DE3784506T2 - Steuerung von setzmaschinen. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Steuerung von Setzmaschinen für die Aufbereitung von Mineralen. Die Erfindung ist im besonderen auf eine Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften des Setzbettes gerichtet. Die aus den Messungen gewonnenen Informationen können zur Bereitstellung eines kontinuierlichen Steuersignals verwendet werden, um den Betriebswirkungsgrad der Setzmaschinen durch eine bessere Regelung der Betriebsparameter der Setzmaschinen zu verbessern.
• In der ganzen Beschreibung ist der Begriff /Minerale. so zu verstehen, daß er folgendes Material einschließt: Kohle, Zinnerze, Golderze, Eisenerze, Manganerze und solch anderes wertvolles Material, das von weniger wertvollem Material durch Gravitationsaufbereitung getrennt werden kann. Der Begriff /Setzmaschine. ist so zu verstehen, daß damit jede Vorrichtung gemeint ist, die ein pulsierendes Fluid verwendet, um in einem Bett von gebrochenen Mineralen eine Schichtung gemäß dem spezifischen Gewicht der Teilchen zu erzeugen. Die Setzmaschine bearbeitet gewöhnlich einen kontinuierlichen Fluß von Mineralen und ist mit einer Einrichtung zur kontinuierlichen oder periodischen Entleerung von Teilen mit niedrigerem und Teilen mit höherem spezifischen Gewicht aus dem Mineralgemisch versehen.
• Die anerkannten Prinzipien für den Betrieb von Setzmaschinen sind von WILLS (B.A. Wills, Mineral Processing Technology, 2. Auflage, Pergamon Press, 1981) beschrieben worden. GAUDIN (A.M. Gaudin, Principles of Mineral Dressing, McGraw Hill, 1939) diskutiert auch die physikalischen Gegebenheiten beim Betrieb einer Setzmaschine und beschreibt Steuereinrichtungen zur Entleerung von kompaktem Material aus Setzmaschinen.
• Es gibt zwei Erfordernisse für einen wirkungsvollen Betrieb einer Setzmaschine, nämlich
• 1. Steuerung der Entleerung von schwerem Produkt aus einer Setzmaschine und
• 2. Steuerung der Schichtung des Mineralbettes in der Setzmaschine.
• Der Begriff Schichtung bezieht sich im allgemeinen auf die Variation in der Teilchendichte als Funktion von der vertikalen Position im Setzbett im kompakten oder geschlossenen Zustand. Nimmt man an, daß die Entleerung von kompaktem Material richtig ausgeführt wird, so ist die durch das Setzbett bewirkte Setzarbeit um so effektiver, wenn die Schichtung dergestalt ist, daß sich die dichten Mineral- und die weniger dichten Mineralkomponenten in bestimmten Schichten befinden und so die Entleerung von jeder Schicht aus der Setzmaschine erleichtern. Wird dichteres Material mit einer zu großen Rate aus dem Bett eines Abteils der Setzmaschine entleert, so ändert sich das Schichtungsprofil und es wird unmöglich, entweder die gewünschte Schichtung oder den Wirkungsgrad der Trennung zu erhalten. Die gewünschte Trennung in einem Abteil der Setzmaschine kann quantitativ durch das spezifische Gewicht SG&sub5;&sub0; der Setzmaschine beschrieben werden. SG&sub5;&sub0; ist die Dichte jener Mineralteilchen, die aus dem Abteil in gleichen Mengenstromraten sowohl im dichten als auch im weniger dichten Produktstrom hergestellt werden.
• Es sind verschiedene Einrichtungen zur Steuerung des SG&sub5;&sub0; bekannt. Sie schließen alle eine indirekte Messung der Eigenschaften des Setzbettes ein und kombinieren dies üblicherweise mit einer Rückkopplungssteuerung der Entleerung der dichten Minerale aus dem Setzbett oder weniger üblich mit einer Einwirkung auf die Betriebsparameter der Setzmaschine.
• Üblicherweise wird ein sogenannter "Schwimmer" über eine vertikale Stange oder eine ähnliche Anordnung in das Bett gehängt und die Position des Schwimmers wird durch eine elektromechanische Einrichtung ermittelt. Der Schwimmer ist gewöhnlich ein geeignet geformter (z. B. strömlinienförmiger) Körper, der durch Verwendung von Gewichten dazu gebracht werden kann, ein ausgewähltes oder einstellbares effektives spezifisches Gewicht aufzuweisen. Der Schwimmer soll normalerweise die Stelle der obersten Schicht der dichtesten Minerale im Bett anzeigen. Indem die Stelle dieser obersten Schicht während der Entleerung der dichtesten Mineralschicht konstant gehalten wird, ist es beabsichtigt, daß das SG&sub5;&sub0; für das Setzbett konstant bleibt.
