DE2326969C3 - Verfahren zum selbsttätigen Regem der Plastizität von keramischen Massen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selbsttätigen Regeln der Plastizität von keramischen Massen durch Zugabe von Wasser, Dampf oder trockenen Substanzen über eine Dosiervorrichtung in den Mischer einer aus Mischer und Strangpresse bestehenden Produktionskette, wobei die Plastizität im Mischer gemessen und als Regelgröße in einem Regelkreis verwendet wird, durch dessen Stellgröße die Dosiervorrichtung betätigt wird.

Zur plastischen Verformung von keramischen Rohstoffen in Strangpressen ist ein bestimmter Feuchtigkeitsgehalt der Masse notwendig, der aus Gründen der Produktqualität und des Mangels an geeignetem Personal in zunehmendem Maße automatisch konstant gehalten werden muß.

Zur kontinuierlichen Messung der Tonfeuchte lassen sich zwei Methoden verwenden, nämlich die direkten und indirekten Meßmethoden, die auch für andere Materialien benutzt werden. Von diesen konnten sich bisher nur die nukleare Methode nach dem Neutronenbremsverfahren und die optische Methode der Infrarotreflexionsmessung durchsetzen. Der Nachteil dieser Meßverfahren liegt neben der Tatsache, daß nur in wenigen Fällen ohne größere Andes ungen der Aufbereitungsanlage geeignete Meßvoraussetzungen vorliegen, vor allem in den hohen Anschaffungskosten.

ίο Zum anderen wird in vielen Fällen die starke Abhängigkeit der plastischen Eigenschaften keramischer Rohstoffe vom Wassergehalt ausgenutzt Als meßbare Aussage über die Plastizität werden bisher zwei Größen verwendet:

li Die Leistungsaufnahme von Mischmaschinen hängt 5tark vom plastischen Verhalten des Rohstoffes ab. Daher wird diese seit langem als Regelgröße in Plastizitätsregelkreisen benutzt Der regelungstechnische Vorteil liegt in der kurzen Verzugszeit zwischen Eingriff und Auswirkung auf das Meßergebnis. Der Nachteil ist in der Tatsache begründet, daß neben der Plastizität des Tones auch die momentane Durchsatzleistung, der Füllungsgrad der Mischmaschine und ihr Verschleißzustand in das Meßergebnis eingehen. Die Leistungsmessung am Mischer hat daher nur einen begrenzten Aussagewert

Eine reine Plastizitätsmessung stellt daher die Messung des Preßdi«ickes dar, die von Schwankungen der Durchsatzleistung weitgehend unabhängig ist

Jo Allerdings ist die Zeit zwischen Eingriff und Auswirkung auf den Preßdruck zum Teil so lang, daß ein gutes Regelergebnis nicht möglich ist

Aufgrund der Strangverpressung steht in allen in Frage kommenden Fällen die Möglichkeit der Plastizi-

J5 tätsmessung über den Preßdruck zur Verfügung. Weiterhin stehen vielfach geeignete Meßgeräte zur Verfügung, die eine Messung der Plastizität am Strang hinter dem Mundstück zulassen, in fast allen Fällen ist der Presse ein Mischaggregat vorgeschaltet, welches von einem gesonderten Motor ingetrieben wird. Dadurch steht als weitere Plastizitätsmeßmöglichkeit an zeitlich früherer Stelle die Messung der Leistungsaufnahme des Mischers zur Verfügung.
Eine derartige Steuerkette ist durch die DE-OS 15 84 323 bekannt. Hierbei werden bei einer Strangpresse zwei Meßgrößen ermittelt, nämlich der vom Motor eines Schneckenförderers aufgenommene Ankerstrom als Maß für das von diesem aufgenommene Moment und damit für die Plastizität des geförderten Materials,

