Vorrichtung zur Steuerung des Einspielens einer Waage
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Einspielens einer Waage mit einer einzigen Einspiellage ihres Auswägegliedes durch Beeinflussung der die Last zu- oder abführenden Mittel oder des Lastausgleichs. Eine mit einer derartigen Vorrichtung versehene automatische Waage kann als ein Steuerkreis betrachtet werden, bei dem entweder die Kraft des Lastausgleichs auf die Lastkraft oder die Grösse der Lastkraft auf die Grösse der Kraft des Lastausgleichs ausgesteuert wird. Dieser Steuerkreis erhält den Sollwert durch die vorgegebene Grösse der Lastkraft oder Lastausgleichskraft.
Ihn wird der Istwert, der die auszusteuennde Grösse der Lastausgleichskraft oder der Lastkraft sein kann, gegenrübergestellt. Bei diesem mittels des He beiwerkes der Waage vorgenommenen Vergleich ergibt sich die Differenzkraft als Steuergrösse. Die Ulf- ferenzkraft verursacht über die Steuerungsvorrichtung eine Aussteuerung des Istwertes auf den vorgegebenen Sollwert, z.
B. bei vorgegebener Last durch Steu rung der Verstellung des Laufgewichltes an der Auswägevorrichtung oder bei vorgegebener Kraft des Lastausgleichs durch Steuerung des Antriebs eines Lastzuteilers, beispielsweise für die Zuführung von Schüttgut zum Wägebehälter, und dadurch eine Ver änderung der Last Durch die Aussteuervorgänge und die durch diese bewirkte Anderungen der Istwerte ändert sich auch die Differenzkraft und damit die Steuergrösse.
Um eine schnellstmögliche Aussteuerung und damit Wägung zu erreichen, muss eine weitgehende Trägheitslosigkeit zur Erfassung der Steuergrösse erreicht werden. Durch die Masse der Last, des Lastträgers, des Hebeiwerkes und der Lastausgleichsvorrichtung der Waage ergibt sich eine Massenträgheit und dadurch eine kleine Eigenfrequenz des mechanischen Systems. Die Eigenfrequenz wiederuin ist besonders bei kleinen Differenzkräften bestimmend für die Grösse der Reaktionsgeschwindigkeit, d. h. der Geschwindigkeit, in der eine vorgenommene Änderung des Istwertes und damit auch der Differenzkraft zu einer entsprechenden Änderung der Grösse der Verstellung, z. B. des Gewichtshebels, führt.
Da diese Verstellung erst eine Erfassung der Differenzkraft und damit der Steuergrösse zulässt, kann also eine Waage nur so schnell ausgesteuert werden, wie die Trägheit des mechanischen Systems dies zulässt. Eine Erhöhung der Wägegeschwindigkeit lässt sich also nur durch Vergrösserung der Reaktionsgeschwindigkeit und damit der Eigenfre quenz des mechanischen Systems erreichen. Anderseits bringt aber eine sehr schnelle Reaktionsge schwindigkeit und eine durch diese bedingte hohe Eigenfrequenz mechanischer Systeme einen wesentlichen Nachteil mit sich. Es werden nämlich äussere Schwingungen aufgenommen, die meist in Form von Bodenschwingungen, die im Bereich kleinerer Frequenzen liegen, auftreten.
Dies führt einmal zur Verfälschung der Steuergrösse und damit des Messergebnisses, zum anderen aber auch zu Resonnanzschwingungen des mechanischen Systems. Eine vollkommene Abschirmung gegen Schwingungen ist jedoch besonders bei grossen Waagen mit schweren Fundamenten meist nicht möglich. Will man daher eine solche Waage mit einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit versehen, so tritt die Gefahr einer ungenauen Wägung auf.
Es ist Zweck der Erfindung, diesen Schwierigkeiten zu begegnen und trotz grösstmöglicher Wägegeschwindigkeit eine hohe Genauigkeit zu erreichen.
