專利名稱：對具有至少一臺磨機尤其礦磨機或者水泥磨機的磨機系統(tǒng)進行控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于磨機系統(tǒng)進行控制的方法以及一種相應(yīng)的控制裝置和一種相應(yīng)的磨機系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及磨機尤其管磨機比如球磨機或者SAG磨機(SAG=Sem1-AutogenousGrinding Mills (半自磨機))的控制。這些磨機用于磨碎粗粒狀的材料比如礦石或者水泥。為此向磨機體輸送有待磨碎的物料并且通過磨機體的旋轉(zhuǎn)通過顆粒的碰撞并且通過循環(huán)的物料內(nèi)部的摩擦來粉碎所述物料。通常在自磨機中僅僅將磨料輸送給所述磨機體。在SAG磨機中還額外地將鋼珠添加到所述磨料中，用于支持磨碎過程。球磨機包含非常大的份額的鋼珠，因而磨碎過程主要通過所述鋼珠來引起。為了使上面所描述的磨機的磨機體旋轉(zhuǎn)而需要電能，用所述電能來驅(qū)動相應(yīng)的電動機。這種電能從電網(wǎng)中取用。能量需求在此奇高無比并且對于SAG磨機來說處于高達30MW的范圍內(nèi)。礦磨機一般消耗世界范圍內(nèi)的電能生產(chǎn)的大約3%。由于在發(fā)電方面可更新的能量的增加，在電網(wǎng)中提供的電功率或者能量方面經(jīng)常出現(xiàn)波動。因而存在著使較大的電流消耗設(shè)備比如上面所描述的磨機的能耗與波動的在電網(wǎng)中提供的能量相匹配的需求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于對磨機系統(tǒng)進行控制的方法，使得所述磨機系統(tǒng)的能耗與電網(wǎng)相匹配，所述磨機系統(tǒng)從所述電網(wǎng)中獲得電功率。該任務(wù)通過一種按權(quán)利要求1的方法或者按權(quán)利要求12的裝置或者按權(quán)利要求
14的磨機系統(tǒng)得到解決。本發(fā)明的改進方案在從屬權(quán)利要求中得到了定義。所述按本發(fā)明的方法用于對具有至少一臺磨機尤其礦磨機或者水泥磨機的磨機系統(tǒng)進行控制，其中對于所述磨機系統(tǒng)的運行來說從電網(wǎng)中取用電功率，在此用該電功率來引起至少一個磨機體的旋轉(zhuǎn)，由此將輸送給所述至少一個磨機體的物料粉碎。在所述按本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)，為所述磨機系統(tǒng)預先給定待從所述電網(wǎng)中獲得的額定功率消耗，并且如此調(diào)節(jié)所述磨機系統(tǒng)的一個或者多個調(diào)整參量，使得從所述電網(wǎng)中取用的(電)功率相當于所述額定功率消耗。所述額定功率消耗的定義在此應(yīng)該廣義地來理解并且除了預先給定的功率范圍或者預先給定的功率之外也可以包括相應(yīng)的用于預先給定的時間段的功率并且由此也可以包括能量值或者能量間隔。同樣，所取用的功率的概念可以涉及用于預先確定的時間段的功率并且由此涉及能量。所述額定功率消耗或者所取用的功率的概念可以純粹地涉及通過所述磨機系統(tǒng)引起的功率消耗，必要時所述額定功率消耗或者所取用的功率也可以涉及一個更大的包括所述磨機系統(tǒng)的系統(tǒng)的功率消耗。本發(fā)明基于這樣的構(gòu)思，即磨機的運行不僅可以在內(nèi)部得到優(yōu)化，而且可以以合適地確定的額定功率消耗的形式對外部的參量加以考慮。由此比如可以保證，所述磨機系統(tǒng)的功率消耗不超過預先給定的參量或者處于預先給定的范圍之內(nèi)，因而在電網(wǎng)中不會出現(xiàn)過度的負荷。同樣可以如此設(shè)計所述磨機系統(tǒng)的運行，從而如下面還要詳細描述的一樣通過所述磨機系統(tǒng)來向電網(wǎng)提供相應(yīng)的調(diào)節(jié)功率或者調(diào)節(jié)能量。所述按本發(fā)明的方法對于具有較高的電流消耗的磨機系統(tǒng)來說具有特殊的優(yōu)點。因此，本發(fā)明優(yōu)選用在相應(yīng)的磨機系統(tǒng)中，該磨機系統(tǒng)包括管磨機和/或SAG磨機和/或球磨機，所述管磨機和/或SAG磨機和/或球磨機具有很高的處于數(shù)兆瓦的范圍內(nèi)的電能的需求。為了在所述按本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)使所述調(diào)節(jié)不是純粹地取決于額定功率消耗，在一種優(yōu)選的變型方案中如此對所述調(diào)整參量進行調(diào)節(jié)，從而達到所磨碎的物料的最低產(chǎn)量和/或所磨碎的物料的最低質(zhì)量。所述最低產(chǎn)量在此相當于每時間單位所生產(chǎn)的所磨碎的物料的量。所述最低質(zhì)量可以以不同的方式來確定，比如所述最低質(zhì)量可以通過所磨碎的物料的相應(yīng)的粒度或者所磨碎的物料的其它特性來規(guī)定。在所述按本發(fā)明的方法在一種特別優(yōu)選的實施方式中，所述磨機系統(tǒng)用于將調(diào)節(jié)功率提供給電網(wǎng)。目前通過相應(yīng)的發(fā)電站短期地將調(diào)節(jié)功率輸送給電網(wǎng)，其中現(xiàn)在將磨機系統(tǒng)的形式的能量負載用于提供這種調(diào)節(jié)功率。