DE29508598U1

DE29508598U1 - Einrichtung zum Betrieb von Mahlanlagen in der Zementindustrie

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Publication number: DE29508598U1
Application number: DE29508598U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2005-06-01

Description

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Beschreibung

Einrichtung zum Betrieb von Mahlanlagen in der ZementIndustrie
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Betrieb von Mahlanlagen in der Zementindustrie, insbesondere zum Betrieb einer UmIauf-Kugelmühle, wobei in einem sogenannten Sichter das Mahlergebnis erfaßt und kontrolliert wird und wobei eine Regelung nach dem Prinzip "Grieße + Frischgut = konstant" vorhanden ist.

Mahlanlagen haben die Aufgabe, Feststoffe auf bestimmte Korngrößen zu zerkleinern und ein Fertiggut konstanter Kornzusammensetzung und Feinheit zu liefern. Schwankungen dieser Eigenschaften aufgrund von wechselnden Mahlbedingungen oder Veränderungen in der Mahlbarkeit sollen möglichst schnell erkannt und ausgeregelt werden können.

Speziell für die ZementIndustrie werden üblicherweise Kugelmühlen mit einem sogenannten Sichter verwendet, bei dem einem sich drehenden und mit Stahlkugeln gefüllten Rohr das Frischgut, wie beispielsweise Schotter und andere Komponenten, bei der Rohmühle, Klinker und Zuschlagstoffe bei der Zementmühle zugeführt werden. Das die Mühle verlassende Material wird über ein Becherwerk in den Sichter aufgegeben, der es in Fertiggut und Grieße trennt. Die Grieße werden zum Mühleneinlauf zurückgeführt. Die Drehzahl der Mühle ist entweder konstruktionsbedingt oder durch feste Einstellung konstant. Die Sichterdrehzahl wird bei Rohmühlen meist fest eingestellt, bei Zementmühlen wird sie abhängig von der Zementsorte vorgegeben .

Üblicherweise erfolgt bei den bekannten Kugelmühlen in der 5 Zementindustrie die Regelung nach dem Prinzip "Grieße +

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&igr; &igr; ·

Frischgut = konstant". Allerdings zeigt sich, daß für manche Anwendungsfälle dieses Regelprinzip noch nicht optimal ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei Mahlanlagen der eingangs genannten Art für eine weitere Optimierung der Betriebsbedingungen zu sorgen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anlage als offenes System betreibbar ist, und daß wahlweise eine Einheit zur Füllstandsregelung, eine Einheit zur Durchsatzoptimierung und/oder eine Einheit mit Fuzzy-Logik zuschaltbar ist.

Im Rahmen der Erfindung werden also neben dem bewährten Regelprinzip weitere zusätzliche Systeme fakultativ zugeschaltet und wird die Anlage als offenes System betrieben.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigen jeweils schematisch als Blockdarstellung

Figur 1 ein bekanntes System mit Festwertregelung, Figur 2 ein aus Figur 1 abgeleitetes System, bei dem die Regelung des Füllstandes mit Füllstandsmessung erfolgt,
Figur 3 in graphischer Darstellung den Zusammenhang zwischen Mühlenaustrag und Mühlenfüllstand bzw. Frischgutzufuhr,

Figur 4 ein aus Figur 1 abgeleitetes System zur Regelung und

Optimierung der Sollwertvorgabe und Figur 5 ein Fuzzy-Kontroll-System zur Ergänzung der Regelung

entsprechend Figur 1.
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Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrieben. Gleiche bzw. funktionsgleiche Einheiten haben gleiche Bezugszeichen.

In den Figuren ist mit 1 jeweils eine Kugelmühle bezeichnet, wie sie in der Technologie der Mahlanlagen hinreichend bekannt ist. Sie besteht im wesentlichen aus einem sich drehenden und mit Stahlkugeln gefüllten Rohr, in dessen Bereich I das Frischgut, wie beispielsweise Schotter und andere Komponenten bei der Rohmühle, sowie Klinker und Zuschlagstoffe bei der Zementmühle, eingegeben werden. Das die Kugelmühle 1 verlassende Material wird über ein mit einem Motor 4 betriebenes Becherwerk 2 einem Sichter 3 aufgegeben, der es in Fertiggut und Grieße teilt. Die Grieße werden zum Mühleneinlauf zurückgeführt.

