DE102020202797A1 - Behälter- oder Plattformwaage - Google Patents

Abstract

Bei einer Behälter- oder Plattformwaage (1), deren Wägeplattform oder Wägebehälter (2) auf drei oder vier analogen Wägezellen (3) aufgesetzt ist, werden die Einzelsignale (8) der Wägezellen (3) in einer Summiereinrichtung (7) zu einem Gesamtsignal (9) aufsummiert, aus dem eine Auswerteeinrichtung (6) einen Gewichtswert (11) ermittelt und diesen ausgibt.Erfindungsgemäß ist Summiereinrichtung (7) zum rückwirkungsfreien Aufsummieren der Einzelsignale (8) ausgebildet. Die Auswerteeinrichtung (6) enthält einen Analog-/Digital-Umsetzer (19) zur Digitalisierung der Einzelsignale (8) und eine Diagnoseeinrichtung (20), die die digitalisierten Einzelsignale (8) zu Diagnoseinformationen (21) auswertet und diese ausgibt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Behälter- oder Plattformwaage, deren Wägeplattform oder Wägebehälter auf drei oder vier analogen Wägezellen aufgesetzt ist, mit einer Summiereinrichtung die die Einzelsignale der Wägezellen zu einem Gesamtsignal aufsummiert, und mit einer Auswerteeinrichtung, die aus dem Gesamtsignal einen Gewichtswert ermittelt und diesen ausgibt.
• Industrielle Behälter- oder Plattformwaagen bestehen aus einer Wägeelektronik (Auswerteeinrichtung), z. T. mit Anzeige vor Ort, und einem Wägebehälter (z. B. Silo) oder einer Wägeplattform, die je nach Bauart auf drei oder vier Wägezellen stehen. Vornehmlich werden analoge Wägezellen mit Dehnungsmessstreifen (DMS) in Brückenschaltung verwendet. Die Wägezellen sind über elektrische Leitungen mit einem Klemmkasten (Junction Box) verbunden, in dem die DMS-Brückenschaltungen parallelgeschaltet sind, so dass die analogen Messignale (Einzelsignale) der Wägezellen zu einen Gesamtsignal addiert werden. Das Gesamtsignal wird über ein Signalkabel weiter zu der Auswerteeinrichtung geleitet, die u. a. einen Messverstärker und einen Analog-/Digital-Umsetzer enthält und das Gesamtsignal der Wägezellen zu einem Gewichtswert auswertet und diesen zur Anzeige bringt und/oder an eine übergeordnete Steuerung übermittelt.
• Es besteht ein Bedarf an Diagnose- und Überwachungsfunktionen, um den Anwender bei der Inbetriebnahme, der Wartung oder auch im Betrieb der Waage zu unterstützen und ihm Informationen über den aktuellen Status der Waage zu geben. Dadurch lassen sich sowohl die Zeit für Inbetriebnahme und Wartung als auch damit verbundene Stillstandzeiten der Anlage mit dem daraus resultierenden Produktionsausfall verringern.
• Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 definierte Behälter- oder Plattformwaage gelöst, von der vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen angegeben sind.
• Gegenstand der Erfindung ist somit eine Behälter- oder Plattformwaage, deren Wägeplattform oder Wägebehälter auf drei oder vier analogen Wägezellen aufgesetzt ist, mit einer Summiereinrichtung die die Einzelsignale der Wägezellen zu einem Gesamtsignal aufsummiert, und mit einer Auswerteeinrichtung, die aus dem Gesamtsignal einen Gewichtswert ermittelt und diesen ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Summiereinrichtung zum rückwirkungsfreien Aufsummieren der Einzelsignale ausgebildet ist und dass die Auswerteeinrichtung einen Analog-/Digital-Umsetzer zur Digitalisierung der Einzelsignale der Wägezellen und eine Diagnoseeinrichtung enthält, die die digitalisierten Einzelsignale zu Diagnoseinformationen auswertet und die Diagnoseinformationen ausgibt.
• Dadurch dass die Einzelsignale der Wägezellen rückwirkungsfrei zu dem für das zu messende Gewicht maßgeblichen Gesamtsignal aufsummiert werden, stehen sie unverfälscht für eine differenzierte Auswertung zu Diagnosezwecken zur Verfügung. Die Summiereinrichtung kann einen analogen Summierverstärker (invertierender Addierer) mit Operationsverstärker umfassen, der die analogen Einzelsignale rückwirkungsfrei addiert. Da die Einzelsignale für die digital erfolgende Diagnoseauswertung digitalisiert werden, kann die Summiereinrichtung alternativ zur Addition der digitalisierten Einzelsignale ausgebildet sein.
