Materialförderung

TECHNISCHES GEBIET

[1] Die vorliegende Schrift betrifft Ausführungsformen eines Steuerungssystems für eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung. Außerdem betrifft die Schrift Ausführungsformen eines Verfahrens zur Steuerung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung.

HINTERGRUND

[2] Vorrichtungen zur kontinuierlichen Materialförderung sind weltweit zum Beispiel beim Abbauen von Materialien oder beim Fördern von Schüttgütern (Abraum, Erze, Brennstoffe, Baustoffe) über lange Wegstrecken im Einsatz, beispielsweise im Tagebau. Der zu bewältigende Förderstrom ist in vielen Anwendungsfällen sehr groß, zum Beispiel im Bereich von mehreren Tonnen pro Stunde. Auch die Förderstrecken sind vergleichsweise lang, zum Beispiel mehrere Kilometer. Entsprechend hoch ist der Energieaufwand für die Antriebsenergie der Vorrichtungen. Derartige Vorrichtungen zur kontinuierlichen Materialförderung weisen üblicherweise wenigstens ein Förderband auf und werden nachfolgend auch als Förderbandanlagen beziehungsweise Gurtförderanlagen bezeichnet. Beim einem kontinuierlich arbeitendem Förderbandwird das zu fördernde Material regelmäßig mittels wenigstens eines kontinuierlich betriebenen Antriebs (zum Beispiel einem an einer Umlenkrolle des Förderbandes angreifenden Antriebs) verlagert. Dies geschieht üblicherweise bei einer vordefinierten Antriebsgeschwindigkeit (Betriebszustand mit konstanter Förder-Geschwindigkeit). Dabei ist ein einzelner Arbeitsvorgang einer solchen Vorrichtung regelmäßig durch eine weitgehend homogene Antriebsbewegung gekennzeichnet. Wahlweise werden Start- /Stopp-Vorgänge erforderlich oder zumindest zur Überbrückung von großen Zeitfenstern optional vorgesehen.

[3] Nicht zuletzt aufgrund der großen bewegten Massen und den damit einhergehenden Massenträgheiten wird in der Praxis bisher üblicherweise davon abgesehen, die Förderbandanlagen zu schalten oder zu regeln. Insbesondere die Anfahrvorgänge können vergleichsweise viel Zeit und Energie erfordern und sind möglicherweise auch nicht auf besonders einfache Weise zeitlich in Abstimmung mit vor- und/oder nachgeschalteten Anlagenkomponenten planbar.

[4] Förderbandeinrichtungen können auch aus mehreren Teilstrecken aufgebaut sein. Bei Gesamtbetrachtung einer Förderbandanlage kann dann einerseits in Bezug auf die Teilstrecken von unterschiedlichen Arbeitsvorgängen (beziehungsweise Transportvorgängen) gesprochen werden, andererseits kann auch im zeitlichen Verlauf auch in Bezug auf eine einzelne Teilstrecke von mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden und/oder örtlich hintereinandergeschalteten Arbeitsvorgängen gesprochen werden (beispielsweise Anfahren, Normalbetriebszustand, Ausschalten).

[5] Eine detaillierte, gegebenenfalls auch auf eine momentane Situation adaptierbare Steuerung von Förderbandanlagen hinsichtlich optimierbarer Betriebsparameter ist jedoch bisher eher unüblich. Nicht zuletzt aufgrund von den entlang einer jeweiligen Teilstrecke variierenden Parametern (zum Beispiel Muldung des Bandes, Kurven oder Steigungen entlang der Streckenführung, Anzahl und relativer Abstand von Tragrollen) erschien es bisher als nicht besonders praktikabel, eine bestimmte Art und Weise einer Steuerung beziehungsweise Regelung vorgeben zu können. Somit musste bisher auch ein vergleichsweise hoher Energiebedarf selbst dann in Kauf genommen werden, wenn die Förderbandanlage gar nicht voll ausgelastet arbeitet (zum Beispiel keine Materialzufuhr, wenig Beladung).

[6] Aus der EP 3 173 879 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Förderbandes bekannt.

[7] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Steuerung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung bei der Verwendung wenigstens eines Förderbandes zu verbessern, insbesondere auch in Hinblick auf eine energetische Optimierung von Arbeitsvorgängen.

BESCHREIBUNG

[8] Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe wird ein Steuerungssystem für eine

Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung wenigstens eine zur kontinuierlichen Förderung des Materials eingerichtete Förderbandeinrichtung mit wenigstens einem Förderband umfasst, wobei die Förderbandeinrichtung mittels eines oder mehreren Antrieben in mehreren Arbeitsvorgängen zum Breitstellen eines vorgebbaren Soll-Förderstroms betreibbar ist.

