DD258673B5 - Method for the digital control of the liquid feed - Google Patents

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DD258673B5
DD258673B5 DD28170085A DD28170085A DD258673B5 DD 258673 B5 DD258673 B5 DD 258673B5 DD 28170085 A DD28170085 A DD 28170085A DD 28170085 A DD28170085 A DD 28170085A DD 258673 B5 DD258673 B5 DD 258673B5
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Hans-Ulrich Dr-Ing Frenzel
Fred Dipl-Ing Enz
Karl-Heinz Prof Schmelovsky
Wolfgang Dipl-Paed Dr Taenzler
Wilfried Dipl-Ing Bartusch
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Wolfgang Tartsch Unternehmensb
Ingbuero Bauwesen
Bauakademie Itm
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Description

W2 (t) = Wz - Aw/a (1 - e"Qt) + W0 W 2 (t) = W z -Aw / a (1-e " Qt ) + W 0

bestimmt wird, wobei sindis determined, where are

Wz = Awt = die mit konstanter Geschwindigkeit zufließende Flüssigkeitsmenge; W0 = Anfangsfeuchte;W z = A w t = the amount of liquid flowing at a constant speed; W 0 = initial moisture;

α = Zeitkonstante der Mischanlage;α = time constant of the mixing plant;

t = die Zeit, die seit dem Ende derTrockenmischphase vergangen ist.t = the time elapsed from the end of the dry mixing phase.

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Steuerung der Flüssigkeitszufuhr bei der Aufbereitung von mittelviskosen Gemengen durch einen Mischprozeß mit dem Ziel der Einstellung einer Soll-Konsistenz bzw. Viskosität, insbesondere von Frischbeton in stationären Betonmischanlagen unter Nutzung der Messung der Flüssigkeitszufuhr und der Wirkleistung des Antriebsmotors der Mischanlage für den Mischprozeß.The invention relates to a method for digital control of the liquid supply in the treatment of medium-viscosity mixtures by a mixing process with the aim of setting a desired consistency or viscosity, especially fresh concrete in stationary concrete mixing plants using the measurement of liquid supply and the effective power of the drive motor Mixing plant for the mixing process.

Um bei der üblichen chargenweisen Herstellung von Frischbeton reproduzierbare Güteeigenschaften des Betons zu erreichen, ist es notwendig, die laut Betonrezeptur geforderten Mengenrelationen und Eigenschaften von Zement, Wasser, Zuschlagstoffen und weitere Zusatzmittel genau einzuhalten. Die genaue Analyse aller Komponenten wäre deshalb vor jeder Mischung erforderlich, ist aber in der Praxis aus zeitlichen und ökonomischen Gründen nicht durchführbar.In order to achieve reproducible quality properties of the concrete in the usual batch-wise production of fresh concrete, it is necessary to comply exactly with the quantity ratios and properties of cement, water, aggregates and other additives required by the concrete recipe. The exact analysis of all components would therefore be required before each mixture, but in practice for time and economic reasons, not feasible.

Besonderen Einfluß auf die Betongüte haben das Wasser-Zement-Verhältnis und die Konsistenz des Frischbetons. Beide werden entscheidend durch die Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe beeinflußt, die aber in der Praxis durch Lagerungsmöglichkeiten, Lagerstättengegebenheiten, Witterungseinflüsse usw. stark veränderlich sind. Damit die Güte des ausgehärteten Betons immer gesichert ist, wird bisher durch erhöhte Zementzugabe das infolge nicht bekannter Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe entstehende Risiko bei der Frischbetonproduktion verringert. Ein naheliegendes Vorgehen zur Ermittlung der Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe besteht in der Anwendung von Feuchtemeßsonden, z. B. Mikrowellen- oder Neutronensonden. Mit diesen Sonden wird die Feuchte der feinkörnigen Zuschlagstoffe vor jeder Mischung direkt gemessen und diese Werte werden zur Berechnung einer korrigierten Wassermenge benutzt. Nachteile dieser Sonden sind der hohe Kostenaufwand und die Störanfälligkeit infolge desThe water-cement ratio and the consistency of the fresh concrete have a special influence on the concrete quality. Both are decisively influenced by the intrinsic moisture content of the aggregates, which, however, are greatly variable in practice due to storage options, reservoir conditions, weather conditions, etc. So that the quality of the hardened concrete is always secured, the risk of fresh concrete production resulting from unknown intrinsic moisture of the aggregates is hitherto reduced by increased cement addition. An obvious approach to determine the intrinsic moisture content of the aggregates is the use of moisture probes, z. B. microwave or neutron probes. With these probes, the moisture content of the fine aggregates is measured directly before each mix, and these values are used to calculate a corrected amount of water. Disadvantages of these probes are the high cost and the susceptibility due to the

komplizierten Aufbaus. Die Inhomogenität des Meßgutes, das zusätzliche Fremdkörper enthalten kann, ist die Ursache dafür, daß die alleinige Anwendung von Feuchtemeßsonden bisher nicht zu praktisch wirksamen Anlagen führte. Es wurden deshalb Verfahren entwickelt, in denen die Messung der Eigenfeuchte und die Messung der Konsistenz kombiniert wird. So ist es bekannt, mit der gemessenen Anfangsfeuchte die notwendige Wassermenge zu berechnen, einen Hauptteil der Wassermenge zuzuführen und zu einem Zeitpunkt während der Mischphase, an dem ein vorgegebener Konsistenzwert auftritt, den Rest als Nachdosierung zuzugeben (DD-WP 141129).complicated construction. The inhomogeneity of the sample, which may contain additional foreign matter, is the reason that the sole application of Moisture probes has not led to practically effective systems. Therefore, methods have been developed in which the measurement of the intrinsic humidity and the measurement of the consistency are combined. Thus, it is known to calculate the necessary amount of water with the measured initial moisture, to supply a major part of the amount of water and at a time during the mixing phase at which a given consistency value occurs, to add the remainder as a post-dosing (DD-WP 141129).

