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Verfahren zur kontinuierlichen Analysenauswertung für die prozeßrechnergesteuerte
Rohmehlmischungsregelung, insbesondere in der Zenentfabrikation.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Analysenauswertung
für die prozeßrechnergesteuerte Rohmehlmischungsregelung, insbesondere zur Drehofenbeschickung
in der Zementfabrikation, mit einem kontinuierlich aus fließendem Materialstrom
simultan mehrere Elemente analysierenden Enegie-Impulse abgebenden Emissionssystem.
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Prozeßregelungen dieser Art benutzen diskontinuierlich ermittelte
Daten einer Ronmenlanalyse, die von z.B. viertelstündlich abgezogenen tablettierten
Proben ermittelt werden. Dabei kann die Regelung nachteiligerweise nur mit erheblicher
Zeitverzögerung auf Veränderungen in der Rohmaterialzusammensetzung reagieren. Außerdem
werden innerhalb des Probenahmeintervalles auftretende Veränderungen in der Rohmehlzusammonsetzung
überhaupt nicht erfaßt, ganz abgeseien davon, daß nur eine unverhältnismäßig geringe
Probemenge zur Untersuchung gelangt, wodurch eine weitere Fehlerquelle gegeben ist.
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Bei einer anderen Prozeßregelung, die auf kontinuierlich anfallende
Fluoreszenz-Analysendaten zurückgreifen kann, wird eine größere Probemenge untersucht,
da hier die Daten analog verarbeitet und dem Prozeßrechner übertragen werden, ist
die Meßwerterfassung durch die Eichung, die Justierung der Elektronik und durch
den analog verarbeiteten Standardisierungsvorgang mit vielen Meßzeitausfällen für
die kontinuierliche Analysenbestimmung behaftet. Wegen der driftungsbedingten hohen
Instabilität eines Analog-Aufbaues sind bei einer derartigen Meßwerterfassung nachteiligerweise
ständig Nach-Eichungen und Kontrollmessungen erforderlich. Dabei ist die für den
Ablauf jeder einzelnen eingeleiteten Eichkorrektur benötigte Zeit durch erforderliche
Meßbereichsanpassungen und Übergangsfunktionsabläufe sehr groß, was jedesmal zu
längeren Meßzeitausfällen führt. Ferner überschreiten die driftungsbedingten Abweichungen
oft den Bereich der für die maximale selbsttätige Korrektur vorgesehen ist, so daß
dann von Hand Nach-Eichungen und Justierungen notwendig werden, wodurch noch größere
zusätzliche ganze Schichten andauernde Meßzeitausfälle in Kauf genommen werden müssen.
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Der Erfindung liegt unter Vermeidung der Nachteile die Aufgabe zugrunde,
zu einer kontinuierlich zur Verfügung stehenden sicheren und reproduzierbaren Analysen-Aussage
zu kommen, indem eine zuverlässige Meßwerterfassung mit
Datenübertragung
zum Prozeß-Rechner zwecks betriebssicherer, vollautomatischer Prozeßregelung für
die Rohmehlvergleichmäßigung zu schaffen ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Energie-Impulse
eines Emissions-Systems digital erfaßt und weiterverarbeitet zu direkt übertragbaren,
digitalen Daten aufbereitet, einem Digital-Prozeßrechner systemwortsequentiel und
gegen Ubertragungsfehler gesichert zugeführt werden. Auf diese Weise wird vorteilhaft
erreicht, daß die Energie-Impulse drifteinflußfrei gemessen werden und ohne Zeitverzögerungen,
wie sie bei der Analogtechnik durch das Abwarten des Ablaufes von Übergangsfunktionen
verursacht werden, erfaßt werden können und die Ergebnisse schnell und echtzeitsynchron
übertragungssicher an den die Rohmehlmischungsregelung steuernden Prozeß-Rechner
kontinuierlich gegeben werden können. Hierbei kann er Rechner vorteilhaft die digital
bereitgestellten Daten von der Meßwerterfassungseinheit direkt datenwortweise übernehmen,
und fehlerhaft übertragene Daten durch eine digitale Datenübertragungssicherung
sofort und selbsttätig als solche erkennen.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Impulse eines
Emissions-Systems nach Energiewerten selektiert zu digitalen Logikimpulsen normiert
und bei impulsreichen Elementen durch eine Frequenzteilung reduziert,
in
binären Zählregistern, die mit einer Zählzeit beaufschlagt werden, zu Impulsraten
integriert und die jeweiligen Impulsraten (Intensitäten) zum Prozeß-Rechner binär
gespeichert und gesteuert über digitale Steuerungsmeldungen binär übertragen werden,mit
dem Vorteil, daß nach diesem Verfahren die gequantelt abgegebenen Energie-Inhalte
der Röntgenemissions-Impulse zu mengenäquivalenten Logik-Impulsen umgeformt werden,
die dann mit einfachen elektronischen Mitteln aufsummiert werden können, wodurch
es vorteilhaft möglich ist, Ergebnisse zeitbezogen als genaue Abbilder der Intensität
der charakteristischen Fluoreszenzstrahlung zu definieren und so zu einer einfachen
Analysenaussage einer chemischen Konzentration zu kommen. Außerdem bringt eine Integration
in binärer Form gleichzeitig die vorteilhafte binäre Übertragungsart mit sich, wodurch
unter anderem dem Prozeß-Rechner zusätzliche Umsetzungsarbeit erspart wird und Verarbeitungszeiten
entfallen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß
die elementspezifische Datenbehandlung einschließlich Funktionsanzeige bis zu den
binären Sbertragungsbereitstellungen in mehreren Kanälen simultan, den zu analysierenden
Elementen entsprechend durchgeführt wird und alle Daten wortweise parallel in sequentieller
Folge über nur einem einzigen vorgesehenen Informationsweg dem Prozeß-Rechner zugeführt
werden. Auf diese Weise
werden die systembedingten einzelnen Erfassungs-
und Bearbeitungszyklen in der Meßwerterfassung vorteilhaft parallel geschaltet und
dadurch simultan verarbeitet, wodurch eine bei kontinuierlicher Meßwertaufnahme
für alle chemischen Elemente als besonderer Vorteil simultane Analysenbestimnung
ermöglicht wird. Die verhältnismäßig kurze Ubertragungsdauer zwischen den Meßzeitintervallen,
die auf dem einen Informationsweg entsteht, ist vernachlässigbar klein.