[9] Danach ist das Steuerungssystem dazu ausgebildet und vorgesehen, insbesondere für mehrere (zeitlich aufeinanderfolgende und/oder örtlich hintereinandergeschalteten) Arbeitsvorgänge, zumindest einen Wert einer von zumindest einem der Antriebe während eines Arbeitsvorgangs (insbesondere insgesamt) aufgenommenen Leistung (insbesondere elektrischen Leistung) und/oder Energie zu erfassen und anhand des zumindest einen Werts der aufgenommenen Leistung und/oder Energie eine Energieeffizienz für den jeweiligen Arbeitsvorgang und für den vorgegebenen Soll-Förderstrom und/oder für einen momentanen Ist-Förderstrom zu ermitteln, wobei das Steuerungssystem ferner dazu ausgebildet ist, für den zumindest einen Antrieb in Abhängigkeit von der (jeweiligen) Energieeffizienz Steuerdaten bezüglich der Antriebsgeschwindigkeit bereitzustellen, insbesondere Steuerdaten für einen Frequenzumrichter (frequenzbezogene Steuerung). Das Steuerungssystem kann hierzu zum Austausch von Daten an die Vorrichtung angeschlossen oder anschließbar sein. Eine derartige Ausgestaltung des Steuerungssystems ermöglicht insbesondere auch eine adaptive energieeffiziente Geschwindigkeitsregelung, insbesondere auf permanente Weise bei kontinuierlich andauernden Optimierungs-Maßnahmen. Bevorzugt erfolgt eine Optimierung der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von Laufwiderständen, insbesondere iterativ bis zu einem Optimum, in welchem das Verhältnis von Geschwindigkeit zu Laufwiderstand besonders vorteilhaft (insbesondere groß) ist. Vorteilhafter Weise wird dabei die Schrittweite eines Optimierungsalgorithmus angepasst oder als sich kontinuierlich ändernde Schrittweite genutzt (speziell Vermeidung eines lokalen Optimums). Insbesondere kann auch eine nicht-proportionale Abhängigkeit zwischen Geschwindigkeit und Laufwiderstand energetisch berücksichtigt werden. Wahlweise berücksichtigt das Steuerungssystem eine dem Förderband zugeführte Materialmenge (insbesondere mit Zeitabhängigkeit) und/oder das Steuerungssystem gibt einen unteren Schwellwert für eine Förderbandgeschwindigkeit vor. Dies kann auch das Risiko minimieren, dass das Förderband zu stark beladen wird.

[10] Die Förderbandeinrichtung weist weiter wenigstens einen Belegungssensor auf. Das Steuerungssystem ist zu Ermittlung der längenbezogenen Bandbelegung durch Integration der Förderbandgeschwindigkeit über die Zeit ausgebildet. Erfasst wird also die Belegung des Förderbandes an einem Punkt und aus dem zeitlichen Verlauf und den bekannten Bewegungen, insbesondere der zeitabhängigen Geschwindigkeit des Förderbandes ist somit die Beladung ortabhängig bekannt. Das Steuerungssystem zur Ermittlung der bereinigten Gesamtlaufleistung aus der Gesamtantriebsleistung abzüglich der Materialhubleistung ausgebildet ist. Hierzu ist dem Steuerungssystem das Höhenprofil des Förderbandes bekannt. Aus dem Höhenprofil des Förderbandes und der längenbezogenen Beladung kann somit die jeweilige potentielle Energie der Beladung ermittelt werden. Aus deren Veränderung ergibt sich die geleistete Hubarbeit.

[11] Unter Höhenprofil ist im Sinne der Erfindung die Kenntnis der Lage und des Verlaufs des Förderbandes und aller weitere Bestandteile der Vorrichtung zu verstehen und zwar bezüglich der Höhenlage des geförderten Materials.

[12] Für eine optimierte Frequenzsteuerung kann ein Testlauf erfolgen, insbesondere ein Hochfahren der Anlage im Leerlauf auf eine standardmäßige oder maximale Geschwindigkeit. Durch den Testlauf kann die Frequenzsteuerung auf einen momentanen Zustand der Anlage angepasst werden, insbesondere auch als Funktion der Umgebungstemperatur.

[13] Das Steuerungssystem ermöglicht beispielsweise, eine optimale Stand-By- Geschwindigkeit für einen leeren (unbeladenen) oder für einen beladenen Fördergurt zu bestimmen, insbesondere in Abhängigkeit von den Betriebstemperaturen der Antriebe, von der Umgebungstemperatur, von den Reaktionszeiten (antriebsspezifischen Rampen) beim Schalten der Antriebe (Verändern der Antriebsleistung).

[14] In dem hier beschriebenen Prozess können ein oder mehrere Belegungssensoren beziehungsweise Durchfluss-Monitore implementiert sein. Ein erfindungsgemäßer Belegungssensor (Füllstand- oder Durchsatzsensor) kann es erleichtern, die tatsächliche momentane Förderbandbelegung entlang der Förderbandstrecke zu erfassen (Ermittlung der momentanen Durchsatz- beziehungsweise Förderleistung), insbesondere auch am Eingang der Anlage. Ein Dividieren dieses Durchsatz-Wertes durch die momentane Bandgeschwindigkeit liefert eine entsprechende längenbezogene Bandbelegung (zum Beispiel [kg/m] oder [m ³ /m], insbesondere auch am Eingangsübergabepunkt (x=0) unter Berücksichtigung von Fallzeiten und Umverteilungszeiten bezüglich des Materials/Schüttguts. Durch Integration der Förderbandgeschwindigkeit über die Zeit lässt sich erfindungsgemäß die längenbezogene Bandbelegung zur jeweils bestimmten Zeit mit einer längsspezifischen Förderbandkoordinate korrelieren. Vorteilhafter Weise erfolgt eine Regelung derart, dass die gewünschte Förderbandbelegung als Zielgröße eingehalten wird, insbesondere als konstante Zielgröße (Minimierung der Variation der Bandbelegung). Dabei kann eine Förderstrominformation im Voraus mit einem Zeitpuffer im Bereich von einigen Sekunden bereitgestellt werden, zum Beispiel 5 bis 10s; dies ermöglicht auch eine Anpassung gemäß energieoptimierter Rampe (insbesondere mit Drehmomentbegrenzung) für das Umschalten von Antrieben. Hierdurch ergeben sich insbesondere bei sehr langgestreckten Förderbändern energetische Vorteile und ein nachhaltiger Einsatz der Komponenten,