Die Konsistenzmessung erfolgt üblicherweise indirekt über die Messung des elektrischen Widerstandes des Mischgutes (DE-OS 1 784920) oder über die Wirkleistungsbestimmung des Antriebsmotors der Mischtrommel. Die Wirkleistung des Motors ist dem Reibungswiderstand des Mischgutes, dieser Wert entspricht der Konsistenz, proportional (DE-OS 1 683778). Die Messung der Wirkleistung in Abhängigkeit von der Zeit während der Mischphase ergibt eine charakteristische Kurve, die entsprechend des aktuellen Konsistenzgrades des Mischgutes drei wesentliche Abschnitte besitztThe consistency measurement is usually carried out indirectly via the measurement of the electrical resistance of the mixed material (DE-OS 1 784920) or on the active power determination of the drive motor of the mixing drum. The effective power of the motor is the frictional resistance of the mixed material, this value corresponds to the consistency, proportional (DE-OS 1 683778). The measurement of the active power as a function of time during the mixing phase results in a characteristic curve which has three essential sections in accordance with the current consistency of the mixed material

1. konstanter Verlauf während der Trockenmischphase1. constant course during the dry mixing phase

2. Anstieg, Maximum und Abfall während der Zeit der Wasserzufuhr und -untermischung2. Rise, maximum and drop during the time of water supply and submergence

3. konstanter Endwert, wenn das gesamte zugeführte Wasser untergemischt ist.3. constant final value when all the water supplied is mixed.

In der DE-OS 2 855324 wird ein Verfahren beschrieben, das diesen Kurvenverlauf ausnutzt. Für jede Rezeptur werden für eine Idealmischung in zeitäquidistanten Abständen Konsistenz-Soll-Werte ermittelt, diese in Wirkleistungswerte umgerechnet und in einer Tabelle als Soll-Werte gespeichert. Durch Vergleich mit entsprechenden Meßwerten wird die erforderliche Restwassermenge bestimmt.In DE-OS 2 855 324 a method is described which utilizes this curve. For each recipe, consistency setpoint values are determined at ideal intervals for equidistant intervals, converted into active power values and stored in a table as setpoint values. By comparison with corresponding measured values, the required amount of residual water is determined.

Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß eine Vielzahl von Meßwerten für jede Rezeptur ermittelt und gespeichert werden muß. Hinzu kommt, daß erstens der quantitative Kurvenverlauf und die zeitliche Lage des Kurvenmaximums von Anfangsfeuchte, Sieblinie und Korngeometrie der Zuschlagstoffe abhängen und zweitens durch harmonische und stochastische Störungen der Mischanlage die Meßwerte verfälscht werden. Dies erschwert die Berechnung der erforderlichen Restwassermenge. Eine exakte Bestimmung der Restwassermenge ist unbedingt notwendig, da durch eine zu hohe Wasserzugabe unbrauchbarer Beton entsteht.Disadvantages of this method are that a large number of measured values must be determined and stored for each recipe. In addition, first, the quantitative curve and the temporal position of the maximum curve of the initial moisture, grading curve and grain geometry of the aggregates depend and secondly by harmonious and stochastic disturbances of the mixing plant, the measured values are distorted. This complicates the calculation of the required amount of residual water. An exact determination of the amount of residual water is absolutely necessary because unusable concrete is produced by an excessively high addition of water.

In der DE-AS 2432609 wird vorgeschlagen, einen um den größten Meßfehler verringerten Anteil der Zusatzwassermenge, der als Hauptteil bezeichnet wird, der Mischung unter Einschaltung eines Rechenwerkes und eines Mengenmessers in großer Menge pro Zeiteinheit zuzuführen und anschließend unter Einschaltung eines zweiten Rechenwerkes das restliche Zusatzwasser bei gleichzeitiger Beobachtung der Leistungsaufnahme des Mischermotors der Mischung zuzugeben. Eine derartige Verfahrensweise führt zu unökonomischen Mischzeiten, wobei die Gefahr der Entmischung auftritt und schließt mögliche Fehldosierungen der Wasserzugabe bei zu hoher Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe nicht aus.In DE-AS 2432609 it is proposed to reduce a portion of the additional water quantity which is reduced by the greatest measurement error, which is referred to as the main part, to the mixture with the involvement of an arithmetic unit and a quantity meter in a large amount per unit of time and then, with the intervention of a second arithmetic unit, the remaining additional water while monitoring the power consumption of the mixer motor, add it to the mixture. Such a procedure leads to uneconomical mixing times, with the risk of segregation occurring and does not exclude possible incorrect dosing of the addition of water at too high intrinsic moisture content of the aggregates.

Zur Bestimmung der Anfangsfeuchte der Mischung, die sich aus der Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe ergibt, ist es aus der Schilderung des Standes der Technik in der DE-OS 2339864 bekannt, den Drehmomentbedarf des Mischers während der Trockenmischphase zu beobachten und hieraus die zur Erreichung der endgültigen Konsistenz notwendige zuzugebende Wassermenge zu ermitteln. Nachteile dieser Lösung sind die auftretenden langen Mischzeiten sowie die bei hoher Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe gegebene Gefahr der Wasserüberdosierung.To determine the initial moisture content of the mixture, which results from the intrinsic moisture content of the additives, it is known from the description of the prior art in DE-OS 2339864 to observe the torque requirement of the mixer during the dry mixing phase and from there to achieve the final consistency to determine the amount of water to be added. Disadvantages of this solution are the long mixing times that occur and the risk of water overdosing given high intrinsic moisture content of the additives.

