DE10129687C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung des Siloinhalts eines Silos - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Gewichtsbestimmung des Siloinhalts eines Silos durch Gewichtsmessung des Silobehälters, bei der von einer Auswerteeinrichtung (5) die Ausgangssignale einer Mehrzahl von Gewichtssensoren (3) erfasst, ausgewertet und ausgegeben werden, die an der Trägerkonstruktion (Stützkonstruktion) des Silobehälters angebracht sind und jeweils ein von der auf sie einwirkenden Gewichtskraft abhängiges Ausgangssignal abgeben, wobei die Ausgangssignale einzelner Gewichtssensoren (3) oder Teilgruppen der Gesamtzahl der Gewichtssensoren (3) von der Auswerteeinrichtung (5) separat erfasst werden und miteinander und/oder mit Referenzdaten verglichen werden, und, wenn dabei Abweichungen außerhalb vorgegebener Toleranzbereiche ermittelt werden, in Abhängigkeit von diesen Abweichungen gemäß einer in der Auswerteeinrichtung (5) vorgegebenen Korrekturbeziehung der ausgegebene Gewichtsmesswert korrigiert wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewichtsbestimmung des Siloinhalts eines Silos durch Gewichtsmessung des Silobehälters, bei der von einer Auswerteeinrichtung die Ausgangssignale einer Mehrzahl von Gewichtssensoren erfasst, ausgewertet und ausgegeben werden, die an der Trägerkonstruktion (Silozarge) des Silobehälters angebracht sind und jeweils ein von der auf sie einwirkenden Gewichtskraft abhängiges Ausgangssignal abgeben. Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Gegenstand der Erfindung welche eine Mehrzahl von Gewichtssensoren umfasst, die an der Trägerkonstruktion (Silozarge) des Silobehälters angebracht sind und an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen sind.

Zur Füllstandsmessung ist es bekannt, dass Gesamtgewicht des Silobehälters samt Füllung durch Kraftsensoren zu erfassen, welche zwischen den eigentlichen Silobehälter und die diesen tragende Trägerkonstruktion eingesetzt sind. Eine derartige Messeinrichtung ist jedoch aufwendig, kostspielig und lässt sich insbesondere an bestehenden Siloanlagen nicht nachrüsten.

Eine Möglichkeit, bestehende Silos mit einer Gewichtsmesseinrichtung nachzurüsten, besteht darin, Halbleiter-Dehnungsmessstreifen (DMS) an der Tragkonstruktion anzubringen. Diese Sensoren messen die durch die Gewichtsbelastung bedingte elastische Verformung der Trägerkonstruktion und geben ein entsprechendes elektrisches Messsignal ab, welches weiter verarbeitet werden kann.

Eine solche Gewichtsmesseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 37 25 332 C2 bekannt.

Eine spezielle Ausführungsform von Silos sind die sogenannten Standzargensilos. Diese haben als Tragkonstruktion anstelle eines Strebengerüstes eine umlaufend geschlossene, im wesentlichen rohrförmige Standzarge, die sogenannte Silozarge. Es ist zwar theoretisch denkbar, Wägezellen im Kraftschluss zwischen der Silozarge und dem Fundament anzubringen. Auf den Standflächen erfährt die Silozarge dabei jedoch eine starke punktuelle Belastung, welche zu einer Beschädigung der Zargenwand bzw. des Silos führen kann und daher nicht praktikabel ist. Alternativ können die vorgenannten Dehnungsmessstreifen (DMS) über den Umfang der Standzarge verteilt angebracht werden, um die gewichtsabhängige Verformung im Materialgefüge zu erfassen und in ein Messsignal umzuwandeln.

