DE102008011552B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionierung von Bedieneinheiten eines Kohlefüllwagens an Füllöffnungen eines Koksofens - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Positionierung von Bedieneinheiten eines Kohlefüllwagens an Füllöffnungen eines Koksofens, wobei ein schienengeführter Kohlefüllwagen auf der Ofendecke eines Koksofens verfahren und zur Befüllung der Ofenkammern an Stellen, die durch eine Maschinensteuerung vorgegeben werden und Füllöffnungen in der Ofendecke zugeordnet sind, positioniert wird und wobei anschließend mindestens eine Bedieneinheit des Kohlefüllwagens durch horizontale, zweiachsige Stellbewegungen an die Füllöffnungen herangeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Positionierung des Kohlefüllwagens mit einem optischen Messverfahren die Koordinaten mindestens einer an der Ofendecke angebrachten Markierung, die eine feste Zuordnung zur Mittelachse einer Füllöffnung aufweist, in einem durch das Messverfahren vorgegebenen Messfeld erfasst und mit Referenzwerten verglichen werden, die für diese Markierung in der Maschinensteuerung hinterlegt sind, und dass die Abweichungen zwischen den gemessenen Koordinaten und den in der Maschinensteuerung hinterlegten Koordinaten für beide Achsrichtungen (X, Y) bestimmt sowie bei der Stellbewegung der Bedieneinheit berücksichtigt werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Positionierung von Bedieneinheiten eines Kohlefüllwagens an Füllöffnungen eines Koksofens.
• Es wird ein Verfahren vorausgesetzt, bei dem eine schienengeführter Kohlefüllwagen auf der Ofendecke eines Koksofens verfahren und zur Befüllung der Ofenkammern an Stellen, die durch eine Maschinensteuerung vorgegeben werden und Füllöffnungen in der Ofendecke zugeordnet sind, positioniert wird und bei dem anschließend mindestens eine Bedieneinheit des Kohlefüllwagens durch horizontale, zweiachsige Stellbewegungen an die Füllöffnungen herangeführt wird. Bei der Bedieneinheit kann es sich insbesondere um ein Füllteleskop an der Unterseite einer Fördereinrichtung, eine Deckelabhebevorrichtung und/oder eine Rahmenreinigungsvorrichtung zur Reinigung der die Füllöffnungen umgebenden Fülllochrahmen handeln.
• Ein Kohlefüllwagen mit einer in zwei Achsen horizontal verstellbaren Bedieneinheit, die eine Fördereinrichtung mit einem Füllteleskop, eine Deckelabhebevorrichtung sowie eine Rahmenreinigungsvorrichtung in Kombination umfasst, ist aus EP 1 293 552 B1 bekannt. Durch horizontale Stellbewegungen kann die Bedieneinheit an die tatsächliche Lage der Füllöffnungen angepasst werden. Die Positionsdaten aller Fülllochrahmen sind in der Maschinensteuerung gespeichert. Zum Beschicken der Ofenkammern des Koksofens fährt der Kohlefüllwagen in vorgegebene Positionen, die den Füllöffnungen in der Ofendecke zugeordnet sind. Nach der Positionierung des Kohlefüllwagens wird die Bedieneinheit entsprechend der in der Maschinensteuerung gespeicherten Koordinaten verfahren und an der Füllöffnung positioniert.
• Der Kohlefüllwagen bewegt sich auf Schienen, die auf der Ofendecke des Koksofens verlegt sind. Die Räder des Kohlefüllwagens weisen Spurkränze zur Führung auf den Schienen auf. Das notwendige Spiel zwischen den Spurkränzen und den Schienen sowie ein unvermeidbarer Verschleiß an den Spurkränzen und Schienen wirken sich nachteilig auf die Positioniergenauigkeit des Kohlefüllwagens aus. Das Spiel zwischen dem Spurkranz der Räder und den Schienen sowie anderweitige systembedingte Positionsungenauigkeiten bei der Positionierung des Kohlefüllwagens können sich so addieren, dass zwischen der Bedieneinheit, beispielsweise einem Füllteleskop, und dem Fülllochrahmen einer zu befüllenden Füllöffnung ein Seitenversatz von einigen Zentimetern auftreten kann. Die Abweichungen werden durch die Fahrbewegung des Füllwagens bestimmt und verändern sich systembedingt bei jeder neuen Fahrt. Sie lassen sich nicht durch Speicherung von Korrekturwerten in der Maschinensteuerung eliminieren.