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Es ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß unter anderem bei den
Meßkabelverbindungen zum Rechner gegenüber einer Kanal-Parallelübertragung der Daten
Materialreduzierungen möglich sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die wortsequentielle Zuführung der digital aufbereiteten Daten zum Prozeß-Rechner
mittels weniger statischer und dynamischer digitaler Ein- und Ausgangs-Steuermeldungen
bewirkt wird. Dabei ist die gegenseitige Zyklussynchronisation der wortsequentiellen
Übertragung vorteilhaft dadurch gegeben, daß die Ansteuerungen durch gegenseitig
gekoppelte Quittungen der Funktionsabläufe ausgelöst werden. Eine Fehlübertragung
infolge von nicht abgestimmten Zeitabläufen wird ausgeschlossen, wodurch die Abläufe
vorteilhaft sicherer und gegen Störeinflüsse durch falsche Flankeninformation unempfindlich,
sowie die wortsequentielle Steuerung selbst einfach und überschaubar wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Impulsraten als Kennwerte für die Intensitäten der charakteristischen Strahlung
der zu analysierenden Elemente durch Integration den mengenäquivalent digitalisierten
Logikimpulse über einen für alle Elemente einheitlichen Zeitintervall ermittelt
werden, wodurch vorteilhaft die Möglichkeit einer für alle Elemente einheitlichen
Datenübertragung mit wenig Steuerungsmeldungen intervallmäßig einfach realisierbar
ist. Es entfallen außerdem Zwischen-Mittelwertbildungen, die sonst mit dem Rechner
durchgeführt werden müssen, da die Integrationen bis zu der einheitlichen Übertragungszeit
schon durch das Verfahren, gemittelt in den Zählregistern der Meßwertübertragungseinheiten
automatisch vorgenommen werden.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß zur Meßwerterfassung
nach der Impulsnormierung eine Frequenzteilung der Logik-Impulse für eine Zählzeitanpassung
der größeren Impulsraten vor den Zählregistern vorgenommen wird, wodurch vorteilhaft
eine einheitliche optimale Integrationszeit, die zu einer einheitlichen Übertragungszeit
für alle zu messenden Impulsraten führt, ermöglicht wird und die binären Zählregister
für alle Kanäle kapazitätsgleich ausgelegt werden können, d.h. daß die Kapazitäten
der Binärzähler nicht besonders erweitert werden müssen, um auch größere Impulsraten
erfassen zu können.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Binärdatenergebnisse
kanalweise dem Prozeß-Rechner direkt zum Einlesen, auf Abruf zwischengespeichert1
bereitgestellt werden und die Integrationsergebnisse gleichzeitig als Analysenintensität
für Funktionskontrollen, nach selbst-tätiger dezimaler Umcodierung nach dem Integrationszeitende,
digital dezimal angezeigt werden, wodurch vorteilhaft während des nächsten Integrationszeitablaufs
die voraufgehende Batommats@automatisch gespeichert erhalten bleibt und dadurch
eine optische Intensitäts- und Funktionskontrolle leicht ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Integration der digitalen Logik-Impulse extern vom Prozeß-Rechner aktiviert
und die Zeitvorgabe intern bemessen wird, wodurch der Übertragungszyklus vorteilhaft
vom Prozeß-Rechner selbst eingeleitet wird und von ihm nicht beendet zu werden braucht,
dieser also keine Integrationszeit-l'Ende"-Ausgabe ausgeben muß, da dieser Zeitablauf
einheitlich für alle Elemente im Meßschrank einstellbar vorgegeben wird. Gleichzeitig
ist auf diese Steuerungsweise eine sichere Funktionskopplung zwischen Meßschrank
und Rechner dadurch gegeben, daß beide Funktionen sich gegenseitig über die übertragungsleitungen
quittieren, wodurch sich die Arbeitsweise automatisch sicher synchronisiert. Für
Funktionskontrollen und Reparaturen kann zusätzlich bei allen Kanälen unabhängig
vom Rechnerbetrieb
eine Integrationszeit-Auslösung von hand herDei"efiErJb
werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die binäre Speicherung
automatisch für alle Elemente-Kanäle nach Ablauf der vorgegebenen Integrationazeit
erfolgt und außerdem gleichzeitig eine gemeinsame Integrationszählzeit-"Ende"-Information
an den Prozeß-Rechner vergeht.