• Die Diagnoseeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, Informationen über die Abstände der Wägezellen oder Aufsetzpunkte der Wägeplattform oder des Wägebehälters entgegenzunehmen und aus diesen Informationen und den digitalisierten Einzelsignalen der Wägezellen den Schwerpunkt der Waage zu ermitteln und auszugeben. Die Informationen über die Abstände der Wägezellen oder Aufsetzpunkte der Wägeplattform oder des Wägebehälters können z. B. von einem Bediener oder Einrichter der Waage über eine geeignete Benutzerschnittstelle eingegeben werden. Über dieselbe Benutzerschnittstelle kann auch der ermittelte Schwerpunkt der Waage, insbesondere seine lateralen Koordinaten parallel zur Aufstellfläche, visuell, insbesondere graphisch, ausgegeben werden.
• Im einfachsten Fall kann auch ohne eine Eingabe die Schwerpunktverteilung durch Ausgabe der Werte der digitalisierten Einzelsignale oder ihre graphische Darstellung beispielsweise in Form eines Säulendiagramms angezeigt werden.
• Die automatische Schwerpunktermittlung erleichtert das Aufbauen und Ausrichten der Waage, wobei auch Kraftnebenschlüsse oder Querkräfte erkannt werden können. Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung dazu ausgebildet, die Lage des ermittelten Schwerpunkts der unbelasteten Waage in einem Speicher abzulegen und die Lage des Schwerpunkts der belasteten Waage und/oder einer Last auf der Waage als Abweichung von dem abgespeicherten Schwerpunkt der unbelasteten Waage zu ermitteln und auszugeben. Auf diese Weise lassen sich z. B. Informationen über die Materialverteilung in dem Wägebehälter oder Schwerpunktverschiebungen bei nachträglichen Änderungen, Modifikationen oder Anbauten an dem Behälter erhalten.
• Kraftnebenschlüsse an den Wägezellen und/oder die Gefahr des Abhebens des Wägebehälters bzw. der Last bei Wind oder aufgrund anderer äußerer Einflüsse lassen sich in vorteilhafter Weise detektieren, indem die bei der unbelasteten Waage erhaltenen Werte der digitalisierten Einzelsignale als Nullpunktwerte der betreffenden Wägezellen in dem Speicher abgelegt und die im laufenden Betrieb der Waage erhaltenen digitalisierten Einzelsignale nach Abzug der zugehörigen Nullpunktwerte miteinander verglichen werden. So ändern sich bei Kraftnebenschlüssen die Verhältnisse der einzelnen Gewichtswerte an den Wägezellen zueinander, so dass bei großen Abweichungen eine Warnung mit Hinweis auf einen möglichen Kraftnebenschluss und somit eine fehlerhafte Messung ausgegeben werden kann. Die Gefahr eines Abhebens des Behälters oder der Waage kann durch Überwachung der einzelnen Gewichtswerte an den Wägezellen im Vergleich zu den Nullpunktwerten erkannt werden, wenn also die Belastung einer Wägezelle oder benachbarter Wägezellen im Vergleich zum Nullpunkt (Totlast) zu Null wird oder ihre Wirkrichtung von einer Druckbelastung in eine Zugbelastung ändert.
• Verschiedene Empfindlichkeiten der Wägezellen können zu Ecklastfehlern, also zu unterschiedlichen Gewichtswerten für dieselbe Last je nach ihrer Position auf der Waage, z. B. der Wägeplattform, führen. Um einen digitalen Ecklastabgleich zu ermöglichen, kann die Diagnoseeinrichtung aus den bei Belastung der Waage an unterschiedlichen Stellen mit ein und demselben Kalibriergewicht erhaltenen Werten der digitalisierten Einzelsignale den Ecklastfehler der Waage ermitteln und aus diesem Korrekturfaktoren für die zu dem Gesamtsignal aufzusummierenden Einzelsignale berechnen.
• Bei dem Ausfall einer einzelnen Wägezelle fällt in der Regel die gesamte industrielle Waage aus. Um dies zu verhindern, ist die Auswerteeinrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, durch Überwachung der Impedanzen der angeschlossenen Wägezellen den Ausfall einzelner Wägezellen zu detektieren; die Diagnoseeinrichtung berechnet dann anhand der digitalisierten Einzelsignale der intakten Wägezellen Ersatzwerte für die Einzelsignale der jeweils ausgefallenen Wägezellen und stellt diese für die Ermittlung des Gewichtswerts der zu messenden Last bereit.
