CN101932919B - 具有多个数字称重单元的称重装置、称重单元以及方法 - Google Patents
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Abstract
具有多个数字称重单元(164)的称重装置，分别包括：与力导入装置(163)相连的传感器，其分别产生数字的、与在测量时间点上导入的力相应的测量值；数据处理装置，其将数字的测量值编辑成可通过数据通信线路(20)进行发送的发送单元并且将发送单元发送到与所有称重单元相连的中央控制单元(18)上，以用来评价发送单元，其中在源自不同称重单元(164)的发送单元的基础上，中央控制单元(18)计算出数字的组合数值，其代表在称重时间点上对称重装置(16)进行加载的重力，其中，将测量值编辑成发送单元或评价发送单元包括将各被编辑的测量值与借助时间确定件来确定的时间值构成一对对偶，时间值代表所属的测量时间点，中央控制单元(18)从多个这种从属于单个称重单元(164)的对偶中估算出导入称重单元(164)中的力的时间上的分布，并通过将用于不同称重单元(164)的估算值组合起来，来产生组合数值，估算值在估算的力分布中分别与称重时间点相应。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有多个数字称重单元的称重装置，本发明还涉及一种用来确定数字的组合数值的方法。
背景技术
这种称重装置和方法在Rauchschwalbe，U.的文章“Digitale
Innovation oder Marketing-Gag？”，wdmdosierenmischen，Ausgabe 1，
2007(《数字称重单元：是创新还是市场谎言？》，wdm称重、配量和混合，2007年3月1号发表)，中被讨论。
工业的称重装置典型地包含多个称重单元，它们在不同的位置上支撑着一个称重平台。在此称重平台上起作用的重力通过每个称重单元的力导入装置传导到它的传感器上，此传感器产生部分测量值。将这些部分测量值适当地组合起来，形成组合数值，此组合数值代表整体上作用到称重平台上的重力。
在许多已知的装置中，传感器是模拟传感器，所述传感器在它们的输出端上产生模拟的电压。所有模拟的、支撑称重平台的称重单元的并联相应于把电压合计为组合电压。在这种装置中，模拟的综合电压典型地进行数字化，并作为一系列的数字数值继续传导，以进行下一步处理或评估。
数字的称重单元在系统的模块性和避免使用易受干扰的模拟线路方面是值得期待的，但例如在上述文章中详细讨论的那样，用数字的称重单元来代替这种模拟的称重单元，会导致许多不同的困难。数字的称重单元在一定的测量时间点上产生数字的测量值。典型的是，数字称重单元的传感器还包括一个或多个模拟的力接收器(例如应变片)，它产生模拟电压，此模拟电压由传感器的模拟-数字转换器(ADC)转换成一系列单个的数字测量值，其中每个数字测量值都代表在测量时间点上对力接收器进行加载的力。为将多个称重单元的数字测量值组合起来，单个的数值必须通过数据通信线路发送到中央控制单元中，并在那里继续被处理。为此，首先必须将测量值编辑成发送单元，发送单元可通过数据通信线路进行发送。数字的称重单元的广泛使用的接口标准是串口RS485接口，信息相关地，测量值通过接口在协议标准化后被发送。其它的接口系统或总线系统也是可行的，其中与所应用的通信网络相匹配地总是需要将测量值编辑成发送单元。在模拟情况下，通过单元的并联无任何时间延迟地实现测量值的组合，与此情况不同的是，在数字称重单元的情况下待组合的数值的时间协调尤其重要。典型的是，数字称重单元因此是同步工作的，其中例如通过来自中央控制单元的同步脉冲实现同步，同步脉冲请求所有的称重单元同时产生数字测量值，并随后连续地查询中间存储在单个测量单元中的测量值。然后，这些被连续查询出的测量值在中央控制单元中被处理成组合数值，此组合数值从属于同步时间点。以这种方式在中央控制单元中产生一系列单个的、时间上从属的组合数值，它们代表作用到称重平台上的重力的采样分布。这种系统的缺点是，单个组合数值之间的间隔具有很长的长度，此长度随着待考虑的称重单元的数量来增加。这对于动态的称重过程以及配量过程都是不利的，在这些情况下，对作用到称重装置上的重力的分布进行精确且快速的预测，是非常重要的。
取消测量时间点的同步虽然可导致仅依赖于数据通信线路和中央控制装置的速度的组合数值-更新的加速，但每个组合数值是以单个的测量值为基础，这些测量值是在不同的时间点上获取的，这尤其在动态过程中会使测量结果明显不准确。