Im Stand der Technik ist es bekannt, eine Mehrzahl von DMS über den Umfang der Standzarge vergleichsweise verteilt anzubringen. Diese werden messtechnisch parallel geschaltet und dass als Ausgangssignal abgegebene Summensignal zur Gewichtsmessung einer Auswerteeinrichtung zugeführt. Dies ermöglicht zwar die Erfassung der von dem Silobehälter auf die Standzarge ausgeübten Gewichtskraft und daher unter Berücksichtigung der spezifischen Dichte des Behälterinhalts eine Füllstandsbestimmung. Dieses Messverfahren ist jedoch in der Praxis mit relativ hohen Messfehlern zwischen 5% und 20% behaftet. Diese Messfehler kommen beispielsweise durch Sonneneinstrahlung und die damit verbundene einseitige Erwärmung zustande, welche den Kraftschluss der Silozarge zum Fundament verschiebt. Zur Verringerung dieser unerwünschten Messfehler hat man bislang die gesamte Silozarge mit einer relativ aufwendigen und entsprechend kostspieligen Wärmeisolierung versehen. Diese Maßnahmen bringen zwar eine gewisse Verbesserung, die jedoch angesichts des Herstellungsaufwands noch als unbefriedigend empfunden werden.

Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewichtsmessung des Siloinhalts anzugeben, welche mit geringerem Zusatzaufwand eine genauere Füllstandsmessung unter realistischen Umgebungsbedingungen ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die Ausgangssignale einzelner Gewichtssensoren oder Teilgruppen der Gesamtzahl der Gewichtssensoren von der Auswerteeinrichtung separat erfasst werden und miteinander und/oder mit Referenzdaten verglichen werden, und, wenn dabei Abweichungen außerhalb vorgegebener Toleranzbereiche ermittelt werden, in Abhängigkeit von diesen Abweichungen gemäß einer in der Auswerteeinrichtung vorgegebenen Korrekturbeziehung der ausgegebene Gewichtsmesswert korrigiert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gewichtssensoren einzeln oder in Teilgruppen der Gesamtzahl der Gewichtssensoren zusammengefasst separat mit der Auswerteeinrichtung verbunden sind und die Auswerteeinrichtung eine Vergleichseinheit aufweist zum Vergleich der Gewichtssensor-Ausgangssignale miteinander und/oder mit Referenzsignalen von an die Auswerteeinrichtung anschließbaren Sensorelementen und/oder aus einem Referenzsignalspeicher. Anders als im Stand der Technik wird nicht nur das Summen-Ausgangssignal eines einzigen Gewichtssensors oder einer Mehrzahl von parallel geschalteten Gewichtssensoren erfasst und zur Gewichtsmessung ausgewertet, sondern durch eine Mehrzahl von Gewichtssensoren bzw. Teilgruppen von Gewichtssensoren eine Mehrzahl separater Messwerte erfasst und in der Auswerteeinrichtung zur Gewichtsbestimmung verarbeitet.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch eine differenzierte Wichtung der von den einzelnen Gewichtssensoren abgegebenen Messwerte Fehler, welche durch äußere Störeinflüsse verursacht werden, als solche von der Auswerteeinrichtung erkannt werden können und dadurch bei der Berechnung des tatsächlichen Messwertes berücksichtigt werden können. Wenn beispielsweise der von einem Gewichtssensor abgegebene Messwert verglichen mit dem Durchschnitt der übrigen Gewichtssensoren deutlich abweicht, kann dies als Hinweis auf eine Fehlmessung interpretiert werden, beispielsweise aufgrund einer lokalen Temperaturerhöhung durch einseitige Sonneneinstrahlung. Wenn die festgestellten Abweichungen außerhalb vorgegebener Toleranzbereiche liegen, können diese als fehlerhaft erkannten Messwerte entsprechend berücksichtigt und korrigiert werden, so dass eine höhere Genauigkeit der Gewichtsmessung erreicht wird.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die aus den Ausgangssignalen der Gewichtssensoren ermittelten Messwerte mit Referenzdaten verglichen werden. Diese Referenzdaten können beispielsweise Statussignale der Befüllung und Entleerung des Silobehälters umfassen. Vermittels Informationen über den Status der Befüllung oder der Entleerung des Silos kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Füllstandsmessung Aussagen über tatsächliche Vorgänge im Silo aufgrund der von den Gewichtssensoren ausgegebenen Signalen treffen.