• Zusätzlich zur Verwendung von Schwimmern ist es auch bekannt, Drucksensoren zu verwenden, die den hydrostatischen Druck an ein oder mehreren Stellen im Setzbett anzeigen. Die Drucksignale können so ausgelegt werden, daß sie das mittlere spezifische Gewicht des Bettes als ganzes oder die Tiefe des Bettes oder das mittlere spezifische Gewicht des Bettes in einer ausgewählten Zone des Bettes anzeigen.
• Bei der Überwachung der Bettiefe oder des spezifischen Gewichts muß berücksichtigt werden, daß die Setzmaschine aufgrund des regelmäßigen Pulsierens des Fluids in der Setzmaschine zyklisch arbeitet. Die periodische Bewegung des Fluids bewirkt entsprechende periodische Veränderungen der Eigenschaften des Setzbettes. Demzufolge müssen die Messungen der Schwimmerstellung oder des Druckes an einer vorgeschriebenen Stelle zur rechten Zeit innerhalb des Zyklusses oder der Periode der Setzmaschine durchgeführt werden oder das Signal des Sensors muß über den Zyklus der Setzmaschine in einer aussagekräftigen Weise gemittelt werden.
• Es ist bekannt, Signale von im Setzbett angeordneten Drucksignalen, von Wasserstandsanzeigen oder mechanischen Paddelsensoren zu verwenden, um die Steuerung der Setzmaschine zu unterstützen (z. B. s. GB-Patent 1,597,231 (Norton-Harty Colliers Engineering Ltd.) und DE-Patent 1,217,292 (Stamicarbon NV)). Die Signale der Sensoren zu ausgewählten Zeitpunkten innerhalb des Zyklusses der Setzmaschine oder als Mittelwerte werden ausgewertet, um den allgemeinen Zustand des Setzbettes anzuzeigen. Die Signale der mechanischen Paddel (Signal der Drehung) können als Grad für die durch die Pulsation der Setzmaschine verursachte Ausdehnung des Bettes gedeutet werden. Die Steuerung der Entleerung oder der Pulsation der Setzmaschine kann dazu benutzt werden, die Signale des allgemeinen Zustands des Bettes konstant zu halten.
• Die direkteste, bekannte Maßnahme bezüglich der Ermittlung der Dichte des Setzbettes ist von BARTELT (D.Bartelt, "Regulating Jig Discharge by means of Radioisotopes", 4th International Coal Preparation Congress, 1962, Paper B-2, S.89-97) beschrieben worden.
• BARTELT verwendete eine Gammastrahlenquelle (Cäsium 137) und einen Strahlungsdetektor (halogengedämpftes Geigerzählerrohr), um die mittlere Dichte des Setzbettes in einer ausgewählten horizontalen Ebene des Setzbettes zu bestimmen. Diese Meßtechnik verbesserte wesentlich die Steuerung der Eigenschaften des Setzbettes und den Wirkungsgrad der Trennung, indem das Meßsignal statt einem Schwimmermeßsignal zur Steuerung der Entleerung des Setzbettes verwendet wurde.
• In der US-A-3,082,873 ist eine Setzmaschine offenbart, enthaltend eine Steuervorrichtung mit einer Strahlungsquelle, wenigstens einen im Setzbett angeordneten Strahlungsdetektor, um die Absorption der Strahlung von der Quelle durch das Material im Setzbett zu messen. Die erste Fassung des FR-Patents 1,382,798 (Beteiligungs- und Patentverwaltungs-GmbH) beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Entleerung des Setzbettes, das nur auf die Durchschnittsabsorption der Strahlung, als Messung für die Dichte des Bettes, in einer bestimmten horizontalen Ebene im Setzbett gestützt ist. Das DE-Patent 1,115,651 (Maschinenfabrik Buckau R. Wolf AG) beschreibt dagegen eine Methode, wo die Strahlungsquelle und der Detektor in vertikaler Richtung bewegt werden, um eine konstante Absorptionsrate zu erhalten. Diese Bewegung wird dazu benutzt, die vertikale Stellung des Auslaßtores zu steuern, um das Tor innerhalb einer vorbestimmten Übergangszone zu halten.
• In dem DE-Patent 1,245,281 (Beteiligungs- und Patentverwaltungs-GmbH) wird eine Methode zur Steuerung der Entleerung beschrieben, bei der die Absorption der Strahlung lediglich während jenem Teil des Zyklusses überwacht wird, bei dem das Setzbett dicht bepackt ist. Diese Methode erkennt, daß die Dichte des Bettes in einer bestimmten horizontalen Ebene über die Zeit innerhalb eines Zyklusses der Setzmaschine variiert; sie erkennt jedoch nicht, daß diese Änderung der Dichte über die Zeit dazu verwendet werden kann, die Ausdehnung des Bettes zu messen und daß dieses Ausdehnungsverhalten wichtig für den Aufbau der Schichtung ist.
