DE2805989C2

DE2805989C2 - Selbsttätige Steuerung für den Schaltmotor von elektromechanischen, selbsteinspielenden Waagen

Info

Publication number: DE2805989C2
Application number: DE2805989A
Authority: DE
Inventors: Erich 3406 Bovenden Knothe; Franz-Josef Ing.(grad.) 3414 Hardegsen Melcher; Franz Dipl.-Ing. 3400 Göttingen Rossmann
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1978-02-13
Publication date: 1986-11-06
Also published as: DE2805989A1; FR2417130B1; GB2014385B; US4235296A; CH639758A5; FR2417130A1; GB2014385A

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Steuerung für den Schaltmotor von elektromechanischen, selbsteinspielenden Waagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Eine derartige selbsttätige Steuerung ist aus der DE-AS 21 31 058 bekannt. Bei dieser bekannten Steuerung wird der Analogmeßwert einem Digitalvoltmcter zugeführt. Den Grenzen des Anzeigemeßbereiches dieses Digitalvoltmeters sind Schalter im Digitalvoltmeter zugeordnet. Wenn diese Grenzen erreicht oder überschritten werden, so werden nach Ablauf einer Ver/.ögerungszeit von 2,5 Sekunden eines Verzögerungsschaltgliedes, das Bestandteil des Digitalvoltmeters ist,

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diese Schalter geschlossen, und hierdurch wird nach ei- bereiches dient, während bei der bekannten Wägevorner Verzögerung die Schaltgewichtsverstellvorrichtung richtung die Grobmessung so genau durchgeführt wer-

ausgelösL Es ist noch eine zweite Verzögerung vorgese- den muß, daß die Gewichtsschaltung richtig gesetzt

hen, die nach einem Gewichtsschalten die Verstellvor- werden kann.

richtung eine bestimmte Verzögerungszeit von 2,5 Se- 5 Schließlich ist ein Vorteil der erfindungsgemäßen künden lang außer Betrieb gesetzt. Wenn das gemesse- Steuerung darin zu sehen, daß sie lediglich eine elektrone Gewicht weitere, weit außerhalb der ersten liegen- magnetische Kompensationseinrichtung benötigt, die den Grenzen überschreitet, kann diese zweite Verzöge- das Gewicht in der Größenordnung eines Schaltgewich-

rung ausgeschaltet werden, wobei jedoch die erste, dem tes zu kompensieren braucht Dies bringt insbesondere

Digitalvoltmeter zugeordnete Verzögerung von 2$ Se- io Vorteile bezüglich einer geringeren Verlustwärme, ei-

kunden, die verstreichen, ehe nach Erreichung eines nes geringeren Gewichtes und einer mit einfachen Mit-

Grenzwertes eine Schaltung durchgeführt wird, ver- teln zu erreichenden höheren Genauigkeit.

bleibt Diese bekannte selbsttätige Schaltgewichtsver- Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen in der fol-

stellvorrichtung weist rlsmnach eine systemeigene Ver- genden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figu-

zögerung und damit eine Meßgeschwindigkeitsgrenze 15 ren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigt

auf, die bei häufig durchzuführenden Meßvorgängen, F i g. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausfüh-

insbesondere bei automatisierten Prozessen nicht in rungsform und

Kauf genommen werden kann. Fig. 2 ein schematisches Schaftbild einer weiteren

Bei einer anderen, aus der DE-AS 12 94 056 bekann- Ausführungsform.

ten Wägevorrichtung folgen drei Schritte zeitlich hin- 20 Fig. 1 zeigt schematisch eine Waage 12, deren Waa-

tereinander, nämlich zunächst eine Grobwägung, dann gebalken an einem Ende eine Lasiühale 14 zur Aufnah-

Einsetzen der Gewichte und dann eine Feir.wägung, die me einer I.ast 15 trägt und am anderen Ende eine Ge-

nacheinander durchlaufen werden müssen, ohne einen wichtsschale 16, die zur Aufnahme von Schaltgewichten

dieser Schritte auszulassen. Dabei erfolgt die Umschal- 17 dient

tung zwischen Grob- und Feinwägung am Meßwert- 25 Die Waage 12 weist eine nicht näher dargestellte

wandler, wobei jeweils nur der eine oder der andere elektromagnetische Kompensationseinrichtung auf, die

Zustand eingestellt werden kann. teilweise die Last 15 innerhalb vorbestimmter Grenzen