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Hiermit entfallen vorteilhaft zusätzliche Speicherungsaktivierungen
und -steuerungen vom Rechner. Bezüglich der Integrationszählzeit-"Ende"-Information
und der Zähler-"Start"-Information ergeben sich die Vorteile einer Fun@ tionskopplung
mit gegenseitigen Quittier-Rückmeldungen, die dadurch gegen Ubertragungsstörungen
auf den Stcuerungsleitungen automatisch gesichert sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Digital-Prozeß-Rechner
nach Eingang der für alle Integrationen gleichzeitig ergehenden Zählzeit-"Ende"-Information
die Daten zur Datenbereitstellung für die anschliessenden definierten Ubernahmen
nach vorgegebenen Prioritäten über die Kanalanwahl aktiviert. Durch die vereinfachende,
zugeordnete Prioritätenvorgabe der Aktivierung der Datenbereitstellung mit dem Einlesczyklus
wird die Rechneraufgabe und seine Belegungszeit, durch die damit verbundene Verarbeitungsverlrürzun
vorteilhaft wesentlich reduziert.
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Die weitere Ausgestaltung, die darin besteht, daß zur Vorbereitung
der Datenbereitstellung erst die elektronisch verknüpften Freigabe-Baustoine über
die Kanalanwahl aktiviert werden und eine Dotentialfreie Kopplung über Ausgangs-Relais-Schaltungen
eines Multiplexers erfolgt, ehe die Einlesebereitstellung zeitverzögert auf der
Übertragungsleitung dem Prozeß-rechner für den Beginn des Einlesens zurückgemeldet
wird, gestattet einen vorteilhaft einfachen und funktionssichoren elektronischen
Aufbau zu realisieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgeschen, daß
die systemwortsoquentielle Datenübertragung zum Einlesen nach periodischen Intervallen
der für alle Elemente gleichen Integrationszählzeit in der Weise gesteuert wird,
daß der Übertragungsbeginn der kanalweise anfallenden Impulsraten von der gemeinsamen
Integrations-Zählzeit-"Ende"-Meldung aktiviert wird, wonach die Impulse raten sequentiel
in den kürzest möglichen Schaltzeiten des Relaismultiplexers eingelesen werden,
weil dadurch die Übertragungszeit aller Kanäle praktisch vernachlässigbar klein
wird. Durch die wortweise Datenübertragung zum Rechner ergeben sich für die weitere
Verarbeitung im Rechner vorteilhaft vereinfachende Instruktionsabläufe.
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Ferner ist die weitere Ausgestaltung erfindungsgemäß so vorgesehen,
daß die zur Übertragung binär bereitgestellten Daten über Digital eingänge vom Prozeß-Rechner
Kanals weise gesteuert eingelesen werden und nach der Datenübertragung bei positiver
Gültigkeitsprüfung auswertbar sind, um sie für die weitere Verarbeitung im Rechner
zu speichern.
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Da die Sicherheitsprüfung nach jeder einzelnen Übertragung standardmäßig
leicht erfolgen kann und so jede eingelesene Datenrzate mit einer Gültigkeitsaussage
verschen ist, ergibt sich der Vo@rteileiner sehr zuverlässigen Datenübertragung
auch über größere Entfernungen, wie sie bei einem Rohnehlregelkreis anfallen können.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß
von Prozeßrechner nach Einlesung der ersten Impulsraten des ersten Kanals die Kanalanwahl
j jedes gelesenen Kanals zugunsten des nächsten zu lesenden in einer "1 aus n"-Kodierung
zurückgesetzt wird. Durch diese Kodierungsart wird vorteilhaft ein elektronischer
Aufbau mit einfacher Kanaladreß-Dekodierung möglich und darüber hinaus dafür gesorgt,
daß die Datenübertragung nacheinander und gegen Leitungsstörungen gesichert gesteuert
werden kann.
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In weiteren Ausgestaltungen ist vorgesehen, daß zur Datenübertragungssicherung
vom Prozeß-Rechner zu j jedem
zur Übertragung bereitgestellten
Datenwort eine Paritatsbit-Information auf den Übertragungsleitungen mitgeführt
wird und daß jedes Datenergebnis nach dem Einlesen vom Prozeß-Rechner durch eine
Standard-Sicherheitsprüfung auf Gültigkeit geprüft wird, che die Weiterverarbeitung
im Rechner ermöglicht und die eingelesenen Daten eines Kanals bei einer negativ
verlaufenden Sicherheitsprüfung nicht in die Weiterverarbeitung gegeben werden und
bei mehrfach negativer Prüfung ein Analysen-Ersatzwert, der aus den Regressionsbeziehungen
der übrigen Analysen-Ergebnisse der Elemente berechnet wird, für die Rohmehlregelung
herangezogen und diese Ersatzfahrweise auf einer Kontrolleinheit signalisierbar
ist, sowie das nach Abschluß der Einlesung der übertragenen Daten der Prozeßrechner
für alle Kanäle der Datenübertragungseinheit ein gemeinsames Zählerneustartsignal
übernittelt, das die Zoitvorwanl desaktiviert, damit die Integrationseinheit zur
Funktionswiederholung beaufschlagt, der Binärzähler auf Null gesetzt und die Integration
von neuem gestartet wird. Durch die verknüpfte Zusammenfassung dieser Funktionen
ergeben sich vorteilhaft für einen Rechnerbetrieb einfach zu steuernde Instruktionsabläufe.