Ό sowie die Umlaufgeschwindigkeit des Motors als Maß für den Strangvorschub. Mit dieser Einrichtung soll zwar die Plastizität von keramischen Massen konstant gehalten werden, es erfolgt hierbei jedoch keine Rückmeldung des Eingriffsergebnisses an den Regler, da die Meßeinrichtung zeitlich vor der Zugabeeinrichtung liegt Alle Einflüsse auf die Plastizität werden bei dieser Steuerkette somit quantitativ erfaßt, um die richtige Wassermenge zugeben zu können. Eine rasche Regelung ist auf diese Weise nicht möglich.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum selbsttätigen Regeln der Plastizität von keramischen Massen der vorgenannten Art zu schaffen, mittels dem selbsttätig die Plastizität einer keramischen Masse geregelt werden kann. Dabei sollen die erforderlichen Investitionskosten gering gehalten werden, wobei die durch die Formgebungsanlage in der grobkeramischen Industrie gegebenen Meßmöglichkeiten auszunutzen sind. Vor allem aber soll zur Vermeidung der Nachteile

der bekannten Meßverfahren eine genaue und rasche Regelung durch Benutzung der beiden vorhandenen Meßgrößen, die sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand erfassen lassen, zu bewerkstelligen und die Regeleinrichtung soll an vorhandenen Produktionsketten nachrüstbar sein.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß als zweite Regelgröße die Plastizität im Preßkopf der Strangpresse oder am Tonstrang gemessen wird und als Führungsgröße einer Kaskadenregelung dient, deren Hilfsgröße die im Mischer gemessene Plastizität bildet.

Zweckmäßig ist es hierbei, daß die Regelabweichung im Fübrungskreis verstärkt und/oder integriert und/ oder differenziert wird.

Des weiteren ist es sehr vorteilhaft, bei Unterbrechungen des Produktionsablaufes die beiden in analogen Gleichspannungen umgewandelten Meßwerte und den Integralanteil des dem Führungsregelkreis zugeordneten Reglers zu speichern. Dies ist in der Weise möglich, daß zur Verzögerung der Meßwerte den Reglern je ein Operationsverstärker zugeordnet ist, dessen Rückführung aus einer die Zeitkonstante bestimmenden Parallelschaltung von einem W'-derstand und einem Kondensator besteht, wobei der Kondensator bei Unterbrechung des Produktionsablaufs z. B. durch ein Relais von der Schaltung getrennt wird. Ferner kann hierbei auch der Integralanteil des Führungsreglers mit einem Operationsverstärker gebildet werden, in dessen Rückführung sich eine Kapazität befindet, die bei Unterbrechung des Produktionsablaufes z. B. durch ein Relais von der Schaltung getrennt wird.

Zur Dosierung von Wasser und Dampf ist es angebracht, ein oder mehrere elektronisch steuerbare Magnetventile zu verwenden, die mit konstanter Öffnungsfrequenz und variabler, steuerbarer Öffnungsdauer betrieben werden, wobei es zur Steuerung der Magnetventile und/oder eines der Dosiereinrichtung zugeordneten Gleichstrommotors vorteilhaft ist einen Sägezahngenerator, einen Komparator zum Vergleich der Steuersp Innung mit der Sägezahnspannung, eine Diode und einen Leistungsverstärker vorzusehen, durch deren Zusammenschaltung als Ausgangssignal eine impulsförmige Gleichspannung konstanter Impulsfrequenz und in Abhängigkeit von der Steuerspannung stufenlos verstellbare Impulsbreite erzeugt wird.

Zur Messung der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors des Mischers ist zweckmäßigerweise ein Stromwandler, zur Messung der Plastizität im Preßkopf der Strangpresse oder des Tonstranges als Meßeinrichtung ein Manometer mit elektrischem Abgriff vorzusehen.

Durch dfci erfindungsgemäße Verfahren wird somit die Plastizität an zwei Stellen der Produktionskette, nämlich im Bereich des Preßkopfes und gleichzeitig im Mischer gemessen und die Meßwerte werden als Regelgröße in einer Kaskadenregelurig verwendet. Als genaue Regelgröße dient dabei die Plastizität als schnelle Regelgröße die Leistungsaufnahme des Mischermotors. Diese Art der Regelung bietet den Vorteil, daß mit geringem meßtechnischen und regelungstechnischen Aufwand eine sehr rasche selbsttätige Plastizitätsregelung möglich ist, die an vorhandene Produktionsketten ohne Schwierigkeiten und ohne großen Bauaufwand nachrüstbar ist

Weitere Einzelheiten des Regelverfahrens sind dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, das nachfolgend im einzelnen;, erläutert ist, zu entnehmen.