Aufgabe der Erfindung ist es, eine selbsttätige Steue- kompensiert Das Wägeergebnis ergibt sich aus den a.uf-

rung für den Schaltmotor von elektromechanischen, gelegten Gewichten 17 und einer entsprechenden An-

selbsteinspielenden Waagen der im Oberbegriff des An- 30 zeige der nicht dargestellten Kompensationsvorrich-

spruchs 1 angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß tung.

die Wägevorgänge einschließlich Motorgewichtsschal· Die elektromagnetische Kompensationsvorrichtung tung in wesentlich kürzerer Zeit durchgeführt werden weist einen Analogmeßwertgeber 1 auf, der einen Anakönnen, logmeßwert gibt Beispielsweise kann, wie an sich be-Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im 35 kannt, aus dem Kompensationsstrom eine Analogspankennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen nung abgeleitet werden, und diese kann als Analogmeß-Merkmaie in Verbindung mit den Gattungsmerkmalen wert verwendet werden.

gelöst. Der Meßwandler 1 ist mit einem langsamen, hochauf-Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind den lösenden A/D-Wandler I 2 verbunden, der seinerseits Unteransp-üchen zu entnehmen. 40 über den Zähler 3 mit dem Rechner 4 in Verbindung Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, sieht Dieser Rechner ist ein Digitalrechner, und von daß eine gleichzeitige Durchführung der Grobmessung diesem Rechner 4 wird die Digitalanzeige 9 betätigt und der Feinmessung möglich ist, wobei die Grobmes- Der Rechner 4 wirkt unmittelbar auf die Motorsteuesung die gleichzeitig ablaufende Feinmessung dann und rung 6 ein, die derart ausgelegt ist, daß sie auch eine nur dann unterbricht, wenn die durch diese festgestellte 45 Vorwärts- und Rückwärtssteuerung djs nachgeschalte-Gewichtsabweichung zu einer Überschreitung des obe- ten Schaltmotors 7 durchführen kann. Der Schaltmotor ren oder Unterschreitung des unteren Grenzwertes 7 kann über die Gewichtssteuerung 8 in an sich bekannführt. Wird im Rahmen einer solchen Grobmessung ter Weise die Schaltgewichte 17 auf die Waagschale 16 kein Über- bzw. Unterschreiten der Grenzwerte festge- auflegen oder von dieser ablegen. Die Schaltgewichte stellt, wird die mit der Gjobmessung gleichzeitig begon- 50 17 können, wie angedeutet, nach dem Binärcode genene Feinmessung ungestört zu Ende geführt Es wird schaltet werden,
somit seh- viel Zeit gewonnen. Der Rechner 4 ist über eine Leitung 18 mit dem Zäh-

Selbst bei einer großen Differenz zwischen aufgeleg- ler 3 verbunden, um diesen zurückstellen zu können,

tem Gesamtgewicht einerseits und Gewicht des Wäge- Der Rechner 4 und der A/D-Wandler 2 erhalten über

gutes andererseiis beginnen sofort nach dem abge- 55 Leitungen 19 von finem Quarzoszillator 5 Taktimpulse,

schlossenen Vorgang des Schaltens der Gewichte und Wie in F i g. 1 dargestellt, ist eine Bypaßleitung 70

der vorgesehenen Einschwingzeit die Grob- und Fein- vorgesehen, die den Analogmeßgeber 1 direkt mit dem

messung wiederum parallel. Rechner 4 verbindet, und in diese Bypaßleitung 20 ist ein

Der Zeitgewinn, der mit der erfindungsgemäßen schneller grobaulösender A/D- Wandler eingeschaltet Steuerung möglich ist. macht sich insbesondere bei kiei- 60 Die Betriebsweise der in Fi g. 1 schematisch dargenen Lasten bzw. kleinen Laständerungen besonders stellten Steuerung soll an Hand eines Ausfübrungsbeideutlich bemerkbar, da in einem solchen Fall die Ge- spieles erläutert werden. Es sei angemx-Timen, daß der wichtsschaltung gar nicht oder höchstens einmal betä- Wägebereich der Waage 166 g beträgt und daß der Betigt zu werden braucht reich der elektromagnetischen Kompensation 16 g be-Außerdem wird bei der erfindungsgemäßen Steue- 65 trägt und daß 15 Cüwichtc von je 10 g vorgesehen sind, rung dadurch Zeit gewonnen, daß die Grobmessung viel die nach dem Binärcode schaltbar sind. Dies bedeutet, schneller durchgefühlt werden kann, da sie nur zur Fest- daß der Kompensationsbereich um etwa 60% größer stellung des Über- bzw. Unterschreitens des Feinmeß- als der von jedem Schaltgewicht erfaßte Bereich ist. Bei

