DE4230626C2 - Verfahren und Einrichtung zur Volumenstrommessung auf Bandförderern mittels Ultraschall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Volumenstrommessung von Schütt­ gütern, insbesondere von Kohle und Abraum, auf Fördereinrichtungen, insbesondere Bandförderern, durch konti­ nuierliche Bestimmung der Kontur der freien Oberfläche des Schüttgutstro­ mes durch fortlaufende berührungsfreie Entfernungsmessung mit mindestens einer nach dem Impuls-Laufzeit-Meßprinzip arbeitenden Sende-/Empfangsein­ richtung, der ein Rechner nachgeschaltet ist, wobei die Entfernungsmessung durch mindestens drei Ultraschall- Sensoren vorgenommen wird und die Laufzeiten des Schalls als Meßwerte im Anschluß an die Abtastung nachgeschalteten Umformern zugeführt werden, die die gemessenen Zeiten einer entsprechenden Schütthöhe zuordnen. Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung mit mindestens drei Ultraschall-Sensoren oberhalb einer Fördereinrichtung sowie einem diesen nachgeschalteten Rechner samt Ausgabe-Display, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.

Die DE 34 11 540 C2 betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Fördergut­ mengenstromes von mittels Bandförderern oder dgl. geförderten Schüttgü­ tern durch fortlaufende Bestimmung der Kontur der freien Oberfläche des Schüttgutes quer zur Förderrichtung durch fortlaufende berührungsfreie Entfernungsmessung mit Hilfe von mindestens einer nach dem Impuls-Lauf­ zeit-Meßprinzip arbeitenden Sende-/Empfangseinrichtung, der ein Rechner nachgeschaltet ist und Füllquerschnittsrechnung. Als vorteilhafte Sende-/Empfangsein­ richtung werden mindestens zwei jeweils einen Laserstrahl aussendende und den jeweils reflektierten Laserstrahl empfangende Laser-Entfernungsmeß­ vorrichtungen verwendet, wobei die Strahlen etwa senkrecht zur Förder­ richtung des Schüttgutes verlaufen und jeder in einem von der Schüttgut­ oberfläche zwischen 2 und 20 m betragenden Abstand angeordneten Laser-Entfer­ nungsmeßvorrichtung einer von mehreren über den Schüttquerschnitt ver­ teilten Meßpunkten zugeordnet wird. Die Vorteile der Laserabtastung sind im wesentlichen darin begründet, daß hiermit eine richtige Querschnitts­ erfassung des Schüttgutprofils möglich ist. Nachteilig ist jedoch der erhöhte technische Aufwand bei der Laser-Technologie zu sehen, der eine nicht unerhebliche Verteuerung des Gesamtmeßprinzips mit sich bringt.

Weiterhin ist in der DE 34 11 540 C2 die Möglichkeit ausgeführt, die Kontur der freien Oberfläche des Schüttgutstroms durch eine Ultraschall- Abstands-Meßeinrichtung zu bestimmen.

In der DE-Z. Technisches Messen atm (1976), 7/8, Seiten 249-253, wird im Abschnitt 4.6 ein Verfahren zur Durchflußmessung an instationären Mehrphasenströmungen mittels Radiotracern offenbart. Hinweise, zu förderndes Schüttgut bei einer Volumenstrommessung materialmäßig zu unterscheiden und gewichtsmäßig zu erfassen, enthält diese Veröffentlichung nicht.

