AT523812A1 - Verfahren zur Regelung eines Schwingförderers - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Regelung eines Schwingförderers (1) für einen Brecher, wobei der Antrieb (5) des Schwingförderers (1) in Abhängigkeit einer erfassten Regelgröße geregelt wird, beschrieben. Damit eine gleichmäßige Beschickung eines Brechers auch mit Schüttgut (2) stark unterschiedlicher Korngrößenverteilung ermöglicht wird, wird vorgeschlagen, dass das in vorgegebenen Intervallen von einem Volumensensor (3) erfasste Volumen des in einem Erfassungsbereich (4) liegenden Schüttguts (2) als Regelgröße einem Vorgabewert entspricht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Regelung eines Schwingförderers für einen Brecher, wobei der Antrieb des Schwingförderers in Abhängigkeit einer

erfassten Regelgröße geregelt wird.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Schwingförderer zum Beschicken von Brechern einzusetzen. Hierzu wird chargenweise Schüttgut, beispielsweise durch einen Bagger, auf den Schwingförderer aufgegeben. Um den Brecher möglichst gleichmäßig mit dem in Chargen aufgegebenen Schüttgut zu beschicken, ist es aus der DE19741524A1 bekannt, den Antrieb in Abhängigkeit der Schwingungsamplitude des Schwingförderers zu regeln. Hierzu wird ein optischer Sensor eingesetzt, der die Schwingungsamplitude in vorgegebenen Intervallen erfasst. Die Abweichung zwischen der Schwingungsamplitude in einem vorgegebenen Intervall und einem vorgegebenen Sollwert wird festgestellt, woraufhin der Antrieb des Schwingförderers zur Minimierung der Abweichung angesteuert wird. Vor allem zu zerkleinerndes Schüttgut hat eine äußerst inhomogene Korngrößenverteilung, sodass es beim Beschicken eines Brechers mithilfe der aus dem Stand der Technik bekannten Regelung zu einer Überlastung des Brechers kommen kann, wenn in der Charge eine Vielzahl besonders großer Schüttgutkörner vorkommt. Im Gegensatz dazu kann die Kapazität des Brechers nicht vollständig genützt werden, wenn in der Charge hauptsächlich kleinkörniges

Schüttgut vorkommt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs

geschilderten Art dahingehend zu verbessern, dass eine gleichmäßige Beschickung

ermöglicht wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Antrieb so geregelt wird, dass das in vorgegebenen Intervallen von einem Volumensensor erfasste Volumen des in einem Erfassungsbereich liegenden Schüttguts als Regelgröße einem Vorgabewert entspricht. Zufolge dieser Maßnahme wird nicht die Schwingungsamplitude des Schwingförderers, sondern der Volumenstrom selbst konstant gehalten, wodurch eine gleichmäßige Beschickung des Brechers unabhängig von der Korngrößenverteilung des Schüttguts ermöglicht wird. Hierzu wird in regelmäßigen Intervallen das Volumen des in einem Erfassungsbereich eines Volumensensors angeordneten Schüttguts als Regelgröße bestimmt und mit einem Vorgabewert, beispielsweise einem Nennvolumeneingangsstrom des Brechers verglichen. Liegt das vom Volumensensor erfasste Volumen pro Intervall unter dem Vorgabewert, so kann der Antrieb zur Erhöhung der Schwingungsamplitude und/oder zur Erhöhung der Schwingungsfrequenz angesteuert werden bis der Vorgabewert erreicht wird. Bei einer Überschreitung des Vorgabewertes kann der Antrieb zur Erniedrigung der Schwingungsamplitude und/oder der Schwingungsfrequenz bis zur Unterschreitung des Vorgabewertes angesteuert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Regelung auch so erfolgen, dass das erfasste Volumen in einem vorgegebenen Bereich als Vorgabewert liegt. Als Volumensensor kann eine Stereokamera vorgesehen sein, die das Volumen mithilfe gängiger Bildverarbeitungsverfahren bestimmen kann. Als

Antrieb für den Schwingförderer sind üblicherweise Unwuchtmotoren vorgesehen.