• Die DE 32 41 30 C2 betrifft eine Einrichtung zum Positionieren und zur automatischen Steuerung von beweglichen Maschineneinheiten, die entlang einer Koksofenbatterie zur Beschickung und Entleerung verfahren werden können. Um die Arbeitsposition der beweglichen Maschineneinheit entlang der Verfahrrichtung bestimmen zu können, sind an der Koksofenbatterie Reflektoren vorgesehen, durch welche Lichtreflexe ins Blickfeld einer an der Maschineneinheit befestigten Fernsehkamera wandern. Durch die Bewegung des Lichtreflexes während der Bewegung wird eine Annäherungssteuerung realisiert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel zu beheben. Es soll ein Verfahren sowie eine Vorrichtung angegeben werden, mit der die beschriebenen Positionsabweichungen der Bedieneinheit an den Fülllochrahmen betriebssicher erkennbar und korrigierbar sind.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird nach jeder Positionierung des Kohlefüllwagens mit einem optischen Messverfahren die Koordinaten mindestens einer an der Ofendecke angebrachten Markierung, die eine feste Zuordnung zur Mittelachse einer Füllöffnung aufweist, in einem durch das Messverfahren vorgegebenen Messfeld erfasst und mit Referenzwerten verglichen, die für diese Markierung in der Maschinensteuerung hinterlegt sind. Die Abweichungen zwischen den gemessenen Koordinaten und den in der Maschinensteuerung hinterlegten Koordinaten werden für beide Achsrichtungen X, Y bestimmt sowie bei der Stellbewegung der Bedieneinheit berücksichtigt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die beschrieben Markierungserfassung an jedem Füllloch der Abstand zwischen der an dem Kohlefüllwagen angeordneten Bedieneinheit und der Mittelachse und der Füllöffnung ermittelt und wird der Stellweg der Bedieneinheit entsprechend angepasst. Dadurch ist sichergestellt, dass bei jedem Füllvorgang die Bedieneinheiten des Füllwagens an jedem Füllloch optimal ausgerichtet sind.
• Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verstellende Bedieneinheit wird zweckmäßig mit einem Fahrwerk ausgerüstet, das horizontale, zweiachsige Stellbewegungen ermöglicht. Mit den in der Maschinensteuerung zu den Markierungen hinterlegten Referenzwerten werden Werte für den Stellweg der Bedieneinheit den beiden Achsen zugeordnet und in der Maschinensteuerung gespeichert, um die Bedieneinheit aus einer Referenzlage heraus an den Füllöffnungen zu positionieren. Aus den gespeicherten Werten für den Stellweg und mit den aus der Markierungserfassung resultierenden Korrekturwerten wird der tatsächliche Stellweg hinsichtlich seiner Ausrichtung und Länge festgelegt und die Bedieneinheit entsprechend verfahren.
• Vorzugsweise werden zur Horizontalverstellung einer Bedieneinheit, die entlang zwei zueinander orthogonaler Achse verfahrbar ist, hydraulische Stelleinrichtungen verwendet, die mit einem Weg-Messsystem ausgestattet sind.
• Für das optische Messsystem wird vorzugsweise ein Gerät zur digitalen Bilderfassung oder ein Scanner verwendet. Um zu vermeiden, dass Gegenstände, die zufällig im Messfeld liegen, Fehlmessungen auslösen, wird das mit dem optischem Messverfahren aufgenommene Messsignal zweckmäßig mit einem als Referenz hinterlegten Signal verglichen. Messsignale, die von dem als Referenz hinterlegten Signal charakteristisch abweichen, werden als Fehlsignale nicht berücksichtigt. Um die Betriebssicherheit weiterhin zu verbessern, kann es zweckmäßig sein, die Markierung mit Druckluft oder durch Bürsten zu reinigen, bevor das optische Messverfahren durchgeführt wird.
• Die Markierungen können an den Fülllochrahmen der Fülllöffnungen angebracht werden. Die Positionsmarkierungen können als zweidimensionale Formen ausgestaltet sein und beispielsweise aus Farbmarkierungen oder Schildern bestehen, die fest mit dem Fülllochrahmen verbunden werden. Des Weiteren können die Positionsmarkierungen dreidimensionale Formen aufweisen und beispielsweise als Rippe ausgestaltet werden, die sich deutlich von dem Untergrund abhebt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere zur exakten Positionierung von Füllteleskopen, Deckelabhebevorrichtungen und Rahmenreinigungsvorrichtungen an den Füllöffnungen des Koksofens genutzt.
• Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung nach Anspruch 9 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst einen auf der Ofendecke eines Koksofens auf Schienen geführten Kohlefüllwagen, der eine unterseitige Fördereinrichtung mit einem absenkbaren Füllteleskop, eine Deckelabhebevorrichtung und eine Vorrichtung zur Reinigung von Fülllochrahmen als Bedieneinheiten aufweist. Mindestens eine Bedieneinheit weist ein Fahrwerk auf, welches zweiachsige und von einer Maschinensteuerung gesteuerte Stellbewegungen der Bedieneinheit ermöglicht. Der Kohlefüllwagen ist erfindungsgemäß mit einem optischen Messsystem zur Erfassung von Markierungen ausgestattet, wobei die Markierungen an der Ofendecke angebracht und Füllöffnungen zugeordnet sind. Das optische Messsystem weist einen Scanner oder ein Gerät zur digitalen Bilderfassung auf und umfasst eine mit der Maschinensteuerung verbundene Auswerteeinheit, welche aus den Positionsmesswerten der Markierung bezogen auf das von dem optischen Messsystem vorgegebene Messfeld Korrekturwerte für die Stellbewegungen der Bedieneinheit ermittelt und die Korrekturwerte an die Maschinensteuerung übermittelt. Die Maschinensteuerung steuert die horizontalen Stellbewegungen der Bedieneinheit unter Berücksichtigung der Korrekturwerte.
• Dem optischen Messsystem kann eine Reinigungsvorrichtung zur Säuberung der zu erfassenden Markierung und des Markierungsumfeldes zugeordnet sein, die vorzugsweise eine mit Druckluft beaufschlagte Düsenanordnung zum Freiblasen der Markierung und des Markierungsumfeldes aufweist.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
• 1 eine Vorrichtung zum Befüllen von Ofenkammern eines Koksofens,
• 2 das Messfeld einer zur Steuerung der 1 dargestellten Vorrichtung verwendeten optischen Messsystems.
• Die 1 zeigt eine Bedieneinheit 1 an der Unterseite eines nicht dargestellten Kohlefüllwagens, der auf der Ofendecke eines Koksofens auf Schienen geführt ist und zur Befüllung der Ofenkammern an Stellen, die durch eine Maschinensteuerung 2 vorgegeben werden und Füllöffnungen 3 in der Ofendecke zugeordnet sind, positioniert wird. Bei der Bedieneinheit 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein Füllteleskop, welches unterhalb eines Auslasses einer Horizontalförderschnecke 4 angeordnet ist und einen Einlauftrichter 5 sowie ein in Füllöffnungen in der Ofendecke des Koksofens vertikal absenkbares Teleskopunterteil 6 aufweist. Das Füllteleskop ist zur Anpassung an die jeweilige Position der Füllöffnungen relativ zum Kohlefüllwagen horizontal in zwei zueinander orthogonalen Achsen X, Y verstellbar und weist zu diesem Zweck ein Fahrwerk 7 auf, das horizontale, zweiachsige Stellbewegungen ermöglicht. Der Figur entnimmt man, dass der Einlauftrichter 5 des Füllteleskops sowie eine mit dem Füllteleskopunterteil 6 verbundene Hubeinrichtung 8 an einem Tragrahmen 9 befestigt sind, der entlang einer ersten Achse X linear verstellbar innerhalb eines Fahrrahmens 10 angeordnet ist. Der Fahrrahmen 10 ist auf Schienen, die an der Unterseite des Kohlefüllwagens befestigt sind, in einer zweiten Achse Y horizontal verfahrbar angeordnet. An den Tragrahmen 9 und Fahrrahmen 10 sind hydraulische Stelleinrichtungen 11 angeschlossen, die mit Weg-Messeinrichtungen ausgestattet sind und deren Stellwege von der Maschinensteuerung 2 gesteuert werden.