In der GB-Z. Fuel, 1978, Vol 57, Oct., Seiten 592-604, findet sich eine Zusammenfassung und Bewertung der sog. Mößbauer-Spektroskopie, mittels derer Mineralgehalte erkannt werden können. Die hier offenbarten Zusammenhänge stehen aber in keinem Zusammenhang mit einer Volumenstrommessung von Schüttgütern unterschiedlicher Materialien.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß das zu fördernde Gut materialmäßig unter­ schieden, gewichtsmäßig erfaßt und gezählt werden kann. Der geförderte Massenstrom soll sowohl absolut in t anzuzeigen als auch als hochgerech­ neter Momentanwert in t/h darzustellen sein. Zusätzlich zur Auswertung des absolut geförderten Gutes soll ein Profilbild des momentanen Förder­ gutstromes erzeugt werden, wobei die Kosten des Meßverfahrens in vertret­ barem Rahmen bleiben sollen. Schließlich soll eine nach diesem Verfahren arbeitende Einrichtung konzipiert werden, die den vorstehenden Aufgaben ebenfalls Rechnung trägt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein unter­ halb der Fördereinrichtung vorgesehenes Strahlungsmeßgerät die Schüttgutvolu­ menanteile, insbesondere von Kohle und Abraum, mißt, und daß die Meßwerte der Sensoren sowie des Strahlungsmeßgerätes dem Rechner zugeführt werden, der die Berechnung des Volumen- und des Massenstromes durchführt und das Meßergebnis auf einem Display darstellt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den verfah­ rensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.

Eine Einrichtung mit mindestens drei Ultraschall-Sensoren oberhalb einer Fördereinrichtung sowie einem diesen nachgeschalteten Rechner samt Ausgabe-Display, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist gekennzeichnet durch mindestens ein Strahlungsmeßgerät unterhalb der Fördereinrichtung, wobei der Rechner und das Ausgabe-Display auch dem Strahlungsmeßgerät nachgeschaltet sind. Der Rechner ist vorzugsweise durch eine speicherprogrammierbare Steuerung gebildet, die neben der CPU als Hauptbestandteil noch mindestens eine Spannungs- Versorgungs-Baugruppe, mindestens ein Analog-Eingabemodul, mindestens ein Digital-Eingabemodul sowie mindestens ein Digital-Ausgabemodul als Peri­ pherie- und Anschaltbaugruppe beinhaltet.

Die quer zur Förderrichtung aufgehängten Ultraschall-Sensoren tasten das Fördergut kontinuierlich ab. Zur Unterscheidung der Materialien, insbe­ sondere von Kohle und Abraum, befindet sich ein Strahlungsmeßgerät unter dem Fördergut, d. h. unterhalb der Fördereinrichtung, um somit trotz der un­ terschiedlichen spezifischen Schüttgutdichten zu einem korrekten Massen­ stromwert zu gelangen.

Die Meßwerte der Sensoren und des Strahlungsmeßgerätes werden einem Rechner zugeführt, der die Werte wie folgt verarbeitet:

• - Überprüfung des korrekten Bandlaufes,
• - Einlesen der Werte des Strahlungsmeßgerätes,
• - Einlesen, Normierung und Plausibilitätsprüfung der gemessenen Füllhöhe,
• - Berechnung einer Hauptfläche aus dem Meßwert des mittleren Sensors,
• - Berechnung einer evtl. Zusatzfläche, hervorgerufen durch ungleichmäßige Beladung des Bandförderers,
• - Addition beider Flächen,
• - Berechnung des Volumen- und Massenstromes,
• - Hochrechnung und Ausgabe des Wertes für den momentanen Massen­ strom in t/h,
• - Aufsummierung der Materialflußwerte und Impulssteuerung für den externen Absolutzähler in t,
• - Steuerung der Anzeigen für die unterschiedlichen Materialien, insbesondere Kohle und Abraum,
• - Erzeugung des Schnittbildes und Ausgabe der entsprechenden Signale zur Darstellung auf einem Profil-Display.