Hierbei zeigt

F i g. 1 eine aus einem Mischer und einer Strangpresse gebildete regelbare Produktionskette in schematischer Darstellung und

F i g. 2 u. 3 Schaltbilder einzelner in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 vorgesehener Schaltelemente.

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Produktionskette 1 besteht aus einem Mischer S, dem der zu verarbeitende Ton 2 über ein Transportband 4 zugeführt wird, und einer Strangpresse 7, an deren Preßkopf 9 der Tonstrang 3 austritt Der Mischer 5 und die Strangpresse 7 werden getrennt voneinander angetrieben, und zwar durch die Motoren 6 bzw. 8, die über Getriebestufen mit diesen trieblich verbunden sind.

Um den Feuchtigkeitsgehalt des Tons 2 im Mischer 5 zu beeinflussen, ist eine Regeleinrichtung 11 nach Art einer Kaskadenregelung vorgesehen, die im wesentlichen aus einem Führungsregelkreh 12 und einem Hilfsregelkreis 13 sowie einer Dosiereinrichtung 31 besteht. Dabei wird die Plastizität des Tonstranges 3 oder der Preßdruck im Preßkopf 9 ö'-r Strangpresse 7 sowie die Leistungsaufnahme des Motors 6 des Mischers S gemessen und die ermittelten Regelgrößen werden dem Führungsregelkreis 12 bzw. dem Hilfsregelkreis 13 zugeführt die wiederum die Dosierei-richtung31 steuern.

Der über das Transportband 4 zugeführte Ton 2 bewirkt nämlich am Motor 6 des Mischers 5 eine mehr oder weniger große Leistungsaufnahme, die von dem

lu Feuchtigkeitsgehalt des Tones 2 abhanpt und beispielsweise über einen Stromwandler 23 gemessen, mittels eines Wechselstrom-Gleichspannungswandlers 24 in eine proportionale Gleichspannung umgewandelt und als Hilfsregelgröße 25 der Vergleichsstelle 26 des

i'> Hilfsregelkreises 13 zugeführt wird.

In Abhängigkeit eines einstellbaren Sollwertes 27 für die Leistungsaufnahme des Motors 6 wird eine Regelabweichung gebildet und dieses Ausgangssignal 28 wird einem zweckmäßigerweise mit P-Verhalten ausgestatteten stetigem Regler 29 zugeführt

Das Ausgangssignal 30 des Reglers 29 gelangt auf die Dosiereinrichtung 31, die z. B. aus einem Magnetventil 33 mit steuerbarer Öffnungsdauer und der zugehörigen Steuerelektronik 32 in Form eines Gleichspannungs-Impulswandlers besteht und je nach Anforderung Wasser oder Dampf über die Leitung 34 zugibt Bei zu feuchtem Rohstoff ist die Zugabe von Trockensubstanzen analog möglich.

Wegen seiner kleinen Totzeit kann dieser Hilfsregel-

kreis 13 auch schnelle Änderungen der Feuchtigkeit ausgleichen. Allerdings bedarf der Sollwert 27 des Reglers 29 einer Korrektur, um unterschiedliche Durchsatzleistungen, Verschleißzustände und Füllungsgrade des Mischers S, die den Meßwert der Hilfsgröße 2!» verfälschen, zu kompensieren.

Dies geschieht durch den übergeordneten Fühnwgsregelkreis 12, der aus einer Plastizitätsmeßeinrichtung 14, z. B. in Form eines Manometers mit Potentiometerabgriff und einem Anpassungsbaustein 16 nach Art eines Widerstandspanmr.gswandlers, dem die Regelgröße 15 der Plastizitätsmeßeinrichtung 14 zugeführt wird, und einem Regler 21, der zweckmäßigerweise PI-Verhalten aufweist, besteht Der Regler 21, dem aus der Additionsstelle 18 aufgrund der Differenz zwischen Plastizitäts-Sollwert 19 und Plastizitäts-Istwert 17 eine Regelabweichung als Signal 20 zur Verfügung steht erzeugt als Ausgangsgröße 22 ein in den Hilfsregelkreis 13 eingeführtes Signal, daß die Fehlmessung durch die

Leistungsaufnahme am Mischer 5 kompensiert.