• Das DE-Patent 1,123,631 (Mannesmann AG) beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung der Dichte des Bettes, um die Bewegung des Auslaßtores durch die Amplitude der Wassersäule zu steuern. Das DE-Patent 1,131,611 (ebenfalls Mannesmann AG) beschreibt unterdessen eine Setzmaschine, bei der das Auslaßtor oder -ventil dann geöffnet wird, wenn sich die Absorptionsrate, und dadurch die Dichte des Bettes, um einen vorbestimmten Wert von einem augenblicklichen Wert ändert.
• In dem DE-Patent 1,132,872 (Mannesmann AG), das ein Zusatzpatent zum DE-Patent 1,123,631 ist, werden zwei Strahlungsdetektoren verwendet, die mit vertikalem Abstand voneinander angeordnet sind, um eine dickere Übergangszone zu überwachen. Das Auslaßtor wird geöffnet, um mehr Material zu entleeren, wenn sich die Differenz zwischen der Absorptionsmessung der beiden Detektoren verringert, was einer Vergrößerung der Dicke der Übergangszone gleichkommt.
• Das DE-Patent 1,140,881 (Mannesmann AG) stellt ein weiteres Zusatzpatent zum DE-Patent 1,123,631 dar und offenbart eine Anordnung einer Setzmaschine für Material mit feiner oder mittlere Körnung, bei der ein Paar Detektoren neben dem Auslaßtor vorgesehen ist, wobei die Quelle in der Mitte des Bettes angeordnet ist.
• (Die in-den DE-Patenten 1,123,631; 1,131,611; 1,132,872 und 1,140,881 beschriebenen Verfahren sind ebenfalls in dem US-Patent 3,082,873 von BARTELT enthalten.)
• Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Messung der Eigenschaften eines Setzbettes unter Verwendung von Gammastrahlenquellen (Radioisotope oder andere) und -detektoren, die in einem Steuerungssystem verwendet werden können, um das spezifische Gewicht einer Setzmaschine zu steuern. Die Messung der durchstrahlenden Gammastrahlenintensität wird vorzugsweise in einer oder mehreren Ebenen im Setzbett durchgeführt. Die Strahlungsdetektoren und die damit verbundene Messung und die Auswertelektronik werden so gehandhabt, daß die hindurchstrahlende Strahlungsintensität als diskrete Funktion der Zeit innerhalb des Betriebszyklusses der Setzmaschine bestimmt wird.
• Es werden Szintillations-Gammastrahlendetektoren oder andere geeignete Detektoren verwendet, so das beständige Messungen der hindurchstrahlenden Gammastrahlenintensität (e.m.) mit hohen Zählraten gemacht werden können und daß die Unterscheidung der Gammastrahlenenergie durch eine Einrichtung zur elektronischen Pulshöhenunterscheidung ausgeführt werden kann, wenn dies notwendig oder gewünscht ist, um die Genauigkeit der Dichtebestimmung des Bettes zu verbessern. Die Pulsfolge(n) von ein oder mehreren Szintillationsdetektoren wird über Pulsumformer und Diskriminatorschaltungen einem (mehreren) Zähler(n) zugeführt. Der Zähler wird so betrieben, daß die Bestimmung der durchschnittlichen, totzeitkorrigierten Zählrate über aufeinanderfolgende, kurze Abschnitte (kleiner als ungefähr 1/10) des Setzzyklusses ermöglicht wird. Die Kennung oder Bestimmung der Zeitabschnitte wird mit dem Steuermechanismus oder der Steuerelektronik des Setzzyklusses durch geeignete Mittel synchronisiert.
• Angefangen mit der Information der totzeitkorrigierten Zählrate von aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten des Setzzyklusses können des weiteren Elektronik- oder Auswertmodule verwendet werden, um diese Information in vielfältiger Weise zu verarbeiten, um dadurch ein Signal oder einen Datenausgangsstrom zu erhalten, das/der zur automatischen Steuerung des spezifischen Gewichts der Setzmaschine durch Änderung der Betriebsparameter der Setzmaschine, wie Zeitsteuerung der Ein- und Auslaßventile, Wasserfließgeschwindigkeit des Unterbettes, Stellung des Auslaßtores und dgl., verwendet werden kann.