die leicht realisierbar sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
für jeden Kanal einzelne zeitlich direkt aufeinanderfolgende, voneinander unabhängige
Meßwertergebnisse
als Intensitäten der chemischen Konzentrationen
zu einer kontinuierlichen Analysenaussage, die von allen vorausgehenden Meßwertschwankungen
zeitkonstantenfrei zusammengesetzt ist, wodurch vorteilhaft eine echte zeitsynchrone
kontinuierliche Anaqlysenaussage für alle Elemente gleichzeitig ermöglicht wird
und somit erst sinnvoll laufende Interelementkorrektur-Berechnungen zum Zwecke höherer
Analysengenauigkeit erst sinnvoll und durchführbar sind.
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Um Überlagerungen und Störimpulse von anderen Energiemengen auszuschalten
wird weiter vorgeschlagen, daß die je Element anfallenden, in getrennten Kanälen
einlauf endem elementcharakteristischen Energie-Impulse in einen dem Vorverstärker
nachgeordneten, auf engen spezifischen Spannungshöhenpegeln begrenzten Durchlaßbereich
einer Energie- Selektion unterworfen werden und daß die selektierten energiedefinierten
Meßwertimpulse nach ihror Anzahl in ihren Kanälen in energieäquivalente normierte,
zählbare digitalisierte Logik-Impulse umgewandelt werden.
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Dadurch ergibt sich der Vorteil, über eine einfache elektronische
Übersetzung von der laufenden Energieabgabe einer Strahlung auf die Intensität derselben
mit ausreichender Genauigkeit schließen zu können.
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Zur weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Steuermeldung für
die Integrationszählzeit-"Endo"-Meldung
für alle Kanäle einheitlich
erfolgt und vom für die Prod-t zusaririens et zun% wichtigsten Element abgeleitet
wird und die gemeinsame Zeitbemessung vorwiegend auf das empfindlichste zu messende
Element mit der größten statischen Impulsschwankung abgestimmt ist, damit vorteilhaft
bei Ausfall eines weniger wichtigen Elementes immer noch ein Automationsbetrieb
möglich ist, da die Integrations-Zählzeit-"Ende"-Meldung weiter vorliegt und damit
bei der Zeitbemessung vorteilhaft ist, daß für das Element mit der statistisch am
ungleichmäßigsten schwankenden Impulsrate nach der Gauß'schen Glockenkurvenverteilung
noch eine ausreichende Meß@enauigkeit gegeben ist.
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Es wird zur weiteren Ausgestaltung vorteilhaft vorgeschlagen, den
Standard-Prohen-Mechanismus vom Rechner automatisch gesteuert einzuleiten, wodurch
die Möglichkeit gegeben ist, daß der Prozeßrechner eine variable Zeitintervallsteuerung
der Standardisierung der Stabilitätserfordernisse aktivieren kann. Ferner wird vorteilhaft
die überwiegend temperaturabhängige Driftung des Meßkopfes in vorbestimmten weiten
Grenzen nahezu ausgeschaltet und der Stardardisierungsvorgang selbst auf die reine
Meßzeit reduziert. Alle aus der automatischen Standardisierung sich ergebenden notwendigen
Korrekturen können vorteilhaft rechnerintern auch über komplizierte Berechnungsmethoden
schnell ermittelt und durchgeführt werden, z.B. gleichzeitig Steigungs- und Nullpunktskorrekturen
der
Eichkurven eines Elementes.
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Um die rohmehlvergleichmäßigungsregelung kontinuierlich nach den Fluoreszenz-Analysen
durchführen zu können wird vorgesehen, daß aus den vom Prozeß-Rechner digital zugeleiteten
Daten der Meßwertintensitäten im Prozeß-Rechner selbst alle Meßbereichsauflösungen
und Bestimmungen der Eichkurven für die quantitative Analyse ermittelt werden, wonach
dann alle Analysenergebnisse für die weiteren Berechnungen und Steuerungen zur Rohmehlvergleichmäßigung
bestimmt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer mit Rechnergenauigkeit und
-geschwindigkeit arbeitenden Regelkreis-Gestaltung, wobei ohne auf die Rechnervorteile
zu verzichten, ein zusätzliches digitales Rechensystem in der Meßwerterfassungseinheit
eingespart wird.