• Schließlich kann die Diagnoseeinrichtung dazu ausgebildet sein, die Frequenzgehalte der Einzelsignale auszuwerten und daraus Informationen über dynamische Wägeprozesse oder Behandlungen von Wägegut auf der Waage zu extrahieren und auszugeben. Dadurch ist es möglich ohne zusätzliche Sensorik z. B. einen Dosiervorgang oder die Durchmischung des Mediums in dem Wägebehälter mittels eines Rührwerks zu überwachen oder eine automatische Berechnung von Filterparametern eines Filters durchzuführen, mit dem die zur Ermittlung des Gewichtswertes aufsummierten Einzelsignale gefiltert werden.
• Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert; im Einzelnen zeigen
• 1 ein Ausführungsbeispiel einer Behälterwaage,
• 2 ein Beispiel für die Auswerteeinrichtung,
• 3 ein weiteres Beispiel für die Auswerteeinrichtung,
• 4 und 5 Beispiele für eine Visualisierung von Diagnoseinformationen.
• Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung. Die Darstellungen sind rein schematisch und repräsentieren keine Größenverhältnisse.
• 1 zeigt eine Behälterwaage 1 mit einem Wägebehälter 2, der auf drei analogen Wägezellen 3 aufgestellt ist. Bei dem gezeigten Wägebehälter 2 handelt es sich um einen Rührkessel mit einem Rührwerk 4. Bei dem Behälter 2 kann es sich aber auch um ein Silo, einen Tank, einen Abfülltrichter o. dgl. handeln. Es können auch vier Wägezellen verwendet werden, z. B. wenn der Behälter 2 oder eine hier nicht gezeigte Wägeplattform anstelle des Behälters eine quadratische oder rechteckige Grundfläche aufweisen. Die Last, welche auf den Wägezellen 3 durch den gesamten mechanischen Aufbau ohne die zu messende Nutzlast, hier z. B. das Medium in dem Behälter 2, ruht, wird als Totlast bezeichnet. Die Wägezellen 3 sind über Leitungen 5 an einer Auswerteeinrichtung (Wägeelektronik) 6 angeschlossen, in der eine Summiereinrichtung 7 die Einzelsignale 8 der Wägezellen 3 zu einem Gesamt- oder Summensignal 9 aufsummiert. Eine Recheneinheit 10 der Auswerteeinrichtung 6 ermittelt aus dem Gesamtsignal 9 einen Gewichtswert 11, der auf einer Anzeige 12 der Waage 1 für einen Benutzer 13 angezeigt und/oder anderweitig über eine Verbindung 14 zum Zweck der Steuerung, Dokumentation, Anzeige, Abrechnung o. dgl. an eine übergeordnete Einrichtung oder Steuerung 15 übermittelt wird. Die Anzeige 12 ist Bestandteil einer Benutzerschnittstelle 16, die ferner über Mittel 17 zur Eingabe von Informationen über die Waage 1, wie z. B. die Positionen der Wägezellen 3 verfügt.
• Die Auswerteeinrichtung 6 enthält ferner eine Überwachungseinrichtung 18, die die Impedanzen der angeschlossenen Wägezellen 3 misst und überwacht, um einen Ausfall einzelner Wägezellen 3 oder einen Leitungsbruch oder Kurzschluss der Leitungen 5 zu detektieren.
• Schließlich enthält die Auswerteeinrichtung 6 einen Analog-/Digital-Umsetzer 19, der die Einzelsignale 8 der Wägezellen digitalisiert und einer Diagnoseeinrichtung 20 zuführt, die aus den digitalisierten Einzelsignalen 8 Diagnoseinformationen 21 ermittelt und diese auf der Anzeige 12 für den Benutzer 13 angezeigt und/oder ggf. an die übergeordnete Einrichtung 15 übermittelt.
• 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Auswerteeinrichtung 6, bei der die Einzelsignale 8 der hier z. B. vier Wägezellen 3 in dem Analog-/Digital-Umsetzer 19 digitalisiert werden und anschließend sowohl der Diagnoseeinrichtung 20 als auch der hier digitalen Summiereinrichtung 7 zugeführt werden. Die Recheneinheit 10 ermittelt aus dem von der Summiereinrichtung 7 gelieferten digitalen Gesamtsignal den Gewichtswert 11. Die Diagnoseeinrichtung 20 enthält mehrere Diagnosemodule 20', 20'', 20''', die die digitalisierten Einzelsignale 8 zu unterschiedlichen Diagnoseinformationen 21', 21'', 21''' verarbeiten. Dabei kann die Diagnoseeinrichtung 20 von der die Impedanzen der angeschlossenen Wägezellen 3 messenden Überwachungseinrichtung 18 gesteuert werden, um bei Detektion eines Ausfalls einzelner Wägezellen 3 Ersatzwerte, z. B. 21''', für die Einzelsignale 8 der jeweils ausgefallenen Wägezellen 3 zu berechnen und für die Ermittlung des Gewichtswerts 11 bereitzustellen
• Wie in 2 ferner angedeutet ist, enthält jede der analogen Wägezellen 3 jeweils Dehnungsmessstreifen (DMS) 22 in einer Brückenschaltung 23.
