專利名稱：用于檢測磨碎機料位的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于檢測磨碎機的被裝栽的滾筒的料位的方法。
背景技術：
所述的磨碎機比如可以是球磨機(ball mill)或者也可以是確定用 于磨碎粗顆粒的材料比如礦石或者水泥等的SAG ( semiautogenously grinding (半自磨))-磨碎機。在這樣的磨碎機的滾筒中進行粉碎， 通常不知道滾筒中的當前料位。也就是說料位依賴于許多參量.這些 參量的例子是精確的磨碎程度、為支持磨碎過程加入所述滾筒中的鋼 球的份額、這些球的磨損程度以及當前在所述滾筒中存在的懸浮液的 固體份額。這些參量絕大多數在磨碎機的運行過程中發生變化。其當 前的數值就如料位本身的數值一樣是未知的。
因此在一定程度上準確了解當前的料位是十分有利的，因為人們 由此可以推斷出磨碎機運行的效率。在磨碎機裝得過滿的情況下，粉 碎由于落差微小和已被粉碎的磨料的能量吸收而沒有效率。在磨碎機 裝得不足的情況下，滾筒壁以及同步器(Mitnehmer)會受損。根據當 前的料位和必要時其它參數如有待磨碎的物料或固體成分的硬度，可 以更好地調節所述滾筒的轉速。
目前，根據操作人員的通過經驗獲得的經驗值由操作人員對料位 進行估計。作為支持手段使用重量傳感器，所述重量傳感器檢測被裝 栽的滾筒在軸承上的支承重量。盡管使用這些附加設置的傳感器，但 這些估計方法還是非常不精確。近來也已開發出聲學的測量方法，但 這些測量方法同樣需要附加的用于錄音的傳感器。
常規的用于料位檢測的方法比如由企業Mollet料位技術有限公司 (Mollet Fiillstandstechnik GmbH)借助于網址http:〃www.mollet-gmbh.de/提供的旋轉葉片、擺錘及振動測量方法更適合于靜止的儲備容 器，但不適合于磨碎機的旋轉的和被裝栽的滾筒。

發明內容
因此，本發明的任務是，說明一種方法和一種裝置，其實現了以 簡單的方式在磨碎機運行過程中為滾筒檢測當前料位。該任務通過獨立權利要求1的特征解決。在按本發明的用于檢測 磨碎機的被裝栽的滾筒的料位的方法中，
a) 借助于驅動裝置向所述滾筒加栽驅動力矩并且將其置于旋轉運 動之中，
b) 按照能夠預先給定的驅動測試序列來調節所述驅動裝置上的驅 動力矩，
c) 檢測所述滾筒的由于驅動測試序列引起的轉速的時間上的轉速 變化曲線，，
d) 對所檢測到的轉速變化曲線進行分析，并且
e) 根據分析的結果來確定料位。
相對于以往常用的非常不精確的估計方法，按本發明的方法的突 出之處一方面在于更高的精度并且另一方面在于，該方法也可以自動 化地并且尤其在所述磨碎機的連續的運行過程中實施。因此尤其也可 以求得當前的料位測量值。有利的是，按本發明的方法首先基于本來 為調節正常的磨碎機運行而設置的轉速檢測。該測量參量因此已經以 合適的比如電子的形式在分析單元中供人使用。因此尤其不需要任何 附加的如在現有技術中比如用于所述滾筒的支承重量的重量傳感器一 樣的傳感器。所述驅動測試序列也可以以簡單的方式在驅動裝置上調 節，從而在總體上僅僅為按本發明的方法產生較低的實施開銷。
按本發明的方法的有利的設計方案由從屬于權利要求1的權利要 求的特征中獲得。
有利的是，在對來自所檢測的時間上的轉速變化曲線的轉速變化 曲線進行分析時并且尤其在數字化之后借助于傅立葉變換產生轉速頻 率信號，尤其在所包括的頻率份額方面對該轉速頻率信號進行研究。 由于磨料碰撞到所述同步器上，在轉速中產生周期性的擾動，借助于 傅立葉分析可以有效地檢測和分析所述擾動。優選從特定的頻率份額 的存在性、從其振幅中或者從其相位中推斷出料位。因此可以特別好 地和全面地對所檢測到的轉速信號進行研究。在此很清楚這方面的開 銷。傅立葉變換可以簡單地以電子方式且自動化地實施。
按照一種另外的優選的變型方案，作為驅動測試序列預先給定恒 定的驅動力矩或者使用為了所述磨碎機的正常運行尤其通過驅動裝置 調節器預先給定的驅動力矩。所述驅動裝置調節器因而尤其本來就已
6存在。所述驅動裝置調節器通常不僅可以預先給定驅動力矩而且可以 預先給定轉速.在使用所提到的驅動測試序列時，所述料位檢測方法 尤其簡單。因此，在實際上在不干預所述驅動力矩的設定值或設置的 情況下就足夠了。于是，正常的磨碎機運行甚至一點都沒有受到驅動 力矩的因料位檢測引起的變化的不利影響。相應地，可以根據所述轉 速變化曲線的傅立葉變換的分析來求得關于料位的感興趣的信息。