Beim Fördern von besonders grobem Schüttgut können regelmäßig Körner auftreten, deren größter Durchmesser den Brechereinlauf des Brechers überschreitet. Um daher eine Blockierung des Brechers zu verhindern, ohne den Förder- bzw. Zerkleinerungsprozess stoppen zu müssen, wird vorgeschlagen, dass ein effektiver Durchmessers der quer zur Förderrichtung eines Kornes des Schüttguts bestimmt wird und wenigstens zwei Stellglieder des Antriebs so

angesteuert werden, dass der effektiver Durchmessers def quer zur Förderrichtung

Brechereinlaufs ermöglicht.

Um die Ausrichtung der Schüttgutkörner besonders energieeffizient durchführen zu können, können bei Überschreiten des effektiven Durchmessers der quer zur Förderrichtung eines Kornes im Erfassungsbereich über einen vorgegebenen Ausrichtungsgrenzwert die wenigstens zwei Stellglieder des Antriebs zur Verkleinerung des effektiven Durchmessers def der Körner angesteuert werden.

Dies bedeutet, dass die Ausrichtung nur auf solche Schüttgutkörner angewendet

Ausrichtung erst bei Überschreitung dieses Ausrichtungsgrenzwertes erfolgt.

Damit ein Schaden am Brecher durch Schüttgutkörner, die trotz einer gezielten Ausrichtung den Brechereinlauf blockieren würden, verhindert werden kann, empfiehlt es sich in einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass bei Überschreiten des sich aufgrund des größten Durchmessers und seiner Richtung ergebenden effektiven Durchmessers quer zur Förderrichtung eines Schüttgutkornes im Erfassungsbereich über einen vorgegebenen Abschaltgrenzwert der Antrieb abgeschaltet wird. Dadurch wird das Fördern des Schüttguts unterbrochen, noch bevor dieses zum Brecher gelangt. In einer besonders sicheren Ausgestaltungsform des Verfahrens kann auch der Brecher selbst abgeschaltet werden. Der Abschaltgrenzwert kann in Abhängigkeit der Dimensionen, beispielsweise des kleinsten Abstands, des Brechereinlaufs

gewählt werden.

Vor allem Schüttgutkörner, deren effektiver Durchmesser nur knapp unterhalb des Abschaltgrenzwertes liegt, können zu einer verminderten Endproduktkornqualität führen. Um daher auch für solche Schüttgutkörner eine vorgegebene Produktkorngröße zu erreichen, kann bei Überschreiten des sich aufgrund des größten Durchmessers und seiner Richtung ergebenden effektiven Durchmessers quer zur Förderrichtung eines Schüttgutkornes im Erfassungsbereich über einen vorgegebenen Leistungsschwellwert die Leistung des Brechwerkzeugs erhöht werden. Durch die damit einhergehende Erhöhung der Prallenergie kann eine Motordrückung, also eine unerwünschte Erniedrigung der Drehzahl des Brecherrotors verhindert werden, sodass die Zerkleinerungsqualität nicht beeinträchtigt wird. Der Leistungsschwellwert kann wiederum ein festgelegter

Korndurchmesser sein, der unterhalb des Abschaltgrenzwert liegt.

überschreitende Schüttgutkörner markiert werden.

