DE102006031969B4

DE102006031969B4 - Verfahren zum Steuern einer Durchflussmesseinrichtung und Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE102006031969B4
Application number: DE102006031969.9A
Authority: DE
Inventors: Jochen Pilz
Original assignee: Bopp and Reuther Messtechnik GmbH
Current assignee: Bopp and Reuther Messtechnik GmbH
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: DE102006031969A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Dosierstromes in mindestens einem Dosierkanal (2.1) einer Dosiervorrichtung, wobei der mindestens eine Dosierkanal (2.1) ein Durchflussmessgerät (5.1) und ein Dosierventil (8.1) aufweist, wobei a. mindestens ein von dem Durchflussmessgerät (5.1) aktuell erfasster Dosierstrom des Dosierkanals (2.1) b. mit einem in einem vorgehenden Dosiervorgang von dem Durchflussmessgerät (5.1) erfassten Dosierstrom des Dosierkanals (2.1) durch eine Steuereinheit (6.1) verglichen wird und c. mit einem erfassten Dosierstrom in mindestens einem zu diesem Dosierkanal (2.1) parallel angeordneten anderen Dosierkanal (2.2–2.10) mit identischem Durchflussmessgerät (5.2–5.10) hinsichtlich einer oder mehrerer für eine fehlerfreie Funktion des Durchflussmessgeräts (5.1) charakteristischer Größen von der Steuereinheit (6.1) verglichen wird und in Abhängigkeit der Vergleiche gemäß b. und c. d. der Dosierstrom des Dosierkanals (2.1) angepasst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Dosierstromes in mindestens einem Dosierkanal einer Dosiervorrichtung und eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten, mit mindestens einer Steuereinheit und mit wenigstens einem Dosierkanal mit einem Dosierventil und einem Durchflussmessgerät.
Dosiervorrichtungen dieser Art werden hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie, der Pharmaindustrie und der Getränkeindustrie eingesetzt. Dort ist das exakte Fördern einer bestimmten Flüssigkeitsmenge je Zeiteinheit von Bedeutung. Beispielsweise sind beim mengengenauen Fördern und Dosieren kleiner bis kleinster Flüssigkeitsmengen selbst kleine Normabweichungen der entsprechenden Dosierströme bedeutend und die Kontrolle und Überwachung dieser Dosierströme ist entscheidend, um Falschdosierungen und den damit verbundenen kostenintensiven Produktionsausfällen bzw. langwierigen Reinigungsprozessen entgegenzuwirken.
Die EP 1 562 093 A2 zeigt eine Dosiervorrichtung für ein Medium mit einem Mediumspeicher, mit wenigstens einem Mediumkanal zur Förderung des Mediums, mit zumindest einer Austragsöffnung zum Ausbringen des Mediums, wobei dem Mediumkanal eine Regeleinheit zugeordnet ist, die eine Messeinrichtung zur Erfassung des Istwertes eines Mediumstroms, einen Speicher für den Sollwert des Mediumstroms, einen Vergleicher zwischen Ist- und Sollwerten und eine Stelleinrichtung zur Beeinflussung des Mediumstroms, abhängig von Auswertungen des Vergleichers aufweist.
Eine Aussage über den Ursprung des Sollwertes wird in der Druckschrift nicht gemacht. Tritt beim Vergleich ein Fehler auf, so kann dieser auf einem veränderten Durchfluss oder aber einem Fehler der Durchflussmessgeräte beruhen. Diese bzw. die alleine den Ist- mit dem Sollwert vergleichende Vergleichseinrichtung kann nicht erkennen, woran der Fehler liegt und damit bei Feststellung eines Fehlers nur zum Abschalten und damit zu Stillstandszeiten führen, selbst wenn der tatsächliche Durchfluss fehlerfrei ist.
Die US 5,648,605 zeigt ein Verfahren zum Kalibrieren eines Durchflussmessers für trockene Luft. Dabei ist in einer ersten Ausführungsform in einem Versorgungswerk 1 ein Versorgungsdurchflussmesser 3 angeordnet. Anschließend erfolgt eine Aufspaltung in einem ersten und einem zweiten Strömungsweg. Im ersten Strömungsweg ist für diesen eine Durchflussmess- und -kontrolleinrichtung mit einem Durchflussmesser angeordnet und ein Saturator nachgeordnet. Der zweite Strömungsweg ist mit einer Durchflussmess- und -steuereinheit mit ebenfalls einem Durchflussmesser versehen. Die beiden Strömungswege sind zu einer Prüfkammer zusammengeführt, die durch den gemeinsamen Durchflussmesser sowie die beiden Durchflussmesser der Zweige gemessenen Werte miteinander verglichen werden, um einen relativen Instrumentenfehler jedes Durchflussmessers zu erhalten. Wenn der vom gemeinsamen Durchflussmesser erhaltene Wert nicht der Summe der in den beiden Zweigen gemessenen Durchflüsse entspricht, so wird angenommen, dass dies einen Instrumentenfehler zwischen dem wahren Fluss und dem angezeigten Wert bedeutet. Tritt dies ein, so kann nach bekannten mathematischen Methoden der Instrumentenfehler jedes Durchflussmessers aus den gemessenen Werten berechnet werden, indem der Durchfluss der trockenen Luft und das Verhältnis der Durchflüsse in den beiden Zweigen verändert wird. Derart kann jeder Durchflussmesser kalibriert werden.