調(diào)節(jié)功率的概念在此應(yīng)該廣義地來理解并且不僅包括每時間的能量的形式的純粹的功率，而且必要時也包括預先給定的時間間隔中的功率并且由此包括調(diào)節(jié)能量。為了將所述磨機系統(tǒng)用于提供調(diào)節(jié)功率，在所述按本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)所述預先給定的額定功率消耗通過電網(wǎng)中的預先給定的調(diào)節(jié)功率需求來規(guī)定，其中這種調(diào)節(jié)功率需求也可以代表著用于預先確定的時間單位的功率需求并且由此可以代表著調(diào)節(jié)能量需求。在此如此對所述磨機系統(tǒng)的調(diào)整參量進行調(diào)節(jié)，從而以預先給定的調(diào)節(jié)功率需求為幅度來降低從電網(wǎng)中取用的功率，從而通過所述磨機的能耗的降低來提供所需要的調(diào)節(jié)功率。所述一般隨時間波動的調(diào)節(jié)功率需求可以以合適的方式來信號通知所述磨機系統(tǒng)，方法比如是電網(wǎng)的運營商將剛好需要的調(diào)節(jié)功率需求通知給所述磨機系統(tǒng)。必要時也存在著這樣的可能性，即所述磨機系統(tǒng)本身探測到電網(wǎng)中的調(diào)節(jié)功率需求，其中相應(yīng)的探測方法本身為人所知。比如可以通過電網(wǎng)頻率的減小來確定調(diào)節(jié)功率需求。在所述按本發(fā)明的方法的另一種實施方式中，所述額定功率消耗也可以通過預先給定的功率范圍來規(guī)定，其中如此調(diào)節(jié)所述磨機系統(tǒng)的調(diào)整參量，使得至少由所述磨機系統(tǒng)以及尤其也由包括所述磨機系統(tǒng)的總設(shè)備的其它組件所取用的功率處于預先給定的功率范圍之內(nèi)。所述功率范圍在此可以通過電網(wǎng)運營商來預先給定并且如此加以選擇，從而在所述磨機系統(tǒng)的電流消耗的范圍內(nèi)不出現(xiàn)太太的波動。同樣，所述預先給定的額定功率范圍可以通過所述磨機系統(tǒng)或者總設(shè)備的運營商來確定。比如所述磨機系統(tǒng)或者總設(shè)備的運營商在所述功率范圍的規(guī)定內(nèi)可以考慮到與電網(wǎng)運營商簽訂的合同，所述合同通常在超過或者低于相應(yīng)的用于從電網(wǎng)中取用的功率的閾值時規(guī)定較高的罰款。根據(jù)所述閾值，而后可以定義所述預先給定的功率范圍，用于由此避免罰款。作為在所述按本發(fā)明的方法中調(diào)節(jié)的調(diào)整參量，尤其考慮這樣的對所述磨機系統(tǒng)的功率消耗具有顯著影響的調(diào)整參量。優(yōu)選所述調(diào)整參量在此包括所述至少一個磨機體的轉(zhuǎn)速，因為這種轉(zhuǎn)速引起為所述磨機系統(tǒng)的驅(qū)動裝置所需要的電功率并且由此極大地取決于從所述電網(wǎng)中取用的功率。但是在按本發(fā)明的調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)也可以考慮到其它任意的調(diào)整參量，所述調(diào)整參量對能耗有影響或者用所述調(diào)整參量可以對所述磨機的能耗并且由此對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。尤其所述調(diào)整參量可以包括在至少一個磨機體旋轉(zhuǎn)時向其輸送的物料的量。同樣在至少一個磨機體旋轉(zhuǎn)時向其輸送的水的量在控制所述磨機系統(tǒng)時也可以得到考慮。在管磨機中，一般總是在添加水的情況下進行磨碎過程。除此以外，作為調(diào)整參量可以考慮到一個或者多個在所述磨機系統(tǒng)中使用的水力旋轉(zhuǎn)分離器單元的設(shè)定。水力旋轉(zhuǎn)分離器單元在此用于根據(jù)粒度來分離所磨碎的物料，從而將這樣的還沒有達到所期望的粒度的物料再次輸送給所述磨機。通過所述水力旋轉(zhuǎn)分離器單元的相應(yīng)的匹配，可以調(diào)整所述磨機的能量需求并且由此匹配來自的電網(wǎng)的功率消耗。比如可以如此改變通過所述水力旋轉(zhuǎn)分離器單元實施的分離過程，從而提高最小粒度，自所述最小粒度起不再將所磨碎的物料輸送給所述磨機。由此可以節(jié)省能量，因為更少的物料被回輸給所述磨機體。在所述按本發(fā)明的方法的一種特別優(yōu)選的實施方式中，在所述磨機系統(tǒng)的以所磨碎的物料的每質(zhì)量單位的盡可能少的能耗和/或所磨碎的物料的盡可能大的生產(chǎn)量(也就是每時間單位生產(chǎn)的磨碎的物料的盡可能大的量)和/或所磨碎的物料的盡可能高的產(chǎn)品質(zhì)量和/或所述磨機系統(tǒng)的盡可能小的磨損的優(yōu)化目標進行的優(yōu)化的基礎(chǔ)上對所述調(diào)整參量進行優(yōu)化。在此所述優(yōu)化的輔助條件在于，從電網(wǎng)中取用的功率相當于所述額定功率消耗。由此可以以簡單的方式在考慮到預先給定的額定功率消耗的情況下在上面提到的優(yōu)化目標中的一個或者多個優(yōu)化目標的基礎(chǔ)上實現(xiàn)所述磨機系統(tǒng)的盡可能最佳的運行。