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In Ausgestaltung der Erfindung wird zur Durchführung des Verfahrens
eine Vorrichtung vorgeschlagen, die modular aufgebaut ist und mit einer Energie-Impuls-Selektionseinrichtung
mit Impulsnormierung, Frequenzteilung und nachgeschalteten binären Integrationszählregistern
mit Datenspeicherung und Zeitgenerator, mit Integrationszeitvorwahl, sowie einer
vom Rechner gesteuerten Datenübertragungseinheit enthaltend eine Kanal-Adreßdekodierung
für die digitale Dateninformationsausgabe, mit einer Datensicherungseinheit sowie
einer ebenfalls modular aufgebauten automatischen Standardproben-Steuereinheit ausgerüstet
ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
mehrere modular aufgebaute Einschubeinheiten für die Datenbehandlung mit Bereitstellung
vorgesehen sind, die an eine gemeinsame Übertragungseinheit, welche mit dem Prozeß-Rechner
verbunden ist, angeschlossen sind, wodurch vorteilhaft eine Mehrzahl von parallel
arbeitenden Elemente-Kanälen auf eine einzige, mit dem Prozeß-Rechner verbundene
Übertragungseinheit zusammengeführt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Meßwerterfassungseinheit,
insbesondere zur Rohmehlmischungsregelung bei der Zementfabrikation, mit mehreren
Eingangskanälen und mit Funktionsanzeige-Einheiten ausgerustet, einer Emissions-Energie-Analyseneinrichtung
als MelDver'auI<lezner, die ebenfalls für den Anschluß mehrerer Verarbeitungskanäle
ausgelegt ist, so beistellbar ist, daß diese direkt mit einem zentral eingesetzten
Digital-Prozeß-Rechner funktionskoppelbar ist, welch letzterer die Analysenberechnungen
mit Eichkorrekturen und Interelement-Korrekturberechnungen ausführt, um daraus die
notwendigen Regelsteuerungen abzuleiten.
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Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, daß man einen sonst speziell
für die Meßwertberechnung vorzusehenden Rechner einsparen kann, da die geringe Kapazitätserweiterung
des ohnehin vorhandenen Prozeßrechners durch die geringe zuzätzliche Verarbeitungsaufgabe
durch die MeRwerterfassungseinheit
kaum ins Gewicht fallt und
in Pausen einlegbar ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Meßwerterfassungseinheit als Schrankform mit Normeinschubfassungen für die modular
ausgeführten Einschubsteckeinheiten aufgebaut und mit Kabelanschlüssen versehen,
für die Beistellung vor Ort in der Nähe des Probenahmesystems am Meßwertaufnehmer
geeignet ist. Dadurch ist der Vorteil gegeben, daß die Meßwerterfassungseinheit
relativ leicht austauschbar und auch bei nachträglichen Einbauten für ein Regelkreis
system beigestellt werden kann.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 das Wirkungsschema einer Rohmehlmischungsregelung
zur Vergleichmäßigung von Rohmehl vor der Drehofenbeschickung bei der Zementherstellung,
Fig. 2 das detaillierte Aufbauschema der digitalen Meßwert erfassung und Datenübertragung
der Rohmehlmischungsregelung gemäß Fig. 1.
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Der Drehofen (1) wird über eine Rohmehlvorwärmungsanlage im Wärmetauscher
(2) beschickt. Das im Drehofen
@obrannte Material wird als Klinker
über eine z.B. als Satellitenkühler (3) ausgeführte Kühlervorrichtung ausgetragen.
Zur Erzeugung eines gleichmäßigen Klinkerproduktes ist eine gleichbleibende chemische
Zusammensetzung der Rohmaterialzuführung erforderlich. (4) ist ein Homogenisierungssilo,
aus dem die Drehofenbeschickung abgezogen wird.
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Das von der Vorsortierung kommende Rohmaterial wird in Rohmaterialbunkern
(5 bis 5''') aufgenommen und mittels gesteuerter Dosier-Austragungsvorrichtungen
(6 bis 6''') nach den chemischen Erfordernissen der vorgegebenen Sollwertmodule
und dem optimalen Aufnahmovermögen der Mühle (7) zugeführt. Die Steuerung des Mühlenkreislaufes
erfolgt m mittels spezieller, hier nicht dargestellter Steuerungsverfahren und -mittel.
Zur Ermittlung der Rohmehlmenge sind Bandwägevorrichtungen vorgesehen, die als Förderbandwaagen
(8) ausgeführt sind. Aus der Ronmehlförderung (9) zum Homogenisierungssile (4) wird
ständig ein stark reduzierter repräsentativer Materialanteil auf einem Probenweg
(9') abgezweigt. Zur Steuerung der Rohmehlmischung warden bisher dem Probematerialweg
z.B. halbstündlich diskontinuierliche Proben entnommen, die tablettiert und analysiert
als Datengrundlage der Betriebsregelung dienton. Im hier erläuterten Beispiel wird
eine kontinuierlich fließende Rohmehlmenge (9') auf ein scheibenförmiges Aufnahmogerät
auf das Probenrad (10) aufgebene und von einem Probenschuh 10' (Fig. 2) angedrückt
und geglättet,
unter dem Energiestrahl 11 einer Röntgenröhre 12
vorbeigeführt, vermessen und anschließend wieder in die Rolmehlförderung 9 zurückgeleitet
und mit dieser in Silo 4 zugeführt.
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Unter der Röntgenröhre 12 wird das Rohmehl nach seinen, für die Zementherstellung
wichtigen chemischen Bestandteilen spektralanalytisch kontinuierlich vermessen.