Erfindungsgemäss wird dies mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Einspielens einer Waage mit einer einzigen Einspiellage ihres Auswägegliedes durch Be einflussung der die Last zu- oder abführenden Mittel oder des Lastausgleichs dadurch erreicht, dass Mittel zur Erzeugung eines der Auslenkung des Auswägegliedes aus der Einspiellage heraus entge genwirkenden Magnetfeldes vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Auslenkung des Auswägegliedes gesteuert werden.
Bei geeigneter Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass in der Einspiellage, in der auch die Differenzkraft Null ist, keine äussere Kraft auf die Lastausgleichsvorrichtung einwirkt und dadurch höchste Empfindlichkeft und Genauigkeit im Bereich der Einspiellage erreicht werden kann. Mit zunehmender Auslenkung aus der Einspiellage heraus witd dann ein Anwachsen des gegen die Auslenkung wirkenden Magnetfeldes gesteuert. Hierdurch werden die Rückstellkräfte und damit die Eigenfrequenz und Reaktionsgeschwindigkeit des mechanischen Systems erhöht.
Mit zunehmender Auslenkung des Auswägegliedes aus der Einspiellage heraus treten eine höhere Frequenz und grössere Rückstellkräfte auf. Es ist daher vorteilhaft, den Dämpfungswiderstand in entsprechendem Mass zu vergrössern, um Schwingungsvorgänge und Pendelungen der Aussteuerung zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann weiter eine elektrische Wirbelstrombremse vorgesehen sein, die ebenfalls in Abhängigkeit von der Auslenkung des Auswägegliedes gesteuert wird. Durch eine derartige mit der Auslenkung zunehmende Vergrösserung des Wirbelstrommagnetfeldes wird der Dämpfungseffekt erhöht, und dadurch kann eine von der Eigenfrequenz unabhängige Dämpfung erreicht werden.
Nähere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dar- gestellten Ausführungsbeispiels. Die Darstellung zeigt in schematischer Weise eine erfindungsgemässe Steuervorrichtung in Verbindung mit einer Laufgewichtsbehälterwaage.
Der Laufgewichtshebel 1 ist mittels der Achse 2 ortsfest gelagert. An der Schneide 3 ist der Behälter 4 direkt oder unter Zwischenschaltung eines nicht gezeichneten Hebelwerkes angehängt. Am Laufgewichtshebel 1 ist das Laufgewicht 5 durch die Spindel 6, die vom Motor 7 gedreht wird, verschiebbar angeordnet. An der Gabel 9 des Hebels 1 ist der Kern 10 eines induktiven Gebers, dessen Spulen 11 ortsfest gelagert sind, angebracht. In die ortsfesten Spulen 13, 14 ragen die am Hebel 1 befestig ten Weicheisenkerne 15, 16. Das am Hebel 1 befestigte Dämpfungsschwert 17 greift in einen Schlitz des ringförmigen Wirbelstrommagneten 18, der durch die Spule 19 erregt wird.
Der Behälter 4 wird durch die Förderschnecke 20 mit dem Material aus dem Silo 21 gefüllt. Die Schnecke 20 wird vom Motor 22 angetrieben.
Die Steuerung 24 ist mit dem induktiven Geber 10-11, der die Auslenkung des Laufgewichtshebels 1 erfasst und in eine elektrische Steuergrösse umwandelt, und mit den beiden Spulen 13, 14, durch die das der Auslenkung entgegenwirkende Magnetfeld hervorgerufen wird, verbunden. Ein weiterer Anschluss ish für die Wirbelstrombremse 18 vorgesehen und für die zu steuernden Verstellantriebe 7 und 22.
Die Arbeitsweise der Wägeeinrichtung ist für Wägung und Abwägung ausgelegt. Zur Abwägung wird durch Einschalten des Motors 7 das Laufgewicht 5 durch Drehen der Spindel 6 in eine Soll gewichtssteliung gebracht. Bei leerem Behälter ist jetzt die am induktiven Geber eine Verstellung bewirkende Differenzkraft durch die Grösse des Sollgewichts bestimmt. Durch Einschalten des Motors 22 der Förderschnecke 20 wird jetzt Material aus dem Silo 21 über die Schnecke 20 in den Behälter 4 gefördert. Die Last nimmt zu und die Differenzkraft dadurch ab.