上述的文章提出，至少局部地应用模拟的称重单元。尤其提出，为避免干扰，把模拟信号通过短的模拟线路段传导到多通道的ADC中，其把模拟的输入信号在所有的通道上同步地进行数字化，并将产生的数字数值组合起来。这种理念的缺点是，丧失了通过引入数字称重单元获得的模块性，以及再次引入具有已知干扰和校准问题的模拟线路区段。
发明内容
由此，本发明的目的是，提供一种称重装置和一种方法，它们允许在具有数字称重单元的称重装置中可以得到可快速、准确且无干扰地、可预测地代表进行作用的重力的结果。
此目的结合本发明的一个方面提供的一种称重装置和本发明的另一个方面提供的一种用于确定数字的组合数值的方法得以实现。
根据本发明的一个方面提供的称重装置，具有多个数字的称重单元，所述称重装置分别包括：与力导入装置相连的传感器，所述传感器分别产生数字的、与在测量时间点上导入的力相应的测量值；数据处理装置，所述数据处理装置将所述数字的测量值编辑成能够通过数据通信线路进行发送的发送单元，并且将所述发送单元发到与所有称重单元相连的中央控制单元上，以用来评价所述发送单元，其中在源自不同称重单元的所述发送单元的基础上，所述中央控制单元计算出数字的组合数值，所述组合数值代表在称重时间点上对所述称重装置进行加载的重力，其特征在于，将测量值编辑成发送单元包括将各测量值与借助时间确定件来确定的时间值构成对偶，所述时间值代表所属的测量时间点；所述中央控制单元从多个这种从属于单个称重单元的对偶中估算出导入所述称重单元中的力的时间上的分布，并通过将不同称重单元的这种估算值组合起来，来产生所述组合数值，所述估算值在估算的力分布中分别与所述称重时间点相应。
根据本发明的另一个方面提供的用于确定数字的组合数值的方法，所述组合数值代表在称重时间点上对称重装置进行加载的重力，所述方法包含以下步骤：借助中央控制单元，分别向多个称重单元请求数字的测量值，所述称重单元分别具有与力导入装置相连的传感器以及数据处理装置；在所述多个称重单元的每一个称重单元中：借助所述传感器，产生数字的、与在测量时间点上导入的力相应的测量值，借助所述数据处理装置，将所述数字的测量值编辑成能通过数据通信线路进行发送的发送单元，以及借助所述数据处理装置，将所述发送单元发到所述中央控制单元上进行评价；借助所述中央控制单元，在源自不同的称重单元的所述发送单元的基础上计算出所述数字的组合数值，其特征在于，将测量值编辑成发送单元的步骤包括将所述测量值与借助时间确定件确定的时间值构成对偶，所述时间值代表所属的所述测量时间点；计算所述数字的组合数值的步骤包括从多个这种对偶中估算出导入单个称重单元中的力的时间上的分布；以及产生所述组合数值的步骤包括将不同称重单元的这种估算值组合起来，所述估算值在所估算的力分布中分别与所述称重时间点相应。
本发明的核心是，一方面不强制要求同步地获知待组合的测量值，另一方面避免将不同时间点上获知的测量值相组合。为此，把每个称重单元的测量值都当作数值对偶来对待，此测量值对偶包括本身的测量值和所属的时间点，实际上导入测量单元的力的分布通过内推法和/或外推法来非常精确地估算或预测。例如在已知的匹配-方法(fitting)的基础上，估算基于一个或多个用于单个称重单元的力分布和/或用于整体力分布的模块来实现。专业人员非常了解这种方法在个体情况下的优点、缺点和精度。所述估算提供了估算出的、导入各个单个称重单元中的力的分布，作为时间的函数。通常对每个称重单元，估算出的函数都以不同的支持值(Stützwerten)为基础，即以在不同时间点上执行的测量为基础。组合数值，其代表整体上作用到称重装置中的重力，可在任意的时间点上从估算的力分布中推导出来，这是通过以下方式实现的，即这样的估算值彼此组合在一起，它们在所有称重单元的估算出的力分布中与共同的、相关的称重时间点相应。典型地，通过把相应的估算值相加，来实现所述组合。但原则上，如果例如单个称重单元的具体布置或设计要求一种与简单加法不同的组合，则也可以考虑其它的组合方法。组合数值的计算与以下情况无关，即称重时间点与一个或多个称重单元的实际测量时间点是否相应。
本发明的优点在于，原则上可任意快地发出非常精确的组合数值，而与测量值的更新率无关，并且没有必要同步地获知测量值。
本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