Weiterhin können die Referenzdaten Temperaturmesswerte umfassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Füllstandsmessung kann hierbei die Referenzdaten zusammen mit Gewichtssensor-Ausgangssignalen als Korrekturmuster selbstlernend abspeichern, wobei dieses Korrekturmuster einer Korrekturbeziehung zugrunde gelegt werden kann. Insbesondere besteht hierbei die Möglichkeit, in den Korrekturmustern zeitliche Differenzen der Gewichtssensor-Ausgangssignale zu speichern wobei hier insbesondere auch die Referenzdaten und die Gewichtssensor-Ausgangssignale zeitlich fortlaufend erfasst werden können. Auf diese Weise können die über einen längeren Zeitraum gespeicherten Gewichtssensor- Ausgangssignale den Befüll- oder Entleerstati des Silos zugeordnet werden. Aus diesen Daten kann die erfindungsgemäße Vorrichtung die typischen Materialbefüll- und Entleerungsgeschwindigkeiten sowie eventuell geeignete Korrektur- oder Gewichtsfaktoren ermitteln und abspeichern. In einem weiteren Verfahrensschritt können die aktuell ermittelten Gewichtssensor-Ausgangssignale darauf hin überprüft werden, ob diese Ausgangssignale hinsichtlich der abgespeicherten typischen Füll- und Entleerungsgeschwindigkeiten plausibel sind. Auf diese Weise können mit großem Messfehler behaftete Werte ausgeschieden bzw. nicht berücksichtigt werden.

Hierbei kann erfindungsgemäß die Korrekturbeziehung im zeitlichen Mittel gebildete Korrekturfaktoren berücksichtigen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, jeweils zu bestimmten Zeitpunkten nachts die Gewichtssensor- Ausgangssignale zu ermitteln und abzuspeichern, weil insbesondere nachts die Messfehler durch Temperatureinflüsse, die aus Sonneneinstrahlung resultieren, entsprechend gering sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Speicherung des Korrekturmusters und die Auswertung der Korrekturbeziehung in der Auswerteeinrichtung in einem neuronalen Netz. Die Auswerteeinrichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung soll dabei mindestens ein neuronales Netz umfassen. Dieses neuronale Netz kann sich selbstständig laufend an den Mess- und Auswerteprozess anpassen und entsprechend selbsttätig die Korrekturfaktoren erstellen und abspeichern. Nach Abschluss einer derartigen Lernphase ist die Vorrichtung in der Lage, auf Basis der Gewichtssensor-Ausgangssignale bzw. der zusätzlich vorhandenen Referenzdaten eine wenig fehlerbehaftete Aussage über den aktuellen Füllstatus des Silos zu treffen.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Gewichtssensoren Dehnungsmessstreifen und die Sensorelemente Temperatursensoren sein.

Eine derartige Vorrichtung sollte eine Auswerteeinrichtung mit Datenspeichereinrichtung sowie gegebenenfalls auch mit einem neuronalen Netz umfassen.

Vorteilhafterweise sind die Gewichtssensoren und/oder die Sensorelemente nachträglich an der Trägerkonstruktion eines Silobehälters anbringbar. Auf diese Weise lässt sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei Silos gemäß dem Stand der Technik einfach nachrüsten.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Das in Fig. 1 abgebildete Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gewichtsmessung eines Silos zeigt ein schematisch dargestelltes Silo 1, das teilweise mit einer Füllmasse 2 befüllt ist. Im unteren Bereich des Silos sind an einer Trage bzw. Stützkonstruktion des Silobehälters Gewichtssensoren 3 angebracht, die in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel mit Temperatursensoren kombiniert sind. Von diesen Gewichtssensoren 3 sind beispielhaft acht über den Umfang des Silobehälters verteilt. Zusätzlich zu den abgebildeten Gewichts- und Temperatursensoren 3 sind weitere Sensoren 4 beispielhaft angedeutet, die ebenfalls über den Umfang des Silobehälters verteilt sind. Bei diesen Sensoren 4 kann es sich um zusätzliche Temperatursensoren handeln.