Die JP 2001-240004 A zeigt ein Verfahren zum Regeln der Füllmenge in einem Flüssigkeitsfüllapparat. Hierbei soll die Flüssigkeit in einen Container gefüllt werden, der zur Füllposition bewegt wird, die einem Füllventil entspricht, das am Außenumfang eines Flüssigkeitsfüllapparats des Drehtyps angeordnet ist. Dabei wird die Füllmenge gesteuert, wobei die Menge der in den Container gefüllten Flüssigkeit durch das Füllventil bestimmt wird, wobei der gemessene Wert mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird und wenn sich eine vorbestimmte Differenz ergibt, wird ein neuer Wert gesetzt und anschließend das Füllventil durch den neuen Wert gesteuert.
Die GB 2 281 064 A , betrifft ein Messsystem für Getränke, wie Bier. Das Messsystem weist ein Durchflussmessgerät auf, die Impulse erzeugt und dazu verwendet wird eine vorbestimmte Menge von Flüssigkeit zu bestimmen. Die Zeitspanne zwischen den Impulsen wird durch eine Steuereinheit bestimmt und mit vorausgesetzten Werten verglichen, um so einen Bereich zu bestimmen, in dem das Durchflussmessgerät (hinreichend) genau ist. Das Durchflussmessgerät stoppt die Flüssigkeitszufuhr, wenn die Zeitspanne zwischen den Zwischenimpulsen außerhalb des vorgegebenen richtigen Bereichs liegt, in dem ein Ventil geschlossen wird.
Bei der Förderung eines solchen Fluidstromes können jedoch Fehlerquellen verschiedenster Art auftreten, so kann die Geschwindigkeit des Volumenstromes in unerwünschter Weise durch Druckschwankungen im System verändert sein, beispielsweise bei Wiederauffüllung eines Vorratstankes des zu fördernden Fluids oder bei stetiger Entleerung dieses Vorratstankes während eines Dosiervorgangs. Auch Eigenschaften des Fluids selbst spielen eine Rolle, wie eine Änderung der Viskosität oder Luft- bzw. Gaseinschlüsse. Weiterhin können auch anlagenbedingt zeitliche Verzögerungen am Ende eines Dosiervorganges auftreten, wie die Verzögerungszeit beim Schließen eines mechanischen Ventils, deren Einfluss auf die jeweiligen Dosiermengen schwer vorhersehbar ist, da dieser direkt von den veränderlichen Parametern des Dosierstromes abhängt.
Zur Fehlererkennung bzw. -vermeidung sind Steuerungen bekannt, die bei Registrierung einer Veränderung des Dosierstromes mittels eines Sensors die Dosierzeit und somit den Dosierstrom kontinuierlich dem Bedarf anpassen. Dies kann beispielsweise durch einen ständigen Vergleich eines vorgegebenen Soll-Signals mit einem gemessenen Ist-Signal realisiert sein.
Solche Dosierverfahren sind jedoch mit erheblichen Nachteilen behaftet. So ist die Genauigkeit der jeweils abgefüllten Dosiermenge mit der Genauigkeit des zugeordneten Messsystems verknüpft. Bei Auftreten von Messfehlern werden diese direkt auf eine fehlerhafte Anpassung des Dosierstromes übertragen, ohne dass eine Fehlermeldung erfolgt. Somit ist eine kostenaufwändige regelmäßige Wartung der Messeinrichtung zwingend notwendig. Auch bei fehlerfreier Funktion der Messsysteme ergeben sich bei vorbekannten Verfahren oftmals temporär inkorrekte Dosiermengen, da im Falle eines Systemfehlers oder beim Registrieren veränderter Umgebungsbedingungen während eines Dosiervorgangs das System nur im nachfolgenden Dosiervorgang darauf reagieren kann.
In Dosieranlagen, bei denen die Abfüllung eines Fluids parallel in eine Mehrzahl von Rezeptoren erfolgt, erhöht sich die Fehleranfälligkeit des Gesamtsystems mit der Anzahl der Dosierkanäle und den jeweils zugeordneten Messeinrichtungen. Zusätzlich fällt in solchen Anlagen bei Auftreten einer Fehlabfüllung auch ein höherer Gesamtschaden an, da beispielsweise im Falle der simultanen Abfüllung eines Mehrfach-Packs das gesamte Produkt bei Mangelabfüllung nur eines der Packs unbrauchbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass auch erkannt werden kann, ob der Fehler aufgrund einem fehlerhaften Durchfluss oder einem Fehler des Durchflussmessgeräts liegt, so dass entsprechende geeignete Maßnahmen ergriffen werden können.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung sieht weiter zur Lösung der Aufgabe eine gattungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 21 vor. Die Überwachung erfolgt in Echtzeit während einer aktuellen Dosierung.
