Messtechnik für die Optimierung von Brechern Industrie 4.0 für Zerkleinerungsprozesse

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In Zerkleinerungsanlagen geht es ordentlich zur Sache. Staub und Dreck gehören zum Alltag. Doch dieser Anlagentyp kann sich auch von einer ganz anderen Seite zeigen. Dank innovativer Messtechnik und Algorithmen lassen sich einzelne Prozessschritte in Echtzeit optimieren, sodass der Energieverbrauch drastisch gesenkt wird. Sensoren von Vega helfen dabei.

Jedes Partikel, jedes Korn und jeder Stein wird bei Ma-Estro geradezu persönlich genommen. Das italienische Unternehmen optimiert seit 15 Jahren Zerkleinerungsprozesse und Brecher. Dabei hilft es, dass der Gründer einen eigenen Steinbruch hat und daher seit jeher wusste, welche Maßnahmen helfen und welche in der Praxis nichts taugen. Heute bietet das Unternehmen Automatisierungs- und Optimierungssysteme für alle Produktionsprozesse im Steinbruch und Bergbau sowie Recycling an.

Unbestritten ist, dass Zerkleinerungsmaschinen viel Energie benötigen, bis das fertige Produkt entsteht. Neben der eigentlichen Zerkleinerung müssen auch noch Prozesse, wie Vorwäsche, Reinigung, Sortierung usw. beachtet werden. Dank der Systeme von Ma-Estro lässt sich jedoch der Energieverbrauch pro Tonne Produkt, einer der Hauptproduktions-Kostenfaktoren, erheblich reduzieren.

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Der Schlüssel dazu liegt in einer intelligenten Automatisierung der gesamten Produktionskette und im Echtzeit-Datenmanagement. Die Systeme von Ma-Estro zerlegen quasi den gesamten Brecher-Prozess, vom Steinbruch bis zum Endprodukt, und beurteilen dabei viele einzelne Parameter in den jeweiligen Prozessen aus ganz unterschiedlichen Blickwinkeln – sprich Produktionsrate, Energieverbrauch, Maschineneffizienz, Anlagenstillstand, Wartungskennzahlen, Materialtransport, Kraftstoffverbrauch usw. Jedes Kilowatt wird sozusagen einzeln unter die Lupe genommen. Im Schnitt lassen sich so 15 % Energie sparen. Die Anstrengungen kommen nicht von ungefähr. Jedes Jahr fließt ein beträchtlicher Anteil in Forschung und Entwicklung, etwa in das Design neuer Sensoren und in die Entwicklung neuer Software-Algorithmen.

Schonende Prozesse sind gut fürs Endprodukt

Dabei sind es nicht nur die Energiekosten, die im Mittelpunkt der Optimierung stehen. Die eigentliche Herausforderung für den Betreiber, beispielsweise eines Steinbruchs, liegt darin, eine einheitliche Qualität des Endprodukts zu liefern. Zudem herrscht bei Standardprodukten harter Wettbewerb.

Die Qualität und die Reproduzierbarkeit wiederum hängt erheblich von der Belastung in den Zerkleinerungsmaschinen ab. Je härter das Material, desto größer die Beanspruchung von Brechern und Mühlen. Auch nasses Material kann zum Problem für Förderer, Hydrozyklone und Siebe werden. Zudem verändert das Rohmaterial seine Eigenschaften, etwa bei Masse, Dichte oder Härte. Damit werden Anlagenteile wie Brecher und Siebe unterschiedlich gefordert.

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Manuelle Eingriffe sind im Prozessablauf eher schwierig. Ziel der kontinuierlichen Überwachung der einzelnen Prozessschritte ist es daher, die Belastung der jeweiligen Maschinenkomponenten zu reduzieren – und dies je nach aktueller Situation im Brecher. Das System von Ma-Estro steuert automatisch den gesamten Prozess, indem es alle im System vorhandenen Maschinen verbindet. Die in den kritischen Bereichen installierten Sensoren erlauben es, die Belastung in den einzelnen Anlagenteilen ständig anzupassen. Beispielsweise wird die richtige Beladung gesteuert, der Materialfluss angepasst oder Verstopfungsszenarien vermieden. Dies schont die Anlage, spart Energie und führt zudem zu einer höheren Produktqualität.