dieser Ausführungsform kann man dem schnellen und grobauflösenden A/D-Wandler 2 einen unteren und oberen Grenzwert zuordnen, beispielsweise einen unteren Grenzwert von 1 g und einen oberen Grenzwert von 14 g. Wenn nun bei einem Meßvorgang der schnelle und grobauflösende A/D-Wandler 10 einen Wert mißt, der unterhalb von 1 g liegt, dann wird über den Regelkreis, bestehend aus dem Rechner 4, der Motorsteuerung 6, dem Schaltmotor 7 und der Gewichtssteuerung 8, ein Schaltgewicht von 10 g abgenommen. Beim nächstfolgenden Meßvorgang wird dann ein Wert: von etwa 11 g gemessen, und dies löst keine Gewichtsschaltung mehr aus, so daß nunmehr der langsame hochauflösende A/D-Wandler 2 und der zugeordnete Meßkreis arbeiten können, um nach der unmittelbar durchgeführ- is ten Schaltkorrektur eine genaue Messung durchzuführen.

Wenn bei der Messung ein Wert von 14 g beim gewämicii AüäfQhfüMgsucispici überschritten wird, so bewirkt der schnelle und grobauflösende A/D-Wandler 10 über den Regelkreis die sofortige Zuschaltung eines Schaltgewichtes. Wurden diese 14 g nur wenig überschritten, so erfolgt beim nächsten Meßvorgang eine Messung im Bereich von 4 g oder etwas darüber, und zwar erfolgt diese Messung wiederum über den langsamen und hochauflösenden A/D-Wandler 2 und den zugeordneten Meßkreis.

Werden jedoch bei diesem gewählten Beispiel diese 14 g erheblich überschritten, beispielsweise um weitere 10 g oder mehr, dann registriert der schnelle und grob auflösende A/D-Wandler wiederum die obere Grenze von 14 g oder mehr, und es wird über den Regelkreis ein weiterer Schaltschritt veranlaßt.

Der schnelle und grobauflösende A/D-Wandler 10 benötigt relativ wenig Schritte, beispielsweise eintausend Schritte, oder des einfacheren Vergleichs wegen, eintaussndsechshundert Schritte für den Meßbereich von 16 g, während der hochauflösende, genaue, langsame A/D-Wandler 2 für den Meßbereich von 16 g bei der beschriebenen Ausführungsform einhundertundsechzigtausend Schritte benötigt Hierfür ist eine Meßzeit von etwa einer Sekunde erforderlich, wobei sich die Gesamtmeßzeit beispielsweise aus einhundertachtundzwanzig Untermessungen von 7,81 ms zusammensetzen kann. Der schneller arbeitende, jedoch grobauflösende A/D-Wandler 10 benötigt für seinen Meßbereich (tausend bzw. eintausendsechshundert Schritte) eine Meßzeit von weniger als einem Hundertstel dieser Zeit, nämlich weniger als 10 Millisekunden, was etwa der Zeit einer Untermessung des langsamen hochauflösenden AJ so D-Wandlers 2 entspricht