Die dem Sollgewicht entsprechende Differenzkraft würde eine verhältnismässig grosse Auslenkung des Laufgewichtshebels 1 bewirken. Dies wird dadurch verhindert, dass über die Steuerung 24 in der Spule 13 ein zu der Auslenkung in bestimmtem Verhältnis stehendes Magnetfeld hervorgerufen wurde, welches auf den Eisenkern 15 wirkt und dadurch den Laufgewichtshebel 1 in eine Stellung zurückzieht, in der die Differenzkraft und die durch das Magnetfeld bewirkte Kraft annähernd in Gleichgewicht stehen.
Um die Auslenkung zu begrenzen, können auch zusätzliche Anschläge 25, 26, die nur eine begrenzte Bewegung des Laufgewichtshebels 1 nach oben und unten zulassen, vorgesehen werden. Diese Anschläge können auch als elektrische Kontakte ausgebildet sein.
Es ist vorteilhaft, ein nichtlineares Verhältnis zwischen der Grösse der Auslenkung und der Stärke des Magnetfeldes undloder des Wirbelstromfeldes zu steuern. Damit nimmt das mit zunehmender Auslenkung entgegenwirkende Magnetfeld wesentlich stärker zu. Dies bewirkt eine exponentiale Steigerung der Rückstellkräfte und damit annähernd stetige Zunahme der Reaktionsgeschwindigkeit des mechanischen Sy stets mit zunehmender Auslenkung und zunehmender Differenzkraft. Durch die eintretende Vergrö sserung der Reaktionsgeschwindigkeit ist es sodann auch möglich, die Verstellgeschwindigkeit des Lastausgleichs bzw. der Lastzu- oder Abfuhr zu vergrössern.
Die durch diese Vergrösserung eintretenden schnelleren Anderungen der Differenzkraft werden durch entsprechende schnellere Reaktionen erfasst, die wiederum eine schnellere, der Änderung der Differenzkraft entsprechende Steuerung bewirken.
Damit kann man dem für derartige Aussteuerungen idealen Ziel nahekommen: eine zur Reaktionsgeschwindigkeit proportionale Verstellgeschwindigkeit für Lastausgleich oder Lastzu- bzw. -abfuhr und damit eine quasi asymptotische Einlaufsteuerung.
Dies bedeutet kürzest mögliche Wägezeit.
Es ist zweckmässig, um die erfindungsgemässe Vorrichtung in bezug auf Wägegenauigkeit und Wägeschnelligkeit unterschiedlichen Anforderungen anzupassen, das Verhältnis zwischen Auslenkung und Aussteuerung durch Anbringen geeigneter Mittel einstellbar oder in Abhängigkeit von der Aussteuerzeit, Laständerungen, Lastausgleichsändierungen, Wägegeschwindigkeit oder ähnlichem regelbar zugestalten.
Mit zunehmender Füllung des Behälters 4 geht der Istwert immer mehr auf die Grösse des Sollwertes zu, und die Differenzkraft wird immer kleiner.
Hierdurch verkleinert sich einerseits die Grösse der Dämpfung an der Wirbelstrombremse 18, die Grösse des Magnetfeldes, hervorgerufen durch Spule 13, und die Verstellgeschwindigkeit des Motors 22 infolge der zur Steuergrösse in einem bestimmten Verhältnis stehenden Aussteuerung. Mit zunehmender Annäherung an die eintarierte und durch den induktiven Geber erfasste Einspiellage nimmt die relative Grösse der Auslenkung zu und die Kraft des durch die Spule 13 hervorgerufenen Magnetfeldes ab. Hierdurch wird eine immer grössere Genauigkeit der Differenzkrafterfassung und damit der Wägung bei verminderter Rückstellkraft und damit geringerer Eigenfrequenz erreicht. Dies führt zu einer immer genaueren Aussteuerung aller angeschlossenen Geräte, bis die Einspiellage erreicht ist und damit alle an die Steuerung 24 angeschlossenen Geräte abgeschaltet werden.