在考慮到多個優(yōu)化目標的時，可以以合適的方式通過相應(yīng)的加權(quán)因數(shù)對單個優(yōu)化目標進行加權(quán)。優(yōu)選除了上面提到的與所述額定功率消耗有關(guān)的輔助條件之外，在優(yōu)化時也還將一個或者多個另外的輔助條件考慮在內(nèi)。在一種優(yōu)選的實施方式中，在此作為另外的輔助條件考慮到所磨碎的物料的上面已經(jīng)提到的最低產(chǎn)量或者所磨碎的物料的上面已經(jīng)提到的最低質(zhì)量。所述另外的輔助條件在此在于，達到最低產(chǎn)量和/或最低質(zhì)量。在所述按本發(fā)明的方法的一種特別優(yōu)選的實施方式中，所述調(diào)整參量的調(diào)節(jié)用一種本身已知的模型預測的調(diào)節(jié)器來進行，該模型預測的調(diào)節(jié)器基于所述磨機的總模型，所述總模型根據(jù)所述調(diào)整參量的變化來預測所述磨機的一個或者多個工作參量。所述模型預測的調(diào)節(jié)在此本身從現(xiàn)有技術(shù)中為人所知并且不再進行詳細描述。在一種優(yōu)選的變型方案中，作為用于所述模型預測的調(diào)節(jié)器的總模型來使用動態(tài)的狀態(tài)空間模型，該動態(tài)的狀態(tài)空間模型以較為精細的等級描繪當前的磨機內(nèi)容、所述磨機的能耗以及較粗的顆粒的當前的破碎率。比如這樣的模型比如在Rajamani, R. K.；Herbst, J. 1991 年的 Chemical Engineering Science, 46 (3)，861-870 頁“OptimalControl of a Ball Mill Grinding Circuit. Pt.1 Grinding Circuit Modelling andDynamic Simulation”中找到。動態(tài)的模型允許預測，轉(zhuǎn)速或者有待磨碎的材料的輸送到所述磨機中的輸送速度方面的變化如何影響總系統(tǒng)(尤其破碎率、能耗以及磨機的卸料性能)。因此這些模型理想地適合用于定量地對時間間隔和速度進行優(yōu)化。此外由此可以取代每個時間間隔的固定的額定值來計算轉(zhuǎn)速軌跡。在另一種特別優(yōu)選的實施方式中，在所述磨機系統(tǒng)的運行中在連續(xù)地考慮到所述磨機的工作參量的情況下對在進行模型預測的調(diào)節(jié)時考慮到的總模型進行適配處理。
也可以取代模型預測的調(diào)節(jié)器或者作為該模型預測的調(diào)節(jié)器的補充來使用其它類型的調(diào)節(jié)器。尤其必要時也可以使用簡單的PID (比例積分微分)調(diào)節(jié)器，該PID調(diào)節(jié)器以一個或者多個調(diào)整參量的變化與來自電網(wǎng)的功率消耗的由此引起的變化之間的線性的關(guān)聯(lián)為出發(fā)點。除了上面所描述的方法之外，此外，本發(fā)明涉及一種用于對具有至少一臺磨機的磨機系統(tǒng)進行控制的裝置，其中對于所述磨機系統(tǒng)的運行來說從電網(wǎng)中取用電功率，用該電功率引起至少一個磨機體的旋轉(zhuǎn)，由此將輸送給所述至少一個磨機體的物料粉碎，其中所述裝置如此構(gòu)成，使得其在為所述磨機系統(tǒng)預先給定的待從電網(wǎng)中取用的額定功率消耗的基礎(chǔ)上如此對所述磨機系統(tǒng)的一個或者多個調(diào)整參量進行調(diào)節(jié)，使得從電網(wǎng)中取用的功率相當于所述額定功率消耗。所述控制裝置在此優(yōu)選如此構(gòu)成，從而能夠用所述控制裝置來實施所述按本發(fā)明的方法的上面所描述的優(yōu)選的變型方案中的一種或者多種變型方案。除此以外，本發(fā)明一種具有至少一臺磨機尤其礦磨機或者水泥磨機的磨機系統(tǒng)，其中對于所述磨機系統(tǒng)的運行來說從電網(wǎng)中取用電功率，用該電功率來引起至少一個磨機體的旋轉(zhuǎn)，由此將輸送給所述至少一個磨機體的物料粉碎。所述磨機系統(tǒng)在此包括上面所描述的按本發(fā)明的控制裝置。


下面借助于附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。附圖示出如下
圖1是具有按本發(fā)明的控制單元的一種實施方式的磨機系統(tǒng)的示意圖；并且 圖2是按圖1的控制單元的方框圖。
具體實施例方式圖1示出了磨機系統(tǒng)I。該磨機系統(tǒng)I包括礦磨機，該礦磨機構(gòu)造為球磨機或者構(gòu)造為SAG磨機。礦磨機連接適配性的模型預測的控制單元2，該適配性的模型預測的控制單元對所述磨機系統(tǒng)I的運行進行控制。作為主要組件，所述磨機系統(tǒng)I包括一臺中心的磨機3，該中心的磨機則具有構(gòu)造為滾筒3a的形式的用于將所輸送的礦石材料磨碎的磨機體并且具有驅(qū)動著所述滾筒3a的并且尤其無傳動機構(gòu)的電氣的驅(qū)動裝置3b。所述電氣的驅(qū)動裝置以及所有其它的在所述磨機系統(tǒng)中運行的組件也通過電網(wǎng)來供給電功率或者能量，其中該電網(wǎng)在圖1中示意性地勾畫出來并且用附圖標記PG來表示。所述磨機3是本身已知的磨機，該磨機通過所述滾筒3a的旋轉(zhuǎn)來將處于其中的礦石材料粉碎。在所述滾筒的轉(zhuǎn)速較低時，所述礦石材料在此形成結(jié)合的質(zhì)量(“聚集”)，也就是說礦石材料的大部分通過所述旋轉(zhuǎn)來攪動，其中礦石顆粒通過碎裂和重力來粉碎。