此外，優選在分析轉速變化曲線時對所檢測到的轉速變化曲線進 行濾波，尤其是低通濾波，和/或平均值計算(中值)。由此可以消除 波動，并且可以更加簡單地確定用于所尋找的料位的已經很好的第一 近似值。
此外，有利的是，在分析轉速變化曲線時求得被裝栽的和被驅動 的滾筒的慣性矩。所述慣性矩是特別合適的中間參量，借助于該中間 參量可以簡單地并且還以高精度確定當前的料位。
此外，有利的是一種變型方案，在該變型方案中作為驅動測試序 列預先給定具有至少一次跳躍式變化尤其是具有矩形脈沖的形式的變 化的驅動力矩。尤其所述驅動測試序列具有兩次先后相隨的矩形脈沖 形的帶有相反的變化方向的變化。驅動力矩中的一種這樣的階躍函數 導致轉速變化曲線中出現能夠容易地檢測和分析的反應。于是也就是 尤其對所屬的階躍響應進行分析。
此外，有利的是，相對于驅動力矩的原始數值，所述驅動力矩的
絕對變化在30%以下尤其在10%以下并且尤其在2°/。以下的范圍內變 動，于是，所述驅動力矩的變化一方面足夠大，用于引起能夠分析的 反應，并且另一方面還沒有大到明顯損害正常的磨碎機運行的程度，
型;案中，所述兩個矩形脈沖除符號之外可以是相同的，口也就是對稱 的。不過，同樣也可以設想不同的或者非對稱的彼此相隨的矩形脈沖. 比如，所述兩種矩形脈沖可以具有不同的脈沖持續時間和脈沖高度， 但具有相同的時間積分。由此比如可以避免超過預先給定的最大的磨 碎機轉速.因此，選擇優選具有負的變化方向的第一種脈沖以及具有 正的變化方向且具有與第一脈沖相同的絕對脈沖高度的第二脈沖。于 是所述負的笫一驅動力矩-脈沖減緩轉速，而所述正的第二驅動力矩-脈沖則將磨碎機再度加速到原來的轉速。有利的是，僅僅對負的驅動
7力矩-脈沖進行分析，因為在驅動力矩-脈沖為負時所述磨碎機力矩的影響更小。
有利的是一種另外的變型方案，在該變型方案中所述矩形脈沖具有尤其能夠預先給定的和由此已知的脈沖持續時間以及尤其同樣能夠預先給定的并且已知的確定驅動力矩的變化的脈沖高度，并且借助于所述脈沖持續時間、脈沖高度和由于驅動測試序列引起的和所檢測的轉速變化來求得所述慣性矩的第一測量值。尤其確定平均的轉速變化并且由此通過求導確定所述慣性矩的平均值，其中優選以靜態的也就是在時間上不變的慣性矩為出發點。
然后，所述很好地近似的慣性矩尤其與由脈沖持續時間和脈沖高度構成的乘積(=分子)與所檢測到的(平均的)轉速變化(=分母)的商之間成比例，也就是在所提到的參量之間得到非常簡單的且也在數字方面能夠非常容易地分析的關系。
按照一種另外的優選的變型方案，為確定所述料位，將為所述被裝栽的和被驅動的滾筒的慣性矩求得的第一測量值與圓弧扇形段的慣性矩進行比較，用于由此尤其確定填注角度或者填注高度。已經發現，在運行過程中通常使用的轉速時，栽荷在所述滾筒內部如此分布，使得所述填料始終很好地近似地布置在圓弧扇形段的內部.因此，可以
來確定滾筒中的料位。 1
此外，有利的是，通過至少一個附加設置的校正因數來對慣性矩的時間或轉速依賴關系加以考慮。由此可以進一步提高測量精度。
除此以外存在所述方法的一種有利的設計方案，在該方法中至少在驅動測試序列的持續時間的過程中切斷設置用于磨碎機的正常運行的轉速調節器。由此防止所述轉速調節器進行干預并且對通過所述驅動測試序列有針對性地且為分析目的引起的轉速變化進行調整
(ausregeln)。僅僅部分的再調整也會導致更不精確的測量結果，不過，如果所述轉速調節器具有很長的尤其處于所述驅動測試序列的持續時間的數量級中的或者甚至更大的時間常數，那就不一定需要切斷所述轉速調節器。
有利地規定，從所述轉速變化曲線和驅動測試序列中求得所述被擦系數。通過這樣的方法可以對摩擦力矩的轉速依賴關系加以考慮。
此外，有利的是，在線性模型的基礎上求得所述慣性矩和靜態的摩擦系數，其中所述線性模型描述轉速與驅動力矩之間的依賴關系。
k系，其中可以簡單地確定所述線性模型的參數。'
此外，有利地規定，所述線性模型是PTl-元(PT1-Glied)，并且
值對所述PTl-元進行調整。PTl-元僅僅具有兩個未知的參數，這兩個未知的參數可以在兩個不同的時刻通過對所述PTl-元的分析容易地確定。由此所需要的計算開銷很小，從而在存儲容量和計算效率有限的情況下也能夠求得所述參數.