In diesem Zustand wird die Waage nicht mehr durch das Magnetfeld beeinflusst, und die Dämpfung kann entweder ganz abgeschaltet werden oder die Wirbelstrombremse 18 erhält eine bestimmte Grundspannung, die ein hochempfindliches Einspielen ohne verzögernde Dämpfungswirkung zulässt. Ist mit Schwingungseinflüssen zu rechnen, z. B. durch Pendeln des Behälters, so kann über die Steuerung 24 durch Einschalten einer höheren Spannung eine entsprechend stärkere Dämpfung durch die Wirbelstrombremse 18 in der Einspiellage hervorgerufen werden.
Soll eine bestimmte in den Behälter eingebrachte Last gewogen werden, so wird anstelle des Motors 22 der Motor 7 gesteuert. Wurde beim vorherigen Beispiel die Last auf einen bestimmten Istwert gebracht, so wird jetzt die Last zum Sollwert und der Istwert entspricht der Stellung des Laufgewichts 5.
Durch Verstellen des Laufgewichtes 5 wird die Differenzkraft in der bereits angegebenen Weise auf Null ausgesteuert.
Es ist in gleicher Weise möglich, einen veränderlichen Sollwert, z. B. durch konbinuierliche, zeibabhängige Verstellung des Laufgewichts 5, hervorzurufen und durch Aussteuerung des Motors 22 eine der vorgegebenen Gewichtsänderung entsprechende Laständerung vorzunehmen. Diese Laständerung kann auch negativ sein, z. B. wenn eine Förderschnecke 27 mit Antriebsmotor 28 unter dem Behälter angebracht sind und entsprechend der rückläu- figen Verschiebung des Laufgewichts eine abneh mendele Laständerung auszusteuern ist. Hierbei kann die Aussteuerung in vorbestimmbarem oder regelbarem Verhältnis erfolgen.
Analog kann verfahren werden, wenn durch Flie ssen der Last in oder aus dem Behälter ein sich laufend ändernder Sollwert vorhanden ist, dem durch Verschiebung des Laufgewichts ein ; Istwert nach gesteuert werden soll.
Anstelle des induktiven Gebers können auch Geber vorgesehen werden, bei denen die Bildung der Steuergrösse durch Änderung des Widerstandes, der Frequenz, des Stromes, der Spannung, Induktivität, Kapazität eintritt. Anstelle der angegebenen Laufgewichtsvorrichtung können jegliche beliebige Lastausgieichsvorrichtungen, bei denen die Kraft oder der Krafthebelarm durch Verstelfiantriebe zu ändern sind, vorgesehen werden.
Device for controlling the import of a scale
The invention relates to a device for controlling the loading of a balance with a single loading position of its weighing element by influencing the means supplying or removing the load or the load compensation. An automatic balance provided with such a device can be regarded as a control circuit in which either the force of the load compensation is controlled by the load force or the magnitude of the load force is controlled to the magnitude of the force of the load compensation. This control circuit receives the setpoint from the specified size of the load force or load balancing force.
It is compared with the actual value, which can be the size of the load balancing force or the load force to be controlled. In this comparison made by means of the elevator of the balance, the differential force results as a control variable. The Ulf- ferenzkraft causes the control device to modulate the actual value to the specified setpoint, z.
B. at a given load by STEU the adjustment of the Laufgewichltes on the weighing device or with a given force of the load balancing by controlling the drive of a load distributor, for example, for the supply of bulk material to the weighing container, and thereby a change in the load by the control processes and the These changes in the actual values also change the differential force and thus the control variable.