Die Drehzahl der Kugelmühle 1 beträgt im allgemeinen etwa 15 Ump und ist entweder konstruktionsbedingt oder durch entsprechende Einstellung konstant vorgegeben. Die Drehzahl des 0 Sichters 3 wird bei Rohmühlen meist fest eingestellt, bei Zementmühlen wird sie dagegen abhängig von der Zementsorte vorgegeben. Auf der Grundlage des vorstehend erläuterten Arbeitsprinzips lassen sich eine Vielzahl von Varianten ableiten: Im allgemeinen wird dabei als Festwertregelung mit Frischgut gearbeitet. Dabei ist ein Regelkreis nach dem Prinzip

Grieße + Frischgut = konstant

vorhanden. Für eine solche Regelung ist eine Grießrücklaufwaage notwendig.

Figur 1 ist dafür entsprechend ausgebildet. Es wird vorausgesetzt, daß eine Einheit 10 zur Summen- und Einzelregelung von Dosierbandwaagen vorhanden ist, welche letztere mit 11, 12, 13 sowie 14 bezeichnet sind. Mit den Dosierbandwaagen bis 13 wirrd die Frischgutzufuhr ermittelt, während die Dosierbandwaage 14 für den Grießrückstrom vorgesehen ist.

Weiterhin ist eine Einheit 15 zur Bewertung der Grieße und ein Regler 16 zur Regelung des Gesamtumlaufes vorhanden. Über Prozessoren 17 bzw. 17' wird eine Kommunikation mit den anderen Einheiten erreicht und werden die Signale einem Regelpunkt 18 aufgeschaltet, wobei dem Regler 16 ein Stellglied für den Sollwert zugeordnet ist.

Gemäß Figur 2 ist eine Anlage entsprechend Figur 1 zur Messung des Mahlgutfüllungsgrades ausgelegt. Dabei wird von der Erfahrung ausgegangen, daß eine Mühle nur dann energetisch günstig arbeitet, wenn sie maximal beaufschlagt ist. Dazu ist jedoch die Kenntnis des Mahlgutfüllungsgrades in den einzelnen Mahlkammern erforderlich. Durch eine Meßeinrichtung, die in der Lage ist, den Mahlgutfüllungsgrad während des Betriebes zu messen, kann der Fertiggutdurchsatz bei gleichbleibender Produktqualität hoch und der spezifische Energieeinsatz niedrig gehalten werden. Dafür sind entsprechende Sensoren an der Kugelmühle 1 notwendig.

Es wurde bereits vorgeschlagen, durch akustische Messungen Rückschlüsse über den Füllungsgrad der Mahlkammern von Rohrmühlen zu erhalten. Damit ist nunmehr eine intelligente Steuerung und dadurch eine Optimierung des Mahlprozesses in einer Rohrmühle möglich.

In Figur 2 sind in den Bereichen I und II der Kugelmühle 1 beispielhaft je ein Ultraschallsensor 21 und 22 angebracht, deren Signale über wenigstens einen Analogprozessor 24 auf einen als Meßrechner ausgelegten Computer 2 0 gelangt. Der Meßrechner 2 0 transformiert die digitalisierten Signale in ein mathematisches Modell. Gleichzeitig prüft er die Daten und korrigiert Meßwertabweichungen, die durch stochastische Ereignisse in der Mühle 1 entstanden sind. Geräusche von Nachbarmühlen können automatisch kompensiert werden, da das Meßsystem individuell auf jede Mühle, deren akustische Um-

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gebung und das betreffende Mahlprodukt eingemessen werden kann.