• Im Idealfall sind die Füllöffnungen 3 in der Ofendecke eines Koksofens in äquidistanten Abständen sowie in Fahrtrichtung des Kohlefüllwagen fluchtend angeordnet. Von diesem Idealfall weichen die realen Verhältnisse an einem Koksofen regelmäßig ab. Insbesondere bei älteren Koksöfen betragen die Lageabweichungen der Füllöffnungen 3 in beiden Richtungen X, Y häufig mehr als ±50 mm. Die Lageabweichungen können mittels des Fahrwerkes 7 ausgeglichen werden, so dass das Füllteleskop stets vertikal und ohne Schrägstellung des Teleskopunterteils 6 auf die Füllöffnungen 3 abgesenkt werden kann. Das erlaubt einen emissionsfreien und störungsfreien Füllvorgang. Die notwendigen horizontalen Stellwege sind für jede Füllöffnung 3 in einem Speicher der Maschinensteuerung hinterlegt. Der beschriebene versatzfreie Betrieb des Füllteleskops bzw. einer an dem Kohlefüllwagen angeordneten Bedieneinheit 1 setzt allerdings voraus, dass der Kohlefüllwagen nach jeder Fahrt exakt eine vorgegebene Position einnimmt, die der Füllöffnung 3 zugeordnet ist. Dies ist in der Praxis nicht möglich. So beträgt die Positioniergenauigkeit des Kohlefüllwagens in der Praxis regelmäßig ±5 mm. Ferner ist ein Spiel zwischen den Spurkränzen der Räder des Kohlefüllwagen und den Schienen zu berücksichtigen, welches sich verschleißbedingt im Laufe der Zeit ändert. Das Spiel beträgt in der Praxis zwischen 2 × 10 mm und 2 × 25 mm. In der Summe addieren sich die aus der Fahrbewegung des Kohlefüllwagens resultierenden Abweichungen auf mehrere Zentimeter, die sich auf die Positioniergenauigkeit der Bedieneinheit 1 unmittelbar auswirken. Die Abweichungen sind durch die Fahrbewegung des Kohlefüllwagens bestimmt und verändern sich bei jeder Positionierung. Sie können nicht in den in der Maschinensteuerung gespeicherten Werten für die Stellbewegung der Bedieneinheit 1 berücksichtigt werden.
• Zur Verbesserung der Positioniergenauigkeit ist der Kohlefüllwagen mit einem optischen Messsystem 12 ausgestattet, welches einen Scanner oder ein Gerät zur digitalen Bilderfassung aufweist. Mit dem optischen Messsystem 12 werden an der Ofendecke, z. B. an den Fülllochrahmen 14, angebrachte Markierungen 13 erfasst, die den Füllöffnungen 3 zugeordnet sind. Das optische Messsystem 12 gibt ein Messfeld 15 vor und umfasst eine Auswerteeinheit, die mit der Maschinensteuerung verbunden ist und aus den die Markierung 13 betreffenden Positions-Messwerten bezogen auf das Messfeld 15 Korrekturwerte für die Stellbewegung der Bedieneinheit 1 ermittelt und diese Korrekturwerte an die Maschinensteuerung 2 übermittelt. Die Maschinensteuerung 2 steuert die horizontalen Bewegungen der Bedieneinheit 1 unter Berücksichtigung dieser Korrekturwerte.
• Die 2 veranschaulicht das Auswerteverfahren. Nach jeder Positionierung des Kohlefüllwagens werden mit einem optischen Messverfahren die Koordinaten X₁, Y₁ der an der Ofendecke, z. B. am Fülllochrahmen 14, angebrachten Markierung 13 in einem durch das Messverfahren vorgegebenen Messfeld 15 erfasst und mit Referenzwerten X₀, Y₀ verglichen, die für diese Markierung 13 in der Maschinensteuerung 2 hinterlegt sind. Die in der Maschinensteuerung 2 ebenfalls hinterlegten Werte für die Stellbewegungen der Bedieneinheit 1 gelten für den Fall, dass die Koordinatenmesswerte X₁, Y₁ den in der Maschinensteuerung 2 hinterlegten Referenzwerten X₀, Y₀ entsprechen. Wenn, wie in 2 dargestellt, die Lage X₁, Y₁ der gemessenen Markierung 13 im Messfeld 15 von dem in der Maschinensteuerung 2 hinterlegten Referenzwert X₀, Y₀ abweicht, werden die Abweichungen Δx, Δy zwischen den gemessenen Koordinaten X₁, Y₁ und den in der Maschinensteuerung hinterlegten Koordinaten X₀, Y₀ für beide Achsrichtungen X, Y bestimmt und werden die Differenzwerte Δx, Δy als Korrekturwerte bei der Stellbewegung der Bedieneinheit 1 berücksichtigt.
• Um zu vermeiden, dass von dem Messfeld 15 erfasste Fremdkörper zu Fehlmessungen führen, wird das mit dem optischen Messverfahren aufgenommene Messsignal mit einem als Referenzwert hinterlegten Signal verglichen. Signale, die von dem als Referenz hinterlegten Signal charakteristisch abweichen, werden durch eine Filterschaltung als Fehlsignale nicht berücksichtigt.
• Im Ausführungsbeispiel und gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist dem optischen Messsystem 12 eine Reinigungsvorrichtung 16 zur Säuberung der zu erfassenden Markierung 13 und des Markierungsumfeldes zugeordnet. Sie weist beispielsweise eine mit Druckluft beaufschlagbare Düsenanordnung 17 zum Freiblasen der Markierung und des Markierungsumfeldes auf. Denkbar ist auch die Verwendung von Bürsten.