在轉(zhuǎn)速較高時，所述滾筒中的礦石材料就像在瀑布中一樣墜落(“墜落”)，也就是說礦石顆粒自由地通過所述滾筒來飛動并且而后沖擊到其壁體上或者沖擊到留在其前面的礦石顆粒上，其中礦石顆粒通過碰撞來破碎。在使用中等的轉(zhuǎn)速時，會同時出現(xiàn)這兩種效應(yīng)。對于特別高的轉(zhuǎn)速來說，使所述礦石材料離心，也就是將其擠壓到滾筒壁體上，由此單個礦石顆粒不再破碎。所述礦石材料的聚集和墜落的運動特性在粉碎方面都具有特殊的優(yōu)點，其中這些優(yōu)點取決于有待磨碎的礦石的類型。此外，在磨機體中在粉碎礦石材料的范圍內(nèi)向所述材料輸送水，由此破裂的礦石顆粒和水形成懸浮物(Aufschlemmung)或者礦衆(zhòng),所述懸浮物或者礦衆(zhòng)隨后通過所述磨機體內(nèi)部的濾篩流到輸出室中，在所述輸出室中布置了徑向延伸的板條或者提升機構(gòu)(Heber)，所述板條或者提升機構(gòu)由于所述磨機體的旋轉(zhuǎn)而圍繞著水平的軸線旋轉(zhuǎn)。在所述輸出室中的垂直的最高的點上，所述礦漿落到布置在中心處的孔中，通過這個孔所述礦漿從所述滾筒3a中出來并且輸送給池槽單元4。這個池槽單元借助于水力旋轉(zhuǎn)分離器輸入管路6與本身已知的水力旋轉(zhuǎn)分離器單元5相連接。所述磨機體的直徑一般處于幾米(比如10米)的范圍內(nèi)，由于所述磨機的大小，會消耗非常多的來自電網(wǎng)的電能。主要的對能耗的影響在此是所述磨機體的旋轉(zhuǎn)速度以及所述磨機體內(nèi)部的裝填程度。一般為了運行球磨機或者SAG磨機需要高達30MW的功率。因此所述磨機系統(tǒng)可以通過其能耗的相應(yīng)的降低比如通過其旋轉(zhuǎn)速度的減小或者所述滾筒的裝填狀態(tài)的變化，在需要時以很大的量將調(diào)節(jié)功率提供給電網(wǎng)。因此，在本發(fā)明的這里所描述的實施方式中，所述磨機系統(tǒng)也作為一個向電網(wǎng)提供調(diào)節(jié)功率的單元而起作用。為了實現(xiàn)這一點，通過電網(wǎng)向所述磨機系統(tǒng)通知當前的調(diào)節(jié)功率需求，所述調(diào)節(jié)功率需求在圖1中用RE來表示并且作為輸入?yún)⒘枯斔徒o所述控制單元2。而后在所述調(diào)節(jié)功率RE的基礎(chǔ)上，如此調(diào)節(jié)所述磨機系統(tǒng)的相應(yīng)的調(diào)整參量，從而相應(yīng)地降低所述磨機的能耗，以便根據(jù)電網(wǎng)中的調(diào)節(jié)功率需求來提供所述功率。雖然能耗中的這種降低暫時導致所述磨機的較小的生產(chǎn)率，但是磨機運營商由于調(diào)節(jié)功率的提供而通過電網(wǎng)運營商得到經(jīng)濟上的補償，這種經(jīng)濟上的補償甚至可能大于生產(chǎn)損失。在所述水力旋轉(zhuǎn)分離器單元5中，將輸出的物料分離為足夠細地磨碎的材料和仍然太粗的粒狀的材料。所述較細地磨碎的材料到達出口側(cè)的排出管路7中，該排出管路連接到未詳細示出的布置在所述磨機系統(tǒng)I后面的組件上。而粗粒狀的材料則通過回流管路8又輸送給所述中心的磨機3的輸入井筒9。此外，所述輸入井筒9連接到輸送帶10上，借助于所述輸送帶來輸送來自礦石儲倉11的未磨碎的礦石材料。也可以取代所述輸送帶10而設(shè)置其它的輸入設(shè)備。此外，所述輸入井筒9連接到進水口 12上。在所述池槽單元4上設(shè)置了另一個進水口 13。此外，所述磨機系統(tǒng)I包括多個測量值傳感器，所述測量值傳感器檢測用于不同的工作參量B的測量值并且借助于測量線路14將其輸送給所述控制單元2。在此比如在輸送帶10上設(shè)置了重量測量計15，在進水口 12上設(shè)置了流量計16，在驅(qū)動裝置3b上設(shè)置了功率及轉(zhuǎn)矩測量計17，設(shè)置了用于檢測所述滾筒3a的載荷的重量測量計18，在進水口 13上設(shè)置了流量計19，在池槽單元4上的料位計20，分別在水力旋轉(zhuǎn)分離器輸入管路6上設(shè)置了粒度計21、流量計22和壓力計23，在回流管路8上設(shè)置了密度計24，并且在排出管路7上設(shè)置了粒度計25。這種列舉應(yīng)該理解為具有示范性的作用。原則上還可以設(shè)置其它的測量值傳感器。相應(yīng)的測量始終在線地并且實時地進行，從而在所述控制單元2中總是當前的測量值可供使用。除了所述測量值傳感器之外，所述磨機系統(tǒng)I也具有多個本地的借助于控制線路26連接到所述控制單元2上的調(diào)節(jié)器。具體來講，在所述輸送帶10上設(shè)置了重量調(diào)節(jié)器27，在所述進水口 12上設(shè)置了流量調(diào)節(jié)器28，在所述驅(qū)動裝置3b上設(shè)置了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器29，在所述進水口 13上并且在所述水力旋轉(zhuǎn)分離器輸入管路6上設(shè)置了流量調(diào)節(jié)器30，在所述池槽單元4上設(shè)置了水平調(diào)節(jié)器31，并且在所述回流管路8上設(shè)置了密度調(diào)節(jié)器32。