Die Ausgangssignale des Computers dienen zur Ansteuerung eines PID-Reglers 26, dessen Koeffizienten in Abhängigkeit von den aus den Messungen ermittelten Zeitkonstanten eingestellt werden können. Dem Regler 26 ist ein Stellglied 2 9 zugeordnet. Das vom Regler 26 erzeugte Füllstandsregelsignal steuert die Einheit 10 zur Summen- und Einzelregelung der Dosierbandwaagen an.

Da der Energieverbrauch relativ unabhängig vom Durchsatz einer Mühle ist, sinkt der spezifische Energieverbrauch mit steigendem Durchsatz. Dabei wird angestrebt, den Durchsatz zu optimieren.

Problematisch bei der Optimierung des Durchsatzes ist, daß der maximal erreichbare Durchsatz mit der Mahlbarkeit des Materials schwankt. Ein Vollaufen der Mühle muß aber auf 0 jeden Fall verhindert werden. Die Regelung muß daher mit

einem notwendigen Sicherheitsabstand im stabilen Bereich der Mühlenfüllstandskennlinien arbeiten, und zwar auch dann, wenn mit dem Grenzwert der Mahlgutfüllungsgrad-Messung die Mühle im Notfall aus dem labilen Bereich zurückgeholt werden muß. 25

Aus dem Diagramm gemäß der Figur 3 ist der Zusammenhang zwischen Mühlenaustrag und Mühlenfüllstand ersichtlich.Es sind zwei Kennlinien 31 und 32 dargestellt, die eine unterschiedliche Mahlbarkeit der Frischgutkomponenten als Parameter 0 haben.

Aus dem Kennlinienverlauf kann entnommen werden, daß die Mühle nur links vom optimalen Bereich in einem stabilen Betriebszustand arbeitet. Dies bedeutet, daß die Frischgutmenge zurückgenommen werden muß, sobald der maximal mögliche Austrag überschritten wird. Aus den beiden Fällen A und B

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U,

ergibt sich durch Multiplizieren der Gradienten für Frischgutzufuhr und Austrag, ob sich die Mühle vor oder nach ihrem optimalen Bereich befindet. Somit kann einer unterlagerten Regelung eine Sollwertführung überlagert werden, die dem jeweiligen Sollwert einen Korrekturwert vorzeichenrichtig zuschlägt. Dadurch wird die Mühle immer im optimalen Bereich gefahren, auch wenn sich die Mahlbarkeit und damit der maximale Austrag ändert. Aus Figur 3 ist weiterhin ersichtlich, daß der Gradient im optimalen Betriebspunkt zu Null wird, während er mit wachsender Entfernung vom Optimum größer wird. Dementsprechend muß der Korrekturwert für die Sollwertvorgabe unterschiedlich groß sein.

Letzteres wird gemäß Figur 4 dadurch in die Praxis umgesetzt, daß eine Anlage gemäß Figur 1 eine weitere Regelung überlagert wird. Hierzu ist der Anlage gemäß Figur 1 ein Baustein 40 zugeschaltet, der für den PID-Regler 2 6 ein Ausgangssignal zur Störgrößenaufschaltung liefert. Dem Baustein 40 ist ein Wandler 41 vorgeschaltet, der ein Meßsignal des Fertiggutes erhält. Mit einer solchen Regelung kann alternativ auf maximalen Durchsatz oder auf minimalen Energieverbrauch geregelt werden.

Als weitere Alternative kann der Betrieb von Rohmühlen und/oder Zementmühlen durch eine Fuzzy-Regelung optimiert werden. Dabei werden in bekannter Weise nach dem Prinzip der Fuzzy-Logik die Regelstrategien unscharf bearbeitet. Insbesondere werden die Meß- und Stellgrößen als linguistische Variablen eingegeben und entsprechende Zugehörigkeitsfunktionen definiert. Für die Mühlenoptimierung kann dies beispielsweise folgendermaßen erfolgen:

WENN Mühlenfüllstand = NIEDRIG ODER Leistung Becherwerk = KLEIN, DANN Frischgut = MEHR.