Claims (13)

1. Verfahren zur Positionierung von Bedieneinheiten eines Kohlefüllwagens an Füllöffnungen eines Koksofens, wobei ein schienengeführter Kohlefüllwagen auf der Ofendecke eines Koksofens verfahren und zur Befüllung der Ofenkammern an Stellen, die durch eine Maschinensteuerung vorgegeben werden und Füllöffnungen in der Ofendecke zugeordnet sind, positioniert wird und wobei anschließend mindestens eine Bedieneinheit des Kohlefüllwagens durch horizontale, zweiachsige Stellbewegungen an die Füllöffnungen herangeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Positionierung des Kohlefüllwagens mit einem optischen Messverfahren die Koordinaten mindestens einer an der Ofendecke angebrachten Markierung, die eine feste Zuordnung zur Mittelachse einer Füllöffnung aufweist, in einem durch das Messverfahren vorgegebenen Messfeld erfasst und mit Referenzwerten verglichen werden, die für diese Markierung in der Maschinensteuerung hinterlegt sind, und dass die Abweichungen zwischen den gemessenen Koordinaten und den in der Maschinensteuerung hinterlegten Koordinaten für beide Achsrichtungen (X, Y) bestimmt sowie bei der Stellbewegung der Bedieneinheit berücksichtigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit mit einem Fahrwerk ausgerüstet wird, das horizontale, zweiachsige Stellbewegungen ermöglicht, dass den für die Markierungen hinterlegten Referenzwerten Werte für den Stellweg der Bedieneinheit in beiden Achsen zugeordnet und in der Maschinensteuerung gespeichert werden, um die Bedieneinheit aus einer Referenzlage heraus an den Füllöffnungen zu positionieren, und dass die Bedieneinheit nach Maßgabe korrigierter Werte verfahren und an den Füllöffnungen positioniert wird, die sich aus den gespeicherten Werten für den Stellweg und aus der Markierungserfassung resultierenden Korrekturwerten ergeben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit entlang zwei zueinander orthogonaler Achse verfahrbar ist und dass zur Horizontalverstellung der Bedieneinheit hydraulische Stelleinrichtungen verwendet werden, die mit einem Weg-Messsystem ausgestattet sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungserfassung für eine exakte Positionierung von Füllteleskopen, Deckelabhebevorrichtungen und Rahmenreinigungsvorrichtungen an den Füllöffnungen des Koksofens genutzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für das optische Messverfahren ein Gerät zur digitalen Bilderfassung oder ein Scanner verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen an den Fülllochrahmen der Füllöffnungen angebracht werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem optischen Messverfahren aufgenommene Messsignal mit einem als Referenz hinterlegten Signal verglichen wird und dass Messsignale, die von dem als Referenz hinterlegten Signal charakteristisch abweichen, als Fehlsignale nicht berücksichtigt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung mit Druckluft oder durch Bürsten gereinigt wird, bevor das optische Messverfahren durchgeführt wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem auf der Ofendecke eines Koksofens auf Schienen geführten Kohlefüllwagen, der eine unterseitige Fördereinrichtung mit einem absenkbaren Füllteleskop, eine Deckelabhebevorrichtung und eine Vorrichtung zur Reinigung von Fülllochrahmen als Bedieneinheiten aufweist, wobei mindestens eine Bedieneinheit (1) ein Fahrwerk (7) aufweist, welches horizontale, zweiachsige und von einer Maschinensteuerung (2) gesteuerte Stellbewegungen der Bedieneinheit (1) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlefüllwagen mit einem optischen Messsystem (12) zur Erfassung von Markierungen (13) ausgestattet ist, wobei die Markierungen (13) an der Ofendecke angebracht und Füllöffnungen (3) zugeordnet sind und wobei das optische Messsystem (12) ein Messfeld (15) vorgibt sowie eine mit der Maschinensteuerung (2) verbundene Auswerteeinheit umfasst, welche aus den die Markierungen (13) betreffenden Positionsmesswerten (X₁, Y₁) bezogen auf das Messfeld (15) Werte für die Stellbewegungen der Bedieneinheit (1) ermittelt und diese Werte an die Maschinensteuerung (2) übermittelt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Messsystem (12) einen Scanner oder ein Gerät zur digitalen Bilderfassung aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen (13) an den Fülllochrahmen (14) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem optischen Messsystem (13) eine Reinigungsvorrichtung (16) zur Säuberung der zu erfassenden Markierung (13) und des Markierungsumfeldes zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (16) eine mit Druckluft beaufschlagbare Düsenanordnung (17) zum Freiblasen der Markierung (13) und des Markierungsumfeldes aufweist.

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