Bei gängigen Volumensensoren kann vor allem bei großen Schwingungsamplituden und Fördergeschwindigkeiten des Schüttguts das Problem einer ungenauen Erfassung des Volumens des Schüttguts auftreten. Um daher trotz der für einen Schwingförderer typischen schwierigen optischen Messbedingungen eine valide Bestimmung des Volumens des Schüttguts erzielen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Volumensensor einen Tiefensensor umfasst, der ein zweidimensionales Tiefenbild von an dem Tiefensensor vorbeigefördertem Schüttgut erzeugt und einem vorab trainierten, faltenden neuronalen Netzwerk zugeführt wird, das wenigstens drei hintereinanderliegende Faltungsebenen, sogenannte convolution layer und einen nachgelagerten Volumenklassifizierer, beispielsweise ein sogenannter fully connected layer, aufweist, dessen Ausgangswert als das im Erfassungsbereich vorhandene Schüttgutvolumen des Volumensensors ausgegeben wird. Zufolge dieser Maßnahmen kann das Volumen des Schüttguts auch bei varilierenden Lichtverhältnissen und Förderbedingungen bestimmt werden. Dabei liegt die Überlegung zugrunde, dass bei der Verwendung von zweidimensionalen Tiefenbildern die zur Volumenbestimmung notwendige Information aus den Tiefeninformationen extrahiert werden kann, nachdem ein hierfür eingesetztes neuronales Netzwerk mit Trainingstiefenbildern mit bekanntem Schüttgutvolumen trainiert wurde. Die Faltungsebenen reduzieren dabei die Eingangstiefenbilder zu einer Reihe von Einzelmerkmalen, die wiederum vom nachgelagerten Volumenklassifizierer bewertet werden, sodass im Ergebnis das Gesamtvolumen des im Eingangstiefenbild abgebildeten Schüttguts ermittelt werden kann. Die Anzahl der vorgesehenen Faltungsebenen, die jeweils von einer Poolingebene zur Informationsreduktion gefolgt sein können, kann je nach verfügbarer Rechenleistung bei wenigstens drei, vorzugsweise bei fünf, liegen.

Zwischen den Faltungsebenen und dem nachgelagerten Volumenklassifizierer kann

als das im Erfassungsbereich vorhandene Schüttgutvolumen ausgegeben werden.

Das Trainieren des neuronalen Netzwerks wird erschwert und die Messgenauigkeit nimmt im laufenden Betrieb ab, wenn schüttgutfremde Elemente im Erfassungsbereich des Tiefensensors liegen. Dazu zählen beispielsweise

vibrierende Bauteile des Schwingförderers selbst, oder aber andere

Informationen beschränkt werden.

Das Schüttgutvolumen reicht allerdings für sich alleine nicht aus, um Prozessparameter, wie sie insbesondere bei der Verwendung in Brechern erforderlich sind, zu ermitteln. Daher wird vorgeschlagen, dass den Faltungsebenen je Klasse einer Korngrößenverteilung ein Mengenklassifizierer nachgelagert ist und die Ausgangswerte dieser Mengenklassifizierer als Korngrößenverteilung ausgegeben werden. Die Information der ermittelten Korngrößenverteilung kann wiederum zur Regelung des Antriebs des Schwingförderers und damit zum Konstanthalten des Volumenstroms des Schüttguts herangezogen werden. Die Korngrößenverteilung ist dabei ein Histogramm, das entweder mit absoluten Mengenwerten oder aber mit auf das Schüttgutvolumen bezogenen relativen Mengenwerten gebildet werden kann und liefert damit wichtige Rückschlüsse, beispielsweise auf den Brechspalt, etwaige Störungen oder andere Prozessparameter eines Brechers. Somit kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die herkömmlicherweise nur sehr aufwändig bestimmbare Siebkurve von Brechern mit hohen Geschwindigkeiten automatisiert erfasst werden, da keine Parameter für einzelne Körner erfasst und daraus relevante Größen berechnet werden müssen. Die Bestimmung der Korngrößenverteilung direkt aus dem Tiefenbild verringert dadurch auch die Fehleranfälligkeit beim Bestimmen der Korngrößenverteilung. Um Schwankungen bei der Erfassung der Korngrößenverteilung auszugleichen und fehlerhafte Ausgabewerte des neuronalen Netzwerkes zu kompensieren, können darüber hinaus mehrere aufeinanderfolgende Ausgangswerte gemittelt und der Mittelwert als Korngrößenverteilung des im

Erfassungsbereich vorhandenen Schüttguts ausgegeben werden.