In order to achieve the fastest possible control and thus weighing, an extensive lack of inertia must be achieved for recording the control variable. Due to the mass of the load, the load carrier, the lifting mechanism and the load compensation device of the balance, there is a mass inertia and thus a small natural frequency of the mechanical system. The natural frequency is again decisive for the size of the reaction speed, especially with small differential forces. H. the speed at which a change made to the actual value and thus also the differential force leads to a corresponding change in the size of the adjustment, e.g. B. the weight lever leads.
Since this adjustment only allows the differential force and thus the control variable to be recorded, a scale can only be controlled as quickly as the inertia of the mechanical system allows. An increase in the weighing speed can only be achieved by increasing the reaction speed and thus the natural frequency of the mechanical system. On the other hand, however, a very rapid reaction rate and the high natural frequency of mechanical systems caused by this result in a significant disadvantage. This is because external vibrations are recorded, which mostly occur in the form of floor vibrations that are in the range of lower frequencies.
On the one hand, this leads to falsification of the control variable and thus the measurement result, but on the other hand it also leads to resonance oscillations in the mechanical system. However, complete shielding against vibrations is usually not possible, especially with large scales with heavy foundations. If you want to provide such a balance with a high reaction speed, there is a risk of inaccurate weighing.
It is the purpose of the invention to counter these difficulties and to achieve high accuracy despite the highest possible weighing speed.
According to the invention, this is achieved with a device for controlling the import of a balance with a single input position of its weighing element by influencing the load supplying or removing means or the load balancing in that means for generating one of the deflection of the weighing element from the input position counteracts Magnetic field are provided, which are controlled as a function of the deflection of the balancing member.
With a suitable design of the device according to the invention there is the advantage that in the insertion position, in which the differential force is also zero, no external force acts on the load balancing device and thus the highest sensitivity and accuracy can be achieved in the area of the insertion position. With increasing deflection from the feed position, an increase in the magnetic field acting against the deflection is then controlled. This increases the restoring forces and thus the natural frequency and reaction speed of the mechanical system.
With increasing deflection of the balancing element out of the insertion position, a higher frequency and greater restoring forces occur. It is therefore advantageous to increase the damping resistance accordingly in order to avoid oscillation processes and oscillation of the modulation. For this purpose, an electric eddy current brake can also be provided, which is also controlled as a function of the deflection of the weighing element. Such an enlargement of the eddy current magnetic field, which increases with the deflection, increases the damping effect, and damping independent of the natural frequency can thereby be achieved.
Further details emerge from the following description of the exemplary embodiment shown in the drawing. The illustration shows in a schematic way a control device according to the invention in connection with a running weight container scale.
The running weight lever 1 is mounted in a stationary manner by means of the axis 2. The container 4 is attached to the cutting edge 3 directly or with the interposition of a lever mechanism, not shown. On the barrel weight lever 1, the barrel weight 5 is slidably arranged by the spindle 6, which is rotated by the motor 7. The core 10 of an inductive transmitter, the coils 11 of which are fixedly mounted, is attached to the fork 9 of the lever 1. In the stationary coils 13, 14 protrude on the lever 1 fastened soft iron cores 15, 16. The damping sword 17 fastened to the lever 1 engages in a slot of the annular eddy current magnet 18 which is excited by the coil 19.
The container 4 is filled with the material from the silo 21 by the screw conveyor 20. The screw 20 is driven by the motor 22.
The controller 24 is connected to the inductive transmitter 10-11, which detects the deflection of the barrel weight lever 1 and converts it into an electrical control variable, and to the two coils 13, 14 which produce the magnetic field counteracting the deflection. Another connection is provided for the eddy current brake 18 and for the adjustment drives 7 and 22 to be controlled.
The functioning of the weighing device is designed for weighing and weighing. To weigh up, the running weight 5 is brought into a desired weight position by turning the spindle 6 by switching on the motor 7. If the container is empty, the differential force causing an adjustment on the inductive transmitter is now determined by the size of the target weight. By switching on the motor 22 of the screw conveyor 20, material is now conveyed from the silo 21 via the screw 20 into the container 4. The load increases and the differential force therefore decreases.