Erfindungsgemäß werden eine oder mehrere charakteristische Größen der Dosierströme nach einem vorgegebenen Zeitintervall nach dem Beginn eines Dosiervorganges ermittelt, wobei das Zeitintervall kleiner ist als die Dosierdauer. Dabei werden bevorzugt Wertepaare von nach einem vorgegebenen Zeitintervall nach Beginn des Dosiervorganges ermittelten Messdaten einer oder mehrerer charakteristischer Größen und der dabei eintretenden Überlaufmenge abgespeichert. Somit können durch Vergleichen mit den entsprechenden Messwerten vorhergehender Dosiervorgänge notwendige Anpassungen der Dosierströme noch vor Beendigung des momentanen Dosiervorgang – in Echtzeit – durchgeführt und Fehldosierungen vermieden werden.
Dabei kann auch ein Mittelwert aus Messwerten vorhergehender Dosiervorgänge gebildet werden, mit dem die aktuellen Messwerte dann verglichen werden.
In bevorzugter Ausführung beträgt das vorgegebene Zeitintervall etwa die Hälfte der Dosierdauer. Es kann jedoch auch eine Anpassung dieses Zeitintervalls notwendig sein, beispielsweise wenn die jeweils maximalen Durchflussgeschwindigkeiten der Dosierströme zum Vergleich herangezogen werden. Die Durchflussgeschwindigkeiten können innerhalb eines Dosiervorgangs variieren, beispielsweise können diese durch temporäre Verzögerung beim Öffnen eines mechanischen Ventils zunächst zunehmen, bevor sie einen konstanten Maximalwert erreichen. Das Ermitteln dieser Verzögerungszeit kann von der Steuereinheit übernommen werden, beispielsweise durch Vergleichen der jeweiligen zeitlichen Ableitungen.
Die gespeicherten Werte aus vorherigen Dosiervorgängen können herangezogen werden, um während eines nachfolgenden Dosiervorgangs eine Anpassung der Dosierdauer in der angegebenen Weise durchzuführen. Beispielsweise können Wertepaare mit Messdaten von in vorherigen Dosiervorgängen ermittelten charakteristischen Größen der Dosierströme in den Durchflussmessgeräten abgespeichert werden. Anhand dieser Wertepaare kann dann die Dosiermenge durch Vergleichen der Dosierströme des momentanen Dosiervorgangs mit Dosierströmen aus einem oder mehreren vorhergehenden Dosiervorgängen und den bei diesen gemessenen Dosiermengen bestimmt werden, beispielsweise durch lineare Inter- oder Extrapolation oder durch gezieltes Auswählen eines nächstliegenden Messwerts und dessen zugeordneter überschüssig abgegebener Dosiermenge.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gekennzeichnet durch mindestens zwei jeweils Durchflussmessgeräte aufweisenden Dosierkanälen, wobei die Durchflussmessgeräte über Messkanäle mit einer gemeinsamen elektronischen Steuereinheit verbunden sind.
Da die Fehleranfälligkeit einer Gesamtzahl mehrerer Durchflussmessgeräte in statistischer Hinsicht geringer ist als die eines einzelnen kann die Steuereinheit durch Vergleichen charakteristischer Messwerte der einzelnen Messgeräte untereinander defekte Geräte gezielt ausfindig machen und entsprechende Maßnahmen treffen. Dadurch besitzt das Messsystem eine interne Eigenfehlererkennung, wodurch eine externe Wartung und Funktionsverifizierung reduziert werden kann.
Die Selbstüberwachung eines Messkanals kann nicht feststellen, ob sich die Umgebungsbedingungen im Vergleich zu einem vorhergehenden Zeitpunkt verändert haben. Beispielsweise würde eine Druckerhöhung zu einer größeren Durchflussgeschwindigkeit des Dosierstromes und zu unterschiedlichen Vergleichswerten aller Messkanäle mit vorher gemessenen Durchflussgeschwindigkeiten führen. Durch ein zusätzliches Vergleichen und Feststellen gleicher Messwerte der Messgeräte untereinander ist sichergestellt, dass veränderte Umgebungsbedingungen vorliegen und kein Versagen einzelner Messkanäle.