Wenn angenommen wird, daß kein Schaltgewicht 17 aufgelegt ist, jedoch die Last 15 im Bereich der oberen Grenze des Meßbereichs der Waage 12 liegt, dann sind bei der nachfolgenden Wägung sämtliche fünfzehn Schaltgewichte 17 aufzulegen, ehe die eigentliche endgültige Messung durchgeführt werden kann. Durch die Einschaltung des schnellen grobauflösenden A/D-Wandlers 10 in der in Fig. 1 dargestellten und oben beschriebenen Weise wird für das Schalten aller fünfzehn Schaltgewichte 17 insgesamt eine Zeit benötigt, die sich aus der fünfzehnfachen Meßzeit des schnelleren grobauflösenden A/D-Wandlers 10, dessen Meßzeit kleiner als 10 Millisekunden ist, zuzüglich der Totzeit für den Einschwingvorgang bei jeder Messung zusammensetzt, die durch einen vorgeschalteten Tiefpaß bestimmt wird, wobei diese Totzeit in der Größenordnung von einer Sekunde liegt, d h. also zuzüglich fünfzehn Sekunden. Würde man bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltung den schnellen grobauflösenden A/D-Wandler 10 nicht benutzen, so wird die Meßzeit erheblich verlängert, da sich die Meßzeit dann zusammensetzt aus fünfzehn mal einer Sekunde Meßzeit des hochauflösenden A/D-Wandlers 2 zuzüglich fünfzehn mal eine Sekunde Totzeit. Dieser Zeitunterschied ist bei oft durchzuführenden Meßvorgängen von außerordentlicher Bedeutung, und zwar insbesondere dann, wenn die Waage 12 in einen automatisierten Prozeß eingeschaltet ist.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform der Schaltung wird der schnelle grobmessende oder grobintegrierende A/D-Wandler 10 nicht mehr verwendet. Dafür ist der Rechner 4 über eine schematisch bei 11 dargestellte Leitung mit dem hochauflösenden A/D-Wandler 2 zum Synchronisieren dieses Wandlers und zum Abrufen von Untermeßwerten verbunden. Um dem Nachteil der langen Integrationszeit des hochauflösenden A/'D-Wandiers aus dem Weg zu gehen und um die gleichen Vorteile zu erzielen, die durch Parallelschaltung eines grobauflösenden A/D-Wandlers erzielt werden können, werden während der Integrationszeit öfter in definierten Zeitabständen Untermeßwerte aus dem hochauflösenden A/D-Wandler geholt und mit gespeicherten entsprechenden Grenzwerten verglichen. Wenn beispielsweise, wie im Vorstehenden dargelegt, der hochauflösende A/D-Wandler hundertachtundzwanzig üntermessungen von 7,81 ms durchführt, so kann schon nach 7,81 ms die erste Untermessung abgerufen und mit einem entsprechenden Grenzwertpaar verglichen werden, so daß bei Über- oder Überschreitung eines dieser Grenzwerte sofort eine entsprechende Schaltgewichtsauflage oder Schaltgewichtsabnahme durchgeführt werden kann. Es ist zu erkennen, daß diese Arbeitsweise auf eine äußerst kurze Untermeßzeitspanne anspricht Der Vergleich ist natürlich umso genauer, je mehr die Unterrnessting beim endgültigen Meßwert liegt, jedoch ist bereits die erste Untermessung ausreichend, um eine sofortige erforderliche Kompensation durchführen zu können.

Um im Rechner 4 oder in zugeordneten Schalteinheiten den bei dieser Arbeitsweise benötigten Speicherplatz zu vermindern, kann, wie folgt, gearbeitet werden.

Es werden während der Integrationszeit des hochauflösenden A/D-Wandlers 2 vom Rechner 4 zeitlich aufeinanderfolgende Untermeßwertpaare herausgeholt und aus diesen Paaren wird dann jeweils die Differenz gebildet und die wird dann mit entsprechenden oberen und unteren gespeicherten Grenzwerten verglichen, wobei bei einer Ober- bzw. Unterschreitung eine^r entsprechenden Grenze dann wiederum sofort, ohne die endgültige Integration abzuwarten, eine entsprechende Gewichtskorrektur durchgeführt wird, so daß auch hier der Schaltvorgang und damit der ganze Wägevorgang außerordentlich beschleunigt wird. Bei beiden Ausführungsbeispielen benötigt der gesamte Regelkreis, der den Analogmeßwertgeber 1, den A/D-Wandler 2, den Zähler 3, den Rechner 4, die Motorsteuerung 6, den Motor 7 und die Gewichtssteuerung 8 umfaßt, eine Zeit, die beispielsweise eine Drehzahl des Motors 7 von acht U/min erlaubt Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht für jede Gewichtsschaltung zum Messen, Verrechnen und zur Entscheidung, ob Weiterschalten oder nicht, eine Zeit von < 100 ms zur Verfügung.

Zweckrnäßigerweise wird bei allen diesen beschriebenen Arbeitsweisen so vorgegangen, daß nach einer Gewichtsschaltung die Integration abgebrochen und erneut gestartet wird. Hierdurch ist eine sukzessive Ar-

beitsweise möglich.

Die erforderlichen Grenzwerte können durch die Rechner 4 selbst aus dem vorgegebenen Nullwert und der vorgegebenen Höchstlast ermittelt werden.