[15] Durch Korrelation der längenbezogenen Bandmassenbelegung über die gesamte Bandanlage lässt sich nicht nur die gesamte momentan bewegte Materialmasse auf dem Förderband beziehungsweise den Förderbändern ermitteln, sondern auch erfindungsgemäß eine Materialhubleistung von der Gesamtantriebsleistung abziehen und somit eine „bereinigte“ Gesamtlaufleistung ermitteln. Die Materialhubleistung ergibt sich aus dem Höhenprofil und somit aus der Höhenänderung der Beladung der Bandanlage. Die momentane Hubleistung lässt sich dabei als Summenprodukt der durch Schwerkraft begründeten Arbeit (Produkt aus Materialmasse und „g“- Erdbeschleunigung) und der Hubgeschwindigkeit (Produkt aus momentaner Bandgeschwindigkeit und dem Sinus der Streckenneigung beziehungsweise Streckensteigung in %) für einen jeweiligen Streckenabschnitt ermitteln.

[16] Die Energieeffizienzbewertung kann einerseits unter Bezugnahme auf die bewegte Masse erfolgen, andererseits insbesondere auch als Funktion eines momentanen Massenimpulses der bewegten Materialmassen erfolgen. Insofern kann eine Bezugnahme auf die Masse gemäß der vorliegenden Offenbarung auch eine Bezugnahme auf einen Massenimpuls umfassen. Das Verhältnis der „bereinigten“ Gesamtlaufleistung (kW) zum Massenimpuls der bewegten Materialmassen (mit oder ohne Berücksichtigung der Fördergurt- und Tragrollenmassen) ermöglicht auch eine quantitative Bewertung der Energieeffizienz für eine reine horizontale Verlagerung (Transport). Die dabei entstehende physikalische Einheit [kWh/(t km)] beziehungsweise [J/(kg m)] oder [N/kg] ist vergleichbar mit dem spezifischen Gesamttransportwiderstand, und ist entweder nur auf die transportierte Materialmasse oder auf die Gesamtmasse und die gesamte Transportstrecke zu beziehen. [17] Unter dem Massenimpuls der bewegten Materialmasse wird insbesondere das Summenprodukt der bewegten Materialmassen mit der Bewegungsgeschwindigkeit verstanden. Das Verhältnis dieser beiden Größen (Antriebsleistung zu Massenimpuls, oder vice versa) relativ zueinander erleichtert die quantitative Bewertung einer Energieeffizienz insbesondere auch für eine horizontale Verlagerung (Transport).

[18] Wahlweise kann durch Festlegung einer Periodizität (Zeitspanne) für die Steuerung oder durch Festlegung einer Abhängigkeit von Ereignissen (zum Beispiel vollständige Bandentleerung) die Steuerungsqualität weiter verbessert werden.

[19] Die Energieeffizienz kann auch zunächst individuell bezüglich eines jeden der Antriebe ermittelt werden. Üblicherweise sind mehrere Antriebe miteinander verschaltet. Die Steuerdaten werden bevorzugt in Abhängigkeit von allen involvierten Antrieben bereitstellt.

[20] Die maximale und/oder geforderte Förderleistung der Vorrichtung kann zum Beispiel mit unterschiedlichen Einstellungen von Parametern und Geschwindigkeiten erreicht werden. Es hat sich gezeigt, dass die dabei benötigte gesamte Antriebsleistung, insbesondere der Energiebedarf der Antriebe für einen abgeschlossenen Arbeitsvorgang, auch bei gleicher Förderleistung deutlich mit den Einstellungen variieren kann. Für eine bestimmte Fördersituation lässt sich somit eine optimale Einstellung beziehungsweise Regelung finden, die einem minimalen Energiebedarf entspricht. Der Wert beziehungsweise die Charakterisierung dieses optimalen Betriebszustandes kann insbesondere von den Materialeigenschaften, der Beladung, dem Streckenverlauf oder auch von der Temperatur und/oder Feuchte abhängen. Gegenseitige Abhängigkeiten zwischen diesen Größen sind in der Regel komplex und erschweren eine genaue Prädiktion. Das vorgeschlagene Steuersystem erfasst daher tatsächliche Werte für den Energieverbrauch und ermittelt so eine tatsächliche Energieeffizienz. Anhand dieser ermittelten Energieeffizienz ist es möglich, besonders energiesparende Einstellungen auszuwählen und eine vorgegebene Menge von Material energiesparend zu fördern. Da die eingesetzte Energie einen direkten Einfluss auf den Verschleiß der Vorrichtung, insbesondere des Förderbandes und der Antriebe, hat, kann nicht nur der Energieverbrauch reduziert werden, sondern es ist zudem möglich, den Verschleiß der Vorrichtung zu verringern. Hierdurch sind beispielsweise auch Wartungsintervalle verlängerbar. [21] Das Förderband kann zum Beispiel ein gemuldetes Querschnittsprofil aufweisen. Das Förderband kann jedoch auch zumindest auf Teilabschnitten der Förderstrecke schlauch- beziehungsweise tropfenförmig angeordnet sein. Das jeweilige Förderband kann hängend oder auflagernd gelagert sein. Die Vorrichtung ist zum Beispiel eine Förderbandanlage, die wenigstens eine Förderbandeinrichtung umfasst.