Weitere Verfahren versuchen, eine definierte Anfangsfeuchte z.B. durch Sättigung der Zuschlagstoffe mit Wasser und danach kontrollierte teilweise Entfernung des Wassers (DE-OS 2756039) oder durch Zuführung des Wassers in Dampfform (DE-OS 1 950910) zu erzielen. Diese Verfahren erfordern einen zusätzlichen apparativen Aufwand und erhöhten Zeitbedarf pro Mischung.Other methods attempt to provide a defined initial moisture, e.g. By saturating the additives with water and then controlled partial removal of the water (DE-OS 2756039) or by supplying the water in vapor form (DE-OS 1 950 910) to achieve. These methods require additional equipment and time required per mixture.

Aus Nikolai N. Danilov, Technologie der industriellen Vorfertigung von Beton- und Stahlbetonelementen; Verlag für Bauwesen Berlin, 1976, Seite 40 bis 43 ist ein Verfahren zur Dosierung der Materialkomponenten, insbesondere flüssiger Komponenten bei der Frischbetonherstellung bekannt. Die Anmachwassermenge wird dort durch eine Dosiervorrichtung bereitgestellt, welche von einem Steuerpult aus entsprechend einer vorgegebenen Dosis voreinstellbar ist. Diese dort beschriebene Dosiervorrichtung arbeitet nach dem volumetrischen Prinzip für Flüssigkeiten, wodurch ein hoher Genauigkeitsgrad der Dosierung bei gleichzeitiger Vereinfachung der mechanischen Konstruktion erreicht wird. Als wesentlich wird dort herausgestellt, daß die Menge des der Mischung zuzugebenen Wassers unter Berücksichtigung der Zuschlagstoffeuchtigkeit, die sich unter Produktionsbedingungen oft ändert, festgelegt werden muß. Die Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe ist gemäß Danilov entweder durch direkte Feuchtebestimmung im Zuschlagstoffarbeitssilo oder durch eine indirekte Feuchtebestimmung über die Frischbetonfeuchte in der Mischmaschine möglich. Bei der indirekten Feuchtebestimmung wird der vorgegebene Verarbeitungskennwert des Frischbetons kontrolliert und durch Regelung der Wasserzuführung auf dem geforderten Niveau gehalten. Die Messung beruht auf dem Prinzip, daß bei gleichmäßiger Zusammensetzung der festen Komponenten der Mischung die Leistung, die der Motor des Betonmischers beim Mischen benötigt, unmittelbar von der Konsistenz der Mischung abhängt. Es ist also bei vorgegebenen Materialien die Leistungsaufnahme des Motors von der Gesamtwassermenge der Mischung abhängig. Durch vorermittelte Kurven des Verlaufes der Konsistenzkennwerte soll eine notwendige Unterbrechung der Wasserzufuhr zum Betonmischer genau zu dem Moment vornehmbar sein, zu dem der Mischermotor die für die vorgegebene Kennwerte zulässige Leistung aufnimmt. Bei der dortigen Lösung besteht jedoch das Problem, daß diezugeführte Wassermenge eine bestimmte Zeit zum Untermischen benötigt, wodurch unter Umständen bei laufender Konsistenzmessung das Abschalten der Wasserzuführung zu spät erfolgt. Da ein Nachdosieren mit festen Komponenten in industriellen Mischanlagen nicht möglich ist, ist die betreffende Mischung verdorben bzw. weist nicht die erforderliche Endkonsistenz auf. Verlängert man andererseits die Mischzeiten bei gleichzeitiger Verringerung der zugeführten Wassermenge tritt zum einen ein Ausmischeffekt auf und zum anderen ergibt sich eine zu lange Verweildauer der Mischung in der Mischanlage, so daß die Produktivität derartig ausgerüsteter Anlagen eingeschränkt ist.From Nikolai N. Danilov, technology of industrial prefabrication of concrete and reinforced concrete elements; Verlag für Bauwesen Berlin, 1976, pages 40 to 43 discloses a method for metering the material components, in particular liquid components in fresh concrete production. The Anmachwassermenge is provided there by a metering device which can be preset from a control panel according to a predetermined dose. This metering device described there operates on the volumetric principle for liquids, whereby a high degree of accuracy of the dosage is achieved while simplifying the mechanical construction. As essential there is found that the amount of water to be added to the mixture must be determined taking into account the aggregate moisture, which often changes under production conditions. According to Danilov, the intrinsic moisture content of the aggregates is possible either by direct moisture determination in the aggregate working silo or by indirect moisture determination using the fresh concrete moisture in the mixing machine. In indirect moisture determination, the specified processing value of the fresh concrete is controlled and kept at the required level by controlling the water supply. The measurement is based on the principle that with uniform composition of the solid components of the mixture, the power that the motor of the concrete mixer needs when mixing, directly on the consistency of the mixture depends. For given materials, the power consumption of the motor depends on the total amount of water in the mixture. By means of predetermined curves of the course of the consistency characteristic values, a necessary interruption of the water supply to the concrete mixer should be able to be undertaken precisely at the moment at which the mixer motor takes up the power permissible for the given characteristic values. In the local solution, however, there is the problem that the amount of water supplied requires a certain time for mixing, which may take place while running consistency measurement switching off the water supply too late. Since replenishment with solid components is not possible in industrial mixing plants, the mixture in question is spoiled or does not have the required final consistency. If, on the other hand, one extends the mixing times while at the same time reducing the amount of water supplied, on the one hand a mixing-out effect occurs and, on the other hand, there is an excessively long residence time of the mixture in the mixing plant, so that the productivity of systems equipped in this way is restricted.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur digitalen Steuerung der Flüssigkeitszufuhr bei der Aufbereitung von mittelviskosen Gemengen durch einen Mischprozeß mit dem Ziel der Einstellung einer Soll-Konsistenz bzw. Viskosität, insbesondere von Frischbeton in stationären Betonmischanlagen anzugeben, wobei unter Nutzung der Messung der Flüssigkeitszufuhr und der Wirkleistung des Antriebsmotors der Mischanlage ein zu erwartender Konsistenzendwert der Mischung adaptiv zeitlich vorausschauend bestimmt werden kann, so daß die zur Erzielung der Soll-Konsistenz oder Viskosität erforderliche Flüssigkeitsmenge vorausbestimmt werden kann, ohne daß zu lange Aufbereitungs- bzw. Mischzeiten auftreten und wobei eine Überdosierung von festen Zuschlagstoffen vermieden werden kann.The invention is therefore based on the object of specifying a method for digital control of the liquid supply in the treatment of medium viscosity mixtures by a mixing process with the aim of setting a desired consistency or viscosity, especially fresh concrete in stationary concrete mixing plants, using the measurement the liquid supply and the active power of the drive motor of the mixing system an expected final consistency value of the mixture can be determined adaptively in time so that the required to achieve the desired consistency or viscosity amount of liquid can be predetermined without too long treatment or mixing times occur and whereby an overdose of solid additives can be avoided.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung in den Unteransprüchen gezeigt sind.The object of the invention is achieved by the features of claim 1, wherein advantageous developments and refinements of the invention are shown in the subclaims.