Die Ausgangssignale der Sensoren 3, 4 werden an eine Auswerteeinrichtung 5 übertragen, die mindestens einen geeigneten Mikroprozessor sowie Datenspeichereinrichtungen umfassen kann. Weiterhin kann in der Auswerteeinrichtung 5 ein neuronales Netz ausgebildet sein.

Die von der Auswerteeinrichtung 5 ermittelten und verarbeiteten Messdaten können in geeigneter Form an eine Ausgabeeinheit 6 übermittelt werden, die in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel als Computerbildschirm dargestellt ist.

Die Gewichtssensoren 3 können als Halbleiter- Dehnungsmessstreifen (Microcells, LCells) ausgebildet sein.

Claims (15)

1. Verfahren zur Gewichtsbestimmung des Siloinhalts eines Silos durch Gewichtsmessung des Silobehälters, bei der von einer Auswerteeinrichtung (5) die Ausgangssignale einer Mehrzahl von Gewichtssensoren (3) erfasst, ausgewertet und ausgegeben werden, die an der Trägerkonstruktion (Stützkonstruktion) des Silobehälters angebracht sind und jeweils ein von der auf sie einwirkenden Gewichtskraft abhängiges Ausgangssignal abgeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale einzelner Gewichtssensoren (3) oder Teilgruppen der Gesamtzahl der Gewichtssensoren (3) von der Auswerteeinrichtung (5) separat erfasst werden und miteinander und/oder mit Referenzdaten verglichen werden, und, wenn dabei Abweichungen außerhalb vorgegebener Toleranzbereiche ermittelt werden, in Abhängigkeit von diesen Abweichungen gemäß einer in der Auswerteeinrichtung (5) vorgegebenen Korrekturbeziehung der ausgegebene Gewichtsmesswert korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten Statussignale der Befüllung und Entleerung des Silobehälters umfassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten Temperaturmesswerte umfassen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Referenzdaten zusammen mit Gewichtssensor-Ausgangssignalen als Korrekturmuster selbstlernend abgespeichert werden, welches der Korrekturbeziehung zugrunde gelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Korrekturmustern zeitliche Differenzen der Gewichtssensor-Ausgangssignale gespeichert sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten und die Gewichtssensor- Ausgangssignale zeitlich fortlaufend erfasst werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturbeziehung Füll- und Entleerungsgeschwindigkeiten gemäß dem Korrekturmuster berücksichtigt (Plausibilität).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturbeziehung im zeitlichen Mittel gebildete Korrekturfaktoren (Gewichtungsfaktoren) berücksichtigt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherung des Korrekturmusters und die Anwendung der Korrekturbeziehung in der Auswerteeinrichtung (5) in einem neuronalen Netz erfolgt.

10. Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung des Siloinhalts eines Silos durch Gewichtsmessung des Silobehälters, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, mit einer Mehrzahl von Gewichtssensoren (3), die an der Trägerkonstruktion (Stützkonstruktion) des Silobehälters angebracht sind und an eine Auswerteeinrichtung (5) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtssensoren (3) einzeln oder in Teilgruppen der Gesamtzahl zusammengefasst separat mit der Auswerteeinrichtung (5) verbunden sind und die Auswerteeinrichtung (5) eine Vergleichseinheit aufweist zum Vergleich der Gewichtssensor-Ausgangssignale miteinander und/oder mit Referenzsignalen von an die Auswerteeinrichtung (5) anschließbaren Sensorelementen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtssensoren (3) Dehnungsmessstreifen umfassen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente Temperatursensoren (4) umfassen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (5) Datenspeichereinrichtungen umfasst.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (5) ein neuronales Netz umfasst.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtssensoren (3) und/oder die Sensorelemente nachträglich an der Trägerkonstruktion eines Silobehälters anbringbar sind.