Die ermittelten Werte des Rechners werden an einen Zähler, welcher den absolut geförderten Materialfluß in t anzeigt, sowie an das Profil-Dis­ play ausgegeben. Dieses Display beinhaltet neben den Anzeigen für die unterschiedlichen Materialien, insbesondere Kohle und Abraum, und dem momentan hochgerechneten Massenstrom in t/h eine graphische Darstellung des Bandförderers, auf dem die verschiedenen Beladungszustände des Förde­ rers visualisiert werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Ansteuerung einzelner Leuchtsäulen durch den Rechner. Das Strahlungsmeßgerät stellt ein reines Meßgerät für die Erkennung der Strahlung dar, wobei Abraum keine oder nur eine geringe Eigenstrahlung aufweist und die letztendlich zu verwertenden Materialien meßbare Strahlungen beinhalten.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.

Die einzige Figur zeigt als Prinzipskizze eine Fördereinrichtung 1 in Form eines Förderbandes, das mit Schüttgut 2 beladen ist. Oberhalb des Schüttgutes 2 sind drei Ultraschall-Sensoren 3 quer zur Förderrichtung aufgehängt und unterhalb des Schüttgutes 2, d. h. unterhalb des Bandförde­ rers 1 ist ein Diskriminator oder Strahlungsmeßgerät 4 vorgesehen. Die von den Ultraschall-Senso­ ren 3 sowie dem Strahlungsmeßgerät 4 ermittelten Meßwerte werden einem Rechner 5 zugeführt, der sie mittels einer entsprechenden Software verarbeitet und einem Profil-Display 6 zuführt. Ferner ist ein externer Zähler 7 für die absolute Förderleistung vorgesehen, der ebenfalls mit dem Rechner 5 verbunden ist.

Der Verfahrensablauf stellt sich etwa wie folgt dar:

Die Ultraschall-Sensoren 3 messen die Entfernung zwischen sich und der Schüttgutoberfläche 8, wobei die Laufzeiten des Schalls als Meßwerte im Anschluß an die Abtastung nachgeschalteten Umformern 9 zugeführt werden, die die gemessenen Zeiten einer entsprechenden Füllhöhe zuordnen. Das zwischen den unteren Laufrollen 10 des Förderbandes 1 vorgesehene Strahlungsmeß­ gerät 4 erkennt Strahlungen, die vom Schüttgut ausgehen und kann demzufolge eine entsprechende Aufteilung vornehmen. So kann das Strahlungsmeß­ gerät 4 beispielsweise unterscheiden zwischen strahlender Kohle und nicht strahlendem Abraum. Die Meßwerte der Sensoren 3 sowie des Strahlungsmeß­ gerätes 4 werden dem Rechner 5 zugeführt, in welchem die Berechnung des Volumen- und des Massenstromes durchgeführt wird. Die Sensoren 3 arbeiten hierbei mit einer Schallfrequenz von 38 kHz und die Abtastung erfolgt mit einer Pulsfrequenz von 5 Hz. Neben der Berechnung führt der Rechner 5 auch eine Plausibilitätsprüfung der durch die Umformer 9 er­ zeugten Füllhöhenwerte durch, wobei die Umformer 9 die Füllhöhenwerte in einen der Höhe äquivalenten Strom umwandeln. Nach dem Einlesen der Werte des Strahlungsmeßgerätes 4 sowie Einlesen, Normierung und Plausibilitätsprüfung der jeweils gemessenen Füllhöhen führt der Rechner 5 die Ermittlung einer Hauptfläche aus dem Meßwert des mittleren Sensors 3 durch. Darüber hinaus wird eine evtl. Zusatzfläche ermittelt, die hervorgerufen wird durch ungleichmäßige Beladung des Bandförderers 1. Die Flächen werden addiert und der Volumen- sowie der Massenstrom kann berechnet werden.