所提到的測量值傳感器和本地的調(diào)節(jié)器僅僅應(yīng)該理解為具有示范性的作用。在個 別情況中，也可以設(shè)置其它這樣的組件。比如可以在所述輸送帶10上比如借助于激光測量 或者借助于視頻檢測來獲取額外的關(guān)于所輸送的未磨碎的礦石材料特性的信息。但是，同 樣也可以僅僅局限于在圖1中示出的測量值傳感器和本地的調(diào)節(jié)器的一部分。
此外，可以借助于所謂的軟傳感器來確定其它的通過直接的測量不能得到的工作 參量。在此動用能夠檢測到的初級的工作參量，從所述工作參量的測量值中借助于分析算 法來確定真正有意義的次級的工作參量的當前的數(shù)值。為此所使用的分析軟件也可以包括 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
在下面還要借助于圖2詳細描述的控制單元2中如此設(shè)定所述磨機系統(tǒng)的相應(yīng)的 調(diào)整參量A，從而在電網(wǎng)PG中提供所需要的調(diào)節(jié)功率RE并且此外繼續(xù)保證所述磨機系統(tǒng)的 盡可能最佳的運行。由所述控制單元2調(diào)節(jié)的調(diào)整參量A對所述磨機的不同的與能耗有關(guān) 聯(lián)的狀態(tài)參量有影響。在這里所描述的實施方式中，所述調(diào)整參量通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 來影響所述磨機體的轉(zhuǎn)速并且通過所述輸送帶(未在圖1中示出)的速度的相應(yīng)的調(diào)節(jié)器來 影響有待磨碎的礦石的所輸送的量。必要時也還可以加進來其它的對所述功率有影響的調(diào) 整參量。比如可以如此控制所述水力旋轉(zhuǎn)分離器單元5，從而將材料磨碎得不太細。由此雖 然降低了產(chǎn)品質(zhì)量，但是也降低了所消耗的功率，從而為電網(wǎng)提供調(diào)節(jié)功率。因為-如下面 描述的一樣-在調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)可以將最低產(chǎn)品質(zhì)量作為輔助條件考慮在內(nèi)，所以由此可以 在改變所述水力旋轉(zhuǎn)分離器單元的設(shè)定情況時還總是保證所磨碎的物料的最低質(zhì)量。
在所述控制單元2中，對代表著所述磨機的運行的輸入?yún)⒘縀進行處理，從所述輸 入?yún)⒘縀中通過本身已知的模型預測的調(diào)節(jié)來確定合適的調(diào)整參量。在這里所描述的實施 方式中，所述調(diào)節(jié)在此基于用所述磨機系統(tǒng)的盡可能小的單位能耗也就是說所磨碎的物料 的每質(zhì)量單位盡可能少的能耗的優(yōu)化目標進行的優(yōu)化。這種單位的能耗可以以合適的方式 在所述磨機系統(tǒng)中通過所檢測到的測量值來求得。
必要時作為其它的優(yōu)化目標可以將所述磨機系統(tǒng)的盡可能小的磨損考慮在內(nèi)，其 中為了求得所述磨損同樣考慮到相應(yīng)的測量參數(shù)。尤其所述磨損取決于所述磨機體的裝填 狀態(tài)和旋轉(zhuǎn)速度。對于特定的旋轉(zhuǎn)速度和裝填狀態(tài)來說，所述礦石材料的墜落的運動特性 較高，這導致較高的磨損。旋轉(zhuǎn)速度或者裝填狀態(tài)與所述礦石顆粒的碰撞之間的相應(yīng)的關(guān) 聯(lián)在此是已知的，從而可以確定相應(yīng)的用于磨損的尺度。所述磨損在此必要時對于所述磨 機系統(tǒng)的其它組件來說也可以以合適的方式通過所檢測到的狀態(tài)參量來確定。
在通過所述控制單元2進行調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)，重要的是，在進行優(yōu)化時將相應(yīng)的調(diào) 節(jié)功率需求或者調(diào)節(jié)能量需求RE作為有待遵守的輔助條件考慮在內(nèi)，也就是說如此進行 所述調(diào)節(jié)，從而如此對所述磨機系統(tǒng)的功率進行匹配，以便在電網(wǎng)中提供相應(yīng)的調(diào)節(jié)能量 或者調(diào)節(jié)功率。在一種優(yōu)選的變型方案中，在此作為其它的輔助條件考慮到，達到所磨碎的 物料的預先確定的最低產(chǎn)品質(zhì)量或者預先確定的最低產(chǎn)量，從而還總是有效地運行所述磨 機。所述生產(chǎn)量也就是每時間單位所生產(chǎn)的已磨碎的物料的量或者所述產(chǎn)品質(zhì)量又可以測 量或者通過相應(yīng)的測量值比如所磨碎的物料的粒度來確定。
圖2示出了所述控制單元2連同其重要的組件的方框圖。所述控制單元包括所述 磨機系統(tǒng)I的適配性的總模型33、預測單元34、比較單元35、參數(shù)識別及適配處理單元36 以及優(yōu)化單元37。這些組件尤其作為軟件模塊來實現(xiàn)。
在按圖2的方框圖中，對于大量在圖中示出的測量值傳感器來說有代表性地包括 了測量單元38。在構(gòu)造為軟傳感器的情況下，所述測量單元38可以作為軟件模塊并且由此 作為所述控制單元2的集成的組成部分來實現(xiàn)。但是否則同樣可能的是，所述測量單元38 是在物理上與所述控制單元2分開的結(jié)構(gòu)組件。
下面對所述控制單元2的作用方式進行詳細描述。