Wenn veränderte physikalische Eigenschaften der Dosierströme und ein fehlerfreies Funktionieren der einzelnen Messkanäle festgestellt wurden, kann eine Anpassung der einzelnen Dosierströme erfolgen, beispielsweise durch Verändern der Dosierzeit, wie frühes Abschalten. Das Vergleichen der einzelnen Messwerte erfolgt in der Regel direkt durch die Durchflussmessgeräte, während das Anpassen der Dosierströme aufgrund – wie erläutert – vorgenommener Vergleiche, von einer allen Messkanälen gemeinsamen elektronischen Steuereinheit durchgeführt wird.
In bevorzugter Ausführung werden die von den Durchflussmessgeräten erfassten Dosierströme einem gemeinsamen Vorratsbehälter entnommen. Somit können identische physikalische Eigenschaften der Fluidströme in allen Dosierkanälen vorausgesetzt werden, deren Einzelmessungen an den jeweiligen Durchflussmessgeräten als Stichproben einer statistischen Fehlerauswertung mit einer Verminderung der Messunsicherheit und Standardabweichung herangezogen werden können. Messwerte außerhalb des statistischen Schwankungsbereichs liefern einen deutlichen Hinweis auf die Fehlfunktion eines Messgeräts. Eine temporäre Veränderung des Mittelwerts einer gemessenen charakteristischen Größe aller Messgeräte, die um den Betrag einer vorgegebenen Größe außerhalb der Varianz der Messung des vorhergehenden Dosiervorgangs liegt, liefert einen Hinweis auf physikalische Veränderungen der Dosierströme.
Neben den Durchflussgeschwindigkeiten der jeweiligen Dosierströme können andere physikalische Eigenschaften, wie die Durchflussmengen oder elektrochemische Gleichspannungen des Fluids an den Elektroden der Durchflussmessgeräte, herangezogen werden. Auch produktbedingte Einflussgrößen an den einzelnen Dosierkanälen, wie Störspannungen durch Beläge an den Elektroden oder Nullpunktswerte der Messelektronik einzelner Dosierkanäle, können den jeweiligen Dosierströmen zugeordnet und zur Überwachung der Dosiervorrichtung herangezogen werden.
Die elektronische Steuereinheit hat verschiedene Möglichkeiten, auf die ermittelten Mess- und Vergleichswerte zu reagieren. Im Falle einer Abweichung einer oder mehrerer charakteristischer Größen eines oder einzelner Dosierströme von den restlichen Dosierströmen wird/werden während eines Dosiervorgangs der/die abweichenden Dosierströme angepasst, beispielsweise können diese nach einer vorzugebenden Zeit abgeschaltet werden oder die Dosierdauer gemäß der Dosierdauer eines benachbarten Messkanals gewählt werden. Bei einer zu großen Anzahl abweichender Dosierströme werden alle Dosierströme abgeschaltet und eine Fehlermeldung ausgegeben.
Im Falle einer Abweichung einer oder mehrerer charakteristischer Größen aller Dosierströme zu den entsprechenden Dosierströmen einer oder mehrerer vorangehender Dosiervorgänge werden alle Dosierströme angepasst. Dabei wird beispielsweise die Dosierdauer aller Dosierströme verändert, vorzugsweise entsprechend der vorab abgegebenen Dosiermenge nach Beendigung des vorherigen Dosiervorgangs, so dass insgesamt die gewünschte Dosiermenge an die Aufnahmebehälter abgegeben wird.
Bei der Durchführung des Verfahrens können Messdaten einer oder mehrerer charakteristischer Größen der Dosierströme des jeweiligen Dosiervorgangs abgespeichert werden und diese aus beliebigen vorhergehenden Dosiervorgängen jederzeit von der gemeinsamen Steuereinheit abgerufen werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen vor allem dann zum Vorschein, wenn eine größere – statistisch signifikante – Anzahl von Messkanälen zum Auswerten zur Verfügung stehen. Hierzu sind in einer gattungsgemäßen Vorrichtung die Durchflussmessgeräte mit gemeinsamen elektronischen Steuereinheiten über einen Datenbus verbunden. Die Durchflussmesser und deren zugehörige Elektronik sind über einen Bus mit der zentralen Steuereinheit (z. B. RS485) verbunden, während die Ventile lediglich mit der zugeordneten Durchflussmesselektronik verbunden sind und durch diese gesteuert werden. Hierbei sind die Durchflussmessgeräte mit jeweils einem integrierten Messumformer ausgebildet. In alternativer Ausgestaltung können auch jeweils von den Durchflussmessgeräten räumlich getrennte Messumformer vorgesehen sein, welche jeweils sowohl mit einem zugeordneten Durchflussmessgerät als auch dem zugehörigen Ventil eine Wirkverbindung aufweisen und über eine Busverbindung (z. B. RS485) mit der zentralen Steuereinheit verbunden sind. Ferner sind in bevorzugter Ausbildung die Dosierkanäle mit derselben Dosierflüssigkeit in einem gemeinsamen Vorratsbehälter verbunden.