• Ein Verfahren zur Verarbeitung der Information der Zählrate beinhaltet die Bildung der Logarithmen von aufeinanderfolgenden Zählraten. Gemäß den fundamentalen, physikalischen Prinzipien ist der Logarithmus der Zählrate linear zur Dichte des der Strahlung ausgesetzten Materials. Sind totzeitkorrigierte Referenz-Zählraten, wie die Zählrate, wenn das Setzbett lediglich mit Wasser gefüllt ist, aufgezeichnet worden, können die Logarithmen der Zählraten dazu verwendet werden, die Dichte des Bettes als Funktion der Zeit über den Setzzyklus zu berechnen. Die Referenzzählraten werden dazu verwendet, um radioisotopischen Zerfall und mechanische Abnützung von Metall- oder Kunststoffteilen, durch die die Strahlung passiert, zu berücksichtigen. Nachdem das Zeitintervall, das einen Abschnitt des Setzzyklusses darstellt, kurz ist (ungefähr 50 msec) und die Zählrate am Detektor auf eine Größenordnung von maximal 100.000 Zählungen pro Sekunde begrenzt werden muß, ergeben die in der Nuklearmessung zu berücksichtigenden statistischen Faktoren, daß die Zählrate eine Unsicherheit (gemessen als Standardabweichung von der Zählrate) in der Größenordnung von 1% der Zählrate aufweist. In den Situationen, wo die Weglänge der Strahlung durch das Bett lang ist und das Bett zusammengefallen ist, wird die Zählrate am Detektor wesentlich geringer als 100.000 Zählungen pro Sekunde sein, wenn eine radioisotopische Quelle mit zweckmäßiger Aktivität verwendet wird und die auf einen einzigen Zeitabschnitt des Setzzyklusses bezogene Zählrate wird größer als 1% der Zählrate sein. Im letzteren Fall sollte das Verfahren zur Verarbeitung der Zählrate eine "Signalmittelungs- Schritt" enthalten. Die Signalmittelung ist eine allbekannte Technik, um den Signal-Rauschabstand dort zu verbessern, wo ein zyklisch oder periodisch verarbeitetes Signal von Interesse ist. Im vorliegenden Fall bezieht sich die Bildung eines Mittelungssignales auf ein arithmetisches oder ein gewichtetes Mittel oder auf Logarithmen der Zählraten von aufeinanderfolgenden Zyklen des Betriebes der Setzmaschine. Die bestmögliche Anzahl von aufeinanderfolgenden Zyklen, über die der Durchschnitt berechnet wird, hängt von den Zählraten am Detektor und von der Art und Weise, in der das Signal zur Steuerung der Setzmaschine verwendet wird ab.
• Eine zweite, einfachere Art der Verarbeitung der Information der Zählrate, die entweder alleine oder in Verbindung mit der ersten, oben beschriebenen Art verwendet werden kann, ist die Auswertung einer aussagekräftigen Zählrate über jeden Setzzyklus oder über einige, ausgewählte, zeitliche Unterabschnitte des Setzzyklusses. Diese Methode entspricht ungefähr dem Verfahren, das in dem von BARTELT und BERGHOLZ beschriebenen System impliziert ist (DE-Patente 1,123,631 und 1,245,281). Diese zweite Art der Verarbeitung der Information der Zählrate stellt jedoch nicht annähernd so viele, das Verhalten des Setzbettes betreffende Informationen bereit, da der Mittelungsprozeß bei der Mittelwertbildung über den gesamten Zyklus die Informationen bezüglich der Veränderung der Dichte über die Zeit innerhalb eines Zyklusses zerstört oder weil er Informationen bezüglich der Veränderung der Dichte über den kompletten Zyklus verwirft, wenn die Zählrate von nur ausgewählten, zeitlichen Unterabschnitten aufgezeichnet wird (vgl. Berholz, Spalte 1, Zeile 46 bis Spalte 2, Zeile 21).
• Der Grad der Schichtung in zwei Materialschichten verschiedener Dichten im Setzbett wird scheinbar primär durch das Ausmaß der Ausdehnung oder Auflockerung des Bettes während des Setzzyklusses gesteuert. Diese Ausdehnung oder Auflockerung des Bettes kann quantitativ mit dem Volumenbruchteil der Körper im Bett beschrieben werden und das Ausmaß der Ausdehnung des Bettes verändert sich mit der vertikalen Position im Bett. Eine nichtausreichende Ausdehnung kann zu einer nicht vollständigen Schichtung führen, während eine übermäßige Ausdehnung zu einer vertikalen Vermischung und dadurch zu einer wenig optimalen Schichtung führen kann.
