on the electric motor 14 and that in the drive train, in particular in the transmission 16 effective moment is called.
  • the detected speed measurement value and the detected measured value for the mechanical torque are referred to below as actual speed 28 or drive train torque 30.
  • the two acquired or recorded values or measured values 28, 30 are fed to a control device 34 together with a setpoint speed 32.
  • the control device 34 generates an output signal 36 for a desired torque, which is supplied to a frequency converter 38 for the corresponding control of the or each electric motor 14.
  • the or each electric motor 14 generates the desired torque requested with the output signal 36 during operation of the vertical mill 10.
  • a frequency converter 38 is used to power the or each electric motor 14, and the frequency converter 38 is operated in a special operating mode, namely the so-called encoderless operation, the instantaneous speed can also be read in a manner known per se from a memory of the frequency converter 38.
  • An actual speed 28 recorded in this way is not a measured value but is formed in the frequency converter 38 during the supply of the or each electric motor 14. Accordingly, to distinguish it from an actual rotational speed 28 detected by measurement, receipt of the actual rotational speed 28 on this basis is referred to as recording of the actual rotational speed 28.
  • FIG. 2 shows individual elements of the vertical mill 10 as a chain of action as well as the control device 34 with further details. Thereafter, the control device 34 includes a speed controller 40 and a torque controller 42. The control device 34 are the input variables
  • a predetermined or predetermined target speed 32 is supplied.
  • a first manipulated variable 44 is output on the basis of the actual speed 28 and the desired speed 32, which is referred to as the manipulated variable of the speed controller 40 for differentiation.
  • the torque controller 42 acts on the output of the speed controller 40, such that the output of the speed controller 40, so the first
  • Control variable 44 and superimpose a output at the torque controller 42 output second manipulated variable 46.
  • the superposition takes place, for example, by the two manipulated variables 44, 46 are added.
  • the output from the torque controller 42 second control variable 46 is based on the detected drive train torque 30, which is supplied to the torque controller 42 at its input.
  • the output from the torque controller 42 second manipulated variable 46 is also referred to as a manipulated variable of the torque controller 42 for distinction.
  • the manipulated variable 44 of the speed controller 40 and the manipulated variable 46 of the torque controller 42 are a measure of a first and a second desired torque for the or each electric motor 14.
  • the or each electric motor 14 is to drive the grinding table 12 by means of the control device 34 based on a overlay
  • the two manipulated variables 44, 46 and the resulting output signal 36 is driven.
  • Sollmoments brings the or each electric motor 14 to an engine torque M M.
  • the drive train torque acts 30, which is shown here as acting in the transmission 16 gear torque M G.
  • Due to the variable load torque from the grinding process acts on the grinding table 12, a process torque M P on the drive train. If the process moment M P decreases abruptly, this leads to an acceleration of the grinding table, along with a drive train relaxation, ie torque change of the drive train torque M T.
  • a drive train relaxation ie torque change of the drive train torque M T.
  • the illustration in FIG. 4 shows the control device 34 with yet further details.
  • the speed controller 40 realized for example as a PI controller.
  • the torque regulator 42 includes a first high pass portion (high pass filter 48), a second middle portion in which the dynamics of the resulting high pass filtered driveline torque is boosted (filter stage 50), and a final, third portion with a proportional member (P Member 52).
  • the high-pass filter 48 is implemented by means of a low-pass filter 54, from the output of which the unfiltered drive train torque 30 is subtracted.
  • the filter stage 50 comprises a differentiating behavior transfer element (D-link 56) whose output represents the rate of change of the driveline torque. Adding the high-pass filtered driveline torque and the output of the D gate 56 results in the intended gain in the dynamics of the high-pass filtered driveline torque.
  • a P-member 52 is a transmission member with proportional behavior and at its output results in the desired torque of the torque controller 42nd
  • All mentioned functional sections of the torque controller 42 are optional in themselves. This is expressed by the fact that the low-pass filter 54, the D-element 56 and the P-element 52 are individually parameterizable. For example, if the gain of P-gate 52 is set to "1", then P-gate 52 could be eliminated altogether, thereby giving up the degree of freedom of the parameterization, because of the gain applied to P-gate 52 at its input Signal then no longer takes place.
  • the torque controller 42 does not include a D-link 56
  • the torque ment governor 42 does not allow the rate of change of driveline torque 30 to the extent that is possible in an embodiment in which torque controller 42 includes such a D-link 56.
  • a torque controller 42 can be used which does not include the described filter stage 50 and accordingly the D-member 56 there includes. The same applies mutatis mutandis to the first and third sections of the torque controller 42 with the local low-pass filter 54 and the P-member 52nd
  • a method for controlling the drive of a vertical mill 10 with a grinding table 12 rotatable about the vertical, and a control device 34 intended for carrying out the method are disclosed the vertical mill 10 of the grinding table 12 is driven by at least one electric motor 14 and a drive train comprising at least one transmission 16.
  • the control device 34 is supplied with an actual rotational speed 28 and a drive train torque 30 determined in relation to the drive train as well as a predetermined or predefinable nominal rotational speed 32.
  • the control device 34 acts as a means for reducing or increasing the desired torque of the electric motor 14.
  • the reduction or increase of the desired torque is carried out in the same direction with a torque resulting from the grinding process.
  • the control device 34 generates an output signal 36 for a desired torque based on the actual speed 28 and the setpoint speed 32 and the drive train torque 30. ment. This causes the resulting target torque is reduced or increased in the same direction with a resulting from the grinding process moment.
  • the control of the at least one electric motor 14 takes place.