Tiefenbild die Werte jener Bildpunkte entfernt werden, deren Tiefe einem vorab

Netz auf beliebige Arten von Schüttgut trainiert werden.

Um das Trainingsverhalten und die Erkennungsrate weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Beispieltiefenbilder mit zufälliger Ausrichtung zu einem Trainingstiefenbild zusammengesetzt werden. Dadurch wird bei gegebener Anzahl an Körnern pro Beispieltiefenbild die Anzahl an möglichen Anordnungen der Körner deutlich erhöht, ohne dass mehr Beispieltiefenbilder generiert werden müssen und

eine Überanpassung des neuronalen Netzwerks wird vermieden.

Eine Vereinzelung der Körner des Schüttguts kann entfallen und größere Schüttgutvolumina können bei gleichbleibender Fördergeschwindigkeit des Förderbandes bestimmt werden, wenn die Beispieltiefenbilder mit teilweisen Überlappungen zu einem Trainingstiefenbild zusammengesetzt werden, wobei der Tiefenwert des Trainingstiefenbilds im Überlappungsbereich der geringsten Tiefe beider Beispieltiefenbilder entspricht. Um realistische Schüttgutverteilungen zu erfassen, müssen die Fälle berücksichtigt werden, in denen zwei Körner aufeinander zu liegen kommen. Das neuronale Netzwerk kann dahingehend trainiert werden, dass es solche Überlappungen erkennt, und das Volumen der

Beispielkörner trotzdem ermitteln kann.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es

zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Schwingförderers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen solchen Schwingförderer in größerem Maßstab.

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Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann für die Regelung eines in der Fig. 1 dargestellten Schwingförderers 1 eingesetzt werden. Schwingförderer 1 werden beispielsweise zum Beschicken von Brechern mit Schüttgut 2 eingesetzt. Um eine konstante Beschickung des Brechers auch bei inhomogenem Schüttgut 2, also bei Schüttgut 2 mit stark unterschiedlicher Korngrößenverteilung, zu ermöglichen, wird das von einem Volumensensor 3 erfasste Volumen des in einem Erfassungsbereich 4 des Volumensensors 3 liegenden Schüttguts 2 als Regelgröße für einen Antrieb 5 herangezogen. Hierzu kann der Volumensensor 3 über eine Steuereinrichtung 6 mit dem Antrieb 5 verbunden sein. Der Antrieb 5 wird dabei durch Anpassung der Schwingungsamplitude und/oder der Schwingungsfrequenz so angesteuert, dass die Regelgröße einem Vorgabewert entspricht. Ein solcher Vorgabewert kann beispielsweise ein Bereich eines Nennvolumeneingangsstroms sein, auf den ein zu

beschickender Brecher ausgelegt ist.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, kann durch eine gezielte Ansteuerung des Antriebs 5 eine Ausrichtung der Körner des Schüttguts 2 vorgenommen werden. Hierzu kann der Antrieb 5 mehrere Unwuchtmotoren 7 als Antriebe umfassen, die über Stellglieder unabhängig voneinander hinsichtlich ihrer Schwingungsamplitude und Schwingungsfrequenz angesteuert werden können. Dadurch kann ein asymmetrischer Schwingungseintrag erzeugt werden, wodurch beispielsweise besonders lange Schüttgutkörner so ausgerichtet werden können, dass deren größter Durchmesser dmax in Förderrichtung 8 verlagert und damit deren effektiver Durchmesser derr, der sich aufgrund des größten Durchmessers dmax und seiner Richtung 9 ergibt, verkleinert wird. Dadurch kann eine Blockierung des Brechers

durch besonders langes Schüttgut 2 verhindert werden.

Damit nur Schüttgut 2 verlagert wird, das auch tatsächlich eine Blockade des Brechers verursachen kann, kann der sich aufgrund des größten Durchmessers dmax und seiner Richtung 9 ergebender effektiver Durchmesser def mit einem Ausrichtungsgrenzwert verglichen werden. Nur bei Überschreitung des Ausrichtungsgrenzwertes wird eine Verlagerung des Schüttguts 2 durch eine

entsprechende Ansteuerung der Stellglieder der Unwuchtmotoren 7 veranlasst.