• Während es nicht möglich ist, eine allgemeine Beschreibung des Ausmaßes der Ausdehnung des Bettes vorzugeben, die unter allen Umständen für eine Trennung eines bestimmten Erzes oder für eine bestimmte Kohlezufuhr optimal ist, kann man jedoch sagen, daß es die Aufzeichnung der Bettdichte als kontinuierliche oder diskrete Funktion der Zeit innerhalb des Setzzyklusses in einer bestimmten Ebene des Bettes ermöglicht, eine quantitative Messung des Ausmaßes der Ausdehnung des Bettes sowie eine quantitative Messung der maximalen Bettdichte, die der Stelle im Zyklus entspricht, bei der das Bett seine maximale Verdichtung erreicht, bereitzustellen. Für eine bestimmte Erz- oder Kohlezufuhr gibt es dann ein bestimmtes Schema der Veränderung der Bettdichte über die Zeit während eines Zyklusses, das der bestmöglichen Schichtung des Bettes und der wirkungsvollsten Trennung bei einer gewünschten Trennungsdichte entspricht. Diese zeitliche Veränderung der Bettdichte innerhalb eines Zyklusses kann man als "Kennlinie der Setzmaschine" bezeichnen. Wenn die Betriebsparameter der Setzmaschine so geändert werden, daß die Kennlinie der Setzmaschine etwa in Übereinstimmung mit einer bestmöglichen Kennlinie gehalten wird, kann die effiziente Trennung angesichts bescheidener Veränderungen in der Dichte oder Größenverteilung der Rohzufuhr und angesichts bescheidener Veränderungen im Durchsatz der Setzmaschine erhalten bleiben. Die bestmögliche Kennlinie kann dadurch ermittelt werden, daß herkömmliche Messungen des Wirkungsgrades der Trennung gleichzeitig mit der Messung der Kennlinie der Setzmaschine durchgeführt werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Steuerung der Setzarbeit (oder Trennung in irgendeiner Trennvorrichtung mit Pulsation, die im wesentlichen wie eine Setzmaschine arbeitet) gemäß einem auf der Bestimmung der Kennlinien der Setzmaschine beruhenden Verfahren bereitzustellen.
• Um das volle Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen
• Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht einer Kohle-Setzmaschine,
• Fig. 2 bis 4 entsprechende Aufsichten der Setzmaschine der Fig. 1 mit alternativen Anordnungen der Quelle/des Detektors,
• Fig. 5 ein Blockschaltbild des Steuerungssystems,
• Fig. 6 eine Kennlinie der Veränderung der Dichte des Bettes über zwei Zyklen,
• Fig. 7 eine Kennlinie der diskreten aktuellen Dichte durch die Nuklearmessung und
• Fig. 8 eine Kontrollumgrenzungslinie über die Standardkennlinie der Setzmaschine.
• Fig. 1 zeigt eine vereinfachte vertikale Schnittansicht eines Kohle-Setzbettes 10, das durch ein Lochblech 11 getragen wird und Fig. 2 zeigt eine entsprechende horizontale Schnittansicht. Das Setzbett 10 ist in seinem zusammengefallenen Zustand gezeigt. Eine radioisotopische Strahlungsquelle und Strahlungsabschirmung 12, die in einer wasserdichten, stromlinienförmigen Ummantelung angeordnet sind und ein Szintillations-Strahlungsdetektor 13, der ebenfalls in einer ähnlichen Ummantelung enthalten ist, sind in das Setzbett eingetaucht. Die radioisotopische Strahlungsquelle soll Gammastrahlen von einer Energie emittieren, so daß die Absorption der Gammastrahlen im wesentlichen unabhängig von der chemischen Zusammensetzung des Materials im Setzbett 10 ist (Cäsium-137, das Gammateilchen mit 662 keV emittiert oder Kobalt-60, das Gammateilchen im Bereich von 1,17 bis 1,33 keV emittiert, sind geeignete Quellen). Die Anordnungen der Quelle und des Detektors werden im Setzbett durch einen geeigneten Rahmen 14 festgehalten. Der Abstand zwischen Detektor und Quelle wird in Anpassung an die Art des zu verarbeitenden Erzes ausgewählt. Für die gewöhnliche Setzarbeit mit Kohle sollte die Weglänge der Strahlung durch das Materialbett ungefähr 0,5 m betragen. Der Rahmen 14 kann wahlweise die Vorrichtung 17 zur Steuerung der Entleerung des dichten Materials von den unteren Schichten des Bettes tragen; die hier dargestellte Vorrichtung ist ein einfaches Tor 17, das durch Luft- oder Hydraulikzylinder 16, 16A betätigt wird. Oben auf der Quellen- und Detektoranordnung sind abgedichtete Gehäuse 15, 15A angeordnet, in denen Elektronik, elektrische und elektromechanische Vorrichtungen zur Steuerung der Funktion der Mechanik der Strahlungsabschirmung und des Detektors untergebracht sind. Fig. 3 und 4 zeigen horizontale Schnittdarstellungen, ähnlich zu Fig. 2, mit der Ausnahme, daß sie alternative Anordnungen der Quellen und Detektoren zeigen. In Fig. 3 emittiert die Strahlungsquelle 12 die Strahlung in zwei Richtungen, um von den Detektoren 13B und 13C empfangen zu werden. Die Verwendung von zwei Detektoren in Verbindung mit einer Strahlungsquelle ermöglicht durch die Strahlung ein Abfragen eines größeren Volumens des Setzbettes. Fig. 4 zeigt eine außerhalb des Bettes an der Wand des Setzbettes befestigte Strahlungsquelle 12 und einen im Bett eingetauchten Strahlungsdetektor 13D. In allen Fällen ist es wünschenswert, daß die Art der Befestigung der Anordnungen von Quelle und Detektor eine vertikale Einstellung ihrer Position ermöglicht, so daß die Strahlung dazu veranlaßt werden kann, durch die Ebene innerhalb des Bettes zu passieren, die die beste Empfindlichkeit bezüglich der gemessenen Kennlinie der Setzmaschine ermöglicht.