[22] Gemäß einer Ausführungsform wird zur Ermittlung der Energieeffizienz das Verhältnis der aufgenommenen Energie der Antriebe innerhalb eines Arbeitsvorgangs zu einem/dem Soll-Förderstrom und/oder zu einem momentanen Förderstrom des Arbeitsvorgangs berechnet, insbesondere der gesamten aufgenommenen Energie von den betriebenen Antrieben (insbesondere Integration über alle Antriebsleistungen). Beim momentanen Förderstrom handelt es sich zum Beispiel um einen Förderstrom, welcher um einen gewissen Prozentanteil von einem in materialflusstechnischer Hinsicht und/oder in energetischer Hinsicht gewünschten Soll-Förderstrom abweicht. Dieses Verhältnis hat zum Beispiel die Einheit J/m ³ oder J/t beziehungsweise kWh/m ³ oder kWh/t.

[23] Gemäß einer Ausführungsform ist das Steuerungssystem dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der für den zumindest einen Arbeitsvorgang (insbesondere für mehrere Arbeitsvorgänge) ermittelten Energieeffizienz Steuerdaten in Bezug auf einen nachfolgenden Arbeitsvorgang an die Vorrichtung bereitzustellen. Das Steuerungssystem kann zum Beispiel besonders energiesparende Parameterwerte ermitteln und die Vorrichtung dazu veranlassen, einen Arbeitsvorgang oder mehrere Arbeitsvorgänge mit den energiesparenden Parameterwerten durchzuführen. Auch in diesen Arbeitsvorgängen ermittelt das Steuerungssystem wiederum die Energieeffizienz. Somit kann das Steuerungssystem eine Regelung bereitstellen, die eine oder mehrere Einstellungen der Vorrichtung auf möglichst energieeffiziente Werte regelt.

[24] Das Steuerungssystem kann ferner dazu ausgebildet sein, Sensordaten zu empfangen (insbesondere von der Vorrichtung) und die Steuerdaten in Abhängigkeit der Sensordaten zu berechnen. Die Sensordaten können zum Beispiel eine durch einen oder mehrere Antriebe der Vorrichtung aufgenommene Leistung, eine mittels des (jeweiligen) Förderbandes aufgenommene Materialmasse (Förderstrominformation), ein mittels des Förderbandes aufgenommenes Materialvolumen, Umweltdaten, Messwerte bezüglich eines Strecke nverl aufs (Geometrie beziehungsweise geologische Besonderheiten der Umgebung) oder Gebirgsgeometrie umfassen. Die reale Streckenführung kann sich dabei auch von einer zuvor festgelegten oder ermittelten Streckenführung unterscheiden. Das Steuerungssystem kann adaptiv ausgebildet sein und zum Beispiel hinsichtlich eines realen Strecke nverl aufs oder hinsichtlich einer im Einzelfall gewählten Verschaltung mehrerer Förderbänder eine momentane Belegung und Belastung der Förderbänder ermitteln und die Antriebe neu ausregeln. Alternativ ist eine adaptive Regelung über die Messung eines Volumenstroms des Materials möglich. Beispielsweise wird die Antriebsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem momentan gemessenen Volumenstrom geregelt. Mittels der Sensordaten ist es möglich, das Steuerungssystem als adaptive Regelung auszubilden. Optional umfasst das Steuerungssystem selbst die entsprechenden Sensoren.

[25] Optional ist das Steuerungssystem dazu ausgebildet, zur Ermittlung der Energieeffizienz eine Energieeffizienzkennzahl zu bestimmen. Die Energieeffizienzkennzahl ist zum Beispiel gleich dem Wert der aufgenommenen Energie (angegeben in Joule oder in Kilowattstunden; insbesondere der gesamten aufgenommenen Energie der Antriebe innerhalb eines Arbeitsvorgangs) der Vorrichtung geteilt durch ein Gesamtvolumen (angegeben zum Beispiel in Kubikmetern) oder eine Gesamtmasse (angegeben zum Beispiel in Tonnen) von Material, insbesondere des während des Arbeitsvorgangs geförderten Materials. Je niedriger die Energieeffizienzkennzahl, desto höher die Effizienz. Die Energieeffizienzkennzahl hat zum Beispiel die Einheit J/m ³ , J/t, kWh/m ³ oder kWh/t. Die Energieeffizienzkennzahl erleichtert auch eine kontinuierliche (permanente) Energieeffizienzbewertung. Die Energieeffizienzkennzahl kann auch als Minimierungsziel (Zielgröße) bei einer Parameterstudie oder einer realen Parametervariation vorgegeben werden, insbesondere bei einer Geschwindigkeitsvariation in einem vorgegebenen Variationsbereich.

[26] Gemäß einer Weiterbildung wird zur Bestimmung der Energieeffizienzkennzahl die aufgenommene Antriebsleistung wenigstens eines Antriebs der Vorrichtung, insbesondere sämtlicher der genannten Antriebe, optional sämtlicher Antriebe der Vorrichtung, verwendet. Mittels des Förderbandantriebs ist das Förderband bewegbar. Der Förderbandantrieb ist zum Beispiel ein an einer Umlenktrommel der Förderbandeinrichtung angreifender Antrieb. Mittels des Förderbandantriebs wird ein Förderband üblicherweise in eine umlaufende Bewegung versetzt, um das aufgenommene Material abzutransportieren.

[27] Gemäß einer Ausführungsform ist das Steuerungssystem ferner dazu ausgebildet, durch Variation zumindest eines Variationsparameters über mehrere Arbeitsvorgänge zumindest einen optimierten Variationsparameter zu ermitteln, durch den die Energieeffizienz gegenüber anderen Werten des Variationsparameters erhöht ist, also die Energieeffizienzkennzahl minimiert ist. So kann die tatsächliche Effizienz während des laufenden Betriebs der Vorrichtung ermittelt und sukzessive verbessert werden.

