Monitoringsystem für Gurtbandförderer – Auswertungsmöglichkeiten

In [1] wurde das Monitoringsystem bereits vorgestellt. Dieser Beitrag stellt eine Ergänzung des bereits beschriebenen Systems dar. Die Gurtlenkeinrichtung besteht im Wesentlichen aus einer rotierenden Rolle, die an das Leertrum des Gurtbandförderers angepresst wird (siehe Abb. 1).

Diese Rolle rotiert um die eigene Achse, wobei sich die Achse zusätzlich um eine zentrale Lagereinheit in Bandlängsrichtung und normal zur Gurtoberfläche um einen zentralen Punkt verschieben lässt. Bei Auftreten eines Gurtschieflaufs stellt sich die Rolle dadurch automatisch auf Sturz und lenkt so den Gurt entgegen der Verlaufsrichtung über das Leertrum zurück. Das Monitoringsystem misst die Verschiebung der Rotationsachse in Bandlängsrichtung und normal zur Gurtoberfläche. Der dabei entstehende Winkelversatz der Rotationsachse der Lenkrolle ist charakteristisch für die entsprechende Ursache der Gurtverschiebung. Die gemessene Achsverschiebung kann demnach einem auftretenden Anlagenfehler, der zu einem Gurtschieflauf führt, zugeordnet werden. Beim erneuten Auftreten des jeweiligen Fehlers kann dieser durch das Monitoringsystem erkannt werden. Dem System kann auch eine maximal zulässige Achsauslenkung hinterlegt werden, die einem durch das System nicht mehr korrigierbarem maximal zulässigem Gurtschieflauf entspricht. In diesem Fall wird eine Warnung ausgegeben, die bei einer Überschreitung zum Abschalten der Anlage führt.

Die Monitoringfunktion wird im Wesentlichen über drei implementierte Sensoren verwirklich. Mittels je eines Radarsensors wird die Verschiebung der Rotationsachse zu einer feststehenden Achse in Gurtlängsrichtung und normal zur Gurtoberfläche gemessen, wobei es sich nicht um eine lineare Verschiebung, sondern eigentlich um eine Winkelverstellung der Rotationsachse zu einer feststehenden Achse um einen zentralen Punkt im Zentrum der Lenkrolle handelt. Der dritte Sensor misst die Drehzahl der Rolle und wird hauptsächlich zur Stillstanderkennung des Förderers benötigt. Die Drehzahl kann natürlich bei Bedarf ebenfalls angezeigt werden. Über den Rollendurchmesser und die Drehzahl besteht die Möglichkeit, die Gurtgeschwindigkeit zu berechnen und ebenfalls anzuzeigen.

In Abb. 2 ist die Monitoringoberfläche der am Lehrstuhl für Bergbaukunde, Bergtechnik und Bergwirtschaft – Arbeitsgruppe Fördertechnik und Konstruktionslehre entwickelten Software ersichtlich.

In der Mitte der Darstellung befindet sich eine Art Fadenkreuz, das die Achsverschiebung in vier Quadranten einteilt. Das Zentrum des Fadenkreuzes repräsentiert die gemittelte Ausgangsposition der Lenkeinrichtung im Normalzustand ohne einer Schieflauf verursachenden Anlagenfehlfunktion, gemittelt über eine voreingestellte Gurtumlaufanzahl. Um den Nullpunkt können konzentrische Kreise definiert werden, die unterschiedliche Warnschwellen repräsentieren. Der grüne Bereich bedeutet hier, dass, solange sich die Achsverschiebung in diesem Bereich bewegt, kein Handlungsbedarf in Bezug auf einen kritischen Gurtschieflauf besteht. Der hellorange Bereich entspricht in diesem Fall einer Warnschwelle. Hier tritt z. B. ein Gurtschieflauf auf, der nicht mehr vollständig durch das System ausgeglichen werden kann, aber noch nicht kritisch ist. Außerhalb des hellorangen Bereichs tritt dann ein kritischer Schieflauf auf der bei Nicht-Reagieren zu einem Anlagenschaden führt. Diese drei Bereiche sind mit der in der Abb. 2 rechts oben dargestellten Ampel verknüpft. Je nach Position der Auslenkung leuchtet die entsprechende Lampe auf.