Abstract

Die Erfindung ist ein Verfahren zur Antriebsregelung einer Vertikalmühle (10) mit einem um die Vertikale rotierbaren Mahlteller (12), wobei der Mahlteller (12) durch einen Elektromotor (14) und einen ein Getriebe (16) umfassenden Antriebsstrang antreibbar ist, wobei in Bezug auf den Antriebsstrang eine Istdrehzahl (28) und ein Triebstrangmoment (30) erfasst und zusammen mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Solldrehzahl (32) einer Regelungseinrichtung (34) zugeführt werden, wobei die Regelungseinrichtung (34) auf Basis der Istdrehzahl (28) und der Solldrehzahl (32) sowie des Triebstrangmoments (30) ein Ausgangssignal (36) für ein Sollmoment erzeugt, derart, dass das resultierende Sollmoment gleichsinnig mit einem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment verringert oder erhöht wird, sowie eine korrespondierende, zur Ausführung des Verfahrens bestimmte Regelungseinrichtung.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Antriebsregelung sowie nach dem Verfahren arbeitende Regelungseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Antriebsregelung, nämlich ein Verfahren zur Antriebsregelung eines Schwerlastantriebs, insbesondere eines Schwerlastantriebs einer zum Zerkleinern spröder Materialien, zum Bei- spiel Zementrohmaterial, bestimmten Vertikalmühle sowie eine Regelungseinrichtung zur Implementierung des Verfahrens und ein korrespondierendes, nach dem Verfahren arbeitendes Antriebssystem für eine Vertikalmühle. Vertikalmühlen der oben genannten Art mit einem um die Vertikale rotierenden Mahlteller sowie Mahlwalzen oberhalb des Mahltellers neigen zu starken mechanischen Schwingungen, denn vereinfacht ausgedrückt handelt es sich bei einer Vertikal - mühle um ein schwingfähiges System in Form eines bedämpften Zweimassenschwingers. Zu der ersten Masse gehören der Mahlteller sowie alle mit dem Mahlteller bewegten Einheiten und die zweite Masse ist der Rotor des antreibenden Motors. Die Verbindung zwischen diesen beiden Massen besteht in Form des Antriebsstrangs, also zumindest einem vom Antriebsstrang um- fassten Getriebe, der bzw. das in dem schwingfähigen System wie eine Torsionsfeder fungiert. Das System wird durch kontinuierliche, niederfrequente Lastwechsel aus dem Mahlprozess sowie zufällige Wechselbelastungen aus dem Mahlprozess stoßartig, sowie zu kurzzeitigen oder auch länger andauernden Schwingungen angeregt. Die dabei entstehenden Kräfte und Momente können so stark werden, dass der Mahlprozess gestoppt werden muss, um Schäden am Antriebsstrang, nämlich insbesondere am Elektromotor und/oder am Getriebe, oder der Anlage insgesamt zu vermeiden.
Um solche Schwingungen gering zu halten, muss der Betreiber der Mühle bisher die Prozessparameter, also insbesondere einen Anpressdruck der Mahlwalzen, eine Rezeptur des Mahlguts sowie Zugabemengen von Mahlhilfen, so gestalten, dass die Schwingungsanregung unter einem kritischen Niveau bleibt. Dies führt jedoch zu unerwünschten Einschränkungen in der Prozessgestaltung, die sich negativ auf viele Bereiche aus- wirken. Betroffen sind zum Beispiel das Spektrum von mit dem jeweils erhaltenen Mahlgut herstellbaren Produkten, die Effektivität der Mühle, der erforderliche Energieeinsatz und die Kosteneffizienz. Vor diesem Hintergrund und aufgrund der wachsenden Anforderungen hinsichtlich Verfügbarkeit, Effizienz sowie der Lebensdauerkosten (Total Cost of Ownership) gewinnt die Auslegung und die Anordnung der elektrischen und mechanischen Komponenten eines Antriebssystems und des jeweiligen Antriebs- Strangs eines Schwerlastantriebs, insbesondere einer Vertikalmühle, zunehmend an Bedeutung.
Für Vertikalmühlen stellen derzeit Antriebssysteme mit einem Getriebe und zumindest einem Elektromotor in Form eines Asyn- chronmotors, vorzugsweise einem Schleifringläufer, sowie zumindest einem den mindestens einen Elektromotor speisenden Frequenzumrichter eine bevorzugte Lösung dar. Hierbei sind die Mühlengetriebe in der Praxis häufig als Varianten von Kegel- oder Stirnrad-Planetengetrieben ausgeführt. Die Aufgabe des Getriebes ist neben der Drehzahl- und Drehmomentwandlung die Aufnahme der axialen Mahlkräfte und deren Weiterleitung in das Fundament .
In der Praxis ist eine Regelung eines solchen Antriebssystems für eine Vertikalmühle im Wesentlichen mit folgenden Problemen konfrontiert:
Um eine optimale Prozessführung gewährleisten zu können, besteht eine erste, scheinbar triviale Aufgabe des Antriebs da- rin, die vorgegebene Drehzahl des Mahltellers sicherzustellen. Da das am Mahlteller abgeforderte Prozessmoment
schwankt, ist eine Drehzahlregelung erforderlich. Die auf die Antriebsmechanik wirkenden Lastschwankungen und Schwingungsanregungen sind geprägt durch Impulslasten, wie sie sich zum Beispiel ergeben, wenn die Mahlwalzen grobes Mahlgut überrollen, stochastische Lasten des Mahlvorgangs, periodische Anregungen aus der Getriebe- und Mühlenkinematik sowie einen variierenden Anpressdruck der Mahlwalzen. Das Zusammenwirken dieser Belastungseinflüsse führt zu einem komplexen Lastspiel, das sogar Resonanzschwingungen anfachen kann .
Neben den Triebstrangschwingungen kann auch ein instabiles, also zum Beispiel fluidisierendes oder von Welligkeit geprägtes Mahlbett extreme Schwingungszustände der Mühle, insbesondere ein Mühlenrumpeln, verursachen.
Schließlich macht es das Vermählen von natürlichen Produkten weitgehend unvorhersehbar wie der Mahlprozess einzustellen ist, um einen ruhigen Lauf der Mühle zu garantieren. Daher ist es stets eine Herausforderung für den Operator im Leit- stand, die richtigen Prozessparameter zu finden. Letztendlich kann der Antrieb allein einen ungünstig eingestellten Prozess zwar beruhigen, aber nicht korrigieren.
Der hier vorgestellte Ansatz befasst sich mit einer Reduktion der im Betrieb der Vertikalmühle auf den Antriebsstrang wirkenden Belastungen. Bisher hat man versucht, solche Belastungen durch den Einsatz von Kupplungen im Antriebsstrang zu reduzieren. Eine Kupplung ist aber bekanntlich ein teures Verschleißteil und die Wirkungsweise einer Dämpfung von Schwin- gungen mittels einer Kupplung liegt in der Umwandlung von
Schwingungsenergie in Wärme, was sich negativ auf die Energiebilanz der Vertikalmühle auswirkt. Darüber hinaus hat sich aufgrund von Beobachtungen bei in Betrieb befindlichen Vertikalmühlen ergeben, dass die Triebstrangschwingungen auch bei Verwendung einer Kupplung auf einem sehr hohen Niveau bleiben . Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht entsprechend darin, ein Verfahren zur Antriebsregelung einer Vertikalmühle und eine nach dem Verfahren arbeitende Regelungseinrichtung anzugeben, die solche Triebstrangschwingungen reduziert, ins- besondere ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung, die solche Triebstrangschwingungen ohne Verwendung einer Kupplung im Antriebsstrang reduziert.
Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur An- triebsregelung einer Vertikalmühle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird außerdem durch eine Regelungseinrichtung mit den Merkmalen des parallelen Vorrichtungsanspruchs sowie durch eine Vertikalmühle oder ein Antriebssystem einer Vertikalmühle mit einer solchen Regelungs- einrichtung gelöst. Die hier und im Folgenden mitunter auch nur kurz als Mühle bezeichnete Vertikalmühle umfasst einen um die Vertikale drehbaren Mahlteller, der durch mindestens einen Elektromotor und einen zumindest ein Getriebe umfassenden Antriebsstrang antreibbar ist und im Betrieb der Mühle ange- trieben wird.
Bei dem Verfahren werden eine Istdrehzahl und in Bezug auf den Antriebsstrang ein Triebstrangmoment aufgenommen, erfasst und/oder ermittelt und zusammen mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Solldrehzahl einer Regelungseinrichtung zugeführt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Regelungseinrichtung auf Basis der Istdrehzahl und der Solldrehzahl sowie des Triebstrangmoments ein Ausgangssignal für ein Sollmoment erzeugt. Das Ausgangssignal für das Sollmoment bewirkt, dass das resultierende Sollmoment gleichsinnig mit einem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment verringert oder erhöht wird.
Bei einer zur Ausführung eines solchen Verfahrens und eventu- eil einzelner oder mehrerer im Folgenden beschriebener Ausführungsformen bestimmten Regelungseinrichtung, nämlich einer Regelungseinrichtung zur Antriebsregelung einer Vertikalmühle der oben genannten und im Folgenden beschriebenen Art, sind der Regelungseinrichtung als Eingangsgrößen eine erste und eine zweite Größe, nämlich eine Istdrehzahl und ein in Bezug auf den Antriebsstrang erfasstes Triebstrangmoment, sowie als weitere Eingangsgröße eine vorgegebene oder vorgebbare Soll- drehzahl zuführbar. Mittels der Regelungseinrichtung ist auf Basis der Istdrehzahl und der Solldrehzahl sowie des Triebstrangmoments ein Ausgangssignal für ein Sollmoment generierbar. Das Ausgangssignal zeichnet sich dadurch aus, dass das resultierende Sollmoment gleichsinnig mit einem aus dem Mahl- prozess resultierenden Moment verringert oder erhöht wird.
Kurz gefasst ist die Erfindung also ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Antriebsregelung einer Schwerlastanordnung in Form eines Antriebssystems, bei dem die Regelung zusätzlich zur Istdrehzahl des Mahltellers das in Bezug auf den Antriebsstrang erfasste Triebstrangmoment berücksichtigt. Etwaige Schwingungen im Antriebsstrang führen zwar auch zu Änderungen der Drehzahl des Mahltellers (Istdrehzahl) und zu entsprechenden Änderungen der Drehgeschwindigkeit des Mahltel- lers. Es hat sich aber gezeigt, dass solche Schwingungen besonders gut und vor allem ausreichend schnell anhand des Triebstrangmoments erkennbar sind. Der hier beschriebene Ansatz sieht entsprechend eine Berücksichtigung des in Bezug auf den Antriebsstrang erfassten Triebstrangmoments vor.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die gezielte Verringerung oder Erhöhung des antriebsseitigen Soll- moments dynamische Lastspitzen reduziert werden oder reduzierbar sind. Die Anpassung, also Verringerung oder Erhöhung, des Sollmoments erfolgt dabei gleichsinnig mit dem jeweils aus dem Mahlprozess resultierenden Moment. Die Verringerung solcher Lastspitzen bewirkt eine Senkung der Belastung der Triebstrangmechanik. Bisher ist zur Handhabung solcher Lastspitzen aus Sicherheitsgründen stets eine entsprechende Di- mensionierung der einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs vorgenommen worden. Dies ist jetzt nicht mehr erforderlich, so dass die einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs preiswerter, mit geringerem Gewicht und mit verringertem Material- einsatz herstellbar sind. Dies gilt auch für Sonderlasten, wie zum Beispiel das sogenannte Mühlenrumpeln . Speziell die Notwendigkeit, auch die beim Mühlenrumpeln auftretenden Belastungen aufnehmen zu können, hat bisher zu der oben skiz- zierten Überdimensionierung der Komponenten des Antriebsstrangs geführt. Auch dies ist auf Basis des hier beschriebenen Ansatzes nicht mehr nötig. Darüber hinaus wird eine bisher ebenfalls stets im Antriebsstrang vorgesehene Kupplung nicht mehr oder nicht mehr zwingend benötigt.
Die Istdrehzahl ist zum Beispiel die momentane Drehzahl einer Welle auf der Ausgangsseite des Getriebes und damit ein Maß für die momentane Drehzahl des Mahltellers. Zur Erfassung einer derartigen Istdrehzahl kommen an sich bekannte Sensoren in Betracht, nämlich zum Beispiel sogenannte Inkremental- geber. Wenn der Elektromotor mittels eines Frequenzumrichters gespeist und der Frequenzumrichter im sogenannten geberlosen Betrieb betrieben wird, ist eine Erfassung der Istdrehzahl mittels eines Sensors nicht erforderlich. Stattdessen kann die Istdrehzahl direkt beim Frequenzumrichter ausgelesen werden. Ein derartiges Auslesen der Istdrehzahl wird hier und im Folgenden als Aufnahme der Istdrehzahl bezeichnet.