Dabei werden simultan alle für die Qualität der Zementherstellung wichtigen Elemente
Calzium, Silizium, Eisen, Aluminium (und evtl. auch noch Magnesium) zerstörungsfrei
und echt zeitsynchron analysiert.
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Das Prinzip der Röntgenfluoreszenz-Analyse beruht bei dem wellendispersiven
Gerät auf der Anregung von Atomen durch Röntgenstrahlen 12. Die fluoreszierte Sekundärstrahlung
13 trifft auf einen Analgsatorkristall 14, der nach der Bragg'schen Gleichung (n#
= 2d sin#) unter bestimmten Winkeln nur bestimmte Wellenlängen reflektieren, die
den elementcharakteristischen Energiestrahlen entsprechen. Da Jedem fluoreszierenden
Element eine Sekundärstrahlung charakteristischer Wellenlänge zugeordnet wird, ist
die Intensität von Kristall 14 aus dem Spektrum "herausgefilterten" Teilstrahlung
ein Haß für den Konzentrationsgehalt des entsprechenden chemischen Elementes in
der Probe. Im Zählrohr 15 wird die Teilstrahlung 13 in elektrische Energie-Impulse
umgewandelt und diese in Meßschrank der digitalen Meßwerterfassung B* über eine
Zeit-*verstärkt und
integration zu Intensitätswerten der Strahlung
umgewandelt. Ftir die bei der rohmehlvergleichmäßigung zu messenden vier Elemente
sind vicr Detektorsysteme, bestehend aus der Röntgenröhre 12, je einem elementspezifisch
geeigneten Kristall 14 und einem Zählrohr 15 im Meßkopf in der Nähe eines im Probenschuh
10' befindlichen Fensters vorgesehen. Die Kristalle 14 und die Zählrohre 15 sind
zueinander jeweils in einer elementwelldispersiven geometrischen Lage angeordnet.
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Im Falle einer Ionisierung des Gasgemisches durch die einfallenden
Energiestrahlen (Röntgenquanten) wird die Gaskammer des Zählrohres 15 über den eingeschmolzenen
Leiter neutralisiert. Durch den dabie entstehenden Stromstoß werden auf der Hochspannungsleitung
16 Impulse ausgelöst, die über einen Kondensator 17 zum Vorverstärker 13 abgeleitet
werden. Um die Dämpfung der Sekundärstrahlungen durch die Luft zu vermeiden, ist
die Detektoreinrichtung in einem Bereich 19 (Fig. 2) mit einer unter geringem Überdruck
stehenden Helium-Atmosphäre 19 angeordnet.
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Zur Versorgung des Zählrohres mit hoher Gleichspannung sind ein Hochspannungsnetzteil
20 (Fig. 2) und X@@ für die Meßsignaltrennung ein Hochspannungsfilter 21 vorgesehen.
Die Meßleitungen 1G sind, um gegenseitige Störbeeinflussungen der empfindlichen
Hochspannungsmeßleitungen
(Gleichspannung) am Zählrohr zu vermeiden,
vom Netzteil bis zum Zählrohr einerseits und zum Irmu1sho en-Diskriminator 30 andererseits
als abgeschirmte Koaxialkabel ausgeführt.
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Die Röntgenröhre ist mit einer Versorgungsstation 22 verbunden, die
u.a. aus dem nicht dargestellten lochsnannungstransformator mit Spannungsstabilisator
und Netzeinspeisungen mit Stromversorgungen sowie der Heliumgasstation 22, einer
Kühlmaschine und der Probenkroislaufsteuerung 28, sowie einer Sammelstörmeldeeinheit
29 mit Raumtemperaturüberwachung und digitalen Störmeldesignalleitungen 46 zum Digital-Prozeß-Rechner
25 besteht.
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Eine Standardprobe 23 mit Antrieb 23', bestehend aus einem tablettierten
Sollwert-Rohmehlmuster, ist zur automatischen Korrektur von vorwiegend durch Temperaturänderungen
und Alterungserscheinungen eintretenden Veranderungen (Drift) im Meßkopf und im
Röntgenröhrensystem vorgesehen. Zu diesem Zweck wird eine Standardprobensteuerung
24, die von dem Digital-Prozeß-Rechner 25 über die Leitungen 45 verbunden ist, zum
Ein- und Ausfahren der Standardprobe 23 in vom Rechner gesteuerten Intervallen aktiviert.
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Anstelle des mit einer Röntgenröhre und mit Kristallen bestückten
Detektorkreises kann auch ein Halbleiter-Kristalldetektor 26 mit nachgeschaltetem
hochstabilisierton
Vorverstärker 27, wie in Fig. 1 gezeigt, als
Energie-Erissionssgsten eingesetzt werden, bei welchem die Anrequng 11 durch einen
Gammastrahler 12' erfolgt und das Sckundärstrahlen-Spoktrum 13' erzeugt wird mit
dem Vorteil, daß für die Analyse geringere Primäranregungs-Energiemengen benötigt
werden und gleichzeitig das aufwendige Röntgenröhrensgstem entfällt.