Die Durchflussmessgeräte sind zum Messen charakteristischer Größen des Fluidstromes ausgebildet, wie z. B. die Durchflussgeschwindigkeiten und/oder Durchflussmengen, oder auch von an den Durchflussmessgeräten anliegenden Spannungen und/oder eines jeweiligen Nullpunktswert der Messelektronik. Die Steuereinheit ist zum Einlesen und gegenseitigem Vergleichen von Messdaten der unterschiedlichen Durchflussmessgeräte ausgebildet.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, anhand welcher sich weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung mit zehn Dosierkanälen;
2 den exemplarischen zeitlichen Verlauf der Durchflussgeschwindigkeit eines Fluidstromes im Zeitintervall während und nach eines Dosiervorgangs;
3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen und Steuern geförderter Dosierströme.
Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1. Diese beinhaltet zehn Dosierkanäle 2.1 bis 2.10, die mit einem Vorratsbehälter 3.1 mit dem zu fördernden Fluid verbunden sind, welches mengengenau in Behälter 4.1 bis 4.10 dosiert werden soll. Der Vorratsbehälter 3.1 weist eine Füllstandssonde 3.2 mit einem Füllstandsregler 3.3 zur Niveauregelung des zu fördernden Fluids auf und ist mit einem Drucksensor 3.4 mit einem Druckregler 3.5 ausgestattet, der auf Druckänderungen reagiert und den Druck gegebenenfalls regelt.
Den Dosierkanälen 2.1 bis 2.10 sind Durchflussmessgeräte 5.1 bis 5.10 zugeordnet, welche zum Erfassen und Abspeichern von Messwerten charakteristischer Größen der Fluidströme ausgebildet sind, wie beispielsweise Durchflussgeschwindigkeit oder Durchflussmenge. Die Durchflussmessgeräte 5.1 bis 5.10 sind erfindungsgemäß mit einer Steuereinheit 6.1 über eine Steuerleitung 7 verbunden, die beispielsweise in Form eines Busses ausgebildet ist und einzelne den jeweiligen Durchflussmessgeräte 5.1 bis 5.10 zugeordnete Messkanäle 7.1 bis 7.10 aufweist. Über den gemeinsamen Signallaufweg 7 kann die Steuereinheit 6.1 sowohl die gespeicherten Messwerte aus den einzelnen Durchflussmessgeräte 5.1 bis 5.10 abrufen, als auch den Befehl zur Durchführung einer Messung weiterleiten. Der Signallaufweg 7 kann als Bus gebildet sein. Alternativ kann die Abfrage der Messkanäle 7.1 bis 7.10 im Multiplex erfolgen. Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit 6.1 zum Vergleichen der abgerufenen Messwerte ausgebildet.
Jeder der Dosierkanäle 2.1 bis 2.10 beinhaltet zusätzlich ein Dosierventil 8.1 bis 8.10, durch welches beim Öffnen bzw. beim Schließen ein jeweiliger Dosiervorgang in die Behälter 4.1 bis 4.10 eingeleitet bzw. beendet wird. Die Steuereinheit 6.1 ist über die Steuerleitung 7 in Form eines Busses nur mit dem jeweiligen Durchflussmeßgerät 5.1 bis 5.10 verbunden. Die Durchflussmeßgeräte 5.1 bis 5.10 weisen jeweils eine Wirkverbindung in Form einer Ventilsteuerleitung 9.1 bis 9.10 mit einem der Dosierventile 8.1 bis 8.10 zur Steuerung derselben auf. Die Steuerleitung 7 kann also physisch durch den gleichen Bus realisiert werden. Die Steuereinheit 6.1 kann somit abhängig von den ermittelten Vergleichswerten von Messungen der Durchflussmessgeräte 5.1 bis 5.10 den Befehl zum Öffnen bzw. Schließen der Dosierventile 8.1 bis 8.10 geben.
Die Dosiersteuerung kann aus den Informationen der einzelnen Dosierkanäle sehen, ob eine Abweichung zu vorher bei einzelnen Kanäle oder bei allen Kanälen vorliegt. Somit ist die Dosiersteuerung der Master und entscheidet immer, wie weiter verfahren wird. Die Messkanäle stellen Abweichungen fest, treffen aber keine Entscheidung, führen aber die Anweisung der Dosiersteuerung aus.
Die Steuereinheit 6.1 weist zentrale Ein- und Ausgänge 6.2 auf, beispielsweise zur Ausgabe einer Störmeldung, zum Einlesen von Startsignalen, und verschiedenartige Schnittstellen, über welche zusätzliche Komponenten angeschlossen sein können, wie eine übergeordnete speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 6.3.