[28] Jeder Arbeitsvorgang umfasst beispielsweise nacheinander zumindest annähernd konstante Förderbewegung durch wenigstens einen der Antriebe und zumindest eine beschleunigende und/oder abbremsende Antriebsaktuation durch wenigstens einen der Antriebe. Optional umfasst oder beschreibt der zumindest eine Variationsparameter einen Wert (zum Beispiel eine momentane Geschwindigkeit oder eine Soll-Geschwindigkeit Winkel, eine momentane Beschleunigung oder eine Soll- Beschleunigung) oder eine Funktion (zum Beispiel ein Geschwindigkeitsverlauf oder Beschleunigungsverlauf) zumindest einer Förderbewegung. Alternativ oder zusätzlich umfasst oder beschreibt der zumindest eine Variationsparameter einen Wert (zum Beispiel eine Zeit, eine Energieaufnahme) oder eine Funktion (zum Beispiel einen Energieaufnahmeverlauf) zumindest einer Antriebsaktuation.

[29] Gemäß einer Ausführungsform basieren die Steuerdaten auf einem optimierten Wert der Förderbewegung sowie einer optimierten Geschwindigkeit oder einem optimierten Geschwindigkeitsverlauf der Antriebsaktuation (Anpassung einer Antriebsbewegung). Optional ist das Steuerungssystem dazu ausgebildet, die optimierte Geschwindigkeit (beziehungsweise ein Zeitfenster dafür) der Antriebsaktuation aus dem Produkt einer vorgegebenen Geschwindigkeit der Antriebsaktuation mit dem Verhältnis eines vorgegebenen Werts der Förderbewegung zum geänderten Wert der Förderbewegung zu berechnen. Die Antriebsaktuation wird bei der Optimierung somit umgekehrt proportional zum Wert der Förderbewegung geändert.

[30] Der zumindest eine Variationsparameter kann eine vorgebbare Höchstförderrate (maximaler Soll-Förderstrom) sein oder umfassen. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn es sich in vielen Betriebssituationen herausgestellt hat, dass die maximal mit der Vorrichtung erzielbare Förderrate nur zu einem vergleichsweise kleinen Zeitanteil beizubehalten ist. Steht beispielsweise für die Förderung einer vordefinierten Materialmenge ein fester Zeitraum zur Verfügung und würde dieser Zeitraum bei der maximal erzielbaren Förderrate nicht ausgeschöpft werden, kann die Förderrate als Variationsparameter eingesetzt werden, insbesondere indem die Soll-Förderrate herabgesetzt wird. [31] Optional umfasst das Steuerungssystem eine Benutzerschnittstelle zur Einstellung zumindest eines Variationsparameters. Beispielsweise ermöglicht die Benutzerschnittstelle eine Auswahl eines Variationsparameters aus einer Mehrzahl von Parametern. Die Benutzerschnittstelle umfasst zum Beispiel eine Anzeigeeinrichtung und/oder ein Eingabemittel.

[32] Gemäß einer Ausführungsform ist das Steuerungssystem dazu ausgebildet, über mehrere Arbeitsvorgänge hinweg Steuerdaten bereitzustellen, die mehrere Antriebe der Vorrichtung dazu veranlassen, mehrere Arbeitsvorgänge gemäß einer vordefinierten Variation auszuführen.

[33] Gemäß einer Weiterbildung ist der Variationsparameter ein gemäß der vordefinierten Variation variierter Wert, zum Beispiel der Bereich einer Geschwindigkeitsänderung (minimale oder maximale Variation; bevorzugter Werteänderungsbereich). Hierdurch kann eine besonders effiziente Steuerung erzielt werden, und/oder die Steuerung kann auch an Besonderheiten der verwendeten Antriebe oder an die Größe der zu bewegenden Massen adaptiert werden.

[34] Optional ist das Steuerungssystem dazu ausgebildet, die gesamte Energieeffizienz mehrerer, insbesondere aufeinanderfolgender (zeitlich und/oder örtlich), Arbeitsvorgänge (von einem, mehreren oder sämtlichen Antrieben der Vorrichtung) zu ermitteln. So kann die Effizienz einer Gruppe von Arbeitsvorgängen ermittelt werden.

[35] Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst wenigstens eine zur kontinuierlichen Förderung des Materials eingerichtete Förderbandeinrichtung mit wenigstens einem Förderband, wobei die Förderbandeinrichtung mittels eines oder mehreren Antrieben in mehreren Arbeitsvorgängen zum Breitstellen eines vorgebbaren Soll-Förderstroms bei variablen Antriebsgeschwindigkeiten betreibbar ist. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Steuerungssystem nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung.

[36] Die Vorrichtung ist optional als Förderbandanlage ausgebildet, insbesondere umfassend mehrere Förderbandeinrichtungen. [37] Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung umfassend wenigstens eine zur kontinuierlichen Förderung des Materials eingerichtete Förderbandeinrichtung mit wenigstens einem Förderband bereitgestellt, wobei die Förderbandeinrichtung mittels eines oder mehreren Antrieben in mehreren Arbeitsvorgängen zum Breitstellen eines vorgebbaren Soll- Förderstroms betreibbar ist. Zur Durchführung des Verfahrens kann insbesondere ein Steuerungssystem nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung eingesetzt werden. Das Verfahren umfasst den Schritt eines Erfassens zumindest eines Werts einer von zumindest einem der Antriebe der Vorrichtung während eines Arbeitsvorgangs aufgenommenen Leistung (insbesondere elektrischen Leistung) und/oder Energie; und den Schritt des Ermittelns einer Energieeffizienz für den jeweiligen Arbeitsvorgang und für den vorgegebenen Soll-Förderstrom und/oder für einen momentanen Ist-Förderstrom anhand des zumindest einen Werts der aufgenommenen Leistung und/oder Energie, wobei für den zumindest einen Antrieb in Abhängigkeit von der (jeweiligen) Energieeffizienz Steuerdaten bezüglich der Antriebsgeschwindigkeit bereitgestellt werden, insbesondere Steuerdaten für einen Frequenzumrichter.