Es wurde gefunden, daß die Konsistenz des Mischgutes nur durch die aktuell untergemischte Wassermenge bestimmt wird. Da die prinzipiell direkt nicht meßbare Zustandsgröße-untergemischte Wassermenge-sich durch die meßbare Zustandsgröße zugeführte Wassermenge - beschreiben läßt und hierbei erfindungsgemäß eine Indikatorfunktion ausgenutzt wird, ist die Durchführung des im folgenden beschriebenen Konsistenzsteuerverfahrens möglich.It was found that the consistency of the mix is determined only by the currently mixed amount of water. Since the principle directly not measurable state variable-mixed amount of water-can be described by the measurable state variable amount of water - and here according to the invention an indicator function is utilized, the implementation of the consistency control method described below is possible.

Weiterhin wurde ein Zusammenhang zwischen dem Verlauf der Wirkleistung in Abhängigkeit von der untergemischten Wassermenge gefunden und zur Realisierung des Steuerverfahrens benutzt.Furthermore, a relationship was found between the course of the active power as a function of the mixed-in amount of water and used to implement the control method.

Vor Beginn der eigentlichen Mischung werden, ausgehend von den in bekannter Weise bei der Durchführung einer sogenannten Lehrmischung gewonnenen repräsentativen Leistungswerten des Mischermotors, welche ein Maß für die Konsistenz des Mischgutes darstellen, für eine entsprechende Rezeptur oder einen bestimmten Füllungsgrad zum Zeitpunkt der Beendigung der Trockenmischphase, der im folgenden mit t2 bezeichnet wird und zum Zeitpunkt des Erreichens der Soll-Konsistenz, der im folgenden mit t6 bezeichnet wird, Leistungswerte ermittelt und für die weitere Verarbeitung abgespeichert. Diese Werte müssen nur einmalig bestimmt werden und sind als Anlagenparameter fixierbar. Der zum Zeitpunkt t2 ermittelte Leistungswert wird in der folgenden Beschreibung des Verfahrens als Trockenmischleistungsendwert und der zum Zeitpunkt t6 ermittelte Leistungswert als Leistungsendwert bezeichnet. Zum Beginn des Mischvorganges befinden sich dementsprechend ein Leistungsendwert und Trockenmischendwert im Speicher der Mischanlage. Vom Beginn des Trockenmischvorganges bis zur Beendigung des Mischens werden, beispielsweise ebenfalls durch die Bestimmung der Wirkleistung des Antriebsmotors der Mischanlage, in äquidistanten Zeitabständen Leistungswerte erfaßt. Die eigentliche Trockenmischung erfolgt in bekannter Weise. Während der Trockenmischphase werden erfindungsgemäß die in äquidistanten Zeitabständen gewonnenen Leistungs(-meß)-werte unter Verwendung eines diskreten Kaimanfilters I.Ordnung derart verarbeitet, daß ein gefilterter Trockenmischleistungswert, d.h. ein dem tatsächlichen Leistungswert am Ende der Trockenmischphase nahe kommender Wert, frühzeitig ableitbar ist.Before starting the actual mixing, starting from the representative performance values of the mixer motor obtained in a known manner in the implementation of a so-called teaching mixture, which represent a measure of the consistency of the mixed material, for a corresponding recipe or a certain degree of filling at the time of termination of the dry mixing phase, which is referred to below as t 2 and at the time of reaching the target consistency, which is referred to below as t 6 , determined power values and stored for further processing. These values only have to be determined once and can be fixed as system parameters. The power value determined at time t 2 is referred to as the final dry mixing power value in the following description of the method and the power value determined at time t 6 as the power end value. Accordingly, at the beginning of the mixing process, a final power value and dry mix end value are located in the storage tank of the mixing plant. From the beginning of the dry mixing process until the end of the mixing, power values are detected, for example likewise by determining the active power of the drive motor of the mixing plant, at equidistant time intervals. The actual dry mixing takes place in a known manner. During the dry mixing phase, according to the invention, the power (measured) values obtained at equidistant time intervals are processed using a discrete 1st order Kalman filter so that a filtered dry mix power value, ie a value close to the actual power value at the end of the dry mix phase, can be derived early.