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Die durch die Anregung ontstehenden elektrischen Ladungsenergie-Mengen
sind don zu analysierenden Röntgenquanten, den Sekundär-Energiestrahlen, direkt
proportional. Der Vorvorstärker 27 ist dazu nach dem Beispiel mit einem Feldeffckt-Transistor-Eingang
verschen, der die elektrischen Ladungen in proportionale Stromimpulse umwandelt.
Die Stromimpulse werden intern verstärkt und am Vorverstärkorausgang in energieproportionalen
Spannungsimpulsem abgegeben. Diese werden kanalweise in Energie-Impuls-Selektionscinheiten
30 energiedispersiv ausgefiltert. Zu diesem Zweck sind Enorgie-Impuls-Selektions-@@iton
bei 30 für jeden Erfassungskanal, die zahlenmäßig den zu untersuchenden Elementen
entsprechen, vorgesehen.
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Die baulich in einem Heßschrank zusammengefaßte MeßwerterI'sssunrw-Einheit
3 beinhaltet in wesentlichen die Enorgie-Impuls-Sclektionseinheiton 30 mit Impulsnormierung
31 und Froquenzteiler 32, sowie die Integrations-Zählrcgister 33 mit angeschlossenem
Zeit-Generator 34' und mehreren Zeitvorwahleinheiten 34, die Binärspeicher 35,
@@
Dezimalenzeigen 36, mit den binär-dezimalen @echdierungen 37 und eine Datenäbertragungseinheit
@6. ie Verbindungsleitungen 39 bis 39IV zum Prozeßrechner 25 und die symbolische
Schnittstelle 40 sind ebenfalls der Meßwerterfassungseinheit zugeordnet.
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er Digital-Prozeßrechner 5 umfaßt im Prinzip eine Ein- und Ausgabe
- Einheit (Interface) 41, an welche alle Verbindungsleitungen 39, 45 und 46 angeschlossen
sind, sowie eine Zentraleinheit 42 mit Kernspeicher 45 und eine an der Ein- und
Ausgabe - Einheit 41 angeschlossene Steuerungsleitungsgruppe 44, über welche die
Sollwerteinstellungen an die Dosierbandwaagen 6 bis 6''' für die @ohmehlvergleichmäßigung
erfolgen und die förderleistungsmengenmessungen zum Rechner übertragen werden, In
Lig. 2 ist der -eg nach dem die Meßdaten verarbeitet werden durch doppelt gestrichene
Pfeile hervorgehoben Die von der untersuchte Probe autgegebenen elementspezilischen
Energie-Impulse werden in einem Vorverstarker 18 verstärkt und über abgeschirmte
KoaXialkabel der Energie-Impuls-Selektionseinheit 30 zugeführt.
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In einem eng begrenzten Spannungshöhen-Durchlaßbereich werden die
Energie-Impulse nach ihren charakteristischen Energiewerten selektiert. Die den
Durchlaßbereich passierenden Energie-Impulse lösen in einer Normierungsstuie @1,
nach
ihrer Anzahl leicht zählbare energie@quivalente Logik-Impul@e aus, die mit den gleichen
@ür alle Module verwendeten Elektronik Bausteinen erfaßt werden.
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Das Energie-Lmpuls-Aufkommen pro Kanal ist nach den chemischen Konzentrationsgehalt
der Elemente in den Kanälen verschieden, es wird deshalb durch eine @requenzteilung
Dr, den Kapazitäten des Integrations-Zä@lers 3@ angepaßt, damit über eine einheitliche
Integrations-Zählzeit gleiche periodische Übertragungsintervalle realisiert werden
können.
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Die Anpassung der Logik-Impulse in der Frequenzteilungseinheit wird
huber vorgegebene in Stufen variabel einstellbarer eduzierungen im Verhältnis 1:10,
1:100 o.a. realisiert. Die Auslegung der Geräte kann damit einheitlic gestaltet
werden, was zu einer Kompatibilität der Ein-@eiten untereinander führt. In der Einheit
@@ werden die Logik-Impulse zu einer Impulsrate mit gleicher Zählzeit @ür alle Elemente
integriert, wobei die Zählzeitbemessung auch unter Berücksichtigung der Intensitätswerte
der Standardproben zu einer optimalen Meßperiode führt, die die Genauigkeits-Garantien
der Analysen auch unter Berücksichtigung der statischen Impuls-Schwankungen erbringt,
wobei vorteilhaft über die Zeitintegration gleichzeitig eine Mittelwertsbildung
automatisch mitbewirkt wird.
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Die im binär arbeitenden Integrations-Zählregiste@ anfallenden Daten
werden nach Integrationszeitence eine Binärspeicher-Einheit 35 automatisch, parallel
übertragen und für die nächste Zählperiedc zur @atenbereitstellung, und zur Dezimal-,
@unktionskontroll-Anzeige gespeichert.
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Gleichzeitig mit der Binärspeicherung in der @inheit 35 wird eine
Decondierung in BCL-Code in einer Einheit @@ mitaktiviert um die Dezimalanzeige
über Bcl-Code vorteilhaft bei 36 zu ermöglichen.