所述任務同樣通過控制裝置得到解決，利用該控制裝置能夠按照按權利要求1到15中任一項所述的方法檢測磨碎機的被裝栽的滾筒的料位。為此，所述控制裝置設有程序代碼，該程序代碼包含控制指令，所述控制指令促使所述控制裝置實施按權利要求1到15中任一項所述的方法。
此外，本發明延伸到用于磨碎機的控制裝置的機器可讀的程序代碼，該程序代碼具有控制指令，所述控制指令促使所述控制裝置實施上述方法。所述機器可讀的程序代碼也可以保存到已經為所述磨碎機而存在的未設有按本發明的程序代碼的控制裝置上并且由此能夠在以往常規運行的磨碎機上實施按本發明的方法。
此外，本發明延伸到存儲介質或者說計算機程序產品上，所述存儲介質或者說計算機程序產品具有存儲在其上的機器可讀的如上面所說明的程序代碼。


本發明的其它特征、優點和細節從借助于附圖對實施例所作的以下^L明中獲得。其中
圖1是磨碎機的一種實施例，該磨碎機具有被裝栽的和能夠圍繞著旋轉軸線旋轉地被驅動的滾筒以及控制和調節單元，
圖2和3是在滾筒內容物不同分布時按圖1的磨碎機的滾筒的垂直于旋轉軸線的橫截面II-II或者說III-III，
圖4是通過所述控制和調節單元來調節的用于作用于所述滾筒的圖5是相應于滾筒內容物的平均的分布狀態的圓弧扇形段，圖6是作用于所述滾筒的驅動力矩的負的階躍激勵及轉速的近似預期的階躍響應的時間圖，并且
圖7是按圖4的所檢測的變化和預期的未受干擾的變化之間的差的時間圖。
彼此相應的部件在圖1到7中用相同的附圖標記來表示。
具體實施例方式
圖1示意示出了磨碎機1的一種實施例，該磨碎機1具有滾筒2以及控制和調節單元3.所述磨碎機1是構造為球磨機或者構造為SAG-磨碎機的磨礦機。所述滾筒2與給料豎井4相連接，有待磨碎的礦石材料5借助于所述給料豎井4到達所述滾筒2的內部。為粉碎礦石材料5，所述被裝栽的滾筒2能夠借助于在本實施例中構造為無傳動裝置的電動機的驅動裝置6圍繞著旋轉軸線7旋轉地被驅動。
在所述滾筒2上設置了用于檢測所述滾筒2的轉速n的轉速傳感器8。該轉速傳感器8連接到所述控制和調節單元3上。所述控制和調節單元3尤其包括至少一個比如構造為微型計算機、微處理器或者微型控制器-組件的形式的中央計算單元9、與所述轉速傳感器8相連接的轉速調節器10和連接到驅動裝置6上的驅動裝置調節器11。所述轉速調節器IO和驅動裝置調節器11借助于開關12彼此相連接。所述轉速調節器10、驅動裝置調節器11和開關12連接到所述中央計算單元9上。
所述轉速調節器10、驅動裝置調節器11和開關12可以是在物理
上存在的比如電子的組件，或者也可以是保存在未詳細示出的存儲器
中的軟件模塊，所述軟件模塊在其被調用之后在所述中央計算單元9
中運行。所提到的各個部件9到11與在圖1中出于簡潔原因未示出的
其它部件和/或單元相互作用。此外，所述控制和調節單元3可以構造為一個唯一的單元或者構造為多個單獨的子單元的組合。
下面也參照圖2到7對所述磨碎機1的作用原理及特殊的方法流程和優點進行說明。
由于所述滾筒2的通過驅動裝置6引起的旋轉運動，將所加入的
10礦石材料5磨碎。為支持磨碎過程，可以在所述滾筒2中附加地加入鋼球。此外，在所述在本實施例中構造為磨礦機的磨碎機l中輸入水，從而在所述滾筒2的內部存在填料13,該填料13基本上是具有通過或多或少地被粉碎的礦石材料5和鋼球形成的固體份額的懸浮液，
從按圖2和3的橫截面示意圖中可以看出在旋轉的滾筒2內部的填料13及其兩種可能的分布。在此示出所述滾筒2的垂直于旋轉軸線7的橫截面。這些示意圖大為簡化。尤其沒有滾筒壁的細節，比如在所述滾筒壁的內側上沿圓周方向分布布置的同步接片(Mknahmestege)或者同步器(Mitnehmer)(英語專業概念-Liner)。
填料13在滾筒2中的分布會在運行過程中變化。其依賴于不同的參數，如填注高度并且在一定程度上也依賴于轉速。典型地給所述滾筒2填注45-50%,由此產生45°-55"的角度ot和大約140°的角度P 。此外，所述滾筒經受隨機的波動。在按圖2的分布狀態中，所述填料13的一部分由于所述滾筒2的同步效應在所述滾筒內壁上處于較上面的位置上。在這部分填料朝滾筒內腔的最深的位置的方向滑落之后，所述填料具有在圖3中示出的分布狀態。這樣的變化可以周期性地和/或非周期性地重復.