Das in Bezug auf den Antriebsstrang erfasste Triebstrangmo- ment ist zum Beispiel das im Getriebe wirkende mechanische
Moment und wird mit einem ebenfalls an sich bekannten Sensor aufgenommen, nämlich zum Beispiel einem Drehmomentsensor. Alternativ kommt zur Ermittlung des Triebstrangmoments auch in Betracht, eine Differenzlage zweier Triebstrangorte durch Messung des Drehwegs oder einer seiner zeitlichen Ableitungen zu ermitteln, um daraus auf das Triebstrangmoment zu schließen. Als Beispiel für zwei derartige Triebstrangorte kommen zum Beispiel eine Welle auf der Eingangsseite des Getriebes und die Welle auf der Ausgangsseite des Getriebes in Be- tracht . Eine Differenz zwischen der Rotationslage dieser beiden Wellen ist ein Maß für das Triebstrangmoment. Dementsprechend kann die Erfassung des Triebstrangmoments in Bezug auf den Antriebsstrang auch mittels zweier Inkrementalgeber oder dergleichen und einer geeigneten Verarbeitung der von solchen Sensoren erhaltenen Messwerte erfolgen. Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Triebstrangmoments ist dessen Berechnung, auf Basis des dem Frequenzumrichter bekannten und auf die Rotorträgheit wirkenden Luftspaltmoments und der ermittelten Beschleunigung der Rotorträgheit. Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Triebstrangmoments, insbesondere seiner Dynamik, ist es, die Veränderung des Triebstrangmoments auf Basis einer nur an einem Triebstrangort, insbeson- dere dem Mahlteller, ermittelten Drehwinkelkoordinate oder einer ihrer zeitlichen Ableitungen zu antizipieren. Alle diese Möglichkeiten sollen als von der hier und im Folgenden verwendeten Formulierung des Aufnehmens, Erfassens oder Ermitteins umfasst gelten.
Durch die Erfassung des Triebstrangmoments und dessen Berücksichtigung durch die Regelungseinrichtung kann das antriebs- seitige Sollmoment gleichsinnig mit dem Triebstrangmoment erhöht oder verringert werden. Zur Veranschaulichung kann dies auch so beschrieben werden, dass bei einem aufgrund des Mahlprozesses resultierenden Moment, das zum Beispiel dem Sollmoment sprungartig verstärkt entgegenwirkt (Gegenmoment) und damit normalerweise zu einer erhöhten Torsion im Antriebsstrang führen würde, diese Torsion und die damit einhergehen- de Belastung des Antriebsstrangs vermieden oder verringert wird, indem das Sollmoment gleichsinnig mit dem aus dem Mahl- prozesses resultierenden Moment verändert wird, in diesem Falle verringert wird. Eine Ursache für das oben beschriebene, verstärkte Gegenmoment ist zum Beispiel das Überrollen von grobem Material auf dem Mahlbett durch die Mahlwalzen.
Das erfasste Triebstrangmoment ist ein Maß für ein aufgrund des Mahlprozesses resultierendes Moment, genauer ein Maß für eine Differenz aus dem in den Triebstrang durch den oder je- den Elektromotor eingeleiteten Sollmoment und dem abtriebs- seitig aufgrund des Mahlprozesses in den Triebstrang eingekoppelten Moment. Das Triebstrangmoment ist damit auch ein Maß für eine Torsion des Antriebsstrangs. Bei einem sprungar- tig erhöhten Gegenmoment, das zu einer momentanen Verringerung der Drehgeschwindigkeit des Mahltellers führt, bewirkt die Regelungseinrichtung eine Verringerung des als Führungsgröße für den oder jeden Elektromotor ausgegebenen Sollmo- ments (der Antrieb „stemmt" sich dem aus dem Prozess stammenden Gegenmoment dann nicht auch noch entgegen, sondern weicht dem Gegenmoment durch eine momentane Verringerung des Sollmoments aus) . Bei einem sprungartig reduzierten Gegenmoment, das zu einer momentanen Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Mahltellers führt, bewirkt die Regelungseinrichtung eine Erhöhung des als Führungsgröße für den oder jeden Elektromotor ausgegebenen Sollmoments. In beiden Fällen wird die sich ohne eine solche gleichsinnige Anpassung des Sollmoments ergebende Torsionsänderung des Antriebsstrangs vermieden oder zumindest reduziert. Dies bewirkt eine Verringerung der mechanischen Belastung im Antriebsstrang und erlaubt es, den Antriebsstrang ohne die bisher übliche Überdimensionierung auszulegen. Die bisher übliche Überdimensionierung ist dabei gerade dafür vorgesehen gewesen, solche aufgrund der bisher hinge- nommenen Torsionen im Antriebsstrang auftretenden Kräfte aufzunehmen. Diese mit dem aus dem Mahlprozess resultierenden, sprungartig veränderlichen Moment gleichsinnige Verringerung oder Erhöhung des Sollmoments führt zu einer momentanen Änderung der Drehzahl des Motors, sodass diese der sprungartig veränderten Drehzahl des Mahltellers angepasst ist. Die Regelungseinrichtung bewirkt neben der gleichsinnigen Verringerung oder Erhöhung des Sollmoments auch, dass die Drehzahl des Mahltellers konstant oder zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete RückbeZiehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombina- tionen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass das hier angegebene Verfahren auch entsprechend der abhängigen Vorrichtungsansprüche weitergebildet sein kann und umgekehrt.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Regelungseinrichtung einen Drehzahlregler und einen Drehmoment- regier. Der Drehzahlregler gibt auf Basis der Istdrehzahl und der Solldrehzahl eine erste Stellgröße (Stellgröße des Drehzahlreglers) aus. Der Drehmomentregler wirkt auf den Ausgang des Drehzahlreglers, also auf die vom Drehzahlregler ausgegebene erste Stellgröße. Auf diese Weise wird bei dieser Aus- führungsform des Verfahrens die oben beschriebene gleichsinnige Verringerung oder Erhöhung des resultierenden Sollmoments erreicht. Dafür gibt der Drehmomentregler auf Basis des erfassten Triebstrangmoments eine zweite Stellgröße (Stellgröße des Drehmomentreglers) aus. Der zumindest eine Elektro- motor wird daraufhin zur gleichsinnigen Verringerung oder Erhöhung des Sollmoments mit dem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment auf Basis einer Kombination, insbesondere Addition, der vom Drehzahlregler und vom Drehmomentregler ausgegebenen Stellgrößen angesteuert.