In 2 ist der zeitliche Verlauf einer charakteristischen Größe eines Dosierstroms, wie sie von den Durchflussmessgeräten 5.1 bis 5.10 gemessen wird, anhand der Durchflussgeschwindigkeit v exemplarisch dargestellt. Der Ursprung t_a der Zeitachse t kennzeichnet den Beginn eines Dosiervorgangs, d. h. den Zeitpunkt an dem von der Steuereinheit 6.1 der Befehl zum Öffnen der Dosierventile 8.1 bis 8.10 ausgegeben wird. Durch die mechanische Verzögerung bis zum vollständigen Öffnen der jeweiligen Dosierventile 8.1 bis 8.10 nimmt der Durchflusswiderstand in den Dosierkanälen 2.1 bis 2.10 zunächst kontinuierlich ab und die Durchflussgeschwindigkeit v wächst stetig, bis im vollständig geöffneten Zustand der Dosierventile 8.1 bis 8.10 ein konstanter Maximalwert v_max erreicht ist.
Die Durchflussmenge wird fortlaufend von den Durchflussmeßgeräten 5.1 bis 5.10 bestimmt. Der nach einem Zeitintervall Δt_ab ermittelte Wert wird dabei zum Vergleichen herangezogen. Das Zeitintervall Δt_ab kann beispielsweise die Hälfte der mittleren Gesamtdosierdauer betragen. Bevorzugt wird das Zeitintervall Δ_tab so gewählt, falls möglich, dass die zu messende Durchflussgeschwindigkeit v ihren konstanten Maximalwert v_max angenommen hat, um einen aussagekräftigen Vergleichswert mit Messwerten aus vorhergehenden Dosiervorgängen zu erhalten, die Wertepaare beispielsweise aus Durchflussgeschwindigkeit und Überlaufmenge bilden.
Aufgrund der gemessenen Durchflussmenge wird unter Berücksichtigung der Nachlaufmenge das Ventil nach einem Zeitintervall Δt_ac geschlossen, so dass insgesamt im Zeitintervall Δt_ad die gewünschte Dosiermenge jeweils in die Behälter 4.1 bis 4.10 gefördert wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 3 in einem Flussdiagramm dargestellt. Vor Beginn des eigentlichen Dosiervorgangs werden zunächst Nullpunktswerte einzelner Messkanäle 7.1 bis 7.10 von der Steuereinheit 6.1 ermittelt (Schritt S1). In Abhängigkeit der Anzahl der Dosierkanäle mit einem fehlerhaften Nullpunkt entscheidet die Steuereinheit 6.1, ob ein Einleiten des Dosiervorgangs überhaupt sinnvoll ist. Meldet beispielsweise keiner der Dosierkanäle einen fehlerhaften Nullpunktswert (Schritt S2), wird das Verfahren direkt mit dem Befehl zum Öffnen der Dosierventile 8.1 bis 8.10 über den Steuerbus 7 fortgesetzt (Schritt S5). Weist ein Großteil der Messkanäle einen fehlerhaften Nullpunktswert auf Schritt S4.1), kann von einem zentralen Fehler ausgegangen werden, wie beispielsweise das Fehlen eines Dosierprodukts im Vorratsbehälter 3.1, und es erfolgt so lange eine Fehlermeldung an die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 6.3 (Schritt S4.2), bis dieser Fehler behoben ist. Im Falle eines fehlerhaften Nullpunktswerts eines oder einzelner Kanäle 7.1 bis 7.10 (Schritt S3.1), ist eine Fehlfunktion zugeordneter Durchflussmessgeräte 5.1 bis 5.10 wahrscheinlich. Um ein mengengenaues Dosieren dieser Messkanäle trotz fehlerhafter Messung zu erreichen, wird zunächst die Dosierzeit Δt_ac dieser Kanäle festgelegt (Schritt S3.2), entweder gemäß der Dosierdauer des vorangehenden Dosiervorgangs oder der Dosierdauer eines benachbarten fehlerfreien Kanals, worauf eine entsprechende Fehlermeldung an die SPS 6.3 erfolgt (Schritt S3.3) und der Beginn t_a des eigentlichen Dosiervorganges eingeleitet wird (Schritt S5).
Hierzu gibt die Steuereinheit 6.1 einen Befehl zum Öffnen der Ventile 8.1 bis 8.10 (Schritt S5) und nach dem vollständigen Öffnen derselben werden in den Durchflussmessgeräten 5.1 bis 5.10 die Durchflussgeschwindigkeiten V_max und/oder andere charakteristische Größen ermittelt (Schritt S6). Nach dem Abrufen benötigter Daten (Schritt S7) und Abspeichern der aktuellen Messwerte (Schritt S8) von der Steuereinheit können diese zunächst untereinander verglichen werden, um die Funktionsfähigkeit der Durchflussmessgeräte 5.1 bis 5.10 sicherzustellen. Neben Durchflussmenge oder Durchflussgeschwindigkeit können auch Messungen von Störspannungen oder sonstige aufgetretene Störungen an den Durchflussmessgeräten 5.1 bis 5.10 hierzu herangezogen werden.