如已經(jīng)提到的一樣，在輸入端側(cè)向所述控制單元2輸送不同的輸入?yún)⒘縀。在此 可能涉及測量值，但是也可能涉及其它的運行數(shù)據(jù)。可能的輸入數(shù)據(jù)E是礦石重量、有待磨 碎的礦石材料的硬度、進水口 12和13上的水流入量、從水力旋轉(zhuǎn)分離器單元5到所述中心 的磨機3的入口 9的材料回流、在所述磨機系統(tǒng)I的內(nèi)部尤其在池槽單元4中或者在出口 側(cè)的排出管路7中在不同的位置上的粒度分布、中心的磨機3的幾何形狀數(shù)據(jù)、所述輸送帶 10將有待磨碎的材料輸送給入口 9所使用的速度以及將最終產(chǎn)品也就是所磨碎的材料輸 送給接下來的組件所使用的速度。所述輸入?yún)⒘縀因而可能涉及過程參數(shù)、涉及所述磨機 系統(tǒng)I尤其所述中心的磨機3的設(shè)計或者涉及所述材料。此外，所述控制單元2作為輸入 參量得到通過電網(wǎng)信號通知的調(diào)節(jié)功率需求RE。必要時所述磨機系統(tǒng)本身也可以比如根據(jù) 電網(wǎng)頻率的變化探測到調(diào)節(jié)功率需求。
如上面所描述的一樣，所述控制單元2求得輸出參量A，所述輸出參量A是用于對 工藝流程進行控制的調(diào)整參量。這些調(diào)整參量可以直接也就是在沒有中間布置本地的調(diào)節(jié) 器的情況下代表著作用于執(zhí)行機構(gòu)的參量。同樣所述調(diào)整參量可以代表著相應(yīng)的用于按圖1的不同的本地的調(diào)節(jié)器的目標參量。
所述控制單元2的適配性的總模型33在整體上描繪了所述磨機系統(tǒng)I。該適配 性的總模型由多個子模型的耦合所組成。所述子模型描繪所述中心的磨機3、池槽單元4 以及所述水力旋轉(zhuǎn)分離器單元5。在需要時可以補充其它的用于所述磨機系統(tǒng)I的其它組 件的子模型。所述適配性的總模型33可以借助于模型參數(shù)P與當前存在的過程條件相匹 配，其中在所述參數(shù)識別及適配處理單元36中也確定，這種匹配處理是借助于全部的模型 參數(shù)P還是僅僅借助于所述模型參數(shù)P的一部分來進行。因而必要時對所述模型參數(shù)P的 重要的部分數(shù)據(jù)組進行識別。如此選出的模型參數(shù)P而后特別好地適合于進行模型適配處 理。所述適配性的總模型33基于物理的預值，所述物理的預值至少也可以部分地通過源自 實踐的經(jīng)驗值來得到補充。所述適配性的總模型33以及尤其借助于模型參數(shù)P對其進行 的匹配處理實時地計算出來。這有助于不會產(chǎn)生值得一提的調(diào)節(jié)死時。
在使用總模型33的情況下，借助于優(yōu)化單元37和預測單元34來實現(xiàn)本身已知 的模型預測的調(diào)節(jié)。通過所述總模型，在此可以根據(jù)所述輸入?yún)⒘恳约罢{(diào)整參量的變化來 預測工作參量B，其中在相應(yīng)的優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上在使用所預測的工作參量的情況下如此 設(shè)定所述調(diào)整參量，從而實現(xiàn)優(yōu)化目標。所述優(yōu)化目標在此在于，保證盡可能少的單位的能 耗。必要時可以考慮到其它的優(yōu)化目標，比如所述磨機系統(tǒng)的盡可能小的磨損。作為輔助 條件，將相應(yīng)的調(diào)節(jié)功率需求或者調(diào)節(jié)能量需求RE考慮在內(nèi)。也就是說，如此設(shè)計所述優(yōu) 化，從而無論如何通過所述調(diào)整參量的相應(yīng)的變化來向電網(wǎng)提供調(diào)節(jié)功率或者調(diào)節(jié)能量的 必需的需求。優(yōu)選所述優(yōu)化目標通過合適的有待最小化的成本函數(shù)來代表。
其它可以設(shè)想的輔助條件從物理的、工藝的或者由過程引起的邊界中產(chǎn)生。所述 輔助條件可以有利地直接一同饋入到所述優(yōu)化算法中，從而從一開始就排除會導致不穩(wěn)定的工藝流程的調(diào)整參量或者目標參量數(shù)據(jù)組。按照一種根據(jù)工藝經(jīng)濟學的輔助條件，比如可以要求所述回流管路8中的密度不超過百分之八十，因為水力旋轉(zhuǎn)分離器單元5中的分離效率否則由于變化的流變學而明顯降低。此外，所述滾筒3a的轉(zhuǎn)速可以受到限制，用于避免過于猛烈的離心力。在輸送新鮮水時并且也在輸送未磨碎的礦石材料時對于泵功率來說同樣有最大的和最小的數(shù)值。此外，應(yīng)該注意用于所述滾筒3a的最大的載荷狀態(tài)的邊界。
對輔助條件的考慮也一同有助于使所述磨機系統(tǒng)I的所設(shè)定的運行模式同樣符合多個要求。比如通過這種方式磨機速度、輸送到中心的磨機3和所述池槽單元4中的新鮮水輸送量以及能耗可以得到優(yōu)化，其中同時將生產(chǎn)量和獲得的產(chǎn)品質(zhì)量保持在預先給定的水平上。
通過所述預測單元34來預測的工作參量一方面通過所述優(yōu)化單元37來處理。此外，所預測的工作參量也用于對所述總模型33進行適配處理。為此，將所述工作參量的相應(yīng)的預測值Bv輸送給所述比較單元35，該比較單元35將所述預測值與相應(yīng)的工作參量的測量值Bm進行比較。將所確定的偏差F提供給參數(shù)識別及適配處理單元36，用于求得得到改進的用于模型參數(shù)P的數(shù)據(jù)組。如此以改進的方式設(shè)定的模型參數(shù)P而后考慮用于對所述適配性的總模型33進行適配處理。所述經(jīng)過適配處理的總模型33隨后用于確定輸出參量A并且也用于確定用于將來運行階段的預測值Bv。因為所述控制單元2由此基于所述工作參量B將來會采取的數(shù)值的預測，所以在很大程度上取消調(diào)節(jié)死時。所述控制及調(diào)節(jié)單元2由此一方面非常穩(wěn)定并且另一方面很快地對變化的過程條件作出反應(yīng)。
