DD287573A5

DD287573A5 - Verfahren zum schnellen und genauen abfuellen von fliessfaehigem material

Info

Publication number: DD287573A5
Application number: DD33220089A
Authority: DD
Inventors: Hans Krug; Bernd Lindau
Original assignee: Akademie Der Wissenschaften Der Ddr,De; Adw Der Ddr,Zi F. Kernforschung,De
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1989-08-30
Publication date: 1991-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen und genauen Abfuellen von flieszfaehigem Material. Dosier- und Abfuellprozesse spielen in zahlreichen Zweigen der Industrie eine entscheidende Rolle. Als Einsatzgebiete der Erfindung kommen vor allem die mechanische und chemische Verfahrenstechnik, die Gummiindustrie, Plastverarbeitung, aber auch die Nahrungsmittelindustrie und Pharmazie in Frage. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem der Dosierfehler - verursacht durch den Nachlauf - beseitigt wird, ohne auf hohe Abfuellgeschwindigkeiten zu verzichten. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz vor dem Einsatz der Abfuellanlage die fuer diese Anlage maximal zulaessigen Werte fuer Geschwindigkeit und Beschleunigung des Massestromes bestimmt und unter Einhaltung dieser Grenzwerte der optimale Zeitverlauf der Abfuellvorganges festgelegt und anschlieszend als Fuehrungsfunktion abgespeichert wird oder dasz die Fuehrungsfunktion waehrend des Abfuellvorganges in Echtzeitbetrieb laufend in gleicher Weise berechnet wird, dasz waehrend der Abfuellvorganges kontinuierlich ein Meszsignal fuer das Istgewicht (aktueller Fuellstand) gewonnen wird, mit dem nach der Fuehrungsfunktion berechneten Fuehrungswerte verglichen und aus der Differenz der beiden Werte ein Signal fuer die Regulierung des Massestromes gewonnen wird, wobei die Fuehrungsgroeszenberechnung in Abhaengigkeit von dem gemessenen Istwert erfolgt.{Abfuellen; flieszfaehiges Material; Dosierfehler; Nachlauf; Abfuellgeschwindigkeit; Fuehrungsfunktion; Regulierung; Massestrom}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen und genauen Abfüllen von fließfähigem Material. Dosier- und Abfüllprozesse spielen in zahlreichen Zweigen der Industrie eine entscheidende Rolle. Als Einsatzgebiete der Erfindung kommen vor allem die mechanische und chemische Verfahrenstechnik, die Gummiindustrie, Plastverarbeitung, aber auch die Nahrungsmittelindustrie und Pharmazie in Frage.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Beim Abfüllen fließfähiger Stoffe durch automatische Abfüll- bzw. Dosieranlagen besteht die Aufgabe, das betreffende Abfüllgut in kürzester Zeit und mit möglichst großer Genauigkeit abzufüllen. Beides steht jedoch im Widerspruch zueinander. Große Abfüllgeschwindigkeit (= großer Massestrom) in unmittelbarer Nähe des Abschaltpunktes hat einen großen Dosierfehler aufgrund des Nachlaufes - das ist die über den Abschaltpunkt hinaus abgefüllte Masse -zur Folge. Zwischen Abfüllgeschwindigkeit und Nachlauf muß ein Kompromiß gefunden werden.

Allgemein bekannt zur Erreichung hoher Abfüllgenauigkeit ist, den Füll- bzw. Dosierprozeß zu unterteilen in eine Grob- und in eine Feinstromabfüllung, d.h. bei Annäherung der Füllmasse an die Sollmasse wird die Füllgutzufuhr gedrosselt, und die letzte Phase der Füllung erfolgt durch einen feinen Gutstrom.

Hierfür ist bereits vorgeschlagen worden (DD-WP 83026), z. 8. Behälterwaagen mit einer elektronischen Programmsteuerung auszurüsten, welche so ausgebildet ist, daß sie in Abhängigkeit vom Vergleich eines von einer Sollwert-Eingabeeinrichtung (Einrichtung an der Massescilwerte der einzelnen Stoffe gemäß einem Rezept von Hand eingestellt werden oder automatische Einrichtung, welche die Werte von einem Datenträger abtastet) abgefragten Massesollwertes mit einem von einem Meßwertgeber der Behälterwaage ermittelten Meßwert die Ein-, Um- bzw. Abschaltung der Dosierorgane gemäß einem Abtastprogramm bewirkt.

Bei einem weiteren numerisch arbeitenden bekannten Verfahren (DD-WP 58396) wird vom Sollwert der Wert der bereits dosierten Rohstoffmenge oder des Gutes subtrahiert. Auch diese Dosierungsart erfolgt im Grobstrom bis zu einem zweiten fest eingestellten Sollwert, der größer als Null ist. Beim Erreichen dieses zweiten Sollwertes erfolgt eine Umschaltung auf Dosierung im Feinstrom, um beim Erreichen des Wertes Null zu enden.