• 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Auswerteeinrichtung 6, bei dem im Unterschied zu dem Beispiel nach 2 die Einzelsignale 8 der Wägezellen 3 in einem analogen Summierverstärker (invertierender Addierer) 24 addiert werden und anschließend in einem Analog-/Digital-Umsetzer 25 digitalisiert und der Recheneinrichtung 10 zugeführt werden. Im Übrigen unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel prinzipiell nicht von dem nach 2, wobei auch hier eine die Impedanzen der angeschlossenen Wägezellen 3 messenden Überwachungseinrichtung vorhanden sein kann, die lediglich der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist.
• Die Mechanik der Waage 1 ist ausschlaggebend für das Messergebnis, weil hier in der Praxis sowohl im Aufbau als auch im Betrieb der Waage die häufigsten Fehler auftreten können. So ist beim Aufbau der Waage darauf zu achten, dass an allen Wägezellen 3 bzw. Aufsetzpunkten des Wägebehälters 2 oder der Wägeplattform etwa die gleiche Last wirkt. Wenn z. B. der Schwerpunkt der Waage nicht zentrisch ist oder die Wägezellen nicht alle gleich hoch und plan gerichtet sind, so dass z. B. eine Waage lediglich auf zwei von vier Wägezellen steht, kann es zu einer Überlastung einzelner Wägezellen kommen, während andere Wägezellen unter Umständen negativ, d. h. auf Zug, beansprucht werden können. Weiterhin ist darauf zu achten, dass keine Kraftnebenschlüsse vorliegen oder entstehen, also der Wägebehälter oder die Wägeplattform von dem Boden, auf dem die Waage steht, mechanisch entkoppelt ist. Solche Kraftnebenschlüsse können beispielsweise durch ungenau eingestellte Einbauteile, wie mechanische Sicherungen gegen Überlast, Querkräfte oder Abheben (Kippen) der Waage, durch Verschmutzung der Waage oder durch nicht entkoppelte Rohrleitungen von und zu dem Wägebehälter 2 entstehen.
• Weiterhin wirken sich externe Einflüsse auf die Gewichtsmessung aus. Dazu gehören u. a. Temperatureinflüsse wie natürliche Temperaturschwankungen, Kühlung oder Beheizung des Behälters 2, die Temperatur des Mediums im Behälter 2 oder exotherme oder endotherme chemische Reaktionen, die eine Wärmeausdehnung oder -kontraktion der Behälterkonstruktion verursachen können, Windkräfte, die auf den Behälter 2 einwirken, Schwingungen in der Anlage, in der die Waage verbaut ist, Schmutzablagerungen an den Wägezellen 3 usw., die zu Problemen wie Querkräfte, Axialkräfte, Momente oder Kraftnebenschlüsse im Bereich der Wägezellen 3 führen können.
• Wie im Folgenden näher erläutert wird, können die Diagnosemodule 20', 20'', 20''' der Diagnoseeinrichtung 20 unterschiedliche Überwachungs- und Diagnoseaufgaben durchführen, um den Anwender bei der Inbetriebnahme, der Wartung oder auch im Betrieb der Waage 1 zu unterstützen und ihm Informationen über den aktuellen Status der Waage 1 zu geben.
• Es wird angenommen, dass die Waage 1 vier Wägezellen 3 aufweist. Durch die Digitalisierung der Einzelsignale 8 der Wägezellen 3 erhält man je nach Belastung der Waage 1 folgende digitalen Werte der jeweils n-ten Wägezelle (entspr. Wägezelle Wn, n = 1, 2, 3, 4) erhalten:
• DWn Messwert der Wägezelle Wn,
• JOWn Nullpunktwert der Wägezelle Wn bei unbelasteter Waage,
• JlWn Justagewert der Wägezelle Wn bei Belastung der Waage mit einem Kalibriergewicht.
• Zunächst wird der Nullpunkt der unbelasteter Waage 1 aufgenommen, wobei die erhaltenen Nullpunktwerte JOWn in einem Speicher 26 (2 und 3) der Diagnoseeinrichtung 20 abgelegt werden. Zur Ermittlung des Schwerpunkts der Waage 1 kann der Benutzer 13 über die Eingabemittel 17 Informationen über die relativen Positionen der Wägezellen W1, W2, W3 und W4 zueinander in die Auswerteeinrichtung 6 eingeben, wobei diese Informationen auf der Anzeige 12 der Benutzerschnittstelle 16 graphisch dargestellt werden können.
• 4 zeigt dies beispielhaft für einen Behälter 2 mit quadratischer Grundfläche und einer Seitenlänge a. Die Diagnoseeinrichtung 20, beispielsweise das Diagnosemodul 20', berechnet aus diesen Informationen die Positionen bzw. lateralen Koordinaten (xn, yn) der einzelnen Wägezellen Wn zu: $$\left(\text{x}\mathrm{1,}\text{y1}\right)=\left(+\frac{\text{a}}{2}\text{,+}\frac{\text{a}}{2}\right)\text{,}$$