在運行過程中，所述磨碎機1的填注程度依賴于不同的影響參數而變化。準確地知道當前的填注狀態是值得向往的，從而盡可能好地調節磨碎機運行參數并且由此盡可能有效地安排所述磨碎機1的運行。
所述磨碎機1由于專門實施的方法尤其也能夠在連續運行的過程中確定滾筒2中填料13的料位.這種料位檢測基于所述滾筒2的轉速n的檢測和分析。
在這種方法的第一設計方案中，對所述轉速n的作為對驅動裝置6的驅動力矩M的跳躍式變化的反應的階躍響應進行分析。作為輸入參量，調節驅動力矩M的特殊的驅動測試序列14。這借助于相應的設定值在所述驅動裝置調節器11上進行，于是所述驅動裝置調節器11觸發所述驅動裝置6，使得其根據所期望的驅動測試序列H提供驅動力矩M。
一種這樣的驅動測試序列14的例子在圖4的上方的圖表中示出。所述驅動力矩M的關于時間t繪出的曲線與基礎數值Mo之間具有短時間的和細微的偏差，所述驅動力矩M在這個時刻由于所述驅動裝置調節器11的由正常的運行要求引起的設定值而具有這個基礎數值M0.這些偏差是跳躍式的。尤其所述驅動測試序列14包括兩個疊加在所述基礎數值M。上的具有脈沖高度△ M,或者說△ M2及脈沖持續時間A
或者說At2的矩形脈沖。
所述兩個矩形脈沖具有相反的符號。第一矩形脈沖導致所述驅動力矩M的跳躍式的下降，第二矩形脈沖則導致所述驅動力矩M的跳躍式的上升。這個順序是有利的，因為所述磨碎機1通常在其臨界的轉速n ^的大約80%處運行。為了也在所述驅動測試序列14的階段的過程中可靠地避免超過這個臨界的轉速n m，在此建議首先在時刻to和t,之間設置具有驅動力矩M的下降的負的矩形脈沖并且之后才在時刻
t2和t3之間設置具有驅動力矩M的上升的正的矩形脈沖。
對所述轉速n的作用是相應的.所述驅動測試序列14的第一負矩形脈沖使轉速n降低，而第二正矩形脈沖則導致上升返回到轉速原始值nn。在圖4的下方的圖表中示意示出了所述轉速n的借助于轉速傳感器8測量的以及在慣性矩恒定時預期的時間變化曲線15或者說16。根據測量的時間變化曲線15的平均以及根據用已知的參數At！和At2和作為未知的參數的由驅動測試序列14引起的轉速變化An "均方根"-擬合("Root Mean Square" -Fits)的曲線，可以確定所述轉速變化厶n。在最簡單的情況下，這可以借助于將在處于時刻h和t2之間的范圍內求平均的測量的時間變化曲線15從轉速原始值n0中減去來進行。在所述控制和調節單元3中來求平均，其中比如使用低通濾波。總之，可以由此求得通過所述驅動測試序列14引起的轉速變化An。
為了保證作為決定性的測量參量有待檢測的轉速變化An沒有通過所述轉速調節器10的快速干預而得到補償，借助于開關12將所述轉速調節器IO斷開所述驅動序列14的持續時間Ta。不過該措施并非強制需要。可以省略該措施，如果所述轉速調節器IO的延遲時間大于所述驅動序列14的持續時間TA。
從所檢測到的轉速變化An以及所述驅動序列14的預先給定的參數可以為被裝栽的滾筒2的-首先作為在時間上恒定的因此假定靜態的- 慣性矩J算出非常好的估計值。
這種分析方法的出發點是以下關系。對于具有恒定的慣性矩J的旋轉的質量m的加速來說，需要按
12M。=,/， (1)eft
的加速力矩Ma，其中用w表示所述旋轉的質量m的角速度。在旋轉角ot和角速度w之間適用以下關系式
(2)
在按圖2和3的橫截面示意圖中一同繪出了旋轉角oc，所述填料13的質量重心相對于在所述滾筒2靜止時的靜止位置相應偏移了這個旋轉角ot
為了將所述滾筒2置于旋轉運動之中，由所述驅動裝置6施加的驅動力矩M反作用于比如通過在所述滾筒2的支承中的摩擦損失引起
的摩擦力矩Mr以及通過所述填料13的偏移引起的磨碎機復位力矩Mm
并且同時提供為旋轉所需要的加速力矩Ma,因此適用
M=/V/r+Mm+A^ (3)在假設靜態的慣性矩J且預先給定帶有兩個具有相同的脈沖高度
△ M，= AM2= AM和相同的脈沖持續時間At產At2-At的矩形脈沖
的驅動測試序列14時，由
y — 60'AM.A/ — 「 AM'△/ (4)
2'7T-A/7 Aw
獲得方程式U)中的慣性矩J的所尋找的第一估計值，其中所述轉速
變化△ n從所測量的或者預期的轉速變化曲線15或者說16中獲得并且在以每秒弧度尺寸表明的角速度co和以每分鐘轉數表明的轉速n之間進行換算，C代表比例常數。
如此設計所述驅動測試序列14的參數AM和At的大小，從而一方面在轉速變化曲線15或者說16中產生能夠檢測的測量效應，但另一方面所述轉速變化An保持足夠地小，從而不顯著地損害在測量階段過程中尤其進一步進行的磨碎機運行及尤其是所述磨碎機1的通過量。此外，所產生的小的轉速變化An保證，比如所述慣性矩J和磨碎機力矩Mm的轉速依賴關系不導致負擔并且也在實際上良好近似地產生這里首先假定的靜態的關系。因此，在本實施例中，所述脈沖高度AM！
=AM2= AM大約為基礎數值M。的5%。脈沖持續時間At， = At2 =
At則相應地大約為5秒。借助于按照方程式(4)確定的慣性矩J估計值，可以推斷出真正感興趣的料位。
通常對所述慣性矩J來說適用以下關系式
<formula>formula see original document page 14</formula>(5 )
其中用r來表示微分的質量dm與所述旋轉軸線7之間的間距.