在本发明的优选实施例中设置为，中央控制单元从多个组合数值中估算出对称重装置加载的重力的时间上的分布，并预测出达到目标-重力的将来时间点。此实施例尤其适合实施配量过程。如同提到的那样，力分布的估算不仅可通过在存在的支持值之间进行的内推法，也可以以涉及到预期的力分布的外推法来实施。这可预报将来的组合数值，或通过反向计算来得出下述的将来的时间点，在所述将来的时间点上达到期望的重力。知道这个时间点，可及时地对配量装置的对停机时间负责的调节元件进行控制，以便在达到目标-重力时终止配量过程。
有利的是，称重单元中的一个的数据处理装置用作中央控制单元。现代称重单元配备了非常小、但有效率的微处理器，它除了自身本身的任务(即无困难地预处理和编辑测量值)外，还可以执行额外的任务，例如执行上述的估算以及计算组合数值。如果这种无论如何都存在的数据处理装置当作“母机”或“中央控制单元”来用，则可因此省却单独的设备并因此节省成本。
如开头已提到的一样，典型的称重单元的基础在于，模拟地获知导入的力，并随后借助ADC进行数字化。称重单元的传感器因此典型地包括力接收器和模拟-数字转换器，此力接收器产生与导入的力相应的电子模拟信号，此模拟-数字转换器在测量时间点上产生与模拟信号相应的数字测量值。当然，本发明并不局限于这种称重单元。还可以毫无问题地应用直接的数字的测量系统。
在本发明的优选实施例中，时间确定件是每个称重单元的数据处理装置的一部分。这存在，是因为典型的数据处理装置无论如何都具有时钟发生器，它在本发明的意义中可作为时间确定件来用。例如可能的是，为了确定代表测量时间点的时间值，能够对在由中央控制单元发往称重单元的起始-控制信号和测量时间点之间的时间差进行确定。因此，(例如)单个的测量单元可连续地被中央控制单元查询，其中每次查询都以发出起始-控制命令来开始。然后，称重单元进行测量，并编辑发送单元，作为由测量值和在起始-控制命令与实际测量之间流逝的时间的值组成的数值对偶，所述时间借助自身的时间测量仪来获知。从所述信息中，并由于认识到了起始-控制命令的时间点，于是中央控制单元可计算出绝对的测量时间点，并作为力分布-估算的基础。
在此实施例中，称重单元的连续查询也可交错地以如下方式进行，即例如测量单元通过发送起始-控制命令来激活测量，中央控制单元与其它的称重单元通信，而首先提到的称重单元则产生和编辑测量值。如果中央控制单元返回到第一称重单元，则可完成发送单元的发送。
可选的是，所有称重单元的时间测量仪也可相互同步。那么，在中央控制单元和称重单元之间不需要同步通信，因为由于称重单元-同步，来源于不同称重单元的时间值之间的关系始终是正确的。
在本发明的基本不同的实施例中，时间确定件是中央控制单元的一部分。在此实施例中，中央控制单元必须分别激活称重单元中的测量，并从称重单元的已知的反应时间中算出实际的测量时间点。该变动方案优选可应用在实时系统中。
附图说明
本发明的其它细节和优点从以下的具体实施例和附图中得出。其中：
图1在示意图中示出了本发明的具体应用；
图2在图表中阐明了本发明。
具体实施方式
图1示意性地示出了配量装置10，它以有利的方式应用了本发明。空的容器14借助输送系统(例如传送带12)送往称重站16，此称重站16具有设置在称重平台162上的传送带区段161。此称重平台162由多个数字称重单元164的力导入杆163进行支撑。在这种情况下示出了四个称重单元164。在实际应用中，可使用更多或更少的称重单元，其布置可与具体应用情况的具体要求相匹配。称重单元164彼此相连，并通过数据通信线路20与外部的中央控制单元18相连。每个称重单元以未示出的、但专业人员都公知的方式都包含传感器和数据处理装置(尤其是微处理器)。称重单元(尤其是它的微处理器)与数据通信线路20之间的接口优选构成为RS 485接口，然而其中，也可应用其它类型的接口系统或总线系统。
在所示的实施例中，在传送带区段161上输送的容器14被填装设备22以填充物24填充，其中，通过监控整体上作用到称重装置16上的重力，来调节此填充过程。填充过程临近结束时，通过中央控制单元18来控制闭合装置26，以便能够在达到目标-填充量时停止填充，并通过移出带28将此容器14运走。达到目标-填充量相应于达到目标-重力，此目标-重力整体上作用到称重平台162上。因为闭合元件26的控制只能以不可避免的时间延迟来实现填装的实际终止，可靠地预测作用到称重平台162上的重力的分布，对于这种配量过程是很重要的。
本发明的其它应用还包含动态称重，例如在运输装置上对包裹称重，或在驶过集成在道路中的称重平台上时对机动车称重。