  

  $$\left(\text{x}\mathrm{2,}\text{y2}\right)=\left(+\frac{\text{a}}{2}\text{,}-\frac{\text{a}}{2}\right)\text{,}$$

  

  $$\left(\text{x}\mathrm{3,}\text{y3}\right)=\left(-\frac{\text{a}}{2}\text{,}-\frac{\text{a}}{2}\right)\text{,}$$

  

  $$\left(\text{x}\mathrm{4,}\text{y4}\right)=\left(-\frac{\text{a}}{2}\text{,+}\frac{\text{a}}{2}\right)$$

  

  und im Weiteren die Koordinaten (x_S0, y_S0) des Schwerpunkts S0 der unbelasteten Waage 1 zu: $${\text{x}}_{\text{S0}}=\frac{\text{x}1\cdot \text{J0W}1+\text{x}2\cdot \text{J0W2}+\text{x}3\cdot \text{J0W3}+\text{x}4\cdot \text{J0W4}}{\text{J0W}1+\text{J0W2}+\text{J0W3}+\text{J0W4}}$$

  

  und $${\text{y}}_{\text{S0}}\frac{\text{y}1\cdot \text{J0W1}+\text{y}2\cdot \text{J0W}2+\text{y}3\cdot \text{J0W3}+\text{y}4\cdot \text{J0W4}}{\text{J0W}1+\text{J0W2}+\text{J0W3}+\text{J0W4}}.$$

  
• Die Lage des Schwerpunkts SO der unbelasteten Waage 1 kann, wie beispielhaft in 4 gezeigt, auf der Anzeige 12 visualisiert werden. Im Idealfall, also bei optimaler Einrichtung der Waage 1, liegt der Schwerpunkt S0 im Kreuzungspunkt der x- und y-Achse, welche den Symmetrieachsen der Waage 1 bzw. des Behälters 2 entsprechen. Unterschiedliche Toleranzbereiche 27, 28 können anzeigen, ob die ermittelte Schwerpunktlage für Betrieb der Waage 1 toleriert werden kann. Die Ermittlung des Schwerpunkts SO und seine Visualisierung erleichtern das Aufbauen und Ausrichten der Waage 1, wobei auch Kraftnebenschlüsse oder Querkräfte erkannt werden können. Die Art und Weise der Visualisierung kann dabei natürlich sehr unterschiedlich erfolgen. So ist es z. B. auch möglich, die Nullpunktwerte JOW1, JOW2, JOW3 und JOW4 in Form von Balken in einem Balkendiagramm darzustellen, wobei die Abweichungen der einzelnen Balken von dem Mittelwert der Nullpunktwerte den Justagebedarf an den zugehörigen Wägezellen W1, W2, W3 und W4 angeben.
• 5 zeigt ein Beispiel für die Visualisierung des Schwerpunkts bei einer Waage mit drei Wägezellen W1, W2 und W3.
• Die ermittelten Koordinaten (x_S0, y_S0) des Schwerpunkts S0 der unbelasteten Waage 1 werden in dem Speicher 26 abgelegt. Dies ermöglicht es, im laufenden Betrieb der Waage 1 den Schwerpunkt S des Mediums in dem Wägebehälter 2 oder der Nutzlast auf der Wägeplattform zu überwachen. Dies geschieht dadurch, dass die Diagnoseeinrichtung 20 bzw. eines ihrer Module 20', 20'', 20''' die Lage (x_s, y_s) des Schwerpunkts S der belasteten Waage 1 wie folgt ermittelt: $$\text{xs}=\frac{\text{x}1\cdot \text{DW}1+\text{x}2\cdot \text{DW2}+\text{x}3\cdot \text{DW3}+\text{x}4\cdot \text{DW4}}{\text{DW}1+\text{DW2}+\text{DW3}+\text{DW4}}\text{,}$$

  

  $$\text{ys}=\frac{\text{y}1\cdot \text{DW1}+\text{y}2\cdot \text{DW}2+\text{y}3\cdot \text{DW3}+\text{y}4\cdot \text{DW4}}{\text{DW}1+\text{DW2}+\text{DW3}+\text{DW4}}\text{,}$$