如可以從按圖2和3的示意圖中看出，所述填料13至少平均地處于圃弧扇形段內部。對于在圖2和3中示出的兩種分布狀態來說，一同繪出了所假設的圓弧扇形段的相應的弦17或者說18。其假想的與滾筒壁之間的交點在圖2和3中同樣形成一同繪出的填注角P ，所述填注角P依賴于所述填料13在所述滾筒2內部的相應分布狀態。
已經表明，假設圓弧扇形段形式的填料分布狀態在實際上得到很好地滿足，至少只要所述轉速n處于在臨界轉速n ^之下的通常的范圍內》
因此，將按照方程式(4)確定的慣性矩J估計值與圍繞著旋轉軸線旋轉的圃弧扇形段形的質量的有待以解析方式或者數字方式計算的慣性矩進行比較提供了關于當前填注的信息。
可以在參照按圖5的示意圖的情況下為圍繞著旋轉軸線旋轉的圓
孤扇形段形的質量的慣性矩從方程式(5)中推導出以下計算規則
<formula>formula see original document page 14</formula> (6)
其中用p表示恒定假設的和大致已知的填料密度，用R表示滾筒半徑，并且用l表示沿所述旋轉軸線7的方向的軸向的滾筒長度。
將按照方程式(4)確定的慣性矩J估計值代入方程式(6)中。所產生的關系式要么用解析法要么用數字法來解填注角P 。
如此求得的填注角P已經是所述滾筒2的填注的尺度。在需要時可以按照
<formula>formula see original document page 14</formula>(7)將其換算為填注高度hf。
可以進一步細化測量結果，如果將不同的影響參量的時間依賴關系尤其是所述慣性矩J的時間依賴關系一同加以考慮。此外，使所述力矩方程式(3)完全動態化，也就是說采用單個力矩與時間t之間的依賴關系
M=A/r(/)+Mm(/) + M。(/) (8) 按照
A/,.(,) = M,*-w =A<-d; (9)
來假設依賴于轉速的摩擦力矩Mr (t)，其中用M:來表示時間恒定的
摩擦系數。按方程式(9)的乘積表達式的時間依賴關系因此僅僅通過 所述轉速n或者說角速度w來引起。
此外，對依賴于旋轉角的并且由此同樣依賴于時間的磨碎機特性 曲線加以考慮。所述磨碎機特性曲線進入到所述磨碎機復位力矩Mm ")中
WX,sin(a) (10) 其中用M:,表示時間恒定的復位因數(Rttckstellungsfaktor )。時間
依賴關系由此又僅僅通過乘積因數sin ( oc )也就是說通過依賴于時間
的旋轉角oc來確定。
對于加速力矩Ma(t)，除了所述角速度(o的時間依賴關系之外現
在也對所述慣性矩J的時間依賴關系加以考慮。其由
來產生。
在考慮到方程式(9) - (11)的情況下可以將方程式(8)轉換為 M = ./.& + (J+AO.cif+(sin(a) (12) sin ( ot ) oc適用于小的旋轉角oc，在假設小的旋轉角a的情況 下，所述方程式(12)是減震的擺錘的微分方程式。
此外，為了盡可能真實地描繪在所述滾筒2的內部的情況，采用 次要條件，該次要條件描述滑轉條件。如借助于圖2和3已解釋的， 在所述填料13在所述滾筒內壁上到達特定的上面的位置時，它又向下 掉落或者滑動。可以為這個上面的位置分配極限旋轉角ou。這個極限 旋轉角cu同樣依賴于角速度co。因此，在方程式(12)中作為次要條 件補充所述旋轉角ot的通過依賴于轉速的極限旋轉角ou確定的限制 A/ = ,/.<i + (J + A/:)'ci;+A^ -sin(min(a,a0(d;))) ( 13 )
方程式(13)可以用數字方式比如借助于圍繞著工作點ot。的展開 式來解，在此可以一同考慮關于所述磨碎機1的性能的比如在起動階段過
程中或者在停機過程中已經獲得的附加信息。尤其空的滾筒2的慣性 矩J可以在起動過程中亳無問題地求得。除此以外，裝栽著測試填料 的滾筒2的慣性矩J也可以通過在起動階段過程中進行的滑行試驗來 求得，在所述滑行試驗中跳躍式地切斷所述驅動裝置6.由此產生的振 動的周期延續時間根據已知的用于減震的物理擺錘的方程式來獲得。 如此獲得的附加信息尤其可以用于對料位檢測方法進行校準。 在一種變型方案中，由此并且在考慮轉速n的檢測到的并且還未濾 波的變化曲線15的情況下求得依賴于時間和/或轉速的校正因數，在分 析所述方程式(4)和(6)時對所述校正因數加以考慮。這些校正因 數比如可以說明與所述填料13在滾筒2內部的精確的圓弧扇形段形的 分布之間的依賴于時間的偏差。在此，因此也對包含在檢測到的變化 曲線15中的波動進行分析，用于獲得非常精確的和在時間上當前的料 位結果。
在一種進一步優選的變型方案中，僅僅離線使用完全動態的模擬， 用于能夠更好地分析和量化在方程式(13)中通過M; ci所說明的摩擦 及在方程式(13)中通過M:, sin(min(a，a。(d)))所說明的磨碎機復位力矩的 影響。因此，比如可以從方程式(13)的結構中估計階躍響應的形式。
如果在連續的運行中所述旋轉角oc已經達到滑轉條件oto，那么轉 速依賴性可以近似地線性化。在此大致適用