Eine zur Ausführung dieser speziellen Form des Verfahrens bestimmte Regelungseinrichtung umfasst einen Drehzahlregler und einen auf den Ausgang des Drehzahlreglers wirkenden Drehmomentregler. Mittels des Drehzahlreglers ist auf Basis der Istdrehzahl und der Solldrehzahl eine erste Stellgröße und mittels des Drehmomentreglers auf Basis des erfassten Triebstrangmoments eine zweite Stellgröße ausgebbar. Mittels der Regelungseinrichtung ist der zumindest eine Elektromotor zur gleichsinnigen Verringerung oder Erhöhung des Sollmoments mit dem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment auf Basis einer Kombination, insbesondere Addition, der vom Drehzahlregler und vom Drehmomentregler ausgegebenen Stellgrößen ansteuerbar . Die Verwendung eines Drehzahl- sowie eines Drehmomentreglers und die Zusammenfassung, insbesondere Addition, der von diesen beiden Reglern jeweils ausgegebenen Stellgrößen ist dem- nach ein Beispiel für Mittel zur gleichsinnigen Verringerung oder Erhöhung des Sollmoments für den Elektromotor mit dem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment und eine mögliche Ausführungsform zur gleichsinnigen Verringerung oder Erhöhung des Sollmoments für den Elektromotor mit dem aus dem Mahlpro- zess resultierenden Moment. Die vom Drehzahlregler ausgegebene Stellgröße führt allein zu einem Sollmoment zur Aufrechterhaitung einer weitgehend konstanten Drehzahl des Mahltel- lers . Die vom Drehmomentregler ausgegebene Stellgröße und deren Überlagerung mit der von dem Drehzahlregler ausgegebenen Stellgröße führt zu einer Anpassung des resultierenden Sollmoments entsprechend dem jeweils erfassten Triebstrangmoment. Diese Anpassung bewirkt zum Beispiel eine Reduktion des Soll- moments, wenn aufgrund des erfassten Triebstrangmoments erkannt wird, dass aufgrund des Mahlprozesses auf den Trieb- sträng ein erhöhtes Gegenmoment wirkt. Umgekehrt bewirkt diese Anpassung eine Erhöhung des Sollmoments, wenn aufgrund des erfassten Triebstrangmoments erkannt wird, dass aufgrund des veränderlichen Lastmoments aus dem Mahlprozess auf den Triebstrang ein reduziertes Gegenmoment wirkt.
Bei einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens zur Antriebsregelung und einer nach dem Verfahren arbeitenden Regelungseinrichtung umfasst der Drehmomentregler einen Hochpassfilter und eine anschließende Filterstufe zur Verstärkung der Dynamik des hochpassgefilterten Triebstrangmoments. Hinsichtlich des Verfahrens werden dabei im Rahmen der Funktionalität des Drehmomentreglers das erfasste Triebstrangmoment hochpassgefiltert und anschließend die Dynamik des resultierenden hochpassgefilterten Triebstrangmoments verstärkt. Die Hoch- passfilterung erfolgt mittels des von dem Drehmomentregler umfassten Hochpassfilters oder einer vergleichbaren Funktionalität. Die Verstärkung der Dynamik des hochpassgefilterten Triebstrangmoments erfolgt mittels eines ebenfalls von dem Drehmomentregler umfassten Übertragungsglieds mit differenzierendem Verhalten (D-Glied) .
Wenn der oder jeder Elektromotor von einem Frequenzumrichter gespeist wird, kann das resultierende Sollmoment, also die
Überlagerung, insbesondere Addition, der beiden innerhalb der Regelungseinrichtung vom Drehzahlregler und vom Drehmoment - regier erzeugten Sollmomente dem Frequenzumrichter zugeführt werden, der daraufhin in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise für eine Ansteuerung des oder jedes Elektromotors sorgt, so dass sich das Sollmoment im Antriebsstrang ergibt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegen- stände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Hinzuweisen ist noch darauf, dass der hier beschriebene Ansatz und einzelne und gegebenenfalls kombinierte Ausführungs- formen auch mit den in den parallelen, auf denselben Erfinder zurückgehenden Anmeldungen derselben Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen der Anmelderin 201312092 und 201312099 (amtliches Aktenzeichen noch nicht bekannt) vorgeschlagenen Ansatz und dort beschriebenen speziellen Ausführungsformen kombinierbar ist. Insoweit wird der vollständige Offenbarungsgehalt dieser parallelen Anmeldungen, speziell im Hinblick auf die dort beschriebene periodische Variation der Drehzahl des Mahltellers sowie die Mustererkennung in einem Messwertverlauf und die Anpassung der Drehzahl des Mahltel- lers im Falle eines erkannten Musters in die hier vorgelegte Beschreibung einbezogen. Jede derartige Möglichkeit zur Anpassung der Drehzahl des Mahltellers sowie auch beide Möglichkeiten gemeinsam können mit dem hier beschriebenen Verfahren und der nach dem Verfahren arbeitenden Regelungsein- richtung kombiniert werden, zum Beispiel indem das am Ausgang der Regelungseinrichtung ausgegebene Sollmoment zur periodischen Variation der Drehzahl des Mahltellers oder aufgrund eines erkannten Musters angepasst wird. Die in den parallelen Anmeldungen beschriebenen Möglichkeiten zur Anpassung der Drehzahl des Mahltellers sowie auch beide Möglichkeiten gemeinsam können mit dem hier beschriebenen Verfahren und der nach dem Verfahren arbeitenden Regelungseinrichtung auch kom- biniert werden, indem der dem Drehzahlregler der Regelungseinrichtung zugeführte Drehzahlsollwert angepasst wird.
Das Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegen- den Offenbarung auch Änderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der
Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.
Es zeigen: eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer Vertikalmühle mit einem mittels eines Schwerlastantriebs angetriebenen Mahlteller,
die Vertikalmühle als Wirkkette zusammen mit einer zur Antriebsregelung der Vertikalmühle bestimmten Regelungseinrichtung,
eine Darstellung zur Erläuterung der vektoriellen
Richtungen der betrachteten Momente und
die Regelungseinrichtung mit weiteren Details.
Die Darstellung in FIG 1 zeigt schematisch stark vereinfacht eine Vertikalmühle 10 zum Zerkleinern spröder Materialien, zum Beispiel Zementrohmaterial. Die Vertikalmühle 10 umfasst einen um die Vertikale drehbaren Mahlteller 12. Der Antrieb des Mahltellers 12 erfolgt mittels eines Schwerlastantriebs in Form von zumindest einem Motor, insbesondere zumindest ei nem Elektromotor 14, und im hier gezeigten Beispiel mittels eines zwischen dem oder jedem Elektromotor 14 und dem Mahl- teller 12 befindlichen Getriebes 16. Das Getriebe 16 ist hier ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit als Kegelradverzahnung mit einem anschließenden, ohne nähere Details dargestellten Planetengetriebe gezeigt. Das Getriebe 16 kann zum Beispiel auch eine Stirnradverzahnung oder dergleichen und/oder ein vorgeschaltetes oder anschließendes Planetengetriebe oder dergleichen umfassen.