  

  und die Lage (x_s, y_s) des Schwerpunkts S der belasteten Waage 1 gemeinsam mit der Lage (x_S0, y_S0) des Schwerpunkts SO der unbelasteten Waage 1 bzw. die Abweichung ΔS zwischen beiden Schwerpunkten S, SO auf der Anzeige 12 visualisiert. Die Schwerpunktüberwachung kann z. B. dazu dienen, bei Schüttgütern frühzeitig Brückenbildungen oder Anbackungen an der Innenwand des Wägebehälters 2 zu detektieren. Sie ermöglicht es aber auch, beispielsweise Belastungen der Waage durch Windkräfte zu detektieren.
• Ohne Eingabe und Kenntnis der relativen Positionen der Wägezellen W1, W2, W3 und W4 kann zumindest die Schwerpunktverteilung angezeigt werden, indem z. B. die Mess-, Nullpunkt- oder Justagewerte DWn, JOWn, JlWn der Wägezellen W1, W2, W3 und W4 unmittelbar ausgegeben oder Form einer graphischen Darstellung, z. B. in einem Säulendiagramm, angezeigt werden.
• Kraftnebenschlüsse können im Rahmen der Diagnose durch Vergleich der vorzugsweise um die Nullpunktwerte JOWn bereinigten digitalen Messwerte DWn der einzelnen Wägezellen Wn erkannt werden, wobei bei großen Unterschieden zwischen den Messwerten DWn eine Diagnoseinformationen 21 als Warnung ausgegeben wird.
• Die Gefahr eines Abhebens der Behälterwaage 1 aufgrund von Windkräften wird durch Überwachung der digitalen Messwerte DWn der einzelnen Wägezellen Wn im Vergleich zu den Nullpunktwerten JOWn erkannt. Ein Indikator dafür ist, wenn z. B. bei einer Wägezelle oder zwei benachbarten Wägezellen der um seinen Nullpunktwert JOWn bereinigte digitale Messwert DWn zu Null oder negativ wird.
• Wie oben bereits erwähnt, kann die Diagnoseeinrichtung 20 von der die Impedanzen der angeschlossenen Wägezellen 3 messenden Überwachungseinrichtung 18 gesteuert werden, um bei Detektion eines Ausfalls einzelner Wägezellen 3 Ersatzwerte 21''' für die Einzelsignale 8, genauer die entsprechenden digitalen Messwerte DWn, der jeweils ausgefallenen Wägezellen 3 zu berechnen und für die Ermittlung des Gewichtswerts 11 bereitzustellen.
• Um eine ausgefallene Wägezelle, z. B. W2, auszugleichen, kann ein Mittelwert aus den digitalen Messwerten DW1, DW3, DW4 der übrigen Wägezellen W1, W3, W4 berechnet und als Ersatzwert für die defekte Wägezelle W2 genutzt werden: $$\text{DW2}=\frac{\text{DW}1+\text{DW}2+\text{DW}4}{3}\text{.}$$

  
• Um den Einfluss möglicher Asymmetrien und Verspannungen beim Einbau der Waage 1 auszublenden, kann die Berechnung des Ersatzwertes DW2 um die Nullpunktwerte JOWn aus dem Speicher 26 bereinigt werden: $$\text{DW}2=+\frac{\left(\text{DW}1-\text{J0W}1\right)+\left(\text{DW}3-\text{J0W3}\right)+\left(\text{DW}4-\text{J0W4}\right)}{3}+\text{J0W2 }\text{.}$$

  
• Es kann auch eine Bereinigung anhand der Justagewerte JlWn erfolgen, die bei Belastung der Waage 1 mit einem Kalibriergewicht ermittelt worden sind und ebenfalls in dem Speicher 26 abgelegt sind: $$\text{DW}2=\frac{\text{J1W2}}{3}\cdot \left(\frac{\text{DW}1}{\text{J1W1}}+\frac{\text{DW}3}{\text{J1W3}}+\frac{\text{DW}4}{\text{J1W4}}\right)\text{.}$$

  
• Auch hier kann wieder eine Bereinigung um die Nullpunktwerte JOWn erfolgen: $$\text{DW}2=\frac{\text{J1W2-J0W2}}{3}\cdot \left(\frac{\text{DW1}-\text{J0W1}}{\text{J1W-J0W1}}+\frac{\text{DW}3-\text{J0W3}}{\text{J1W3-J0W3}}+\frac{\text{DW}4-\text{J0W4}}{\text{J1W4-J0W4}}\right)+\text{J0W2 }\text{.}$$

  
• Analog lassen sich bei einem gleichzeitigen Ausfall von zwei Wägezellen, z. B. W1 und W2, deren Ersatzwerte D1 und D2 aus den verbleibenden Wägezellen W3, W4 wie folgt berechnen: $$\text{DW}1=\frac{\text{J1W1}-\text{J0W1}}{2}\cdot \left(\frac{\text{DW3}-\text{J0W3}}{\text{J1W3}-\text{J0W3}}+\frac{\text{DW}4-\text{J0W4}}{\text{J1W4}-\text{J0W4}}\right)+\text{J0W1}$$

  

  $$\text{DW}2=\frac{\text{J1W2}-\text{J0W3}}{2}\cdot \left(\frac{\text{DW}3-\text{J0W3}}{\text{J1W3}-\text{J0W3}}+\frac{\text{DW4}-\text{J0W4}}{\text{J1W4}-\text{J0W4}}\right)+\text{J0W2 }\text{.}$$