Aus der Bestimmung des gefilterten Trockenmischleistungswertes und dem Vergleich mit dem abgespeicherten Trockenmischleistungsendwert lassen sich Fehldosierungen, d.h. Beschickungsfehler und grobe Abweichungen von der zulässigen Soll-Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe sofort erkennen. Zum Beginn der Wasserzuführung zum Zeitpunkt t2 wird der gefilterte Trockenmischleistungswert als Anfangswert einer ersten Komponente eines drei Komponenten enthaltenden Zustandsvektors eingesetzt, wobei die weiteren Komponenten innerhalb des betrachteten Systems frei wählbar sind. Entsprechend der eingangs genannten Erkenntnis erfolgt mittels der erfaßten Leistungs(-meß)-werte eine Übertragung der meßbaren Zustandsgröße - zugeführte Wassermenge - auf die nicht meßbare Zustandsgröße - untergemischte Wassermenge —, die letztendlich die Konsistenz des Mischgutes bestimmt, innerhalb des Zeitabschnittes vom Beginn der Wasserzuführung bis zum Ende der Wasserzuführung. Diese jetzt zur Verfügung stehenden Werte repräsentieren die Abhängigkeit zwischen Leistung des Motors der Mischanlage und der tatsächlichen untergemischten Wassermenge. Aufgrund der weiteren eingangs genannten erfindungsgemäßen Erkenntnis, d.h. dem darstellbaren Zusammenhang zwischen dem Verlauf der Leistung und der untergemischten Wassermenge, ist das Steuersystem vollständig beschreibbar. Mittels eines diskreten Kaimanfilters 3.Ordnung werden Steuerkomponenten als Schätzwerte bereitgestellt, d.h. es wird festgestellt, welche Werte zum Zeitpunkt der nächsten Leistungsmessungen zu erwarten sind. Diese Steuerkomponenten korrelieren mit dem zu erwartenden Leistungsendwert. Aus dem Vergleich des zu erwartenden Leistungsendwertes mit dem abgespeicherten Leistungsendwert läßt sich die Steuergröße zur Beendigung oder Fortführung der Wasserzufuhr mit hoher Genauigkeit ableiten. Wird im nächstfolgenden Mischprozeß eine gleiche Rezeptur verarbeitet, so ist es zweckmäßig, die ermittelten Steuerkomponenten, d.h. den Schätzendwert, zum Zeitpunkt der gesamten Untermischung des Wassers festzuhalten, diesen Wert auf den Anfangswert zu übertragen und als Ausgangskomponente, d. h. als Schätzanfangswert im Steuerprozeß einzusetzen. Eine derartige Verfahrensweise sichert eine geringe Einschwingzeit des Gesamtsteuerprozesses und beeinflußt den Mischprozeß in zeitlicher und qualitativer Hinsicht positiv.From the determination of the filtered dry mixing power value and the comparison with the stored dry mixed service end value, incorrect metering, ie feed errors and gross deviations from the permissible target intrinsic moisture content of the additives, can be recognized immediately. At the beginning of the water supply at the time t 2 , the filtered dry mixing power value is used as the initial value of a first component of a three-component state vector, the other components being freely selectable within the system considered. According to the above-mentioned knowledge by means of the detected power (-meß) values, a transfer of the measurable state variable - supplied amount of water - the non-measurable state variable - under mixed amount of water - which ultimately determines the consistency of the mix, within the period from the beginning of the water supply until the end of the water supply. These values now available represent the relationship between the power of the engine of the mixer and the actual mixed amount of water. Due to the further cognition of the invention mentioned above, ie the representable relationship between the course of the power and the mixed amount of water, the control system is completely writable. By means of a third-order discrete Cayman filter, control components are provided as estimated values, ie it is determined which values are to be expected at the time of the next power measurements. These control components correlate with the expected final performance value. From the comparison of the expected final power value with the stored final power value, the control variable for ending or continuing the water supply can be derived with high accuracy. If an identical recipe is processed in the next mixing process, it is expedient to record the ascertained control components, ie the estimated final value, at the time of the total submixing of the water, to transfer this value to the initial value and to use it as the starting component, ie as an initial estimate value in the control process. Such a procedure ensures a low settling time of the overall control process and positively influences the mixing process in terms of time and quality.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles unter zur Hilfenahme einer Figur näher erläutert werden. Die Figur 1 a bis e zeigt den zeitlichen Verlauf der Wirkleistung des Motors einer Mischanlage mit überlagerten Störsignalen während der Mischung einer üblichen Rezeptur. Die mittlere Wirkleistung des Antriebsmotors wird vorteilhafterweise durch Messung von Strom und Spannung in zeitäquidistanten Abständen und Berechnung der Produktsummen bestimmt. Auf der Abszisse der Fig. 1 sind die Zeitmarken t, bis t6 angegeben, die den wesentlichen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen. Vor Beginn der Mischung ist es erforderlich, einmalig für jede Betonrezeptur eine Eichmischung mit zweckmäßigerweise bekannten Mengenrelationen und Eigenschaften aller eingesetzten Komponenten herzustellen und den Leistungswert N2 an der Zeitmarke t2 und den Leistungswert N6 als Anlagen- und Rezepturparameter an der Zeitmarke te zu fixieren.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with the aid of a figure. The figure 1 a to e shows the time course of the active power of the motor of a mixing plant with superimposed interference signals during the mixing of a conventional recipe. The mean effective power of the drive motor is advantageously determined by measuring current and voltage at equidistant intervals and calculating the product sums. The abscissa of Fig. 1, the time stamps t, to t 6 are given, which correspond to the essential steps of the method according to the invention. Before starting the mixture, it is necessary to prepare a calibration mixture for each concrete recipe with expediently known quantity ratios and properties of all components used and to fix the power value N 2 at the time mark t 2 and the power value N 6 as system and recipe parameters at the time mark te ,