Mit den bekannten Verfahren der 2-Bureichs-Dosierung kann der Dosiorfohler aufgrund des Nachlaufes beträchtlich verringert, aber nicht beseitigt v/erden. Es ist deshalb auch bereits vorgeschlagen worden, eine Korrektur des Abschaltpunktes in Abhängigkeit vom gemessenen Nachlauf vorzunehmen.

In DD-WP 34033 wird eine selbsttätige Schüttwaage beschrieben, deren Wägelement eine Neigungsgewichtseinrichtung ist.

Das Material wird in einen auf einer Neigungswaage stehenden Behälter eingefüllt. An der Skala der Neigungswaage bofinden sich zwei Lichtschranken, dio von Hand eingestellt werden. Dabei dient eine Lichtschranke der Grob- und Foinstromumschaltung, während die andere den Materialfluß abschaltet. Diese Lichtschranke ist so eingestellt, daß bereits vor Erreichen dar Nullage des Zeigers die Abschaltung das Zustroms erfolgt, um den Nachstrom entsprechend auszugleichen. Bleibt das Nachstromverhalten des Schüttgutes ''onstant, so sind mit diesem Verfahren hohe Dosiergenauigkeiten zu erreichen. In der Praxis ist es aber nicht zu vermeiden, daß das Nachstromverhalten durch Schwankungen der Schüttdichte, Änderung der Körnung, des Feuchtegohaltes usw. beeinflußt wird. Dies führt dann zu Dosierfehlorn.

Diesem Fehler versucht man in DD-WP 66293 zu begegnen, indem laufend Gewichtskontrollen der abgefüllten Massen vorzugsweise Mittelwertbildung von 10 laufenden Wägungen -durchgeführt werden und der Nachstromregler ständig korrigiert

Trotz dieser Steuerung des Nachstromverhaltens .*ind aber Dosiorfehler nicht zu vormoiden.

Ursache ist darin zu sehen, daß auf Änderungen im Nachstromverhalten des Schüttgutes nicht sofort reagiert werden kann. Erst nach mehreren Wagungen - in der Regel 10-wird nach arithmetischer Mittelwertbildung eine entsprechende Nachlaufkorrektur vorgenommen. In dieser Zeitspanne kann sich das Verhalten des Schüttgutes bereits wieder verändert haben.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die Dosiergonauigkeit weiter zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem der Dosierfehler-verursacht durch den Nachlauf - beseitigt wird, ohne auf hohe Abfüllgeschwindigkeiten zu verzichten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß vor dem F'nsatz der Abfüllanlage die für diese Anlage maximal zulässigen Werte für Geschwindigkeit und Beschleunigung des M ,aäestromes bestimmt und unter Einhaltung dieser Grenzwerte der optimale Zeitverlauf des Abfüllvorganges festgelegt und anschließend als Führungsfunktion abgespeichert wird oder daß die Führungsfunktion während des Abfüllvorganges in Echtzeitbetrieb laufend in gleicher Weise berechnet wird, daß während des Abfüllvorganges kontinuierlich ein Meßsignal für das Istgewicht (aktueller Füllstand) gewonnen wird, mit dem nach der Führungsfunktion berechneten Führungswert verglichen und aus der Differenz der beiden Werte ein Signal für die Regulierung des Massestromes gewonnen wird, wobei die Führungsgrößenberechnung in Abhängigkeit von dem gemessenen Istwert erfolgt.

Mit diesem vorgeschlagenen Verfahren wird gewährleistet, daß die Abfüllgeschwindigkeit mit wachsender Annäherung des Abschaltpunktes vermindert wird. In unmittelbarer Nähe desselben ist sie so weit abgesunken, daß ein „Hinausschießen" über das Ziel, d.h. eine weitere Masseabgabe (Nachlauf) vermieden wird.

Die Begrenzung der 3. Ableitung der Masse nach der Zeit bewirkt, daß der Beginn des Abfüllvorganges, das Hineinlaufon in die Konstantphase sowie das Erreichen der Sollmasse mit einem Anstieg des Massestromes von Null erfolgt. Damit wird eine minimale Schwingungsanregung der gesamten Abfüllanlage einschließlich der Meßeinrichtung gewährleistet, die sich in einer weiteren Verbesserung der Dosiergenauigkeit niederschlägt.

Als Führungsfunktion kann außer der oben genannten Funktion eine Rampenfunktion (Anstieg-Konstantteil-Abfall) oder eine Bestehornfunktion (harmonische Funktion) gewühlt werden.

Der Regelung können wahlweise zugrunde gelegt werden: die Momentanwerte (Istwerte), die Istwertänderungen oder dT momentane Abstand zum Ziel (ständiges Einregeln auf den Abschaltpunkt).