[38] Gemäß einem Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, umfassend Programmcode, der, wenn er auf einer Computervorrichtung ausgeführt wird, die Computervorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens veranlasst.

[39] Weitere Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann in Anbetracht des Studiums der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie des Sichtens der begleitenden Zeichnungen deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[40] Die in den Figuren gezeigten Teile sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; vielmehr liegt die Betonung in dem Darstellen von Prinzipien der Erfindung.

[41] Fig. 1 zeigt schematisch und exemplarisch eine Ansicht einer

Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung in Ausgestaltung als Förderbandeinrichtung; [42] Fig. 2 zeigt schematisch und exemplarisch ein Steuerungssystem der

Vorrichtung gemäß Fig. 1;

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

[43] In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die begleitende Zeichnung Bezug genommen, in welcher durch Veranschaulichung spezifischer Ausführungsformen gezeigt wird, auf welche Weise die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann.

[44] Fig. 1 zeigt ein Steuerungssystem 1, das an eine Vorrichtung 10 zur kontinuierlichen Materialförderung gekoppelt ist oder darin integriert ist. Die Vorrichtung 10 umfasst einen oder mehrere in Materialflussrichtung hintereinandergeschaltete fördernde Antriebe 2, die ein Förderband 4 antreiben, mittels welchem das Material 3 gefördert wird. Ein Materialdurchsatz-Monitor 5 mit wenigstens einem Sensor (wahlweise mit mehreren Messeinheiten an mehreren Messpunkten) ermöglicht eine tiefergehende Analyse des Materialdurchsatzes (momentane Förderleistung). Beispielsweise umfasst der Materialdurchsatz-Monitor 5 einen Belegungssensor, der eingerichtet ist zum Erfassen einer Schichthöhe des Materials 3. Das oder die Förderbänder 4 (Förderbandabschnitte) können zum Beispiel auch jeweils individuelle Steigungen beziehungsweise Neigungen aufweisen. An Materialübergabestellen, insbesondere auch zwischen einzelnen Förderbändern, kann jeweils auch ein Zwischenbunker vorgesehen sein.

[45] Das Förderband 4 fördert eine momentan bewegte Materialmasse mit einer individuellen momentanen Bandgeschwindigkeit. Dabei kann dem wenigstens einen Antrieb eine Drehzahl vorgegeben werden, insbesondere in Abhängigkeit einer jeweiligen individuellen momentanen Antriebsleistung. Die steuerungs-/regelungstechnische Interaktion ist durch die Pfeile zwischen den fördernden Komponenten und dem Steuerungssystem 1 angedeutet.

[46] Fig. 1 veranschaulicht auch eine glättende Funktion von Zwischenbunkern an Materialübergabestellen. Insbesondere ermöglicht die Speicher-/Pufferfunktion des jeweiligen Zwischenbunkers eine sanfte Variation von nachgeschalteten Bandgeschwindigkeit, insbesondere unter Berücksichtigung des momentanen Bunkerfüllstandes, welcher zum Beispiel mittels Sensoren 5 erfasst werden kann. [47] Unter Bezugnahme auf Fig. 1 können insbesondere auch die folgenden Parameter beschrieben werden: momentane Fördermengen an Eingangs- und Ausgangübergabepunkten; Schichthöhe und Querschnittfläche für Materialstrom (insbesondere erfasst durch Belegungssensor); Streckenlängen einzelner Streckenabschnitte mit konstanter Neigung; momentan bewegte Materialmassen auf den jeweiligen Streckenabschnitten; momentane Antriebsdrehzahl und Bandgeschwindigkeit; momentane Antriebsleistung; Neigung eines jeweiligen Streckenabschnitts; Schichthöhe und längenbezogene Materialstrommasse des Schüttguts an der Längskoordinate „x“; maximal zulässige Materialstromhöhe (insbesondere um eine Überschüttung zu vermeiden);

[48] Fig. 2 zeigt das Steuerungssystem 1 der Vorrichtung 10. Das Steuerungssystem 1 umfasst mehrere Eingänge 20 und mehrere Ausgänge 21. An den Eingängen 20 ist das Steuerungssystem 1 an eine weitere Steuerungseinheit oder einen oder mehrere der Antriebe der Vorrichtung 10 angeschlossen, und zwar derart, dass es zumindest einen Wert einer von zumindest einem der Antriebe 12während eines Arbeitsvorgangs aufgenommenen Leistung (insbesondere elektrischen Leistung) erfassen kann. Optional kann das Steuerungssystem 1 Werte der während eines Arbeitsvorgangs aufgenommenen Leistung von mehreren, insbesondere sämtlichen der Antriebe erfassen. Der Wert oder die Werte kann/können die während des vollständigen Arbeitsvorgangs insgesamt aufgenommene Leistung angeben. Optional ist das Steuerungssystem 1 dazu eingerichtet, über die Eingänge 20 Sensordaten zu empfangen, die eine Vorschubgeschwindigkeit und/oder eine Förderleistung (insbesondere ein gefördertes Materialvolumen und/oder eine geförderte Materialmasse) angeben. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuerungssystem 1 dazu eingerichtet sein, über die Eingänge 20 Sensordaten zu empfangen, die zum Beispiel eine aktuelle Materialzusammensetzung angeben (zum Beispiel von zumindest einem Radar-, Ultraschall- oder Lasersensor) und/oder Umweltdaten.