Die Verschiebung der Rotationsachse wird durch verschiedenfarbige sich bewegende Punkte dargestellt. In Abb. 3 sind die entsprechenden Punkte inklusive einer Legende zu sehen. Der dunkelblaue Punkt repräsentiert die aktuelle Position der Achse und ist auf Grund der Dynamik der Lenkeinrichtung ständig in Bewegung. Der hellblaue Punkt entspricht der gemittelten Achsverstellung über den letzten Gurtumlauf. Dieser Punkt wird demnach in Abhängigkeit der Förderlänge bzw. der tatsächlichen Gurtumlaufzeit aktualisiert. Die Umlaufzeit wird in einem Untermenü für den jeweiligen Einsatzfall eingegeben und ist von der Gurtlänge und der Fördergeschwindigkeit abhängig. Der hellblaue Punkt ist mit dem Ampelsystem verknüpft und löst demnach das entsprechende Warnsignal aus.

In Abb. 3 sind noch weitere Punkte ersichtlich. Der magentafarbene Ring mit der Bezeichnung MF beschreibt den maximalen Fehler bzw. maximale Achsverschiebung, die über die letzten z. B. vier Gurtumläufe aufgetreten ist. Dieser Fehler kann bei Bedarf abgespeichert werden (betätigen der Schaltfläche „Fehlverhalten Abspeichern“) und mit einem den Schieflauf verursachenden Grund für den Schieflauf verknüpft werden. Die Anzahl der Gurtumläufe kann beliebig im Untermenü „Einstellungen & Kalibrierung“ vorgegeben werden (siehe Abb. 2). Bei einem erneuten Auftreten des Fehlers kann dieser anhand der Punktverschiebung, in den zuvor definierten Bereich, identifiziert werden. Eine anlagenseitige Fehlerbeseitigung wird dadurch erleichtert. Durch diese Fehlerspeichermöglichkeit kann eine Lernfunktion des Systems realisiert werden. Die abgespeicherten Fehler werden je nach Position (normaler Betriebsbereich, Warnbereich oder Alarmbereich) mit einem grünen, gelben oder roten Ring und einer aufsteigenden Nummer im Anzeigefeld dargestellt. Eine Fehlerkurzbeschreibung wird ebenfalls unter dem Punkt „gespeicherte Fehler“ aufgelistet. Diese Fehlerzuweisung erfordert keinen Anlagenstop. Sollte ein Notausschalter betätigt werden müssen, so kann die dabei auftretende Achsverschiebung ebenfalls hinterlegt werden. Die Achsposition wird im Notausfall durch den roten Ring mit dem Buchstaben E im jeweiligen Quadranten dargestellt, wobei sich die Speicherposition auf die letzte Position des hellblauen Punkts bezieht. Durch die Betätigung der Schaltfläche „Notaus Fehlverhalten abspeichern“ kann dieser Fehler in die Fehlerliste aufgenommen und in der Quadrantendarstellung angezeigt werden. Die Schaltflächen für das Fehlerabspeichern sind in Abb. 4 vergrößert dargestellt. Die Notauserkennung ist beim Einschalten des Förderers standardmäßig aktiviert und kann auf Wunsch deaktiviert werden. Eine Notaussituation wird über den Drehzahlsensor, sobald das Signal ausbleibt, erfasst.

Die abgespeicherten Fehler können in einem Untermenü editiert werden. Die Funktion ist in Abb. 5 ersichtlich.

Bevor das Monitoringsystem eingesetzt werden kann, muss dieses zuvor kalibriert werden. Hierzu befindet sich ein Untermenü auf der linken Seite des Anzeigebildschirms (siehe Abb. 2). Sobald diese Schaltfläche betätigt wird, erscheint das Untermenü (siehe Abb. 6) in dem die Einstellungen vorgenommen werden können.