Die Punktion der Regeleinrichtung 11 beruht also letztlich auf der regelungstechnischen Überbrückung der Totzeit zwischen Eingriff in die Leitung 34 und die Plastizitätsmessung durch Einfügung einer HiifsgröQe 25 mit geringer Totzeit zwischen Eingriff und Auswirkung auf die Messung. Durch die Anordnung von Hilfs- und Führungsregelkreisen 13 bzw. 12 in Form einer Regelkaskade wird sowohl die geringe Totzeit der leistungsmessung als auch die Genauigkeit der Plastizitätsmessung ausgenutzt und damit das bestmögliche Regelergebnis bei Verwendung dieser beiden Meßgrößen erreicht.

Wegen der insbesondere bei Schneckenpressen vorhandenen kurzzeitigen Preßdruckschwankungen und der ebenfalls periodischen Stromaufnahmeschwankungen des Motors 6 des Mischers ist eine Verzögerung der Meßsignale notwendig, welche wegen der kleinen

Frequenz, uc Siiiiuiigcii ciiic ieiaiiv grüße Zeiikunsiaii-

te aufweisen muß. Wegen den verhältnismäßig häufig auftretenden kurzen Unterbrechungen aufgrund von Störungen in der nachfolgenden Transportautomatik sind häufig Anfahrvorgänge der Regelanlage notwendig. Infolge der großen Zeitkonstanten des Meßwertes wird während des Anlaufvorganges ein zu kleiner Leistungswert bzw. Plastizitätswert vorgetäuscht, der eine entsprechende Drosselung der Wasserzugabe bewirkt und unter ungünstigen Umständen zu einem Festfahren der Presse führen kann. Entsprechend führt bei Verwendung von Reglern mit Integralanteil dieser Anfahrvorgang zu einem Überschwingen nach der entgegengesetzten Richtung, so daß bei jedem Anfahrvorgang zuerst zu wenig und anschließend zu viel Wasser zugegeben wird.

Dieses Verhalten kann z. B. durch die elektronische Meßwertverzögerung des Pl-Reglers 21 und gegebenenfalls auch des Reglers 29 verhindert werden, sofern dieser entsprechend dem Signalschaltbild gemäß F i g. 2 geschaltet wird.

Zur Verzögerung der Meßwerte bei Unterbrechung des Produktionsablaufes ist hierbei dem Regler 21 bzw. dem Regler 29 je ein Operationsverstärker 41 zugeordnet, dessen Rückführung aus einer die Zeitkonstante bestimmenden Parallelschaltung von einem Widerstand 42 und einem Kondensator 43 besteht, wobei der Kondensator 43 bei Unterbrechung des Produktionsablaufes durch ein Relais 44 von der Schaltung getrennt wird.

Außerdem wird der Integralanteil des Reglers 21 mit einem Operationsverstärker 46 gebildet, in dessen Rückführung sich „in Kondensator 47 befindet, der bei Unterbrechung des Produktionsablaufes durch ein Relais 48 von der Schaltung getrennt wird.

Während der kurzen Unterbrechung ist der Kontakt 45 geöffnet und damit ebenfalls die Kontakte der Relais 44 und 48. Auf diese Weise werden während der Unterbrechung die Ladungen der Kondensatoren 43 und 47 gespeichert Die Zeitkonstante der Meßwertverzögerung, die durch den Kondensator 43 und der Widerstand 42 bestimmt wird, ist also bei kurzer Unterbrechungen nicht wirksam, da sich der Feuchtig keitsgehalt während der Unterbrechung nicht ändert und sich somit nach dem Anfahren sofort wieder dei alte Wert einstellt. Dasselbe gilt auch für der Integralanteil des Reglers 21, der durch den Kondensator 47 gebildet wird. Die Anlage arbeitet also nach einei kurzen Unterbrechung ohne einen Einschwingvorgang

in mit dem alten Arbeitspunkt weiter.