Fig. 2 zeigt auch ein Schüttgutkorn 9, das aufgrund dessen Ausbildung auch nach einer entsprechenden Ausrichtung des größten Durchmessers dmax Zu einer Blockierung des Brechers führen würde. Damit ein Schaden des Brechers, verursacht von einem besonders groben Schüttgutkorn 10, verhindert werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung 6 bei Überschreiten des sich aufgrund des größten Durchmessers dmax und seiner Richtung 9 ergebenden effektiven Durchmessers der über einen Abschaltgrenzwert den Antrieb 5

abschaltet.

Liegt der effektive Durchmesser def knapp unterhalb des Abschaltgrenzwertes kann eine Erhöhung der Brechwerkzeugleistung genügen. Hierzu kann das Brechwerkzeug von der Steuereinrichtung 6 angesteuert werden, wenn der effektive

Durchmesser der einen Leistungsschwellwert überschreitet.

Claims (1)

1. (43178) IV

   Patentansprüche

   1. Verfahren zur Regelung eines Schwingförderers (1) für einen Brecher, wobei der Antrieb (5) des Schwingförderers in Abhängigkeit einer erfassten RegelgrößRe geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (5) so geregelt wird, dass das in vorgegebenen Intervallen von einem Volumensensor (3) erfasste Volumen des in einem Erfassungsbereich (4) liegenden Schüttguts (2) als Regelgröße einem

   Vorgabewert entspricht.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein effektiver Durchmessers der quer zur Förderrichtung (8) eines Kornes des Schüttguts (2) bestimmt wird und wenigstens zwei Stellglieder des Antriebs (5) so angesteuert werden, dass der effektiver Durchmessers der quer zur Förderrichtung (8) verkleinert

   wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des effektiven Durchmessers der quer zur Förderrichtung (8) eines Kornes im Erfassungsbereich (4) über einen vorgegebenen Ausrichtungsgrenzwert die wenigstens zwei Stellglieder des Antriebs (5) zur Verkleinerung des effektiven

   Durchmessers def der Körner angesteuert werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des sich aufgrund des größten Durchmessers dmax und seiner Richtung (9) ergebenden effektiven Durchmessers de quer zur Förderrichtung (8) eines Kornes im Erfassungsbereich (4) über einen vorgegebenen

   Abschaltgrenzwert der Antrieb (5) abgeschaltet wird.

   Leistungsschwellwert die Leistung des Brechwerkzeugs erhöht wird.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumensensor (3) einen Tiefensensor umfasst, der ein zweidimensionales Tiefenbild von an dem Tiefensensor vorbeigefördertem Schüttgut (2) erzeugt und einem vorab trainierten, faltenden neuronalen Netzwerk zugeführt wird, das wenigstens drei hintereinanderliegende Faltungsebenen und einen nachgelagerten Volumenklassifizierer aufweist, dessen Ausgangswert als das im Erfassungsbereich

   (4) vorhandene Schüttgutvolumen des Volumensensors (3) ausgegeben wird.

   7. Verfahren zum Trainieren eines neuronalen Netzwerks für ein Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst Beispieltiefenbilder je eines Beispielkornes mit bekanntem Volumen erfasst und gemeinsam mit dem Volumen abgespeichert werden, wonach mehrere Beispieltiefenbilder zufällig zu einem Trainingstiefenbild zusammengesetzt werden, dem als Schüttgutvolumen die Summe der Volumina der zusammengesetzten Beispieltiefenbilder zugeordnet wird, wonach das Trainingstiefenbild eingangsseitig und das zugeordnete Schüttgutvolumen ausgangsseitig dem neuronalen Netzwerk zugeführt und die

   Gewichte der einzelnen Netzwerkknoten in einem Lernschritt angepasst werden.