图2以简化图表的形式并结合图1的配量装置，示出了本发明的基本理念。此图示出了五个曲线，它们分别描述了力F，作为时间t的函数。此视图只是示意性的，并不是按比例的。用A、B、C、D表示的曲线代表导入四个支撑着共同的称重平台162的数字称重单元164上的力。用KW表示的曲线示出了整体上作用到称重平台162上的重力的分布，该重力分布从力分布A-D的数值的组合数值中计算出。单个的称重单元164在不同的时间点提供数字测量值。在图2的图表中，这些时间点用实心圆表示。按本发明，逐一地且相互独立地计算出这些曲线A-D，作为以这些测量值为基础的评估，这些测量值用作估算的支持值。通过在取样点之间(实线)进行内推法，或在相关称重单元164的实际上最后的测量值之后的时间范围内(虚线)进行外推法，来估算曲线A-D。为了计算整体重力(即曲线KW)，所有四条曲线A-D的估算值(它们都从属于共同的时间点)以适当的方式尤其通过加法彼此组合起来。这些估算值在图2中用中空圆表示，它们的时间关联通过虚线来表示。这四个所有的称重单元164的都从属于共同的时间点的估算值的组合导致一个用实心菱形表示的、用于整体重力的估算值，即，估算的组合数值。估算的组合数值的结果可通过中央控制单元18作为不断更新的整体-测量结果发出。
如同从图2中明显所示的一样，实际的测量值不需要进入组合数值的计算中，虽然如果待计算的组合数值的时间点与测量时间点相一致，也不把这一点排除在外。但这在实际应用中是不常见的，如同从图2可看到的一样，组合数值可从估算值中计算出来，此估算值仅以内推法、部分以内推法以及局部以外推法或全部以外推法为基础。最后所述的情况会产生在曲线KW中用中空菱形表示的组合数值。它代表作用到称重平台162上的整体重力的预测值。这个值能以不同的方式算出来：一方面，利用外推数值的组合的上述方法从估算的曲线分布A-D中算出，或另一方面，借助KW的曲线分布的外推算出。哪种方案在个体情况下会产生更精确的结果，取决于整个装置的具体构造以及配量过程的实际进程，并由专业人员视具体情况而选择。
为了实施所述估算，原则上给专业人员提供了一种整体上公知的、还将发展的估算方法。例如线性的内推法或外推法已被证明是有效的，它们的特征在于计算耗费非常低，并特别是在单个测量点的间距较短时也能产生足够有效的精确性。在以更高计算耗费为代价的情况下，第二和更高级次的内推法和外推法提供更好的精确性。例如可应用作为“样条曲线逼近”已知的方法。还存在这样的可能性，即与一定的曲线模式相匹配。如果随时间的力分布(即在单个称重单元中的力分布和/或整个重力的力分布)在理论上较好地公知，如其例如在自动化的配量过程或在汽车地秤(企业的构造相同的载重汽车以相近的速度驶过此汽车地称)中那样，则尤其提供这种方法。在这些情况下，例如通过把平均的误差平方(Fehlerquadrate)降至最低，使估算的力分布与参数化的模型曲线相匹配，从而能以相对较小的计算耗费实现精度特别高的估算。但估算方法的具体选择对本发明来说不是特别重要。
当然，在具体说明中讨论和在附图中示出的实施例只是本发明的例证性实施例。对于专业人员而言，以在这里的公开内容为依据，给出了大范围的变化可能性。尤其是称重单元的数量和构造方式、具体应用的估算方法、应用本发明的称重系统的机械构造、数据通信的技术以及获得或产生的时间值的定义都由专业人员与各自的个体情况的要求相匹配。
附图标记列表
10配量装置
12传送带
14容器
16称重装置
161传送带
162称重平台
163力导入杆
164称重单元
18中央控制单元
20数据通信线路
22配量漏斗
24填装物
26闭合装置
28移出带
Claims (14)
1.称重装置，具有多个数字的称重单元(164)，所述称重装置分别包括：
-与力导入装置(163)相连的传感器，所述传感器分别产生数字的、与在测量时间点上导入的力相应的测量值；
-数据处理装置，所述数据处理装置将所述数字的测量值编辑成能够通过数据通信线路(20)进行发送的发送单元，并且将所述发送单元发到与所有称重单元相连的中央控制单元(18)上，以用来评价所述发送单元，
其中在源自不同称重单元(164)的所述发送单元的基础上，所述中央控制单元(18)计算出数字的组合数值，所述组合数值代表在称重时间点上对所述称重装置(16)进行加载的重力，
其特征在于，