Eine weitere Besonderheit der Feuchtigkeitsregelung in der keramischen Industrie ist die Notwendigkeit Wasser, Dampf oder Trockensubstanz zugeben zi müssen. Für die Dosierung von Wasser kommen für eine

r> stetige Regelung drehzahlgesteuerte Verdrängerpum pen oder steuerbare Ventile in Frage, zur Dampfdosie rung ebenfalls Ventile. Trockensubstanz wird normalerweise mit motorgetriebenen Dosiergeräten zugegeben Ais Vcm aiii en uei Dusieruiig iuii Ventilen eigne! mit besonders das Impulsverfahren, bei welchem Magnetventile mit nur zwei Zuständen (offen — geschlossen] verwendet werden können. Die Steuerung der Zugabemenge erfolgt in der Weise, daß das Ventil in konstanter zeitlichen Abständen geöffnet wird, die Öffnungsdauer

2Ί jedoch elektronisch zwischen 0 und 100% der Periode verändert werden kann. Durch Einstellen einer genügend hohen Öffnungsfrequenz, welche groß gegenübei den Ze; .konstanten des Regelkreises ist, läßt sich aul diese Weise mit geringem Aufwand ein stetige;

jo Regelverhalten erreichen. Die Anwendung diese« Verfahrens erlaub«, es überdies, mit nur einem elektronischen Baustein sowohl Gleichstrommotorer (Pumpe, Trockensubstanzdosierung) als auch Ventile zt steuern.

Dieser Baustein ist in seiner Wirkungsweise in F i g. 2 dargestellt. Er besteht aus einem Sägezahngenerator 51 einem Spannungskomparator 53 und einem Leistungsverstärker 55, vor den eine Diode 54 geschaltet ist. Die Steuerspannung als Signal 30 des Reglers 29 wird mil der Sägezahnspannung (Signal 52) am Spannungskomparator 53 verglichen. Solange die Sägezahnspannung (Signal 52) kleiner ist als die Steuerspannung (Signal 30) liegt am Spannungskon.paratorausgang 53 eine positive Spannung, während in der übrigen Zeit eine negative Spannung anliegt Die positiven Impulse werden im Leistungsverstärker 55 verstärkt und stehen am Ausgang zur Verfügung.

Je größer die Steuerspannung ist, desto größer wird auch die Impulsbreite am Ausgang und somit die

so relative Öffnungsdauer. Wählt man für die Sägezahnfrequenz einen niedrigen Wert von etwa 2 Hz, so kann man mit dem Ausgangssignal 56 ein Magnetventil 33 betreiben. Wählt man dagegen eine Sägezahnfrequenz von etwa 100 Hz, so ist der Betrieb eines Gleichstrommotors 35 möglich, da der Mittelwert der Ankerspannung der relativen Öffnungsdauer proportional ist Es lassen sich folglich mit nur einem Baustein alle in Frage kommenden Dosieraggregate betreiben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum selbsttätigen Regeln der Plastizität von keramischen Massen durch Zugabe von Wasser, Dampf oder trockenen Substanzen über eine Dosiervorrichtung in den Mischer einer aus Mischer und Strangpresse bestehenden Produktionskette, wobei die Plastizität im Mischer gemessen und als Regelgröße in einem Regelkreis verwendet wird, durch dessen Stellgröße die Dosiervorrichtung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Regelgröße (15) die Plastizität im Preßkopf (9) der Strangpresse (7) oder am Tonstrang (3) gemessen wird und als Führungsgröße einer Kaskadenregelung (Regeleinrichtung 11) dient, deren Hilfsgröße (25) die im Mischer (5) gemessene Plastizität bildet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichung im Führungsregelkreis (12) verstärkt und/oder integriert und/oder differenziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterbrechungen des Produktionsablaufes die beiden in analogen Gleichspannungen umgewandelten Meßwerte und der Integralanteil des dem Führungsregelkreis (12) zugeordneten Reglers (21) gespeichert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dosierung von Wasser und Dampf (Leitung 34) ein oder mehrere elektronisch steuerbare Magnetventile (33) verwendet werden, oie mit konstanter Öffnungsfrequenz und variabler, steuerbat er öffi.ungsdauer betrieben werden.

5. Verfahren nach Anspruch ' dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Magnetventile (33) und/oder eines der Dosiereinrichtung (31) zugeordneten Gleichstrommotors (35) ein Sägezahngenerator (51), ein Spannungskomparator (53) zum Vergleich der Steuerspannung (Signal 30) mit der Sägezahnspannung (Signal 52), eine Diode (54) und ein Leistungsverstärker (55) vorgesehen sind, durch deren Zusammenschaltung als Ausgangssignal (56) eine impulsförmige Gleichspannung konstanter Impulsfrequenz und in Abhängigkeit von der Steuerspannung stufenlos verstellbare Impulsbreite erzeugt wird.