Die Vertikalmühle 10 umfasst zumindest eine angetriebene Welle. In der Darstellung in FIG 1 umfasst die Vertikalmühle 10 als antriebsseitige Welle eine Motorwelle 18 und als
abtriebsseitige Welle eine Mahltellerwelle 20. Sämtliche Mit- tel zur Übertragung der Antriebskraft des Elektromotors 14 auf den Mahlteller 12 werden als Antriebsstrang bezeichnet. Hier gehören zum Antriebsstrang zumindest das Getriebe 16 und die Mahltellerwelle 20. Im Betrieb der Vertikalmühle 10 versetzt der oder jeder
Elektromotor 14 den Mahlteller 12 mittels des Antriebsstrangs in Rotation. Auf dem Mahlteller 12 befindet sich als Resultat des Mahlvorgangs sowie als Resultat von zugeführten, zu mahlenden und vermahlenen Stoffen ein Mahlbett 22, also eine Mi- schung von gemahlenem und zu mahlendem Gut. Der Mahleffekt wird erreicht, indem eine Mahlwalze 24 oder mehrere Mahlwalzen 24 einerseits aufgrund ihres Gewichts, aber andererseits gegebenfalls auch aufgrund zusätzlich aufgebrachter Kräfte, die zum Beispiel mittels eines an einer schwenkbeweglich ge- lagerten Mahlwalze 24 angreifenden Hydraulikzylinders oder dergleichen aufgebracht werden, auf das Mahlbett 22 und den rotierenden Mahlteller 12 gepresst werden.
Die Vertikalmühle 10 ist insgesamt ein schwingfähiges System und speziell neigt die Vertikalmühle 10 zu starken mechanischen Torsionsschwingungen im Antriebsstrang. Die dabei entstehenden Kräfte und Momente können so stark werden, dass die mechanischen Bauteile des Antriebsstrangs, also zum Beispiel das Getriebe 16, extrem beansprucht oder überbeansprucht werden .
Solchen Torsionsschwingungen hat man bisher mittels einer Kupplung oder dergleichen, zum Beispiel einer hochelastischen Elastomerkupplung, zu begegnen versucht. Eine derartige Kupplung ist zum Beispiel zwischen dem Getriebe 16 und dem Mahl- teller 12 angeordnet (nicht gezeigt) . Eine solche Kupplung kann Schwingungen in der Drehgeschwindigkeit des Mahltellers 12 zwar nicht ausgleichen, verhindert oder reduziert aber eine Übertragung solcher Schwingungen in das Getriebe 16 und den Elektromotor 14.
Hier wird vorgeschlagen, dass zum Beispiel mittels einer dem Antriebsstrang mittelbar oder unmittelbar zugeordneten
Sensorik 26 schwingungsrelevante Werte erfasst werden, nämlich zumindest ein Wert oder Messwert zu einer momentanen Drehzahl eines rotierenden Teils des Getriebes 16 oder des Mahltellers 12 sowie zumindest ein Messwert zu einem im An- triebsstrang wirkenden mechanischen Moment. Der erfasste Momentenmesswert ist dabei ein Maß für das mittels des Getriebes 16 übertragene Moment oder Getriebemoment, also ein Maß für ein Moment, das zur Unterscheidung von einem auf den Elektromotor 14 wirkenden elektrischen Moment als das im An- triebsstrang, insbesondere im Getriebe 16, mechanisch wirksame Moment bezeichnet wird. Der erfasste Drehzahlmesswert und der erfasste Messwert zu dem mechanischen Moment werden im Folgenden als Istdrehzahl 28 bzw. Triebstrangmoment 30 bezeichnet. Die beiden erfassten oder aufgenommenen Werte oder Messwerte 28, 30 werden zusammen mit einer Solldrehzahl 32 einer Regelungseinrichtung 34 zugeführt. Die Regelungseinrichtung 34 erzeugt ein Ausgangssignal 36 für ein Sollmoment, das einem Frequenzumrichter 38 zur entsprechenden Ansteuerung des oder jedes Elektromotors 14 zugeführt wird. Aufgrund die- ser Ansteuerung erzeugt der oder jeder Elektromotor 14 im Betrieb der Vertikalmühle 10 das mit dem Ausgangssignal 36 angeforderte Sollmoment. Wenn ein Frequenzumrichter 38 zur Speisung des oder jedes Elektromotors 14 verwendet wird und der Frequenzumrichter 38 in einer speziellen Betriebsart, nämlich dem sogenannten geberlosen Betrieb, betrieben wird, kann die momentane Drehzahl auch in an sich bekannter Art aus einem Speicher des Frequenzumrichters 38 ausgelesen werden. Eine auf diese Weise aufgenommene Istdrehzahl 28 ist kein Messwert, sondern wird im Frequenzumrichter 38 im Zuge der Speisung des oder jedes Elektromotors 14 gebildet. Entsprechend wird zur Unterscheidung von einer durch Messung erfass- ten Istdrehzahl 28 ein Erhalt der Istdrehzahl 28 auf dieser Basis als Aufnahme der Istdrehzahl 28 bezeichnet.