Die verwendeten A/D-Wandler können bezüglich der Auflösung und Meßzeit umschaltbar sein und insbesondere als Funktion einer GewichtsänderungsgeschwindigLiit synchronisierbar sein, d. h. daß deren programmierte lineare Integrationszeit entsprechend einstellbar ist. ίο

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Selbsttätige Steuerung für den Schaltmotor von elektromechanischen, selbsteinspielenden Waagen mit Schaltgewichten und einer elektromagnetischen Kompensationseinrichtung, von deren Analogmeßwertgeber ein Analogmeßwert, welcher bei Oberbzw. Unterschreitung eines oberen bzw. unteren Grenzwertes eine Schaltmotorbetätigung auslöst, einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogmeßwertgeber (1) mit einem die Steuerung (6) für den Schaltmotor (7) und eine Anzeige (9) betätigenden Rechner (4) über eine A/D-Wandlerschaltung (2, 10) verbunden ist, daß die A/D-Wandlerschaltung (2, 10) dem Rechner eine zur Wägung dienende, zur Aufintegration benutzte Feininformation und parallel zu dieser eine schnelle, der Feininformation vorauslaufende Grobinformation, die bei einer Grenzwertübersth/eitung eine Schaltmotorbetätigung auslöst, zuführt, daß der elektromagnetische Kompensationsbereich in der Größenordnung des Gewichtsbereiches eines Schaltgewichtes liegt, daß der obere und untere Grenzwert innerhalb der Grenzen des elektromagnetischen Kompensationsbereiches liegen und daß nach Ober- bzw. Unterschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes und entsprechender Gewichtsschaltung die Integration abgebrochen und erneut gestartet wird.

2. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner (4) ein Zähler (3) zur Aufintegration der &f eßwerte vorgeschaltet ist

3. Selbsttätige Steuerung nacr Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochauflösender A/D-Wandler 1 (2) zwischen den Analogmeßwertgeber (1) und den Rechner (4) geschaltet ist und daß ein schnellerer, grobauflösender A/D-Wandler II (10) parallel zum hochauflösenden A/D-Wandler I zwischen den Analogmeßwertgeber (1) und den Rechner (4) geschaltet ist (F i g. 1).

4. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich ein hochauflösender A/D-Wandler (2) zwischen den Analogmeßwertgeber (1) und den Rechner (4) mit Zähler (3) geschaltet ist und dieser hochauflösende A/D-Wandler (2) unter Umgehung des Zählers (3) vom Rechner direkt (11) synchronisier- und abrufbar ist.

5. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rechner (4) in definierten Zeitabständen Meßwerte von Untermessungen aus dem hochauflösenden A/D-Wandler (2) abrufbar und mit gespeicherten Grenzwerten vergleichbar sind und daß bei Überschreitung bzw. Unurschreitung gegebener gespeicherter Grenzwerte eine Schaltmotorbetätigung auslösbar ist

6. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rechner (4) in definierten Zeitabständen Meßwertpaare aufeinanderfolgender Untermessungen aus dem hochauflösenden A/D-Wandler (2) abrufbar und daraus Meßwertdifferenzen bildbar sind, die mit gespeicherten Grenzwerten vergleichbar sind und daß bei Überschreitung bzw. Unterschreitung dieser Grenzwerte eine Schaltmotorbetätigung auslösbar ist.

7. Selbsttätige Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein in seiner Auflösung und Meßzeit umschaltbar integrierender A/D-Wandler zwischen den Analogmeßwertgeber (1) und den Rechner (4) geschaltet ist

8. Selbsttätige Steuerung nach einem der Ansprüehe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit einer Gewichtsänderung feststellbar ist und daß der (2) und die (2,10) A/D-Wandler als Funktion dieser Gewichtsänderungsgeschwindigkeit synchronisierbar ist oder sind.

ίο

9. Selbsttätige Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß der Schaltmotor (7) ein Schrittschaltmotor ist und daß gemäß der saikzessiven Aproximationsmethode gearbeitet wird.

10. Selbsttätige Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die GreEizwerte durch den Rechner (4) aus dem vorgegebenen Nullpunkt und der vorgegebenen Höchstlast ermittelbar sind.

Ii. Selbsttätige Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der in jedem A/D-Wandler (2,10) vorhandene Tiefpaß abschaltbar bzw. dessen Zeitkonstante verkleinerbar

ist

12 Selbsttätige Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher auch mit dem genauen Gewichtswert eine Korrektur der Gewichtsverstellvorrichtung durchführbar ist

13. Selbsttätige Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtssteuerung in einem Kompensationsbereich wahlweise ein- und ausschaltbar ist

14. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschalteinrichtung bei Gewichtsüberschreitung unwirksam ist und bei Gewichtsunterschreitung nur bis zum gewählten Gewichtsschaltschritt zurückläufs.

15. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß von einem gewählten Gewichtsschaltschritt bei Gewichtsüber- oder -unterschreitung nur jeweils ein Schaltschritt ausführbar ist

16. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsschaltschrittbreite wählbar ist

17. Selbsttätige Steuerung nach einem der Ansprüche 13 bis lö, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung der Gewichtsverstellung beim Netzeinschalten aufhebbar ist.