Zum Feststellen von veränderten Umgebungsbedingungen hinsichtlich des vorhergehenden Dosiervorgangs werden die aktuellen Messdaten beispielsweise der Durchflussgeschwindigkeit v_max mit Messungen vom vorhergehenden Dosiervorgang verglichen (Schritt S9). Wird dabei eine Abweichung festgestellt bzw. wurden vorhergehend (Schritt 3.1) fehlerhafte einzelne Nullpunktswerte festgestellt (Schritt 11.1), erfolgt ein Schliessen der Ventile entweder in der Dosierzeit der vorhergehenden Dosierung oder durch die Messung der Durchflussmenge des Nachbarkanals (Schritt S11.2). Dazu wird dem fehlerhaften Dosierkanal von der zentralen Steuereinheit 6.1 mitgeteilt, zu welchem Zeitpunkt das Abschalten erfolgen soll. Stimmen die aktuellen Messdaten jedoch mit den Messdaten vorhergehender Dosierungen überein und sind die vorab ermittelten Nullpunktswerte korrekt (Schritt S10.1) erfolgt eine Dosierung jedes der Durchflussmessgeräte hinsichtlich seiner eigenen gemessenen Volumendaten der Durchflussmenge und der vorhergehenden Überlaufmenge (Schritt S10.2). Es erfolgt also kein externer Eingriff durch die zentrale Steuereinheit 6.1. Nun sind die Rezeptoren 4.1 bis 4.10 mengengenau mit der Dosierflüssigkeit gefüllt und das Verfahren wird nach dem Abspeichern der Messdaten (Schritt S12) mit dem nachfolgenden Rezeptorensatz wiederholt (Schritt S1).
Bezugszeichenliste

1: Dosiereinheit
2.1–2.10: Dosierkanäle
3.1: Vorratsbehälter
3.2: Füllstandssonde
3.3: Füllstandsregler
3.4: Drucksensor
3.5: Druckregler
4.1–4.10: Behälter
5.1–5.10: Durchflussmessgeräte
6.1: Steuereinheit
6.2: Ein-/Ausgänge
6.3: Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
7: Steuerleitung (Bus)
7.1–7.10: Messkanäle
8.1–8.10: Dosierventile
9.1–9.10: Ventilsteuerleitungen
t: Zeit
v: Durchflussgeschwindigkeit
v_max: Maximale Durchflussgeschwindigkeit
t_a: Beginn des Dosiervorgangs
t_b: Messung der Dosierströme
t_c: Ende des Dosiervorgangs
t_d: Messung überschüssig abgegebener Dosiermenge
Δt_ac: (nominelle) Dosierzeit
Δt_ab: Zeitintervall bis zur Messung
Δt_cd: Verzögerungszeit beim Schliessen der Ventile
Δt_ad: (effektive) Dosierzeit
M_ac: in Δt_ac geförderte Dosiermenge
M_cd: in Δt_cd geförderte überschüssige Dosiermenge

Claims

Verfahren zum Steuern eines Dosierstromes in mindestens einem Dosierkanal (2.1) einer Dosiervorrichtung, wobei der mindestens eine Dosierkanal (2.1) ein Durchflussmessgerät (5.1) und ein Dosierventil (8.1) aufweist, wobei a. mindestens ein von dem Durchflussmessgerät (5.1) aktuell erfasster Dosierstrom des Dosierkanals (2.1) b. mit einem in einem vorgehenden Dosiervorgang von dem Durchflussmessgerät (5.1) erfassten Dosierstrom des Dosierkanals (2.1) durch eine Steuereinheit (6.1) verglichen wird und c. mit einem erfassten Dosierstrom in mindestens einem zu diesem Dosierkanal (2.1) parallel angeordneten anderen Dosierkanal (2.2–2.10) mit identischem Durchflussmessgerät (5.2–5.10) hinsichtlich einer oder mehrerer für eine fehlerfreie Funktion des Durchflussmessgeräts (5.1) charakteristischer Größen von der Steuereinheit (6.1) verglichen wird und in Abhängigkeit der Vergleiche gemäß b. und c. d. der Dosierstrom des Dosierkanals (2.1) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere bei der Durchflussmessung erfasste charakteristische Größen der Dosierströme mit dem Mittelwert entsprechender charakteristischer Größen von Dosierströmen aus vorhergehenden Dosiervorgängen verglichen wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierstrom/die Dosierströme durch Abschalten derselben oder durch Einstellen der Dosierzeit angepasst wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Durchflussmessgeräten (5.1–5.10) erfassten Dosierströme einem gemeinsamen Vorratsbehälter (3.1) oder einer Ringleitung entnommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmengen (M_ac, M_cd) der Dosierströme als charakteristische Größen der Dosierströme ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussgeschwindigkeiten (v) der Dosierströme als charakteristische Größen der Dosierströme ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Durchflussmessgeräten (5.1–5.10) anliegende Spannungen als charakteristische Größen für die zugeordneten Dosierströme ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Nullpunktswerte vor Beginn eines Dosiervorgangs an den Durchflussmessgeräten (5.1–5.10) als charakteristische Größen für die zugeordneten Dosierströme von der Steuereinheit (6.1) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere charakteristische Größen der Dosierströme nach einem vorgegebenen Zeitintervall (Δt_ab) nach dem Beginn eines Dosiervorganges (t_a) ermittelt werden, wobei das Zeitintervall (Δt_ab) kleiner ist als die Dosierdauer (Δt_ac).