Die Darstellung in FIG 2 zeigt einzelne Elemente der Vertikalmühle 10 als Wirkkette sowie die Regelungseinrichtung 34 mit weiteren Details. Danach umfasst die Regelungseinrichtung 34 einen Drehzahlregler 40 und einen Drehmomentregler 42. Der Regelungseinrichtung 34 werden als Eingangsgrößen die
Istdrehzahl 28 und das Triebstrangmoment 30 sowie als weitere Eingangsgröße eine vorgegebene oder vorgebbare Solldrehzahl 32 zugeführt. Mittels des Drehzahlreglers 40 wird auf Basis der Istdrehzahl 28 und der Solldrehzahl 32 eine erste Stellgröße 44 ausgegeben, die zur Unterscheidung als Stellgröße des Drehzahlreglers 40 bezeichnet wird. Der Drehmomentregler 42 wirkt auf den Ausgang des Drehzahlreglers 40, derart, dass sich der Ausgang des Drehzahlreglers 40, also die erste
Stellgröße 44, und eine am Ausgang des Drehmomentreglers 42 ausgegebene zweite Stellgröße 46 überlagern. Die Überlagerung erfolgt dabei zum Beispiel, indem die beiden Stellgrößen 44, 46 addiert werden. Die vom Drehmomentregler 42 ausgegebene zweite Stellgröße 46 ergibt sich auf Basis des erfassten Triebstrangmoments 30, das dem Drehmomentregler 42 an dessen Eingang zugeführt wird. Die vom Drehmomentregler 42 ausgegebene zweite Stellgröße 46 wird zur Unterscheidung auch als Stellgröße des Drehmomentreglers 42 bezeichnet. Die Stellgröße 44 des Drehzahlreglers 40 und die Stellgröße 46 des Dreh- momentreglers 42 sind ein Maß für ein erstes und ein zweites Sollmoment für den oder jeden Elektromotor 14. Der oder jeder Elektromotor 14 wird zum Antrieb des Mahltellers 12 mittels der Regelungseinrichtung 34 auf Basis einer Überlagerung, insbesondere Addition, der beiden Stellgrößen 44, 46 und des resultierenden Ausgangssignals 36 angesteuert.
Zur Veranschaulichung zeigt die schematisch vereinfachte Dar- Stellung in FIG 3 die bei dem hier beschriebenen Ansatz betrachteten Momente in der Vertikalmühle 10. Dargestellt sind auf der linken Seite das antriebsseitige Teilsystem mit dem Elektromotor 14 und auf der rechten Seite das abtriebsseitige Teilsystem mit dem Mahlteller 12. Beide Teilsysteme sind durch das Getriebe 16 gekoppelt. Aufgrund der Vorgabe des
Sollmoments bringt der oder jeder Elektromotor 14 ein Motormoment MM auf. Im Antriebsstrang wirkt das Triebstrangmoment 30, das hier als im Getriebe 16 wirkendes Getriebemoment MG eingezeichnet ist. Aufgrund des veränderlichen Lastmoments aus dem Mahlprozess wirkt über den Mahlteller 12 ein Prozessmoment MP auf den Triebstrang. Wenn sich das Prozessmoment MP sprungartig verringert, führt dies zu einer Beschleunigung des Mahltellers, einhergehend mit einer Triebstrang- Entspannung, also Momentenänderung des Triebstrangmoments MT. Um dieser Momentendynamik entgegen zu wirken, erfolgt eine
Erhöhung des Sollmoments und damit eine Erhöhung des Motormoments MM, so dass der Rotor des Motors gleichsinnig beschleunigt und eine Torsionsänderung des Antriebsstrangs vermieden wird. Dies wird als eine mit dem aus dem Mahlprozess resul- tierenden Moment gleichsinnige Änderung des Sollmoments bezeichnet. Grundlage hierfür ist eine gleichsinnige Änderung des Ausgangssignals 36 für das Sollmoment. Wenn sich das Prozessmoment MP sprungartig erhöht, zum Beispiel weil eine der Mahlwalzen 24 einen größeren Materialbrocken überrollt, führt dies zu einer Verringerung des Sollmoments und damit zu einer Verringerung des Motormoments MM, so dass ein Anstieg der Torsionen im Antriebsstrang vermieden wird. Dies entspricht ebenso einer mit der aus dem Mahlprozess resultierenden
Momentenänderung gleichsinnigen Änderung des Ausgangssignals 36 für das Sollmoment.
Die Darstellung in FIG 4 zeigt die Regelungseinrichtung 34 mit nochmals weiteren Details. Danach ist der Drehzahlregler 40 zum Beispiel als PI-Regler realisiert. Der Drehmomentregier 42 umfasst einen ersten, als Hochpass fungierenden Abschnitt (Hochpassfilter 48) , einen zweiten, mittleren Abschnitt, in dem die Dynamik des resultierenden hochpassgefil - terten Triebstrangmoments verstärkt wird (Filterstufe 50) , und einen abschließenden, dritten Abschnitt mit einem Proportionalglied (P-Glied 52) .
Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Hochpassfilter 48 mittels eines Tiefpassfilters 54 realisiert, von dessen Ausgang das ungefilterte Triebstrangmoment 30 subtrahiert wird. Die Filterstufe 50 umfasst ein Übertragungsglied mit differenzierendem Verhalten (D-Glied 56), dessen Ausgang die Änderungsgeschwindigkeit des Triebstrangmoments darstellt. Indem das hochpassgefilterte Triebstrangmoment und der Ausgang des D-Glieds 56 addiert werden, ergibt sich die beabsichtigte Verstärkung der Dynamik des hochpassgefilterten Triebstrangmoments. Als letzte Funktionseinheit umfasst der Drehzahlregler 42 als P-Glied 52 ein Übertragungsglied mit proportionalem Verhalten und an dessen Ausgang ergibt sich das Sollmoment des Drehmomentreglers 42.
Alle genannten Funktionsabschnitte des Drehmomentreglers 42 sind für sich genommen optional . Dies drückt sich dadurch aus, dass das Tiefpassfilter 54, das D-Glied 56 und das P- Glied 52 einzeln parametrierbar sind. Wenn zum Beispiel der Verstärkungsfaktor des P-Glieds 52 zu „1" gewählt wird, so könnte das P-Glieds 52 stattdessen auch vollständig entfallen, wodurch der Freiheitsgrad der Parametrierung aufgegeben wird, denn eine Verstärkung des dem P-Glied 52 an dessen Eingang zugeführten Signals findet dann nicht mehr statt.