sin(min(or,(3r,)(ci0))《sin(Qr() + sdr)《sin(an) + sdr. cos(q^) ( 14 )
其中用e表示小的干擾。利用該近似簡化所述方程式(13)，使得 其具有PTl-元的已知的結構。
在階躍激勵中，PTl-元的微分方程式的解是已知的。它具有通用形
式
z 、1 (15)
l一exp
乂乂
其中用K表示振幅常數并且用Tpn表示PTl-元的時間常數。如果在時 刻to轉換到在圖6的上方的圖表中示出的具有所述驅動力矩M的負的 階躍的階躍激勵19，那就在PTl-模型的基礎上為所述轉速n (t)產生 在圖6的下方的圖表中示出的階躍響應20的下列基本結構
16<formula>formula see original document page 17</formula>對于t〉to來說 U6a)
〃(/)="。 對于t〈to來說 U6b)
按方程式(15)或(16)的近似預期的函數與測量數據相適應。這 種適應(Fit)提供在方程式(15)或(16)中首先還不知道的參數K 或者說An和TVn,除了偏移no之外，至少在開始通過斜率
K — — ( 17 )
來確定對從Mo到Mo-AM的階躍的響應。因此又產生靜態的情況(參 照方程式(4))。總之，因此通過使具有自由的參數T和K或者說A n的PTl-元與所測量的時間變化曲線15相適應的方式也可以在動態的 情況下從起始斜率K/T檢測慣性矩J。
在按方程式(14)的近似中，使非線性的(正弦的)份額線性化并 且被視為小的干擾s。通過所述PTl-元的起始斜率的分析，簡化了解 析關系，因為可以縮短幾個復雜的未知的項.但如果比如也還考慮e 的更高的階，那么產生d的二次項，從而所述微分方程式(13)在解析 方面不再有解。
但是而后比如在干擾理論上可以用干擾方案(Stiirungsansatz ): a(/)"oO)+^0) + fa2(/) + ... ( 18 )
來推導出解，其中cx,> (t)是未受干擾的方程組的解。因此，從測量數 據中近似地通過從未受干擾的解中的推算來首先確定轉速n或者慣性 矩J。所述轉速n的由此產生的未受干擾的基本上相應于按圖4的預期 的時間變化曲線16的解被從按圖4的所測量的時間變化曲線15中減 去。僅僅對在按圖7的圖表中示出的由此產生的干擾微分信號21在其 頻率份額方面進行進一步研究。這樣的處理方式在數字方面十分有利， 因為已經消除了已知的絕對份額(-預期的時間變化曲線16)。
此外，可以從所檢測到的代表階躍響應的轉速變化曲線15中借助 于模型轉換并且在考慮重要的方程式(13)的情況下推斷出當前的料 位。此外，可以在方程式(13)的基礎上建立以下方程組
)=JM-似:,sin(min(o;,a。(d)))-./'&j八, (19a )hp力 U9b)
該方程組包括兩個單個方程式。所述慣性矩J及其一階時間導數,/是有 待確定的未知的參量。相反，現在已知預先給定的并且必要時也再次 測量的驅動力矩M以及所測量的角速度&，該角速度&基本上相當于 轉速n。此外，可以至少近似地借助于靜態的計算求得時間恒定的復位
因數A/;:以及時間恒定的摩擦系數M;。
所述微分方程式(13)的(數字的)解是依賴于不同的參數的旋 轉角a(J(t)，M(t)，a,，(t))或者說在給定J(t)和M(t)的情況下可容易地從 中確定的滾筒2轉速n(t)。但是首先對所述慣性矩J(t)來說興趣至少被 視為中間參量。模型轉換指的是方程式(13)的解析地解出J(t).對于 普通的動態的微分方程式來說，這不成功。為獲得數字的解，比如可 以使用以下J的解函數(Ansatzfunktion ):
./(/) = jP。./。+jPl./1W + Pr/2(0 + ... (20)
由此向前解出所述微分方程式并且將結果與所測量的數值進行比 較。在方程式(20)中，Jo表示靜態的問題的解并且J,(t)表示比如正 弦形的干擾函數，也就是比如J"t)-sin(t/Tst)。干擾周期性Tst尤其可 以從轉速n以及從所述同步器在滾筒2中的圓周間距中計算出來。參 數pn中的優化問題比如用測量數據通過"最小平方"-擬合("Least Square"-Fit)來解決。這尤其可以自動化地并且也在線也就是在磨碎 機運行過程中來進行。
在一種另外的優選的變型方案中，力矩方程式(3)部分地動態化。 所述慣性矩J和磨碎機力矩Mm被假設為靜態的，相反，按方程式(9) 的摩擦力矩Mr則被假設為依賴于轉速的。由此作為力矩方程式得到
M=M,(/)+Mm+M。(/) = A<-a+A/m+,/.， (21 )
如果將方程式(21)考慮用于驅動力矩AM的階躍，那么該方程 式就簡化為
H針丄.AM (22) ./ ,/
方程式(22)具有PTl-元的帶有微分方程式
18<formula>formula see original document page 19</formula>(23)
的結構。
方程式(22)和(23)之間的比較提供以下關系
<formula>formula see original document page 19</formula>