  
• Im Folgenden wird am Beispiel einer Waage mit drei Wägezellen W1, W2 und W3 (5) erläutert, wie ein automatischer digitaler Ecklastabgleich der Waage 1 erfolgen kann. Wie bereits erwähnt, können verschiedene Empfindlichkeiten der einzelnen Wägezellen 3 zu Ecklastfehlern führen. Als Ecklastfehler bezeichnet man die Änderungen des ermittelten Gewichtswertes 11 beim Aufsetzen derselben Last auf unterschiedliche Stellen der Waage.
• In einem ersten Schritt wird ein Kalibriergewicht, z. B. 100 kg, nacheinander auf die drei Eckpunkte der Waage 1, d. h. an den Stellen der Wägezellen 3, aufgelegt, wobei man die Justagewerte J1W1, J1W2, J1W3 erhält. Diese Justagewerte können aufgrund verschiedener Empfindlichkeiten der Wägezellen 3 unterschiedlich sein. Die Justagewerte werden nun um die Nullpunktwerte JOWn aus dem Speicher 26 bereinigt: $$\begin{array}{l}\Delta \text{W1}=\text{J1W1}-\text{J0W1}\\ \Delta \text{W2}=\text{J1W2}-\text{J0W2}\\ \Delta \text{W3}=\text{J1W3}-\text{J0W3}\end{array}$$

  
• Von den bereinigten Werten ΔWn wird der kleinste Wert, hier z. B. ΔW3, ausgewählt.
• In einem nächsten Schritt werden wie folgt Korrekturfaktoren Fn für die zu dem Gesamtsignal 11 aufzusummierenden Einzelsignale 8 berechnet und in dem Speicher 26 abgelegt: $$\text{F1}=\frac{\Delta \text{W3}}{\Delta \text{W1}}=\frac{\text{J1W3}-\text{J0W3}}{\text{J1W1}-\text{J0W1}}$$

  

  $$\text{F2}=\frac{\Delta \text{W3}}{\Delta \text{W2}}=\frac{\text{J1W3}-\text{J0W3}}{\text{J1W2}-\text{J0W2}}$$

  

  $$\text{F3}=\frac{\Delta \text{W3}}{\Delta \text{W3}}=1$$

  
• Bei der Gewichtsmessung werden die aufzusummierenden Einzelsignale 8, hier z. B. die digitalen um die Nullpunktwerte JOWn bereinigten Messwerte DWn mit den berechneten Faktoren Fn multipliziert, um so Ecklast-abgeglichene Messwerte DWEn zu erhalten: $$\Delta \text{WE1}=\text{F1}\cdot \left(\text{DW}1-\text{J0W1}\right)$$

  

  $$\text{DWE}2=\text{F2}\cdot \left(\text{DW}2-\text{J0W2}\right)$$

  

  $$\text{DWE3}=\text{F3}\cdot \left(\text{DW}3-\text{J0W3}\right)=\left(\text{DW}3-\text{J0W3}\right)$$

  
• Die Ecklast-abgeglichenen Messwerte DWEn werden schließlich in der digitalen Summiereinrichtung 7 (2) zu einem Gesamtsignal DWE1 + DWE2 + DWE3 addiert, das den Gewichtswert 11 darstellt.
• Schließlich können in einem der Diagnosemodule 20', 20'', 20''' die die Frequenzgehalte der digitalisierten Einzelsignale 8 ausgewertet und daraus Informationen über dynamische Wägeprozesse oder Behandlungen von Wägegut auf der Waage 1 extrahiert und ausgegeben werden. So erzeugt z. B. das Rührwerk 4 (1) in dem Behälter 2 Vibrationen und Schwingungen, die von den Wägezellen 3 aufgenommen werden und sich in den Einzelsignalen 8 wiederfinden. Durch Filterung oder Frequenzanalyse (z. B. Fourier-Transformation) der digitalisierten Einzelsignalen kann z. B. die Drehfrequenz des Rührwerks 4 extrahiert und ggf. anhand von Phasenverschiebungen der einzelnen Signale die Drehrichtung detektiert werden. Das Frequenzspektrum erlaubt auch einen Rückschluss auf den technischen Zustand des Rührwerkes 4. Anhand der Amplitude der mit der Drehzahl korrelierenden Signalanteile kann z. B. der Zustand des Mediums in dem Wägebehälter 2 überprüft werden oder bei einem Misch- oder Reaktionsprozess abgeschätzt werden, wann dieser Prozess beendet sein wird.
• Bei der Ermittlung des Gewichtswertes 11 kann es erforderlich sein, die aufsummierten Einzelsignale 8 der Wägezellen 3 in einem Filter 29 der Auswerteeinrichtung 6 zu filtern, um Störungen zu beseitigen, beispielsweise, wenn die Waage 1 für Dosierzwecke eingesetzt wird und bei laufendem Rührwerk 4 dosiert werden soll. Während bisher eine händische Einstellung und Anpassungen der Filterparameter vorgenommen werden musste, besteht jetzt die Möglichkeit, durch die Ermittlung der Frequenzen der digitalisierten Einzelsignalen, die Filteranpassung zu automatisieren. Auch können diese Frequenzen mit der eingestellten Drehzahl des Rührwerkes 4 verglichen und Abweichungen hierzu an den Anlagenfahrer gemeldet werden.