作為工作參量B,能夠設(shè)想所述磨機系統(tǒng)I的不同的參量，比如流量、密度、重量、 壓力、功率、轉(zhuǎn)矩、速度、顆粒度或者粒 度分布。在此尤其涉及所述輸入?yún)⒘縀的一部分。首先所述粒度分布尤其很好地適合于確定得到改進的用于模型參數(shù)P的參數(shù)數(shù)據(jù)組。
在所述參數(shù)識別及適配處理單元36中，使用數(shù)學的優(yōu)化方法，比如序列二次規(guī)劃 (SQP)，對于所述序列二次規(guī)劃來說在遵守輔助條件的情況下使能夠預先給定的目標函數(shù)最小化并且將其用于確定得到改進的用于模型參數(shù)P的參數(shù)(部分)數(shù)據(jù)組。在所述參數(shù)識別及適配處理單元36中如此進行目標函數(shù)最小化并且由此進行參數(shù)適配處理，使得所述經(jīng)過適配處理的總模型33盡可能好地模仿所述磨機系統(tǒng)I的過去的性能。所述工作參量B 的用如此經(jīng)過適配處理的總模型33為過去的運行階段(=為至少一個過去的周期)算出的數(shù)值Bk會在最小的程度上有別于所檢測的測量值Βμ。所述經(jīng)過適配處理的總模型33用這種經(jīng)過適配處理的參數(shù)數(shù)據(jù)組來最佳地描繪過去的真實性。
作為目標函數(shù)，比如考慮所測量的與所計算的粒度分布之間的偏差?？赡艿妮o助條件而后尤其從轉(zhuǎn)換矩陣中獲得，所述轉(zhuǎn)換矩陣的系數(shù)表明，在當前的周期中落到粒度分布的特定的部分范圍中的材料顆粒以多大的可能性在下一個周期之后落到所述粒度分布的特定的(其它的)部分范圍中。這個轉(zhuǎn)換矩陣的系數(shù)可能具有相應(yīng)的數(shù)值，所述數(shù)值受到一定的在數(shù)學或者物理上的限制?？梢砸?guī)定用于單個系數(shù)的邊界，但是也可以規(guī)定用于多個系數(shù)的組合比如多個系數(shù)的總和的邊界。
不過，同樣也可以將回流管路8中的所測量的與所計算的密度之間的偏差定義為目標函數(shù)。當然為了在所述參數(shù)識別及適配處理單元36中進行優(yōu)化，也可以考慮使用多種目標函數(shù)的組合。
在所述礦磨機的實施例上進行了前面的解釋。但是，所描述的原理和有利的作用方式也可以容易地套用到其它磨機類型比如水泥磨機或者在制藥工業(yè)中使用的磨機的運行上。
權(quán)利要求
1.用于對具有至少一臺磨機(3)尤其礦磨機或者水泥磨機的磨機系統(tǒng)(I)進行控制的方法，其中對于所述磨機系統(tǒng)(I)的運行來說從電網(wǎng)(PG)中取用電功率，用所述電功率來引起至少一個磨機體(3a)的旋轉(zhuǎn)，由此將輸送給所述至少一個磨機體(3a)的物料粉碎,其中 -為所述磨機系統(tǒng)(I)預先給定待從所述電網(wǎng)(PG)中取用的額定功率消耗； -如此調(diào)節(jié)所述磨機系統(tǒng)(I)的一個或者多個調(diào)整參量(A)，使得從所述電網(wǎng)(PG)中取用的功率相當于所述額定功率消耗。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一臺磨機(3)是管磨機和/或SAG磨機和/或球磨機。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其中如此進行所述調(diào)整參量(A)的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)所磨碎的物料的最低產(chǎn)量和/或所磨碎的物料的最低質(zhì)量。
4.按前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述磨機系統(tǒng)(I)設(shè)置用于將調(diào)節(jié)功率提供給所述電網(wǎng)(PG)，其中所述預先給定的額定功率消耗通過所述電網(wǎng)(PG)中的預先給定的調(diào)節(jié)功率需求來規(guī)定，其中如此調(diào)節(jié)所述磨機系統(tǒng)(I)的調(diào)整參量(A)，從而以預先給定的調(diào)節(jié)功率需求為幅度來降低從所述電網(wǎng)(PG)中取用的功率。
5.按前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中通過所述磨機系統(tǒng)(I)來探測所述預先給定的調(diào)節(jié)功率需求(RE)并且/或者將其信號通知所述磨機系統(tǒng)(I)。
6.按前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述額定功率消耗通過預先給定的功率范圍來規(guī)定，其中如此調(diào)節(jié)所述磨機系統(tǒng)(I)的調(diào)整參量(A)，使得從所述電網(wǎng)(PG)中取用的功率處于預先給定的功率范圍之內(nèi)。