方程式(24c)和(24d)在所述在方程式(21)中未知的且有待 確定的摩擦系數M;及慣性矩J與PTl-元的放大因數K和時間常數TVn 之間建立了關系。所述放大因數K和時間常數TPT1可以借助于參數識 別從驅動力矩M和轉速n的測量值中求得.在此，應該識別兩個參數 K和Tfh,其中所述磨碎機特性的模型也就是PTl-元是線性的。
通過最小化算法進行參數識別，所述最小化算法比如將二次誤差 降低到最低限度.所述參數識別可以在時間上連續地或者在時間上離 散地來實施。因為現代的計算單元在時間上離散地工作，所以下面對 在時間上離散的參數識別進行解釋。
如果使方程式(23)離散化，則得到
<formula>formula see original document page 19</formula>
其中At是掃描時間并且
<formula>formula see original document page 19</formula>
通過使在N個時間步驟上在模型輸出yi和相應的測量值yi "*之間的二 次誤差的和最小化來計算未知的參數.由此使質量函數 (GiitefuTiktional)最小化.作為重復測定的方程組的解以矩陣書寫方式得到
(27)
*1*
(28)
P=(MT . m" . mt . y
其中P是Pi和P2構成的矢量并且y *'*是y2財到yN+1 ^構成的矢量。 M是矢量u和y構成的矩陣，其中u包含所測量的輸入值iu到un并且 所述矢量y包含測量值yi **到yNw*。
方程式(28)變得尤其簡單，如果僅僅考慮N=2個時間步驟。因 為僅僅要確定兩個參數，所以考慮兩個時間步躁就已足夠。從方程式 (28)中得到
MT . M . p=MT y*1* (29) 通過縮寫的采用，從方程式(29)得到
A - p=b ( 30)
方程式(30)也可以求解p，從而得到以下方程式 p=A" ■ b (31)
對于未知的參數Pl和p2來說由此得到
p，= V",,-v (33)
和bz是矢量b的元素并且aij是矩陣A的在第i行和第j列中的元素。 因為a,2總是等于a21，所以未知的參數p,和p2可以通過對兩個先 后相隨的時間步驟的分析來確定，其中僅僅對五個數值也就是an、 a12、 a22、 b,和b2進行分析。由此也可以在具有有限的計算效率和存儲容量 的計算單元中確定未知的參數Pl和p2。借助于參數Pl和p2及已知的掃
描時間At，可以推算出所述PTl-元的放大因數K和時間常數TPT1。 此外，從所述放大因數K和時間常數TVn中可以推算出未知的摩擦系 數M:和未知的慣性矩J。利用這些計算出的參量，可以用已知的方式 推斷出所述滾筒2的料位。
如果方程組的條件差，那么單值分解(Singuiarwertzerlegung)就 提供了補救辦法，作為替代方案，也可以實施豪斯霍德變換 (Householdertransformation )或者根據格拉姆-施密特正交化(Gram-Schmidt)實施QR-分解。
利用所介紹的方法，也可以確定更加復雜的具有三個或者更多個自 由參數的線性模型。
所有前面所說明的方法步驟都在所述控制和調節單元3中尤其在 中央計算單元9中實施。這優選自動化地且周期性地在連續的磨碎機 運行過程中進行，從而在所述控制和調節單元3中存在非常精確地求 得的關于滾筒2的相應當前的填注的信息。這些信息可以用于更好地 控制和/或調節磨碎機運行。
在所述用于料位檢測的方法的一種另外的設計方案中，也可以在沒 有專門預先給定的驅動測試序列14的情況下并且取而代之用所述驅動 力矩M來工作，由于由所述驅動裝置調節器11為正常的磨碎機運行作 出的設定值在所述驅動裝置6上出現所述驅動力矩M.所述轉速n的 也在這種情況下檢測到的變化曲線15于是在所述調節和控制單元3中 首先經受傅立葉變換。
尤其在既存的頻率份額及其振幅和相位方面對所述轉速變化曲線 n的隨后作為傅立葉變換后存在的頻率信號進行研究。由此可以推導出 關于所述滾筒2的當前料位的以及必要時關于其它運行參數如所述滾 筒2中的質量分布、礦石材料5中的顆粒大小分布及鋼球份額的信息。
權利要求
1. 用于檢測磨碎機(1)的被裝載的滾筒(2)的料位(β、hf)的方法，其中a)借助于驅動裝置(6)向所述滾筒(2)加載驅動力矩(M)并且將其置于旋轉運動(ω)之中，b)按照能夠預先給定的驅動測試序列(14；19)來調節驅動裝置(6)上的驅動力矩(M)，c)檢測所述滾筒(2)的由于所述驅動測試序列(14；19)引起的轉速(n)的時間上的轉速變化曲線(15)，d)對所檢測到的轉速變化曲線(15)進行分析，并且e)借助于分析的結果來確定所述料位(β、hf)。
2. 按權利要求l所述的方法，其特征在于，在分析所述轉速變化 曲線(15)時借助于傅立葉變換從所檢測到的時間上的轉速變化曲線(15)中產生轉速頻率信號，尤其在所包含的頻率份額方面對該轉速 頻率信號進行研究。
3. 按權利要求2所述的方法，其特征在于，從確定的頻率份額的 存在性、從其振幅中或者從其相位中推斷出料位.