• Fig. 5 zeigt anhand eines Blockschaltbildes eine mögliche Einrichtung zur Verarbeitung der Pulse eines Strahlungsdetektors, um ein Datenausgangssignal abzuleiten, das zur Steuerung der Setzmaschine verwendet werden kann. Es ist so zu verstehen, daß das dargestellte Elektronikmodul eine Anzahl von Mikroprozessoren und programmierbaren integrierten Schaltkreisen enthalten kann. Unter diesen Umständen können die Funktionen verschiedener Blöcke in einer Schaltung oder einer Gruppe von Schaltungen zusammengefaßt werden oder sie können in verschiedene physikalische Einheiten getrennt werden, je nachdem, was für die Besonderheiten der Schaltungen geeignet ist, um die benötigten Funktionen auszuführen. Die Beschreibung der Funktion der verschiedenen Blöcke soll nicht den Schutzbereich der Erfindung auf eine bestimmte physikalische Trennung der benötigten Funktionen beschränken. Der Szintillationsdetektor 19 oder ein anderer Typ von sogenannten proportionalen Zählern, die die Strahlung einer Quelle 18 messen, wird durch ein Detektor-Stabilisationsmodul 20 betrieben, um die Betriebseigenschaften und, insbesondere, die Ausbeute des Detektors konstant zu halten; die Stabilisierung kann auch eine Temperaturregulierung des Detektors beinhalten. Ausgangspulse des Detektors werden einer Pulsumformungs- und Diskriminatorschaltung 21 zugeführt, wo die Aufzählung der Pulse und eine Analyse der Pulshöhe ausgeführt wird. Die Diskriminatorschaltung 21 muß auch Totzeit-Korrekturschaltungen oder Schaltungen zur genauen Bestimmung der Lebenszeit des Detektors enthalten. Die Ausgangs-Pulsfolge der Diskriminatorschaltung 21 wird zu einer Zähl- und Zeitmeßschaltung 22 geleitet, worin die Aufteilung der Pulsfolge gemäß den Zeitpulsen genau mit den aufeinanderfolgenden kurzen Zeitabschnitten des Setzzyklusses, für die die totzeitkorrigierten Zählraten bestimmt werden, ausgeführt wird. Es kann auch notwendig sein, die Information der Lebens- oder Totzeit von der Schaltung 21 zur Schaltung 22 zu leiten. Die Zähl- und Zeitmeßschaltung erhält auch Steuerinformationen von der Steuer- und Auswerteinheit 24, um z. B. die aktuelle Dauer der kurzen Zeitabschnitte zu bestimmen. Die Zähl- und Zeitmeßschaltung 22 sollte so arbeiten, daß ein Wert oder Werte zu den Zählern 23 geleitet werden, die entweder die totzeitkorrigierte Zahlrate für einen kurzen Zeitabschnitt oder die Zählungen und Lebenszeit für eine kurze Zeitperiode darstellen. Die übergeordnete Aufgabe der Einheiten 19 bis 23 ist die Bereitstellung einer stabilen totzeitkorrigierten Zählrate in einem Zähler am Ende jedes kurzen, durch die Einheit 24 bestimmten Zeitabschnitts des Setzzyklusses, die durch die Steuer- und Auswerteinheit 24 gelesen werden kann. Die genauen Einrichtung der Detektorstabilisation ist hier nicht berücksichtigt, sollte aber von gewöhnlicher Art sein.