7.按前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中作為調(diào)整參量(A)對以下參量中的一個或者多個參量進行調(diào)節(jié) -所述至少一個磨機體(3a)的轉(zhuǎn)速； -在所述至少一個磨機體(3a)旋轉(zhuǎn)時向其輸送的物料的量； -在所述至少一個磨機體(3a)旋轉(zhuǎn)時向其輸送的水的量； -一個或者多個在所述磨機系統(tǒng)中使用的水力旋轉(zhuǎn)分離器單元(5)的設(shè)定。
8.按前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所述磨機系統(tǒng)(I)的以所磨碎的物料的每質(zhì)量單位的盡可能少的能耗和/或所磨碎的物料的盡可能大的生產(chǎn)量和/或所磨碎的物料的盡可能高的質(zhì)量和/或所述磨機系統(tǒng)的盡可能小的磨損的優(yōu)化目標進行的優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對所述調(diào)整參量(A)進行優(yōu)化，其中優(yōu)化的輔助條件在于，從所述電網(wǎng)中取用的功率相當于所述額定功率消耗。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其中在優(yōu)化時對至少一個或者多個另外的輔助條件加以考慮，其中另外的輔助條件尤其在于，達到所磨碎的物料的最低產(chǎn)量和/或所磨碎的物料的最低質(zhì)量。
10.按前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述調(diào)整參量(A)的調(diào)節(jié)用模型預測的調(diào)節(jié)器來實施，該模型預測的調(diào)節(jié)器基于所述磨機的總模型，所述總模型根據(jù)所述調(diào)整參量(A)的變化來預測所述磨機系統(tǒng)(I)的一個或者多個工作參量(B)。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述磨機系統(tǒng)(I)的運行中在連續(xù)地考慮到所述磨機(3)的工作參量(B)的情況下對所述總模型進行適配處理。
12.用于對具有至少一臺磨機(3)尤其礦磨機或者水泥磨機的磨機系統(tǒng)(3)進行控制的裝置，其中對于所述磨機系統(tǒng)(I)的運行來說從電網(wǎng)(PG)中取用電功率，用該電功率引起至少一個磨機體(3a)的旋轉(zhuǎn)，由此將輸送給所述至少一個磨機體(3a)的物料粉碎,其中所述裝置如此構(gòu)成，使得其在為所述磨機系統(tǒng)(I)預先給定的待從電網(wǎng)(PG)中取用的額定功率消耗的基礎(chǔ)上如此對所述磨機系統(tǒng)(I)的一個或者多個調(diào)整參量(A)進行調(diào)節(jié)，使得從所述電網(wǎng)(PG)中取用的功率(PG)相當于所述額定功率消耗。
13.按權(quán)利要求12所述的裝置，該裝置構(gòu)造用于實施按權(quán)利要求2到11中任一項所述的方法。
14.具有至少一臺磨機(3)尤其礦磨機或者水泥磨機的磨機系統(tǒng)，其中對于所述磨機系統(tǒng)(I)的運行來說從電網(wǎng)(PG)中取用電功率，用該電功率來引起至少一個磨機體(3a)的旋轉(zhuǎn)，由此將輸送給所述至少一個磨機體(3a)的物料粉碎，其中所述磨機系統(tǒng)(I)包括按權(quán)利要求12或者13所述的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對具有至少一臺磨機(3)尤其礦磨機或者水泥磨機的磨機系統(tǒng)(1)進行控制的方法，其中對于所述磨機系統(tǒng)(1)的運行來說從電網(wǎng)(PG)中取用電功率，用所述電功率來引起至少一個磨機體(3a)的旋轉(zhuǎn)，由此將輸送給所述至少一個磨機體(3a)的物料粉碎。在所述按本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)，為所述磨機系統(tǒng)(1)預先給定待從所述電網(wǎng)(PG)中取用的額定功率消耗。在這種額定功率消耗的基礎(chǔ)上來如此調(diào)節(jié)所述磨機系統(tǒng)(1)的一個或者多個調(diào)整參量(A)，使得從所述電網(wǎng)(PG)中取用的功率相當于所述額定功率消耗。所述按本發(fā)明的方法在一種優(yōu)選的變型方案中用于通過所述磨機系統(tǒng)(1)來提供在所述電網(wǎng)中所需要的調(diào)節(jié)功率，由此可以對能量生產(chǎn)中的由于再生能量的增加使用而出現(xiàn)的波動進行補償。在一種優(yōu)選的變型方案中，用所述方法對包括管磨機或者SAG磨機或者球磨機的磨機系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。這些大多數(shù)用于對礦石進行粉碎的磨機具有很高的能耗，因而也可以通過相應(yīng)的對其能耗進行的調(diào)節(jié)在所述電網(wǎng)中提供較大量的電功率作為調(diào)節(jié)功率。
文檔編號B02C17/18GK103068489SQ201180042424
公開日2013年4月24日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者H.黑爾德, M.梅齊格, F.施泰因克 申請人:西門子公司