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Zeitintervall (Δt_ab) etwa die Hälfte der Dosierdauer (Δt_ac) beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierdauer (Δt_ac) eines Dosierstroms eines Dosierkanals (2.1–2.10) zur Anpassung nach Merkmal d. des Anspruchs 1 gemäß der Dosierdauer (Δ_tac) eines Dosierstromes eines benachbarten Dosierkanals (2.1–2.10) gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichungen der Dosiermengen zumindest der überwiegenden Zahl der parallel angeordneten Durchflussmessgeräte eine Fehlermeldung ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Abweichung mindestens einer oder charakteristischer Größe der Dosierströme zu allen parallel angeordneten Dosierkanälen von den entsprechenden Dosierströmen eines oder mehrerer vorangehender Dosiervorgänge die Dosierströme in allen parallel angeordneten Dosierkanälen an die zugehörigen Größen vorangehender Dosiervorgänge angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierdauer (Δt_ac) der Dosierströme aller parallel angeordneten Dosierkanäle verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierdauer (Δt_ac) der Dosierströme aller parallel angeordneter Dosierkanäle entsprechend der ermittelten in einem vorausgegangenen Dosiervorgang überschüssig abgegebenen Dosiermenge nach Beendigung des Dosiervorgangs verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Dosierströme in den Dosierkanälen (2.1–2.10) durch Öffnen bzw. Schließen zugeordneter Dosierventile erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierventile von zugeordneten Durchflussmessgeräten (5.1–5.10) gesteuert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten einer oder mehrerer charakteristischer Größen der Dosierströme des jeweiligen Dosiervorgangs abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem vorgegebenen Zeitintervall (Δt_ab) nach Beginn des Dosiervorganges bei einem der folgenden Dosiervorgänge ermittelte Messdaten einer oder mehrerer charakteristischer Größen und einer sich ergebenden eintretenden Überlaufmenge (M_cd) zu Wertepaare zusammengefasst und abgespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass von dem jeweiligen Durchflussmessgerät (5.1–5.10) und/oder der Steuereinheit (6.1) gespeicherte Messdaten charakteristischer Größen der Dosierströme aus einem oder mehreren Dosiervorgängen abgerufen werden.
Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten, mit mindestens einer Steuereinheit (6.1) und mit wenigstens einem Dosierkanal (2.1) mit einem Dosierventil (8.1) und einem Durchflussmessgerät (5.1), gekennzeichnet a. durch Ausbildung der Steuereinheit (6.1) zum Vergleich des von dem Durchflussmessgerät (5.1) aktuell erfassten Dosierstroms eines Dosiervorganges in dem Dosierkanal (2.1) aa. mit einem in einem vorhergehenden Dosiervorgang von dem Durchflussmessgerät (5.1) erfassten Dosierstrom des Dosierkanals (2.1) und ab. mit einem erfassten Dosierstrom in mindestens einem zu dem Dosierkanal (2.1) parallel angeordneten Dosierkanal (2.2–2.10) mit identischem Durchflussmessgerät (5.2–5.10) hinsichtlich einer oder mehrerer für eine fehlerfreie Funktion des Durchflussmessgeräts (5.1) charakteristischer Größen und zum Anpassen des Dosierstroms in dem Dosierkanal (2.1) in Abhängigkeit des Vergleichs gemäß aa. und ab..
Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch mindestens zwei jeweils ein Durchflussmessgerät aufweisenden Dosierkanälen (2.1–2.10), wobei die Durchflussmessgeräte mit einer gemeinsamen elektronischen Steuereinheit (6.1) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierkanäle (2.1–2.10) mit einem gemeinsamen Vorratsbehälter (3.1) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmessgeräte (5.1–5.10) zum Messen von an den Durchflussmessgeräten (5.1–5.10) anliegenden Spannungen, wie elektronischen Gleichspannungen des Dosierstromes oder Störspannungen durch Beläge auf Elektroden und/oder eines jeweiligen Nullpunktswerts bei Nichtfließen eines Dosierstromes ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6.1) zum Einlesen, Speichern, und gegenseitigen Vergleichen von Messdaten der Durchflussmessgeräte (5.1–5.10) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6.1) zum Anpassen der Dosierströme gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 anhand der ermittelten Vergleichswerte ausgebildet ist.