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll anhand von 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Ausführungsbelspk.

In Fig. 1 sind die durch die kontinuierliche Regelung zu realisierenden Massestromfunktionen für die zeitabhängige Steuerung, in Fig. 2 für die masseabhängige Steuerung dargestellt.

Diese Zeitverläufe für die Sollwerte von Massestrom bzw. Masse erhält man mit den Parametern

-K= (3. Ableitung der Masse)

-T (Anlauf- bzw. Einlaufzeit).

Sie können aus der einfach zu realisierenden Funktion für

„ d³m ^{K =} ~dT

durch 2- bzw. 3fache Integration ermittelt werden.

Für da j Vorzeichen von K gelten die folgenden Umschaltpunkte:

1.0<m<^KxTl

0 < χ <

48

K>0 K+ T²

48 8

K<0 KxT² KxT²

KT³ KxT³

J. ηι,οΐι — < m < m,_oii -

48

K<0

K	χ	T⁷	<χ<	KxT²
	i.		KxT³	8
		-·	48	< rn.oii
	χ	T²		rt
K

K>0

₈-^<X<Ö

UnterBerücksichtigung dieser Umschaltpunkte können die Sollwerte für Masse und Massestrom aus den folgenden einfachen Differenzengleichungen berechnet werden.

.. dm

Massestrom χ =

dt

., d³m . d²x . . . aus K =-^ =-^ folgt

x|n) = 2x [n-11-χ (n-2]+ KT² . (1)

Massem

dm , ,

ausx = —-—folgt dt

m[n) = m|n - 1) + x|n] x T (2)

Damit ist der zu einer bestimmten Masse gehörende Massestrom bekannt.

Es kann in Abhängigkeit vom Masse-Istwert der Massestromsollwert ausgegeben werden. Die praktische Realisierung dieses Verfahrens erfolgt zweckmäßig durch Auswertung zweier Tabellen, die zusammengehörige Werte der Masse und des Massestromes enthält.

Mit diesem Verfahren ist eine extrem genaue Abfüllung möglich. Jede Abweichung führt zu einer Zeitdehnung. Der Massestrom wird mit Sicherheit Null bei Erreichen der Sollmasse.

Ausführungsbeispiel 2

Dieses Ausführungsbeispiel beinhaltet die kontinuierliche Massestromregelung beginnend an einem festen oder variablen Abschaltpunkt.

'n Fig. 3 ist das Erreichen der Sollmasse für den Fall einer fehlerfreien Regelung und für die Fälle, daß eine Regelabweichung von 30% auftritt dargestellt. Es wird ein linear abfallender Massestrom nach Gleichung (1) vorausgesetzt

(D

χ = ^=χ[η](1 t/Ή dt

Während des Zieleinlaufs beträgt dann die Masseünderung

Am = -t-xdt = x|n]xy ,-. (2)

Damit folgt für den nach einer Abtastzeit ΔΤ auszugebenden Massestromsollwert:

x|n + 1] = x|n|(1 --^- (3)

mit Gleichung (2) gilt:

ι .ι ii/- ΔΤ χ x|n) ...

^{Χίη+11 = χίη1(1 (4)}

Mit Gleichung (4) kann der jeweils auszugebende Massestromwert berechnet werden. In jedem Fall wird die Sollmasse sicher erreicht. Wenn die Abfüllung in einer bestimmten Zeit abgeschlossen sein soll, kann der Massestromsollwert auch ständig nach dehnung 2 neuberechnet werden

T -verbleibende Zeit Am - gemessene Massedifferenz.

Claims

Verfahren zum schnellen und genauen Abfüllen von fließfähigem Material mittels einer rechnergesteuerter Abfüllanlage, bei dem der Massestrom der Dosierorgane in Abhängigkeit vom Vergleich des Masseistwertes mit einem Massesollwert verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einsatz der Abfüllanlage die für diese Anlage maximal zulässigen Werte für Geschwindigkeit und Beschleunigung des Massestrorr.es bestimmt und unter Einhaltung dieser Grenzwerte der optimale Zeitverlauf des Abfüllvorganges festgelegt und dieser anschließend als Führungsfunktion abgespeichert wird oder daß die Führungsfunktion während des Abfüllvorganges in Echtzeitbetrieb laufend in gleicher Weise berechnet wird, daß während des Abfüllvorganges kontinuierlich ein Meßsignal für das Istgewicht (aktueller Füllstand) gewonnen wird, mit dem nach der Führungsfunktion berechneten Führungswert verglichen und aus der Differenz der beiden Werte ein Signal für die Regulierung des Massestromes gewonnen wird, wobei die Führungsgrößenberechnung und Ausgabe in Abhängigkeit von dem gemessenen Istwert erfolgt.

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