In bekannter Weise wird die Mischtrommel in der Zeitphase von t0 bis t, mit den Trockenkomponenten des Betons und einer geringen Wassermenge, die mit der unbekannten Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe die Anfangsfeuchte W0 bestimmt, beschickt. In der Trockenmischphase ti bis t2 werden die Trockenkomponenten durchmischt. Die mit der Konsistenz korrelierende Wirkleistung N ist hierfür konstant. Die zahlenmäßige Größe dieser Konstanten variiert in Abhängigkeit von der Anfangsfeuchte W0 und von den Wägeungenauigkeiten sowie der Anlagenkonfiguration. Diese Konstante, die infolge der überlagerten Störungen direkt schwierig meßbar ist, wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anwendung eines diskreten Kaimanfilters 1. Ordnung als von Störgrößen befreiter Wert bereitgestellt. Mit Hilfe des einfachen Modells Nk^, = Nk und den aufgenommenen Meßwerten, die mit Störungen der Varianz R überlagert sind, werden der Schätzwert Nk + , der Wirkleistung und die FehlerkovarianzmatrixPk^ , ermittelt. Die Werte Nksind in Fig. 1 b dargestellt. Bereits vom Zeitpunkt ti., an wird der Schätzwert Nk_ τ des Filters mit den ermittelten Anlagen-und Rezepturparametern N2 verglichen. Bei grober Abweichung kann entweder ein Beschickungsfehler aufgetreten sein oder eine ungewöhnlich große Eigenfeuchte der Ausgangsstoffe vorliegen. In beiden Fällen erfolgen entsprechende Reaktionen. Der zum Zeitpunkt t2 ermittelte Leistungswert N0 korreliert mit der Anfangsfeuchte W0 und wird als Anfangswert für die Ermittlung der weiteren Leistungswerte N während der folgenden Phasen benutzt. Mit Beginn der Zulauf- und Untermischphase von t2 bis t4 fließt die laut Rezeptur benötigte Wassermenge mit konstanter Fließgeschwindigkeit Aw in die Mischtrommel (Fig. 1 c). Entsprechend der Erkenntnis, daß nur die aktuelle untergemischte Wassermenge W2 die Konsistenz bestimmt, wird die untergemischte Wassermenge mit der BeziehungIn a known manner, the mixing drum in the time phase from t 0 to t, with the dry components of the concrete and a small amount of water that determines the initial moisture W 0 determined with the unknown intrinsic moisture content of the aggregates. In the dry mixing phase ti to t 2 , the dry components are mixed. The consistency correlating active power N is constant for this purpose. The numerical size of these constants varies depending on the initial moisture W 0 and on the weighing inaccuracies and the system configuration. This constant, which is directly difficult to measure as a result of the superimposed perturbations, is provided by means of the inventive use of a discrete Kaiman filter of the first order as an immunity-free value. With the help of the simple model N k ^, = N k and the recorded measured values superimposed with disturbances of the variance R, the estimated value N k + , the active power and the error covariance matrix P k ^ are determined. The values N k are shown in FIG. 1 b. Already from the time ti., On, the estimated value N k _ τ of the filter with the determined plant and recipe parameters N 2 is compared. In case of gross deviation, either a feed error may have occurred or an unusually high intrinsic moisture content of the starting materials may be present. In both cases, corresponding reactions take place. The power value N 0 determined at time t 2 is correlated with the initial humidity W 0 and is used as the initial value for the determination of the further power values N during the following phases. With the start of the feed and sub-mixing phase from t 2 to t 4 , the amount of water required according to the recipe flows into the mixing drum at a constant flow rate A w (FIG. 1 c). According to the finding that only the current mixed amount of water W 2 determines the consistency, the mixed amount of water with the relationship

W2 (t) = Awt - Aw/a (1 - e"aI) + W0,W 2 (t) = A w t -A w / a (1-e " aI ) + W 0 ,

wobei Awt = Wz = zugeführte Flüssigkeitsmenge ist, indirekt bestimmt und wobei α die Zeitkonstante der Mischanlage im betrachteten Mischprozeß darstellt. Nach dem gefundenen Zusammenhang wird die Abhängigkeit der Wirkleistung N von der untergemischten Wassermenge W2 durch ein Polynom 2. Grades wie folgt beschriebenwhere A w t = W z = amount of liquid supplied, indirectly determined and where α represents the time constant of the mixing plant in the considered mixing process. According to the relationship found, the dependence of the active power N on the mixed-in amount of water W 2 is described by a second-order polynomial as follows

Da die Konstante A des Polynoms ebenfalls unbekannt ist, wird der gefundene Zusammenhang unter Verwendung eines erweiterten Zustandsvektors mit 3 Komponenten in diskreter Form dargestellt, wobei beachtet werden muß, daß die Leistungswerte N jetzt von W2 abhängen N = N (W2):Since the constant A of the polynomial is also unknown, the relationship found is represented in discrete form using a 3-component extended state vector, taking into account that the power values N now depend on W 2 N = N (W 2 ):

Dl 1D2 01 D ,00 1 .Dl 1D2 01 D, 00 1.