The differential force corresponding to the target weight would cause a relatively large deflection of the barrel weight lever 1. This is prevented by the fact that a magnetic field in a certain ratio to the deflection was generated in the coil 13 via the control 24, which acts on the iron core 15 and thereby pulls the barrel weight lever 1 back into a position in which the differential force and the Magnetic field caused force are almost in equilibrium.
In order to limit the deflection, additional stops 25, 26, which only allow a limited movement of the barrel weight lever 1 up and down, can be provided. These stops can also be designed as electrical contacts.
It is advantageous to control a non-linear relationship between the magnitude of the deflection and the strength of the magnetic field and / or the eddy current field. The counteracting magnetic field thus increases significantly more with increasing deflection. This causes an exponential increase in the restoring forces and thus an almost constant increase in the reaction speed of the mechanical Sy, always with increasing deflection and increasing differential force. As a result of the increase in the reaction speed, it is then also possible to increase the adjustment speed of the load compensation or the load supply or discharge.
The more rapid changes in the differential force that occur as a result of this magnification are recorded by corresponding faster reactions, which in turn bring about a faster control corresponding to the change in the differential force.
In this way one can get close to the ideal goal for such modulation: an adjustment speed proportional to the reaction speed for load balancing or load supply or discharge and thus a quasi asymptotic inlet control.
This means the shortest possible weighing time.
It is useful to adapt the device according to the invention to different requirements with regard to weighing accuracy and speed, to adjust the ratio between deflection and modulation by attaching suitable means or to make it controllable as a function of the modulation time, load changes, load compensation changes, weighing speed or the like.
With increasing filling of the container 4, the actual value approaches the size of the setpoint value and the differential force becomes smaller and smaller.
This on the one hand reduces the size of the damping at the eddy current brake 18, the size of the magnetic field caused by the coil 13, and the adjustment speed of the motor 22 as a result of the modulation which is in a certain ratio to the control variable. With increasing approach to the tared-in position detected by the inductive transmitter, the relative size of the deflection increases and the force of the magnetic field caused by the coil 13 decreases. As a result, an ever greater accuracy of the differential force detection and thus of the weighing is achieved with a reduced restoring force and thus a lower natural frequency. This leads to more and more precise control of all connected devices until the input position is reached and all devices connected to the control 24 are switched off.
In this state, the balance is no longer influenced by the magnetic field, and the damping can either be switched off completely or the eddy current brake 18 receives a certain basic voltage, which allows a highly sensitive installation without a delaying damping effect. Is vibration influences to be expected, e.g. B. by swinging the container, a correspondingly stronger damping can be caused by the eddy current brake 18 in the input position via the controller 24 by switching on a higher voltage.
If a specific load introduced into the container is to be weighed, the motor 7 is controlled instead of the motor 22. If in the previous example the load was brought to a certain actual value, the load now becomes the setpoint value and the actual value corresponds to the position of the running weight 5.
By adjusting the barrel weight 5, the differential force is controlled to zero in the manner already indicated.
It is also possible to use a variable setpoint, e.g. B. by continuous, zeib-dependent adjustment of the barrel weight 5, and by modulating the motor 22 to make a load change corresponding to the predetermined weight change. This change in load can also be negative, e.g. B. when a screw conveyor 27 with drive motor 28 are attached under the container and a decreasing load change is to be controlled according to the backward displacement of the running weight. Here, the modulation can take place in a predeterminable or controllable ratio.
The same procedure can be used when the load flows into or out of the container and there is a continuously changing setpoint value, which is incorporated by shifting the running weight; Actual value is to be controlled.
Instead of the inductive encoder, it is also possible to provide encoders in which the control variable is formed by changing the resistance, frequency, current, voltage, inductance, and capacitance. Instead of the specified running weight device, any load balancing devices in which the force or the force lever arm can be changed by adjusting drives can be provided.