Der Rechner führt darüber hinaus eine Hochrechnung des Wertes für den jeweils momentanen Massenstrom, eine Aufsummierung der Materialflußwerte und Impulssteuerung für mindestens einen externen Absolut-Zähler 7 sowie Steuerung der Anzeigen für die Schüttgutbestandteile durch. Neben den Anzeigen der Schüttgutbestandteile und dem jeweils hochgerechneten Momen­ tanwert für den Massenstrom wird am Display 6 auch eine graphische Dar­ stellung 11 der Fördereinrichtung 1 zur Visualisierung der unterschiedli­ chen Beladezustände angezeigt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Volumenstrommessung von Schüttgütern, insbesondere von Kohle und Abraum, (2) auf Förder­ einrichtungen, insbesondere Bandförderern (1), durch kontinuierliche Bestimmung der Kontur der freien Oberfläche (8) des Schüttgutstromes durch fortlaufende berührungsfreie Entfernungsmessung mit mindestens einer nach dem Impuls-Laufzeit-Meßprinzip arbeitenden Sende-/Emp­ fangseinrichtung (3), der ein Rechner (5) nachgeschaltet ist, wobei die Entfernungsmessung durch mindestens drei Ultraschall-Sensoren (3) vorgenommen wird und die Laufzeiten des Schalls als Meßwerte im Anschluß an die Abtastung nachgeschalte­ ten Umformern (9) zugeführt werden, die die gemessenen Zeiten einer entsprechenden Schütthöhe zuordnen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein unterhalb der Fördereinrichtung (1) vorgesehenes Strahlungsmeßgerät (4) die Schüttgutvolumenanteile und daß die Meßwerte der Sensoren (3) sowie des Strahlungsmeßgerätes (4) dem Rechner (5) zugeführt werden, der die Berechnung des Volumen- und des Mas­ senstromes durchführt und das Ergebnis auf einem Display (6) dar­ stellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (3) mit einer Schallfrequenz von 38 kHz arbeiten und die Abtastung mit einer Pulsfrequenz von 5 Hz durchgeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Umformer (9) erzeugten Schütthöhen im Rechner (5) auf ihre Plausibilität hin geprüft werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schütthöhenwerte in einen der Höhe äquivalenten Strom umgewan­ delt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (5) nach dem Einlesen der Werte des Diskriminators (4) sowie Einlesen, Normierung und Plausibilitätsprüfung der jeweils gemessenen Schütthöhen die Berechnung einer Hauptfläche aus dem Meß­ wert des mittleren Sensors (3) durchführt, anschließend eine evtl. Zusatzfläche ermittelt, die hervorgerufen wird durch ungleichmäßige Beladung der Fördereinrichtung (1) und schließlich nach der Addition der beiden Flächen den Volumen- und den Massenstrom berechnet.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (5) darüber hinaus eine Hochrechnung des Wertes für den momentanen Massenstrom eine Aufsummierung der Materialflußwerte und Impulssteuerung für mindestens einen externen Absolutzähler (7) sowie die Steuerung der Anzeigen für die Schüttgutbestandteile durchführt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Display (6) neben den Anzeigen der Schüttgutbestandteile und den jeweils hochgerechneten Momentanwerten für den Massenstrom auch eine graphische Darstellung (11) der Fördereinrichtung (1) zur Visuali­ sierung der unterschiedlichen Beladungszustände vorgenommen wird.

8. Einrichtung zur Volumenstrommessung von Schütt­ gütern (2), insbesondere von Kohle und Abraum, auf Fördereinrichtungen, insbe­ sondere Bandförderern (1), mit mindestens drei Ultraschall-Sensoren (3) oberhalb einer Fördereinrichtung (1) sowie einem diesen nachgeschalteten Rechner (5) samt Ausgabe-Display (6), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens ein unterhalb der Fördereinrichtung (1) angeordnetes Strahlungsmeßgerät (4), wobei der Rechner (5) und das Ausgabe-Display (6) auch dem Strahlungsmeßgerät (4) nachgeschaltet sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner durch eine speicherprogrammierbare Steuerung gebildet ist, die neben der CPU als Hauptbestandteil noch mindestens eine Spannungsversor­ gungsbaugruppe, mindestens ein Analogeingabemodul, mindestens ein Digitaleingabemodul sowie mindestens ein Digitalausgabemodul als Peripherie- und Anschaltbaugruppe beinhaltet.