Durch entsprechende Wahl der Parameter des Tiefpassfilters 54 und des D-Glieds 56 können diese deaktiviert werden. Bei der Inbetriebnahme der Vertikalmühle 10 werden für die einzelnen Funktionsabschnitte des Drehmomentreglers 42 passende Parameter eingestellt. Wenn der Drehmomentregler 42 zum Beispiel kein D-Glied 56 umfasst, berücksichtigt der Drehmo- mentregler 42 die Änderungsgeschwindigkeit des Triebstrangmoments 30 nicht in dem Maße, wie dies bei einer Ausführungsform, bei welcher der Drehmomentregler 42 ein solches D-Glied 56 umfasst, möglich ist. Dies ändert nichts an der Tatsache, dass bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Antriebsregelung der Vertikalmühle 10 und der korrespondierenden Regelungseinrichtung 34 zur Ausführung des Verfahrens auch ein Drehmomentregler 42 zum Einsatz kommen kann, der die beschriebene Filterstufe 50 und entsprechend das dortige D- Glied 56 nicht umfasst. Gleiches gilt entsprechend für den ersten und dritten Abschnitt des Drehmomentreglers 42 mit dem dortigen Tiefpassfilter 54 bzw. dem P-Glied 52.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden ein Verfahren zur Antriebsregelung einer Vertikalmühle 10 mit einem um die Vertikale rotierbaren Mahlteller 12, sowie eine zur Ausführung des Verfahrens be- stimmte Regelungseinrichtung 34, wobei beim Betrieb der Vertikalmühle 10 der Mahlteller 12 durch zumindest einen Elektromotor 14 und einen zumindest ein Getriebe 16 umfassenden Antriebsstrang angetrieben wird. Als Eingangsgrößen werden der Regelungseinrichtung 34 eine Istdrehzahl 28 und ein in Bezug auf den Antriebsstrang ermitteltes Triebstrangmoment 30 sowie eine vorgegebene oder vorgebbare Solldrehzahl 32 zugeführt. Die Regelungseinrichtung 34 fungiert als Mittel zur Verringerung oder Erhöhung des Sollmoments des Elektromotors 14. Die Verringerung oder Erhöhung des Sollmoments erfolgt dabei gleichsinnig mit einem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment. Dazu erzeugt die Regelungseinrichtung 34 auf Basis der Istdrehzahl 28 und der Solldrehzahl 32 sowie des Triebstrangmoments 30 ein Ausgangssignal 36 für ein Sollmo- ment. Dieses bewirkt, dass das resultierende Sollmoment gleichsinnig mit einem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment verringert oder erhöht wird. Auf Basis des Ausgangssignals 36 erfolgt die Ansteuerung des zumindest einen Elektro- motors 14.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Antriebsregelung einer Vertikalmühle (10) mit einem um die Vertikale rotierbaren Mahlteller (12), wobei der Mahlteller (12) durch zumindest einen Elektromotor (14) und einen zumindest ein Getriebe (16) umfassenden Antriebsstrang antreibbar ist,
- wobei eine Istdrehzahl (28) und in Bezug auf den Antriebsstrang ein Triebstrangmoment (30) oder dessen Dynamik auf- genommen, erfasst und/oder und zusammen mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Solldrehzahl (32) einer Regelungseinrichtung (34) zugeführt werden,
- wobei die Regelungseinrichtung (34) auf Basis der Istdrehzahl (28) und der Solldrehzahl (32) sowie des Triebstrang- moments (30) oder dessen Dynamik ein Ausgangssignal (36) für ein Sollmoment erzeugt, derart, dass das resultierende Sollmoment gleichsinnig mit einem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment verringert oder erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
- wobei die Regelungseinrichtung (34) einen Drehzahlregler (40) umfasst, der auf Basis der Istdrehzahl (28) und der Solldrehzahl (32) eine erste Stellgröße (44) ausgibt und
- wobei die Regelungseinrichtung (34) einen auf den Ausgang des Drehzahlreglers (40) wirkenden Drehmomentregler (42) umfasst, der auf Basis des erfassten Triebstrangmoments (30) eine zweite Stellgröße (46) ausgibt,
- wobei der zumindest eine Elektromotor (14) zur gleichsinnigen Verringerung oder Erhöhung des Sollmoments mit dem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment auf Basis einer Addition der vom Drehzahlregler (40) und vom Drehmomentregler (42) ausgegebenen Stellgrößen (44, 46) angesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 ,
wobei im Rahmen der Funktionalität des Drehmomentreglers (42) das erfasste Triebstrangmoment (30) hochpassgefiltert und anschließend die Dynamik des resultierenden hochpassgefilterten Triebstrangmoments verstärkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das in Bezug auf den Antriebsstrang erfasste Triebstrangmoment (30) auf Basis einer Differenzlage zweier Triebstrangorte ermittelt wird.
5. Regelungseinrichtung (34) zur Antriebsregelung einer Vertikalmühle (10) , wobei die Vertikalmühle (10) einen um die Vertikale rotierbaren Mahlteller (12) umfasst und wobei der Mahlteller (12) durch zumindest einen Elektromotor (14) und einen zumindest ein Getriebe (16) umfassenden Antriebsstrang antreibbar ist,
- wobei der Regelungseinrichtung (34) als Eingangsgrößen eine Istdrehzahl (28) und ein in Bezug auf den Antriebsstrang erfasstes Triebstrangmoment (30) zuführbar sind,
- wobei der Regelungseinrichtung (34) als weitere Eingangsgröße eine vorgegebene oder vorgebbare Solldrehzahl (32) zuführbar ist,
- wobei mittels der Regelungseinrichtung (34) auf Basis der Istdrehzahl (28) und der Solldrehzahl (32) sowie des Triebstrangmoments (30) ein Ausgangssignal (36) für ein Sollmoment generierbar ist, derart, dass das resultierende Sollmoment gleichsinnig mit einem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment verringert oder erhöht wird.
6. Regelungseinrichtung (34) nach Anspruch 5,
- mit einem Drehzahlregler (40) und einem auf einen Ausgang des Drehzahlreglers (40) wirkenden Drehmomentregler (42),
- wobei mittels des Drehzahlreglers (40) auf Basis der
Istdrehzahl (28) und der Solldrehzahl (32) eine erste
Stellgröße (44) und mittels des Drehmomentreglers (42) auf Basis des erfassten Triebstrangmoments (30) eine zweite Stellgröße (46) ausgebbar ist,
- wobei der zumindest eine Elektromotor (14) mittels der Re- gelungseinrichtung (34) zur gleichsinnigen Verringerung oder Erhöhung des Sollmoments mit dem aus dem Mahlprozess resultierenden Moment auf Basis einer Addition der vom Drehzahlregler (40) und vom Drehmomentregler (42) ausgegebenen Stellgrößen (44, 46) ansteuerbar ist.
7. Regelungseinrichtung (34) nach Anspruch 6,
wobei der Drehmomentregler (42) einen Hochpassfilter (48) sowie als Mittel zur Verstärkung einer Dynamik des hochpassge- filterten Triebstrangmoments (30) eine anschließende Filterstufe (50) umfasst.
8. Vertikalmühle (10) mit einer Regelungseinrichtung (34) nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7.
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