[49] Das Steuerungssystem 1 umfasst eine Recheneinheit 24, die den Wert oder die Werte der aufgenommenen Leistung erhält. Das Steuerungssystem 1 erhält ferner eine Angabe über die in dem Zeitraum, in dem die aufgenommene Leistung aufgenommen wurde, geförderte Materialmenge, zum Beispiel das Materialvolumen und/oder das Materialgewicht. Die Angabe gibt zum Beispiel das Materialvolumen und/oder das Materialgewicht an, das in dem entsprechenden Arbeitsvorgang durch das Schaufelrad 101 (allgemein das Arbeitsorgan) aufgenommen wurde. Das Material kann gewogen und/oder vermessen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Gewicht und/oder das Volumen geschätzt werden. Die Vorrichtung 10, insbesondere das Steuerungssystem 1, kann einen oder mehrere entsprechende Sensoren umfassen, die zum Beispiel am Förderband angeordnet sein können.

[50] Anhand des Werts oder der Werte der aufgenommenen Leistung und der Angabe über die geförderte Materialmenge ermittelt das Steuerungssystem 1 eine Energieeffizienz für den Arbeitsvorgang. Hierzu berechnet das Steuerungssystem (mittels der Recheneinheit 24) eine Energieeffizienzkennzahl als der zumindest eine Wert der aufgenommenen Leistung geteilt durch das Gesamtvolumen oder die Gesamtmasse des während des Arbeitsvorgangs aufgenommenen Materials. Die Energieeffizienzkennzahl wird optional separat für einzelne Abschnitte entlang der Förderstrekce und/oder einzelne Antriebe. Es kann eine Abfolge von Energieeffizienzkennzahlen für einen Teil oder für den gesamten Prozess ermittelt werden.

[51] Das Steuerungssystem 1 umfasst eine Benutzerschnittstelle 22 mit einer Anzeigeeinrichtung 220. Die ermittelte Energieeffizienz, insbesondere die errechnete Energieeffizienzkennzahl stellt das Steuerungssystem 1 mittels der Anzeigeeinrichtung 220 dar. Ein Benutzer kann an dieser Information ablesen, wie energieeffizient die im zugeordneten Arbeitsvorgang gewählten Einstellungen waren und optional Einstellungen entsprechend manuell anpassen.

[52] Die Benutzerschnittstelle 22 umfasst ferner ein Eingabemittel 221. Optional kann vorgesehen sein, dass ein Benutzer über das Eingabemittel 221 Einstellungen (zum Beispiel Materialzuführung an Übergabestellen, Antriebsgeschwindigkeit und/oder Zielförderrate) vornehmen oder anpassen kann, die das Steuerungssystem 1 dann für einen aktuellen und/oder einen oder mehrere nachfolgende Arbeitsvorgänge einstellt. Zum Vornehmen von Einstellungen ist das Steuerungssystem 1 über die Ausgänge 21 an eine weitere Steuerungseinheit und/oder an einen oder mehrere Antriebe angeschlossen. Über die Ausgänge 21 gibt das Steuerungssystem 1 dann zum Beispiel entsprechende Steuerdaten aus.

[53] Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise hinsichtlich einer im Wesentlichen unveränderten Förderrate die Energieeffizienz der Vorrichtung 10 zu verbessern. [54] Die Benutzerschnittstelle 22 kann zum Beispiel einen Bildschirm als Anzeigeeinrichtung 220 umfassen, als Eingabemittel 221 kann der Bildschirm berührungsempfindlich sein, alternativ oder zusätzlich kann ein Tastenfeld oder dergleichen bereitgestellt werden. Ferner ist es auch möglich, die Benutzerschnittstelle 22 über eine Webanwendung, zum Beispiel als Website, bereitzustellen.

[55] Ferner umfasst das Steuerungssystem 1 einen Speicher 25 zum Speichern von computerlesbaren Daten. Im Speicher 25 ist ein optionales Optimierungsmodul 26 gespeichert. Im Speicher 25 sind mehrere Variationsparameter 27 gespeichert. Der Speicher 25 ermöglicht ein laufendes Speichern und Analysieren von Werten. Der Speicher 25 kann fest installiert oder abnehmbar sein. Der Speicher 25 ist ein Computerprogrammprodukt.

[56] Das Steuerungssystem 1 führt das Optimierungsmodul 26 mittels der Recheneinheit 24 aus. Das Optimierungsmodul 26 erhält zumindest einen Variationsparameter 27, zum Beispiel bezüglich wenigstens einer Antriebsgeschwindigkeit. Das Steuerungssystem 1 variiert den wenigstens einen Variationsparameter 27 über mehrere Arbeitsvorgänge und/oder über hintereinandergeschaltete Komponenten hinweg. Das Optimierungsmodul 26 ermittelt denjenigen Wert des zumindest einen Variationsparameters, bei dem die höchste Energieeffizienz ermittelt worden ist, insbesondere bei dem die Energieeffizienzkennzahl minimiert ist, als optimierten Variationsparameter. Das Optimierungsmodul 26 kann den Variationsparameter nach jedem Zyklus bewerten und/oder über mehrere Arbeitsvorgänge hinweg iterativ optimieren. Wahlweise optimiert das Optimierungsmodul 26 mehrere Variationsparameter, zum Beispiel nacheinander.