In diesem Untermenü wird die Gurtumlaufzeit eingegeben, welche von der Fördergeschwindigkeit und der Gurtlänge abhängig ist. Diese Umlaufzeit wird für die eigentlich Anlagenkalibrierung benötigt, um den Nullpunkt des Fadenkreuzes bzw. der sich bewegenden Rotationsachse der Lenkeinrichtung zu bestimmen. Wie bereits erwähnt, wird dieser durch den Mittelwert der Auslenkung der Rotationsachse der Gurtlenkeinrichtung bestimmt, wenn der Gurt unbeladen ist und keinen Schieflauf aufweist. Die Gurtbewegung muss für die Kalibrierung optimal eingestellt sein und unter den spezifizierten klimatischen Randbedingungen ablaufen. Für die Kalibrierung muss noch eine Umlaufanzahl des Gurtes vorgegeben werden, über die die Mittelung durchgeführt werden soll. In der Praxis bedeutet dies, dass der Förderer eingeschaltet wird und nach einer gewissen Einlaufzeit kann dann mit der Kalibration begonnen werden. Durch die Betätigung der Schaltfläche „Statische Einstellungen übernehmen und Kalibrierung starten“ wird der Nullpunkt über die voreingestellte Umlaufanzahl berechnet.

Neben der Kalibrierung werden in diesem Untermenü noch die Betriebseinstellungen vergeben. Der Warnlevel als Außenradius des grünen Bereiches in mm und der Alarmlevel als Außenradius des hellorangen Bereiches in mm müssen definiert werden. Abschließend muss noch die gewünschte Umlaufanzahl zur Bestimmung des gemittelten maximalen Fehlers (maximale Achsverstellung vom kalibrierten Nullpunkt) vergeben werden. Der gemittelte maximale Fehler bzw. die gemittelte maximale Achsabweichung vom Nullpunkt, wird immer aus der vordefinierten Anzahl der bereits vergangenen Gurtumläufen berechnet. Dieser Wert ist an die Gurtlänge und an die notwendige Reaktionszeit des jeweiligen Förderers anzupassen. Die Verschiebebewegung des Gurtes (Gurtschieflauf) ist grundsätzlich träge und benötigt eine gewisse Zeit, bis sich eine neue Gurtposition, verursacht durch einen Anlagenfehler, eingestellt hat. Dies ist besonders dann relevant, wenn der Schieflauf nicht mehr durch die Lenkeinrichtung ausgeglichen werden kann. Eine ausreichende Reaktionszeit für das Anhalten der Anlage, bevor ein Schaden durch den Gurtschieflauf verursacht wird, muss sichergestellt werden. Ein Anlagenfehler bzw. -defekt kann aber auch zugewiesen und beim erneuten Auftreten bestimmt werden, wenn sich der Gurt noch nicht verläuft, d. h. wenn der Schieflauf noch durch die Einrichtung ausgeglichen werden kann, da auch in diesem Fall eine charakteristische Achsbewegung auftritt.

Gründe für einen Gurtschieflauf gibt es zahlreiche, beispielhaft kann eine exzentrische Bandbeladung, defekte Tragrollen, verschmutzte Tragrollen, schlecht eingestellte Gurtreiniger, Temperaturunterschiede über die Gurtbreite, Risse in der Gurtzugschicht usw. angeführt werden. Diese Fehler, insofern sie ohne Gurtlenkeinrichtung zu einem Schieflauf führen, verursachen eine charakteristische Bewegung der Rotationsachse der Lenkeinrichtung, die mittels der Monitoring-Software den jeweiligen Fehlern zugeordnet werden können.

Das beschriebene Monitoringsystem leistet einen wichtigen Beitrag zur Anlagensicherheit und vermeidet bei richtigem Einsatz Beschädigungen von Gurtbandförderern. Durch die Lernfunktion des Monitoringsystems können Anlagenfehler schneller detektiert und beseitigt werden, wodurch die Anlageninstandhaltung vereinfacht werden kann. Das System kann als eigenständige Einrichtung betrieben oder in eine bestehende Anlagensteuerung integriert werden. Das Monitoring ist cloud-ready, wobei die Auswertesoftware auf den neuesten Webtechnologien basiert und über jeden aktuellen Internetbrowser aufgerufen werden kann. Die Software und Daten sind somit auf Wunsch nahezu von überall erreichbar oder werden nur lokal verwendet. Je nach Betreiberwunsch kann es als reines Warnsystem oder als erweitertes Monitoringsystem mit Lernfunktion betrieben werden. Das Monitoringsystem ist einfach aufgebaut und ebenso einfach zu bedienen, sowie robust und wartungsarm. Im Vergleich zu anderen Systemen ist es dadurch auch sehr kostengünstig.