Claims (10)

1. Behälter- oder Plattformwaage (1), deren Wägeplattform oder Wägebehälter (2) auf drei oder vier analogen Wägezellen (3) aufgesetzt ist, mit einer Summiereinrichtung (7) die die Einzelsignale (8) der Wägezellen (3) zu einem Gesamtsignal (9) aufsummiert, und mit einer Auswerteeinrichtung (6), die aus dem Gesamtsignal (9) einen Gewichtswert (11) ermittelt und diesen ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Summiereinrichtung (7) zum rückwirkungsfreien Aufsummieren der Einzelsignale (8) ausgebildet ist und dass die Auswerteeinrichtung (6) einen Analog-/Digital-Umsetzer (19) zur Digitalisierung der Einzelsignale (8) der Wägezellen (3) und eine Diagnoseeinrichtung (20) enthält, die die digitalisierten Einzelsignale (8) zu Diagnoseinformationen (21) auswertet und die Diagnoseinformationen (21) ausgibt.
2. Behälter- oder Plattformwaage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summiereinrichtung (7) einen analogen Summierverstärker (24) umfasst.
3. Behälter- oder Plattformwaage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summiereinrichtung (7) zur Addition der digitalisierten Einzelsignale (8) ausgebildet ist.
4. Behälter- oder Plattformwaage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, Informationen über die Positionen oder Abstände (a) der Wägezellen (3) oder Aufsetzpunkte der Wägeplattform oder des Wägebehälters (2) entgegenzunehmen und aus diesen Informationen und den digitalisierten Einzelsignalen (8) der Wägezellen (3) die Lage des Schwerpunkts (S, SO) der Waage (1) zu ermitteln und auszugeben.
5. Behälter- oder Plattformwaage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, die Lage des ermittelten Schwerpunkts (S0) der unbelasteten Waage (1) in einem Speicher (26) abzulegen und die Lage des Schwerpunkts (S) der belasteten Waage (1) und/ oder einer Last auf der Waage (1) als Abweichung von dem abgespeicherten Schwerpunkt der unbelasteten Waage (1) zu ermitteln und auszugeben.
6. Behälter- oder Plattformwaage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, die bei der unbelasteten Waage (1) erhaltenen Werte der digitalisierten Einzelsignale (8) als Nullpunktwerte der betreffenden Wägezellen (3) in dem Speicher (26) abzulegen und die im laufenden Betrieb der Waage (1) erhaltenen digitalisierten Einzelsignale (8) nach Abzug der zugehörigen Nullpunktwerte miteinander zu vergleichen, um Kraftnebenschlüsse an den Wägezellen (3) und/ oder ein Abheben der Last zu detektieren.
7. Behälter- oder Plattformwaage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, aus den bei Belastung der Waage (1) an unterschiedlichen Stellen mit ein und demselben Kalibriergewicht erhaltenen Werten der digitalisierten Einzelsignale (8) einen Ecklastfehler der Waage (1) zu ermitteln und aus dem Ecklastfehler Korrekturfaktoren für die zu dem Gesamtsignal (9) aufzusummierenden Einzelsignale (8) zu berechnen.
8. Behälter- oder Plattformwaage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, durch Überwachung der Impedanzen der angeschlossenen Wägezellen (3) den Ausfall einzelner Wägezellen (3) zu detektieren, und dass die Diagnoseeinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, anhand der digitalisierten Einzelsignale (8) der intakten Wägezellen (3) Ersatzwerte für die Einzelsignale (8) der jeweils ausgefallenen Wägezellen (3) zu berechnen und für die Ermittlung des Gewichtswerts (11) bereitzustellen.
9. Behälter- oder Plattformwaage (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, die Frequenzgehalte der Einzelsignale (8) auszuwerten und daraus Informationen über dynamische Wägeprozesse oder Behandlungen von Wägegut auf der Waage (1) zu extrahieren und auszugeben.
10. Behälter- oder Plattformwaage (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (6) ein Filter (29) enthält, das die zur Ermittlung des Gewichtswertes (11) aufsummierten Einzelsignale (8) filtert und dessen Filtercharakteristik in Abhängigkeit von der Auswertung der Frequenzgehalte der Einzelsignale (8) automatisch eingestellt wird.

Images