• Die Steuer- und Auswerteinheit 24 steht mit allen Teilen des Systems 18 bis 23 und mit einer Benutzeroberfläche oder einem Hauptcomputer 25 in Verbindung. Zusätzlich kann sie Zustandssignale 27 der Setzmaschine überwachen und ein Synchronisationssignal 26 für den Setzzyklus erhalten, das exakt den Beginn eines Setzzyklusses angibt. Die Einheit 24 überwacht den Betriebszustand der Setzmaschine und die Unversehrtheit der Quellen- und Detektorabschirmungen und stellt ebenso sicher, daß die Torschaltung der Information der Zählrate von dem Detektor exakt mit dem ausgewählten Schema übereinstimmt. So muß beispielsweise für einen Setzzyklus von 1.000 ms und einer Teilung des Setzzyklusses in 20 aufeinanderfolgende kurze Zeitabschnitte jedes Torsignal bei Intervallen von 50 ms erfolgen. Wenn weiterhin der Zeitmaßstab für den Setzzyklus nicht vom gleichen Taktoszillator wie für die Einheit 24 abgeleitet wird, muß die Einheit 24 die Unterschiede in den Zeitmaßstäben kontinuierlich überwachen und kompensieren, um so weit wie möglich die Fehler in den Zählraten zu beseitigen, die von einem Fehler der Einheit 24 resultieren, wenn die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Synchronisationssignalen 26 der Setzmaschine in eine ganzzahlige Anzahl von gleichen Zeitabschnitten unterteilt wird. Diese letztere Funktion ist besonders wichtig, wenn eine Signalmittelung über eine beachtliche Anzahl von aufeinanderfolgenden Setzzyklen vorgenommen wird. Unterschiede in den Zeitmaßstäben können beispielsweise durch Temperaturveränderungen in den elektronischen Modulen hervorgerufen werden. Die Einheit 24 ist auch dahingehend programmiert, eine Signalmittelung auszuführen, wobei Zählraten von vergleichbaren kurzen Zeitabschnitten von aufeinanderfolgenden Setzzyklen arithmetisch gemittelt werden oder die Mittelung gemäß einem gewichteten Mittelungsalgorithmus durchgeführt wird. Die Anzahl der aufeinanderfolgenden, zu mittelnden Zyklen und die Art, in welcher die Mittelung zu gewichten ist, kann der Einheit 24 von der Benutzeroberfläche oder dem Computer 25 übermittelt werden. Die Steuer- und Auswerteinheit ermittelt die Kennlinie der Setzmaschine am Ende jedes Setzzyklusses oder nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Setzzyklen durchlaufen wurde.
• Die Steuerung, die für die Einhaltung des spezifischen Gewichts der Setzmaschine bei einem gewünschten Wert verantwortlich ist, wird durch Veränderungen im Datenausgangsstrom 28 ausgeführt. Der Datenausgangsstrom kann als Satz von digitalen oder analogen elektrischen Signalen definiert werden, die den Endsteuerelementen für die Betriebseinstellung der Setzmaschine zugeführt werden, wie Setzzykluszeiten (Öffnungs- und Schließzeiten 29, 30 der Ein- und Auslaßventile), Fließgeschwindigkeit 31 des Unterwasserbettes, Stellungen 32 des Auslaßtores, Arbeitsluftdruck 33 der Setzmaschine und solch andere Parameter, die für eine automatische Beeinflussung zur Verfügung stehen. Das Ausmaß, in dem irgendein Wert des Datenausgangsstromes verändert wird, wenn eine neue Messung der Kennlinie der Setzmaschine verfügbar ist, wird durch einen Algorithmus bestimmt, der je nach Eignung entweder in der Einheit 24 oder 25 ausgeführt wird. Dieser Algorithmus unterscheidet zwischen einem "Fixpunkt" oder einer in der Einheit 24 oder 25 gespeicherten Standardkennlinie der Setzmaschine und der neuen, gerade bestimmten Kennlinie. Wenn die neue Kennlinie statistisch von der Standardkennlinie zu unterscheiden ist und die Unterschiede größer als ein bestimmter Betrag an irgendeinem Punkt innerhalb der Periode der Setzmaschine sind, werden ein oder mehrere Datenausgangs-Signale 29 bis 33 umgerechnet, um die Kennlinie der Setzmaschine in eine Form zurückzugewinnen, die besser mit der Standardkennlinie übereinstimmt.
• Die Kennlinie der Setzmaschine ist in den Fig. 6 bis 8 gezeigt. Die Kennlinie in Fig. 6 zeigt schematisch die aktuelle Veränderung der Dichte (ρ) des Bettes, die angefangen vom Zustand des kompakten Bettes auftritt, wobei zwei aufeinanderfolgende Setzzyklen dargestellt sind. Die Kennlinie der Fig. 7 illustriert die diskrete Darstellung der durch die Nuklearmessung gewonnen aktuellen Veränderung der Dichte; der Setzzyklus wurde in 20 gleiche Zeitabschnitte unterteilt (die Zeitabschnitte, in die der Zyklus unterteilt wird, müssen nicht notwendigerweise gleich sein, aber es ist im allgemeinen angenehm). Die Kennlinie der Fig. 3 zeigt eine Kontrollumgrenzungslinie über einer Standardkennlinie der Setzmaschine. Das erfindungsgemäße Konzept der Steuerung beruht darauf, daß immer dann ein neuer Satz von Datenausgangswerten bestimmt wird, wenn eine neue Kennlinie der Setzmaschine nicht vollständig innerhalb der Kontrollumgrenzungslinie liegt. Die Art und Weise, in der die Datenausgangswerte 29 bis 33 verändert werden, hängt von dem Teil oder Teilen der Kontrollumgrenzungslinie ab, wo die Fehlanpassung oder Fehlanpassungen auftreten, um so die Kennlinie der Setzmaschine wieder innerhalb der Kontrollumgrenzungslinie zurückzubringen.
• Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, daß es die vorliegende Erfindung ermöglicht, die Setzmaschine auf höchst effiziente Art und Weise zu betreiben. Wie oben diskutiert, ist das Profil der Änderung der Dichte des Bettes kritisch für den Betrieb der Setzmaschine. Es ist nicht ausreichend für die Steuerung der Setzmaschine, lediglich einen einzigen Zeitabschnitt in einem Zyklus herauszunehmen und die Dichte des Bettes zu messen, wie beispielsweise in dem DE-Patent 1,245,281. Eine unbegrenzte Anzahl von Kennlinien der Setzmaschine können ein gemeinsames Profil über einen ausgewählten Zeitabschnitt eines Zyklusses aufweisen; die erreichten Schichtungsebenen in der Setzmaschine können jedoch markant unterschiedlich sein. Beispielsweise wird eine Kennlinie mit einem Teil, der eine sehr scharfe Veränderung in der Dichte aufweist, verglichen mit der bevorzugten Kennlinie, eine wenig effiziente Schichtung zur Folge haben. Zudem kann der Betrieb der Setzmaschine genau auf ein bestimmtes, zu trennendes Mineral zugeschnitten werden.
• Die beschriebenen Ausführungen sind lediglich illustrierende Beispiele und es können verschiedene Veränderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden, ohne daß der in den angehängten Ansprüchen bestimmte Schutzbereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung von Setzmaschinen für Minerale mit folgenden Verfahrensschritten:

- Messen der Dichte des Materials im Setzbett in aufeinanderfolgenden kurzen Abschnitten des Setzzyklusses, die kleiner als ungefähr 1/10 des Setzzyklusses sind,

- Bestimmen der Kennlinie oder des Profils der Dichte des Setzbettes über den Setzzyklus und

- Einstellen der Betriebsparameter der Setzmaschine, um die Kennlinie oder das Profil der Dichte innerhalb einer vorgewählten Kontrollumgrenzungslinie zu halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsabsorption des Materials im Setzbett durch wenigstens einen Strahlungsdetektor gemessen wird, um die Dichte des Materials zu bestimmen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Information der Zählrate des Detektors so verarbeitet wird, daß die Logarithmen von den aufeinanderfolgenden Zählraten von jenen Abschnitten gebildet werden, wo die Logarithmen der Zählraten bezüglich der Dichte des Materials im Bett linear sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung der Information der Zählrate die Bildung eines Durchschnittssignals beinhaltet, wobei ein arithmetisches oder ein gewichtetes Mittel der Zählraten oder Logarithmen der Zählraten von aufeinanderfolgenden Zyklen des Betriebs der Setzmaschine berechnet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bestmögliche Anzahl von aufeinanderfolgenden Zyklen, über die der Durchschnitt berechnet wird, von den Zählraten am Detektor abhängt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende einstellbare Betriebsparameter: die Schließ- und Öffnungszeiten des Einlaßventils, die Öffnungs- und Schließzeiten des Auslaßventils, die Fließgeschwindigkeit des Unterbetts, die Stellung des Auslaßtors und/oder der Arbeitsluftdruck der Setzmaschine.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollumgrenzungslinie der Setzmaschine für ein bestimmtes Mineral erfahrungsmäßig bestimmt wird und dann in der Steuereinheit, die die Betriebsparameter der Setzmaschine steuert, eingestellt wird.

8. Setzmaschine mit einer Steuervorrichtung enthaltend,

- eine Strahlungsquelle (12),

- wenigstens einen im Setzbett (10) angeordneten Strahlungsdetektor, um die Absorption der Strahlung von der Quelle durch das Material im Setzbett zu messen,

- eine Zeitmeßeinrichtung, um den Setzzyklus in aufeinanderfolgende kurze Abschnitte zu unterteilen, die kleiner als ungefähr 1/10 des Setzzyklusses sind,

- eine Auswerteinrichtung, um die gegenwärtige Dichte des Materials im Bett in jedem Abschnitt durch die Zählrate des Detektors zu bestimmen und dadurch die Kennlinie oder das Profil der Dichte über den Setzzyklus zu ermitteln und

- eine Steuereinrichtung (17), die in Antwort auf die Kennlinie oder das Profil der Dichte die Betriebsparameter der Setzmaschine verändert, um die Kennlinie oder das Profil der Dichte innerhalb einer vorgewählten Kontrollumgrenzungslinie zu halten.