Nkmit N = (N,N,A)N k with N = (N, N, A)

D=W2,k.,-W2,D = W 2 , k ., - W 2 ,

D ist hierbei die nichtäquidistante Schrittweite zwischen zwei Leistungswerten, da infolge der Transformation der Leistungswert (N [t] -> [N] W2) Nichtäquidistanz in W2 auftritt.Here, D is the non-equidistant step between two power values, since as a result of the transformation the power value (N [t] -> [N] W 2 ) non-equidistance in W 2 occurs.

Mit der Meßgleichung yk = (100) Nk + Vk kann die Kaiman-Beziehung für einen Filter 3. Ordnung aufgestellt werden. Dies führt zur optimalen Prognose eines Zustandsvektors Nk. In einem weiteren Verfahrensschritt wird mit dem prognostizierten Zustandsvektor Nk und der durch die Rezeptur vorgegebenen Gesamtwassermenge WG der Leistungsendwert nach der BeziehungWith the measurement equation y k = (100) N k + V k Cayman relationship for a 3rd order filter can be placed. This leads to the optimal prognosis of a state vector N k . In a further method step, with the predicted state vector N k and the total water quantity W G predetermined by the recipe, the final power value is determined according to the relationship

Nend = Nk + Nk <WG - W111) + V2 Äk (WG - W2,k)2 Nend = N k + N k <W G - W 111) + V 2 Ä k (W M - C 2, k) 2

mitW2k = untergemischte Flüssigkeits- bzw. Wassermenge;with W 2k = mixed amount of liquid or water;

Ak = durch die Konstruktion der Mischanlage bedingte Konstante; bestimmt.A k = constant due to the design of the mixing plant; certainly.

Den Verlauf des prognostizierten Endwertes Nend während der Naßmischphase zeigt Fig. 1 d.The course of the predicted final value N end during the wet mixing phase is shown in FIG. 1 d.

Es wurde gefunden, daß spätestens zum Zeitpunkt t3, der noch innerhalb der Wasserzulaufphase liegt, der prognostizierte Endwert mit dem zeitlich später auftretenden tatsächlichen Endwert ausreichend genau übereinstimmt. Deshalb wird zu diesem Zeitpunkt ein Vergleich zwischen dem Soll-Endwert N6 und dem prognostizierten Endwert Nend durchgeführt. Die Differenz zwischen beiden dient als Kriterium zur Steuerung des Wasserzulaufventils. Ist die Differenz zwischen Soll-Endwert und prognostiziertem Endwert zum Zeitpunkt des Vergleiches größer als Null, wird das Wasserzulaufventil vor dem Erreichen der Rezepturwassermenge geschlossen, im umgekehrten Fall ist das Ventil später zu schließen.It has been found that at the latest at time t 3 , which is still within the water intake phase, the predicted end value coincides with the actual later occurring later, with sufficient accuracy. Therefore, at this time, a comparison is made between the target final value N 6 and the predicted end value N end . The difference between the two serves as a criterion for controlling the water supply valve. If the difference between the setpoint end value and the predicted end value at the time of the comparison is greater than zero, the water inlet valve is closed before the recipe water quantity is reached; in the opposite case, the valve must be closed later.

Aus dem Absolutwert der Differenz wird die Zeitdauer der veränderten Ventilsteuerzeiten bestimmt. Nach dem Schließen des Wasserzulaufventils wird im Zeitraum U bisЦ das restliche Wasser untergemischt, wobei nach dem gefundenen Zusammenhang jetzt folgende Beziehung gilt:From the absolute value of the difference, the duration of the changed valve timing is determined. After closing the water inlet valve, the rest of the water is mixed in during the period U to Ц , whereby, according to the relationship found, the following relationship now applies:

W2 (t) = WG (1 - e"0') + W0.W 2 (t) = W G (1-e " 0 ') + W 0 .

Zur Kontrolle des Mischvorganges wird mit dem beschriebenen Verfahrensschritt weiterhin der Zustandsvektor Nk ermittelt. Zum Zeitpunkt ts ist das gesamte Wasser untergemischt und es kann nochmals ein Vergleich von Nend mit N6 zur Qualitätskontrolle durchgeführt werden.In order to control the mixing process, the state vector N k is furthermore determined using the method step described. At the time t s all the water is mixed in and it can be carried out again a comparison of N end with N 6 for quality control.

Werden mehrere Chargen gleicher Rezeptur hintereinander gemischt, kann der Zustandsvektor N16 zur Bestimmung der Komponenten des Zustandsvektors N0 verwendet werden. Erfindungsgemäß wird die Komponente N0 während der Trockenmischphase ermittelt. Die Komponente A ist eine Konstante und kann direkt übernommen werden. Die Komponente N0 wird aufgrund des gefundenen Zusammenhanges mit der BeziehungIf several batches of the same formulation are mixed successively, the state vector N 16 can be used to determine the components of the state vector N 0 . According to the invention, the component N 0 is determined during the dry mixing phase. Component A is a constant and can be applied directly. The component N 0 becomes due to the found relationship with the relationship

N0 = N15 + Ä (W0 - WG)N 0 = N 15 + A (W 0 - W G )

bestimmt.certainly.