将测量值编辑成发送单元包括将各测量值与借助时间确定件来确定的时间值构成对偶，所述时间值代表所属的测量时间点；所述中央控制单元(18)从多个这种从属于单个称重单元(164)的对偶中估算出导入所述称重单元(164)中的力的时间上的分布，并通过将不同称重单元(164)的这种估算值组合起来，来产生所述组合数值，所述估算值在估算的力分布中分别与所述称重时间点相应。
2.按权利要求1所述的称重装置，其特征在于，所述中央控制单元(18)从多个组合数值中估算出对所述称重装置(16)进行加载的所述重力的时间上的分布，并预测达到目标-重力的将来时间点。
3.按上述权利要求之任一项所述的称重装置，其特征在于，所述称重单元中的一个称重单元的所述数据处理装置用作为中央控制单元。
4.按权利要求1或2所述的称重装置，其特征在于，称重单元(164)的所述传感器包括力接收器和模拟-数字转换器，所述力接收器产生与所述导入的力相应的电子的模拟信号，所述模拟-数字转换器在所述测量时间点上产生与所述模拟信号相应的所述数字的测量值。
5.按权利要求1或2所述的称重装置，其特征在于，所述时间确定件是每个称重单元(164)的所述数据处理装置的部分，并且为了确定代表测量时间点的时间值，对在由所述中央控制单元(18)发到所述称重单元(164)的起始-控制信号与所述测量时间点之间的时间差进行确定。
6.按权利要求1或2所述的称重装置，其特征在于，所述时间确定件是每个称重单元(164)的所述数据处理装置的部分，并且所有称重单元(164)的所述时间确定件都彼此同步。
7.按权利要求1或2所述的称重装置，其特征在于，所述时间确定件是所述中央控制单元(18)的部分。
8.用于确定数字的组合数值的方法，所述组合数值代表在称重时间点上对称重装置(16)进行加载的重力，所述方法包含以下步骤：
-借助中央控制单元(18)，分别向多个称重单元(164)请求数字的测量值，所述称重单元分别具有与力导入装置(163)相连的传感器以及数据处理装置；
-在所述多个称重单元的每一个称重单元中：
■借助所述传感器，产生数字的、与在测量时间点上导入的力相应的测量值，
■借助所述数据处理装置，将所述数字的测量值编辑成能通过数据通信线路(20)进行发送的发送单元，以及
■借助所述数据处理装置，将所述发送单元发到所述中央控制单元(18)上进行评价；
-借助所述中央控制单元(18)，在源自不同的称重单元(164)的所述发送单元的基础上计算出所述数字的组合数值，
其特征在于，
将测量值编辑成发送单元的步骤包括将所述测量值与借助时间确定件确定的时间值构成对偶，所述时间值代表所属的所述测量时间点；
计算所述数字的组合数值的步骤包括从多个这种对偶中估算出导入单个称重单元(164)中的力的时间上的分布；以及
产生所述组合数值的步骤包括将不同称重单元(164)的这种估算值组合起来，所述估算值在所估算的力分布中分别与所述称重时间点相应。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于以下步骤：即另外地从多个组合数值中估算出对所述称重装置(164)进行加载的所述重力的时间上的分布的步骤，以及借助所述中央控制单元预测达到目标-重力的将来时间点的步骤。
10.按权利要求8至9之任一项所述的方法，其特征在于，所述称重单元中的一个称重单元的所述数据处理装置用作为中央控制单元。
11.按权利要求8或9所述的方法，其特征在于，称重单元(164)的所述传感器具有力接收器和模拟-数字转换器，所述力接收器产生与所述导入的力相应的电子的模拟信号，所述模拟-数字转换器在所述测量时间点上产生与所述模拟信号相应的所述数字的测量值。
12.按权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述时间确定件是每个称重单元(164)的所述数据处理装置的部分，并且为了确定代表测量时间点的时间值，对在由所述中央控制单元(18)发到所述称重单元(164)的起始-控制信号与所述测量时间点之间的时间差进行确定。
13.按权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述时间确定件是每个称重单元的所述数据处理装置的部分，并且所有称重单元(164)的所述时间确定件都彼此同步。
14.按权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述时间确定件是所述中央控制单元(18)的部分。
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