&ldquor; ..

35 S3 4 0 5 .. &ldquor; &ldquor; ..

Mit der Fuzzy-Regelung ist es möglich, die Eingabe von Abhängigkeiten für alle weiteren zur Verfugung stehenden Meßwerte und Stellsignale vorzunehmen. Weiterhin können alle vorhandenen Maschinenteile, insbesondere auch der Sichter, berücksiehtigt werden. Damit ist eine Optimierung komplexer Mahlanlagen, beispielsweise eine Kombi-Mahlanlage mit einer Gutbettwalzenmühle, möglich.

In Figur 5 bedeutet 50 eine Fuzzy-Logik-Einheit mit vorgegebenen Zugehörigkeitsfunktionen. Über einen Schalter 51 wird das Ausgangssignal einem Summierer 52 und anschließend einem Subtrahierer 53 zur Berücksichtigung des Sollwertes vom Leitsystem einerseits und des Istwertes vom Frischgut andererseits aufgeschaltet. Das Ausgangssignal wird auf einen Regler 56 gegeben, dem eine bekannte Automatisierungseinheit 58 zur Mischungsregelung der Hauptkomponente mit den Zuschlagskomponenten nachgeschaltet ist. Damit können die durch Fuzzy-Bewertung erhaltenen Signale dem Regler 56 direkt oder als Störgrößen aufgeschaltet werden.

Bei Benutzung einer standartisierten Fuzzy-Logik-Einheit können als Variable vorteilhafterweise Informationen neben Meßwerten des Füllstandes der Kugelmühle 1 Informationen über die Grieße und das Becherwerkes verwendet werden. Durch die Angabe der linguistischen Variablen und die sprachliche Beschreibung ergibt sich in der Praxis eine Vereinfachung der Regelstrategie.

Claims

95 S3 k 0 5 Schutzansprüche

1. Einrichtung zum Betrieb von Mahlanlagen in der Zementindustrie, insbesondere zum Betrieb einer Umlauf-Kugelmühlen, wobei in einem sogenannten Sichter das Mahlergebnis erfaßt und kontrolliert wird und wobei eine Regelung nach dem Prinzip "Grieße + Frischgut = konstant" erfolgt, d adurch gekennzeichnet, daß die Anlage als offenes System betreibbar ist und daß wahlweise eine Einheit (20) zur Füllstandsregelung, eine Einheit (40) zur Durchsatzoptimierung und/oder eine Einheit (50) mit Fuzzy-Logik zuschaltbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, daß der Einheit (20) zur Füllstandsregelung Sensoren (21, 22, ...) zur Erfassung des Mahlgutfüllungsgrades in der Mühle (1) zugeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Einheit (40) zur Durchsat zoptimierung Mittel zur Erfassung des Fertiggutaustrages umfaßt.

4. Einrichtung nach Ansspruch 3, dadurch g e kennzeichnet, daß der Fertiggutaustrag eine Funktion des Füllstandes und/oder der Frischgutzufuhr ist und eine Mühlenfüllstandskennlinie definiert.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e -

kennzeichnet, daß die Mühlenfüllstandskennlinie einen optimalen Bereich für den Fertiggutaustrag in Abhängigkeit von Füllstand und/oder Frischgutzufuhr hat.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 und Anspruch 5, d a durch gekennzeichnet, daß in der Einheit (40) zur Durchsatzoptimierung einer unterlagerten

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Regelung eine Sollwertführung überlagert ist, die dem jeweiligen Sollwert einen Korrekturwert vorzeichenrichtig zuschlägt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einheit (50) mit Fuzzy-Logik ein vorgegebener Fuzzy-Baustein (51) ist, dem die Meß- und Stellgrößen für die Mühlenregelung als linguistische Variablen eingegeben werden.
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8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß als Variable alle Meßgrößen des Mühlensystems wie "Füllstand", "Grieße" und "Becherwerk" eingebbar sind.