[57] Für einen aktuellen und/oder einen oder mehrere nachfolgende Arbeitsvorgänge nimmt das Steuerungssystem 1 dann Einstellungen gemäß dem optimierten Variationsparameter vor, zum Beispiel indem es über die Ausgänge 21 entsprechende Steuerdaten ausgibt. Optional optimiert das Optimierungsmodul 26 einen Variationsparameter, zum Beispiel eine Antriebsgeschwindigkeit, und stellt einen anderen Parameter proportional oder umgekehrt proportional dazu ein. Beispielsweise ändert das Optimierungsmodul 26 (im Allgemeinen das Steuerungssystem 1) eine Antriebsgeschwindigkeit proportional zurÄnderung der Materialzufuhr an Übergabestellen. Auf diese Weise kann auch die gewünschte Förderrate kontrolliert werden. [58] So kann ein energetisch effizienter Materialtransport bei Beibehaltung gewünschter Soll-Förderleistungen erzielt werden.

[59] Optional werden die jeweiligen Parameter beziehungsweise Werte für einzelne Streckenabschnitte und jeweils von Arbeitsvorgang zu Arbeitsvorgang optimiert.

[60] In einer optionalen Ausgestaltung optimiert das Optimierungsmodul 26 eine maximale Förderrate, insbesondere die Zielförderrate, als Variationsparameter. In einigen Fällen ist ein Auftrag nicht zeitkritisch, zum Beispiel zum Bereitstellen eines vordefinierten Materialvolumens mehr Zeit zur Verfügung steht als mit der maximal einstellbaren Förderrate erfordert wird. Dann kann alternativ oder zusätzlich zu anderen Variationsparametern die Zielförderrate als Variationsparameter optimiert werden.

[61] Optional ist mittels des Eingabemittels 221 einstellbar, welcher einstellbare Parameter als Variationsparameter optimiert werden soll.

[62] Das Steuerungssystem 1 kann das zentrale Steuerungssystem der Vorrichtung 10 sein. Alternativ stellt es ein zusätzliches, mit einer oder mehreren anderen Steuerungseinheiten der Vorrichtung 10 wirkverbundenes Steuerungssystem 1 dar. Optional ist das Steuerungssystem 1 an einer vorhandenen Förderbandeinrichtung nachrüstbar. Optional kann das Steuerungssystem 1 über analoge Schnittstellen und/oder ein Feldbussystem mit einer bestehenden Maschinensteuerung und/oder mit Sensoren (und/oder anderen Steuerungsorganen, zum Beispiel zumindest einem Frequenzumrichter) kommunikativ in Verbindung gebracht werden, zum Beispiel über eine gängige industrielle Kommunikationsschnittstelle.

[63] Die einzelnen, in Fig. 2 gezeigten Komponenten des Steuerungssystems 1 können an oder in einem gemeinsamen Gehäuse montiert sein. Alternativ sind einzelne oder sämtliche Komponenten an verschiedenen Orten (zum Beispiel an verschiedenen Stellen der Vorrichtung 10) angeordnet und miteinander wirkverbunden.

[64] Durch die adaptive energieeffiziente Regelung kann für die kontinuierlich fördernde Vorrichtung somit ein Steuerungsverfahren mit schrittweiser Änderung von Werten beziehungsweise Parametern in einer definierten Reihenfolge bereitgestellt werden. Dies erlaubt eine schrittweise Annäherung des spezifischen Energiebedarfs (bezogen auf das geförderte Materialvolumen) an einen minimal möglichen Wert bei einer Beibehaltung einer vorgegebenen Förderleistung.

[65] Vorstehend wurde die Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung exemplarisch als Förderbandeinrichtung oder Förderbandanlage beschrieben. Selbstverständlich gelten die vorstehenden Angaben in entsprechender Weise auch für andere kontinuierlich arbeitende Geräte.

[66] Das vorbeschriebene Steuerungssystem, eine damit ausgestattete Vorrichtung sowie das Verfahren ermöglichen und stellen insbesondere einen oder mehrere der folgenden Betriebsmodi bereit.

[67] Es kann der gesamte energetische Aufwand für die Materialaufnahme, Materialförderung und Materialabsetzung für eine definierte Fördermenge minimiert werden.

[68] Eine Energieminimierung (und Kostenminimierung) für die Verlagerung einer vorgegebenen Menge von Material bei Vorgabe einer zulässigen Förderleistungsreduzierung oder maximalen Förderzeit für diese Menge ist möglich.

[69] Ferner ist eine automatische Adaptierung einer Materialpufferung, insbesondere an Materialübergabestellen an die sich ändernde Materialzufuhr durch vorgeschaltete Abbaugeräte mit dem Ziel der Beibehaltung der Förderleistungseffizienz und/oder Energieeffizienz möglich.

[70] Wie hier verwendet, sind die Begriffe “umfassend”, “aufweisend”, “einschließend”, und ähnliches offene Begriffe, welche das Vorhandensein von angeführten Elementen oder Merkmalen anzeigen, zusätzliche Elemente oder Merkmale jedoch nicht ausschließen. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die vorangegangene Beschreibung eingeschränkt wird, und auch nicht durch die begleitenden Zeichnungen eingeschränkt wird. Die vorliegende Erfindung ist vielmehr lediglich durch die folgenden Ansprüche und deren legale Äquivalente eingeschränkt. BEZUGSZEICHENLISTE

1 Steuerungssystem

2 Antrieb

3 Material

4 Förderband

5 Materialdurchsatz-Monitor (Sensor/Messeinheiten)

10 Vorrichtung zur kontinuierlichen Materialförderung

20 Eingang

21 Ausgang

22 Benutzerschnittstelle

220 Anzeigeeinrichtung

221 Eingabemittel

24 Recheneinheit

25 Speicher

26 Optimierungsmodul

27 Variationsparameter x Längsrichtung beziehungsweise Förderrichtung