Sichere Erfassung der Füllhöhen vermeidet Überlastung

In der Welt von Ma-Estro spielt die Sensorik eine große Rolle, ganz nach dem Motto: „Was nicht gemessen werden kann, lässt sich auch nicht optimieren.“ Seit rund einem Jahr ist die Messtechnik von Vega bei der Überwachung und Optimierung der Zerkleinerungsmaschinen mit im Boot. Insgesamt kommen 50 Geräte, angefangen beim Vegason 61, 62, 63 über den Vegapuls 69 bis zum Vegabar 82, zum Einsatz. Die meisten der eingesetzten Sensoren sind Füllstandsensoren. So wird die Vega-Radartechnologie zur Messung des Materials in Brechern und Mühlen eingesetzt, sie warnt aber auch vor Siebverstopfung und misst den Wasserstand zum Waschen des Materials. Beispielsweise befinden sich Vega-Sensoren an der Öffnung der Presse, um den Füllstand in der Maschine zu kontrollieren, aber auch auf den Förderbändern, um die Beladung zu messen und in den Behältern, um die Menge des Endproduktes zu erfassen. Je nach Beladung werden dann automatisiert verschiedene Anpassungen der Maschine vorgenommen, um jeweils ein optimales Ergebnis zu erzielen.

Zwar hatte Ma-Estro schon vorher Sensoren anderer Hersteller für diese Aufgaben verwendet. Diese mussten jedoch sehr aufwändig in die vorhandenen Automatisierungssysteme eingebunden werden. Zudem ist es generell nicht ganz einfach, die Füllhöhe in Zerkleinerungsmaschinen zu messen. Denn trotz aller Digitalisierung geht es auch bei Ma-Estro branchentypisch zu, also staubig, schmutzig und sandig. Vibrationen gehören ebenfalls zum Alltag. Dadurch verursachen Staub, Restmaterial und Feuchtigkeit jede Menge Störreflexionen. Eine Tatsache, die auch den bisherigen Sensoren erhebliche Probleme bereitete und so zu einer ungenauen Messung führte.

Als Testgerät eingebaut – im Dauereinsatz geblieben

Vega kannte Ma-Estro bis dahin kaum. Dennoch baute man einige Sensoren zum Testen ein. Von Projektbeginn an war man von der Technologie überzeugt, sodass die Sensoren seitdem ihren festen Platz in der Brecheranlagen gefunden haben. Vor allem von der einfachen Konfiguration war das Team begeistert. Dank Plics-Konzept, also der einheitlichen Bedienoberfläche unabhängig vom Messprinzip, musste sich das Team bei den unterschiedlichen Sensortypen nicht immer wieder neu einarbeiten. Das Set-up war denkbar einfach. Begeistert war das Messtechnik-Team auch vom Prozessverständnis der Vega-Ingenieure und vom partnerschaftlichen Verhältnis zwischen Kunde und Lieferant.

Davon abgesehen war die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messwerte entscheidend. Insbesondere der Vegapuls 69 lieferte extrem sichere Messwerte – eine wichtige Voraussetzung, um darauf aufbauend eine Optimierung zu starten. Für die hohe Genauigkeit ist der kleine Abstrahlwinkel von nur drei Grad verantwortlich. Das Radarfüllstandmessgerät arbeitet mit einer Sendefrequenz von 80 GHz und einer Antennengröße von etwa 75 mm. Der 80 GHz-Strahl geht damit an Einbauten oder Produktanhaftungen an der Behälterwand vorbei. Zudem durchdringt er selbst dichte Staubwolken mühelos. Das macht die Messung sicherer und zuverlässiger, insbesondere bei den rauen Umgebungen, die in den Zerkleinerungsanlagen vorkommen.

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Der Radarsensor Vegapuls 69 besitzt zudem eine sehr gute Signalbündelung und einen hohen Dynamikbereich. Letzterer liefert bei Radarsensoren eine Aussage darüber, in welchen Anwendungsbereichen ein Sensor eingesetzt werden kann. Die Dynamik beschreibt den Unterschied zwischen größtem und kleinstem Signal, das vom System noch detektiert werden kann. In der Praxis heißt das: je größer die Dynamik, desto breiter das Einsatzspektrum der Sensoren. Aufgrund des großen Dynamikbereichs von 120 dB können selbst kleinste Reflexionen gemessen werden. Mit einem Messbereich bis zu 120 m, einer Reaktionszeit kleiner 1 s und einer Genauigkeit von ±5 mm sind genügend Leistungsreserven, selbst für ungewöhnliche Einsätze, vorhanden.

Fazit: Und noch ein Feature begeisterte das italienische Unternehmen: Die Möglichkeit, eine drahtlose Kommunikation über Bluetooth einzusetzen. Diese ist insbesondere für schwer zugängliche Stellen, raue Industrieumgebungen und Ex-Bereiche interessant. Damit lassen sich die Vega-Sensoren aus sicherer Entfernung mit dem Smartphone oder Tablet, unabhängig davon, ob Apple- oder Android-Gerät, konfigurieren und parametrieren. Auch Anzeige- und Diagnosefunktionen stehen so schnell und unkompliziert zur Verfügung. Damit fügt sich die Vega-Technologie perfekt in die Optimierungsumgebung bei Ma-Estro ein.

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