4. 按權利要求2或3所迷的方法，其特征在于，作為驅動測試序 列，預先給定恒定的驅動力矩或者使用尤其通過驅動裝置調節器(11) 為所述磨碎機(1)的正常運行預先給定的驅動力矩(M )。
5. 按權利要求l所述的方法，其特征在于，在分析所述轉速變化 曲線(15)時，對所檢測到的轉速變化曲線(15)進行濾波或對其進 行平均值計算。
6. 按權利要求l所述的方法，其特征在于，在分析所述轉速變化 曲線(15)時，檢測被裝栽的和被驅動的滾筒(2)的慣性矩(J)。
7. 按權利要求6所述的方法，其特征在于，作為驅動測試序列(14; 19)預先給定具有至少一次跳躍式的變化的尤其具有矩形脈沖的形式 的變化的驅動力矩(M)。
8. 按權利要求7所述的方法，其特征在于，所述驅動力矩(M) 的變化(AM; AMi; △ M2)相對于所迷驅動力矩(M )的原始數值在30 / 以下的尤其在10%以下的并且尤其在2%以下的范圍內變動。
9. 按權利要求7所述的方法，其特征在于，所述矩形脈沖具有脈 沖持續時間(At; At,、 At2)及確定所述驅動力矩(M)的變化的脈 沖高度(AM; AM" AM2)，并且借助于所述脈沖持續時間(At; △ t,、 At2)、脈沖高度(厶M; AIV^、 △ M2)和由于驅動測試序列(14) 引起的和所檢測的轉速變化(An)來求得所述慣性矩(J)的第一測 量值。
10. 按權利要求9所述的方法，其特征在于，為確定所述料位(B、 hf)，將為所述被裝栽的和被驅動的滾筒(2)的慣性矩(J)求得的第 一測量值與圓弧扇形段的慣性矩(J)進行比較，用于由此尤其確定填 注角度(B)或者填注高度(hf)。
11.按權利要求6所述的方法，其特征在于，通過至少一個附加 設置的校正因數來對所述慣性矩(J )的時間或轉速依賴關系加以考慮。
12. 按權利要求1所述的方法，其特征在于，至少在所述驅動測 試序列(14)的持續時間(TA)的過程中切斷為所述磨碎機(1)的正 常運行設置的轉速調節器(10)。
13. 按權利要求1到12中任一項所述的方法，其特征在于，從所 述轉速變化曲線(15)和驅動測試序列(14; 19)中求得所述被裝載 的和被驅動的滾筒(2)的慣性矩(J)以及依賴于轉速的摩擦力矩的靜態的摩擦系數(A/:)。
14. 按權利要求13所述的方法，其特征在于，在線性模型的基礎 上求得所述慣性矩(J)和靜態的摩擦系數(M;)，其中所述線性模型 描述了轉速(n)與驅動力矩(M)之間的依賴關系。
15. 按權利要求14所述的方法，其特征在于，所述線性模型是PT1-元，并且為求得慣性矩(J)和靜態的摩擦系數(M:)在兩個時刻用轉 速(n)和驅動力矩(M)的測量值對所述PTl-元進行調整。
16. 用于磨碎機(1)的控制裝置，具有程序代碼，該程序代碼則 具有控制指令，所述控制指令促使所述控制裝置實施按權利要求1到 15中任一項所述的方法。
17. 用于磨碎機(1)的控制裝置的機器可讀的程序代碼，該程序 代碼具有控制指令，所述控制指令促使所述控制裝置實施按權利要求1 到15中任一項所述的方法。
18. 存儲介質，具有按權利要求17所述的保存在其上的機器可讀的程序代碼。
全文摘要
本發明涉及一種用于對被裝載的磨碎機滾筒(2)進行料位檢測的方法。借助于驅動裝置(6)向所述滾筒(2)加載驅動力矩(M)并且將其置于旋轉運動(ω)之中。按照能夠預先給定的驅動測試序列來調節所述驅動裝置(6)上的驅動力矩(M)。檢測所述滾筒(2)的由于所述驅動測試序列引起的轉速的在時間上的轉速變化曲線并對其進行分析。根據分析的結果來確定料位。該方法提供當前的、精確的以及在連續的磨碎機運行的過程中檢測到的關于所述滾筒(2)的填注的信息。
文檔編號B02C17/18GK101500710SQ200780030093
公開日2009年8月5日 申請日期2007年6月19日 優先權日2006年8月14日
發明者H·-U·洛弗勒, K·蒂希勒, N·貝克, S·斯米茨 申請人:西門子公司