Gleichzeitig werden die Endwerte der Komponenten der Fehlerkovarianzmatrix des Kaimanfilters in geeigneter Form umgewandelt und als Anfangswerte zum Zeitpunkt t2 verwendet. Fig. 1 e zeigt den Verlauf der prognostizierten Endwerte Nend während einer weiteren Mischung, wenn obiger Lernprozeß im Zeitraum zwischen t5 und t6 stattfand.At the same time, the end values of the components of the error covariance matrix of the Kalman filter are appropriately converted and used as initial values at time t 2 . FIG. 1 e shows the course of the predicted end values N end during a further mixture, when the above learning process took place in the period between t 5 and t 6 .

Claims (3)

Patentansprüche:claims: 1. Verfahren zur digitalen Steuerung der Flüssigkeitszufuhr bei der Aufbereitung von mittelviskosen Gemengen durch einen Mischprozeß mit dem Ziel der Einstellung einer Soll-Konsistenz bzw. Viskosität, insbesondere von Frischbeton in stationären Betonmischanlagen unter Nutzung der Messung der Flüssigkeitszufuhr und der Wirkleistung des Antriebsmotors der Mischanlage für den Mischprozeß, wobei einmalig zu Beginn des Mischprozesses für einen entsprechenden Füllungsgrad der Mischanlage bzw. für eine vorgegebene Rezeptur mittels einer Lehrmischung ein Leistungswert bei Erreichen der Soll-Konsistenz bzw. Viskosität, bezeichnet als Leistungsendwert bestimmt und als Anlagenparameter fixiert wird, wobei während der in bekannter Weise ablaufenden Trockenmischphase der aktuellen Charge im Zeitraum von t-, bis t2 Wirkleistungsmeßwerte ermittelt und geglättet werden, so daß ein von Störungen befreiter, auf die aktuelle Mischung bezogenerTrockenmischleistungswert am Ende der Trockenmischphase der aktuellen Charge bereitsteht, mit dem Beginn der Wasserzuführung, vom Zeitpunkt t2 an die aktuell zugeführte Wassermenge Wz = Awt gemessen wird, aus der gemessenen Leistungsänderung unter Berücksichtigung der Anfangsfeuchte N0 der aktuellen Charge sowie der aktuell zugeführten Wassermenge W2. laufend auf die aktuell untergemischte Wassermenge W2 (t) geschlossen wird, aus der Differenz zwischen der gemäß Rezeptur zur Erlangung der Soll-Konsistenz zuzuführenden Flüssigkeitsmenge WG zu der ermittelten, aktuell untergemischten Wassermenge W2 (t) der zu erwartende Leistungsendwert Nend vorhergesagt wird und aus dem in bekannter Weise durchgeführten Vergleich dieses zu erwartenden Leistungsendwertes Nend mit dem der Soll-Konsistenz entsprechenden Wirkleistungsendwert der Lehrmischung ein Steuersignal für die Beendigung oder Fortführung der Flüssigkeitszufuhr abgeleitet wird.1. A method for digital control of the liquid supply in the treatment of medium-viscosity mixtures by a mixing process with the aim of setting a desired consistency or viscosity, especially fresh concrete in stationary concrete mixing plants using the measurement of liquid supply and the active power of the drive motor of the mixing plant for the mixing process, wherein once at the beginning of the mixing process for a corresponding degree of filling of the mixing plant or for a given recipe by means of a teaching mixture a power value upon reaching the desired consistency or viscosity, determined as the final value and fixed as a plant parameter, wherein during the in in the period known from t, until t 2 Wirkleistungsmeßwerte be determined and smoothed so that a free from interference, based on the current mixture dry mixing performance value at the end of the dry is prepared with the beginning of the water supply, from the time t 2 to the currently supplied amount of water W z = A w t, from the measured power change taking into account the initial moisture N 0 of the current batch and the currently supplied water quantity W 2 , is continuously closed on the currently mixed amount of water W 2 (t), from the difference between the according to the recipe to obtain the desired consistency supplied amount of liquid W G to the determined, currently mixed water amount W 2 (t) predicted the expected final power value N end is derived and from the performed in a known manner this expected final power value N end with the desired consistency corresponding active power end of the teaching mixture, a control signal for the termination or continuation of the fluid supply. 2. Verfahren zur digitalen Steuerung der Flüssigkeitszufuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des Überschreitens eines Mischungstoleranzwertes der aus dem Vergleich des Trockenmischleistungswertes mit einem als Anlagenparameter fixierten Trockenmischleistungswert sich ergebenden Differenz ansich bekannten Maßnahmen zum Ausgleich von Fehldosierungen und Beschickungsfehlern sowie von Abweichungen der zulässigen Soll-Eigenfeuchte des Gemenges im Sinne eines Havarieregimes bei Beginn des Mischprozesses eingeleitet werden.2. A method for digital control of the liquid supply according to claim 1, characterized in that in the case of exceeding a mixture tolerance value of the comparison of the dry mixing power value with a fixed fixed as a plant parameter dry mix performance value ansich known measures to compensate for incorrect dosages and feed errors and deviations of the allowable nominal moisture content of the batch in the sense of a disaster regime at the beginning of the mixing process to be initiated. 3. Verfahren zur digitalen Steuerung der Flüssigkeitszufuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächlich untergemischte Flüssigkeitsmenge3. A method for digital control of the liquid supply according to claim 1, characterized in that the actually mixed amount of liquid
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