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Nach Ablauf der bei allen Elemente-Kanälen gleich Proben gemeinsamen
Integrationszeit ste en in den Binärspeichern die zur Übertragung bereitgestellten
Daten auf den Leitungen 49-49''' der Datenübertragungseinheit 38 an. In Fig. 2 ist
durch Pfeilansätze über Pos. 30 angedeutet, daß die Element-Kanäle mehrfach, den
zu analysierenden Elementen zahlmäßig entsprechend ausgebildet sind. Die Datenübertragungseinheit
38 vereinigt alle Datenkanäle, für die vom Rechner nacheinander einzulesenden meßwertintensitätsdaten,
auf einen einzigen Informationsweg. Zum Funktionsstart der Datenübertragung wird
zuerst von der Zeitvorwahleinheit 34, die dem wichtigsten Analysen-Element zugeordnet
ist, die Integrations- Zählzeit-"Ende"-Meldung über die Datenübertragungseinheit
38 dem Rechner als Steuerungsmeldung 39 für den Beginn des Dateneinlese-Prozesses
gemeldet. Diese Meldung verursacht im Rechner
@@@ ta@@ @@@ @@n@@@@@.
@@, Ges n@@@ @riositüten @efinierten ersten einzulesenden Kanals. Gleichzeitig @@@@
als Gegenquittung die Zählerstartinformation 39 '''' @@saktioniert.
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@ie @anal@@@@@@ @9'' verursacht ihrerseits in der Datenübertragungseinheit
3@ die Bereitstellung der Daten auf lem Informationsweg, in dem nach einem Zeitablauf,
der intern vorgegeben wird, die Datenbereitstellung über die @reigabe- Bausteine
und @elais-Multiplexer auf den Informationsweg gegeben werden. Zur Datenbereitstellung
@ehört auch @ie Berechnung des Paritätsbit, welches mit den Daten gemeinsam, de
@bertragungsleitung 39 bereitgestollt wird. Der Ablauf dieser Zeit für die Datenbereitstellung
@ird dem @echner über ein kurzes dynamisches @ingangssignel @9''' mitgeteilt. ber
@@@@ner aktiviert daraufnin zuerst die Übernahme der Laten in dem er die Eingangskanäle
@@ einliest und @ür die weitere Verarbeitung nach der positiven @icherheitsprüfung
der Paritätsh@ntrolle speichert. Nach Beendigung dieses Vorganges setzt er @ie @analanwahl
zurück und aktiviert die nächste zu übertragende K@nalanwahl auf den Steuerungsleitung
in einer "1 aus n"-Sodierung. @iese Meldung startet die neue @atenbereitstellung,
und läpt die Zeit für diese, einschließlich der Eultiplexer-@unktion ablaufen. Das
Datenbereitsteilungsende @ird dem @@chner über die gleiche
In@ermationsie@tung
@@''' zuge@ührt, d@mit @ieser n@@ dem er die Daten eingelesen hat wieder die veru@sachende
@analanwahl zurücksetzen und die nächste aktivieren kann.
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Diese Funktionsabläufe des Dateneinlesens werden so ont wiederholt,
bis die Daten aller Kanäle eingelesen, geprüft und gespeichert sind. Nach Ablauf
des Einlesens der letzten Kanalanwahl wird nur diese zurückgesetzt und die Zählerneustartinformation
39"" an die Datenübertragungseinheit gemeldet, welche von dort die Integrationszähler
auf null setzt und nun startet, aber auch gleichzeitig die @unktionsaktivierung
der Binär-Speicher bewirkt.
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Als Funktionsgegenquittung wird die Zählzeit-"@nde"-Meldung desaktiviert,
damit die Steuerungsabläufe gesichert gegen Störinformationseinflüsse auf dem Leitungsweg
ausgeführt werden können.
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Nach Ablauf der Integrationszeit wiederholt sich der oben beschriebene
wortsequentielle Datenübertragungsvorgang durch die Integrations-Zählzeit-"Ende"-Meldung.
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Der besondere Vorteil der Ablaufaktivierungen und Desaktivierungen
der beschriebenen Steuerungsvorgänge besteht darin, daß die an der Schnittstelle
40 gegebenen Signalveränderungen nur kurzzeitige Rechenoperationen auslösen, wonach
die Fertigmeldungen der Funktions-Steuerungen sofort ergehen, damit andere nicht
für die Meßdatenerfassung bestimmte Operationen rechnerintern während
der
@elaiswarte-Zeiten aktiviert werden können. Auf diese Weise wird der Rechner :;hrend
der, im Millisekundenbereich liegenden, relaisbedingten @artezeiten, die für die
Datensteuerungssicherung benötigt werden nicht belegt, @.@. daß die Prozeßrechnerbelegungszeiten
vorteilhaft nur für die wirklichen kurzzeitigen @teuerungs@unktionsablauge (im i4illisekuna-ebereic4)
in Anspruch genommen sind.
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@ie digitale Meßwerterïassungsvorrichtung die nach dieser Erfindung
auf die Rohmehlvergleichmäßigungsregelung beipielhait abgestellt ist, kann olme
wesentliche Änderungen auch für alle anderen Analysensysteme verwendet werden, wo
kontinuierliche Energie- oder Meßwert-Impulse für Materialuntersuchungen zum Zweck
der Regelung mit Digital-Prozeßrechnern abgegeben oder ausfilterbar bereitgestellt
werden.
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Patentansprüche