-
-
BESCHREIBUNG
-
Dosierungssteuervorrichtung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Steuerung der intermittierenden, zumindest anfänglich simultanen Zufuhr zweier
Flüssigkeiten in einem bestimmten, frei wählbaren Mengenverhältnis.
-
Die Dosierung zweier Flüssigkeiten V und F kann prinzipiell kontinuierlich
(z.B. 10 Liter/Stunde von V und 20 Liter/ Stunde von F) oder intermittierend (z.B.
auf einen Befehl werden 10 Liter von V und 20 Liter von F zugeführt) erfolgen. Sie
kann ferner sequentiell (zunächst V und nachher F) oder simultan (V und F werden
zumindest teilweise gleichzeitig zugeführt) geschehen. Schließlich kann sie in absoluter
(z.B. 10 Liter von V und 20 Liter von F) oder relativer (z.B. im Verhältnis V :
F = 1 : 2) Art vorgenommen werden.
-
Diesen Definitionen entsprechend betrifft die Erfindung eine Dosierungsvorrichtung
mit intermittierender, simultaner, relativer Dosierung.
-
Die heute am meisten eingesetzten Vorrichtungen zur intermittierenden,
relativen Dosierung arbeiten nicht simultan, sondern sequentiell, indem mittels
eines (auf 100) gesetzten Zählers zunächst eine Menge (z.B. 80) der einen Flüssigkeit
und anschließend die Restmenge (100 - 80 = 20) der anderen Flüssigkeit abgezählt
werden. Diese Vorrichtungen sind schaltungsmäßig einfach, lassen sich aber nur dort
anwenden, wo simultane Zufuhr der Flüssigkeiten nicht verlangt wird.
-
Wird eine simultane Zufuhr gewünscht, dann werden, um die Verhältnisbildung
zu gewährleisten, komplizierte Schaltungen eingesetzt, die nur für anspruchsvolle
und kostspielige Anlagen in Frage kommen.
-
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung
zu schaffen, welche praktisch im Simultanbetrieb zu arbeiten gestattet und schaltungstechnisch
einfach aufgebaut ist.
-
Die Erfindung geht von der üblichen intermittierenden Anordnung zur
sequentiellen Dosierung zweier Flüssigkeiten in einem frei wählbaren Mengenverhältnis
aus und erweitert sie in eine für simultane Dosierung geeignete Vorrichtung, welche
dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen Vor- und einen Rückwärtszähler umfaßt,
welche zu Beginn des Dosierprozesses auf die gleiche Zahl gesetzt werden, und daß
der dazugehörige Setzbefehl aus der Stellungsänderung der den Flüssigkeitsdurchlauf
steuernden Ventile abgeleitet wird.
-
Im folgenden werden Ausführungsformen und vorteilhafte Einzelheiten
der Erfindung näher erörtert. Es zeigen: Fig. 1 eine Funktionsanordnung; Fig. 2
die grundsätzliche Auslegung des Dosierungssystems; Fig. 3 - 8 bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung und Fig. 9 ein komplettes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
-
Fig. 1 veranschaulicht die funktionelle Wirkung des Erfindungsgedankens:
Flüssigkeiten V und F werden entsprechend eines vorbestimmten, prozentuellen Verhältnisses
9 einem Behälter 1 simultan zugeführt, wobei der Prozessablauf folgender ist: Sinkt
das Gemischniveau im Behälter 1 unter einen Sollwert, dann gibt ein Niveaumelder
8 einen Füllbefehl an die Dosiervorrichtung 10 weiter. Diese besorgt, daß Ventile
5 und 4 aufgehen und daß die Flüssigkeiten V und F dem Behälter 1 zufließen. Die
zugeführten Mengen werden mittels Durchflußmessern 7 und 6 gemessen und die mengenproportionalen
digitalen Ausgangssignale (z.B. 1 Impuls pro Deziliter) werden an die Dosiervorrichtung
10 weitergeleitet. Diese besorgt,
daß die eingestellte Zahl (89)
von V-Impulsen (also 8,9 Liter von V) abgezählt wird, wonach Ventil 5 geschlossen
wird. Simultan und von der V-Steuerung unabhängig, wird die zu 100 komplementäre
Menge (100 - 89 = 11) von F (also 1,1 Liter von F) gezählt, wonach Ventil 4 geschlossen
wird. Ist das Ansprechniveau von Niveaumelder 8 noch nicht erreicht oder sinkt das
Gemischniveau im Behälter 1 erneut unter die Ansprechschwelle, dann wird ein neuer
Füllzyklus eingeleitet. Es sei bemerkt, daß es durch Drosselung von Leitungen 3
und 2 möglich ist, angenähert die gleichzeitige Schließung der Ventile 5 und 4 zu
erreichen und damit praktisch Simultanzufuhr von V und F zu gewährleisten. Ferner
ist ersichtlich, daß die Mengen V bzw. F = 1 - V dosiert werden, wenn die eingestellte
Zahl V beträgt, was einer Dosierung entsprechend einem (durch V bestimmten) konstanten
Mischverhältnis entspricht (z.B. V = 89 entspricht Dosierung nach den Verhältnissen
V/y+F)= 89% und F In Fig. 2 ist die grundsätzliche Auslegung der Dosiervorrichtung
dargestellt. Sie umfaßt Ventilsteuerschaltungen 13 und 14, einen Ventilstellungsdetektor
19, einen Differentiator 26, einen Vorwärtszähler 16, einen Rückwärtszähler 15 und
einen Vorwahlschalter 9. Kommt von einem Füllbefehlsfilter 21 ein Füllbefehl zu
den Ventilsteuerschaltungen 13 und 14, dann werden die Ventile 5 und 4 geöffnet
und die Flüssigkeiten V und F beginnen zu fließen. Gleichzeitig wird über den Ventilstellungsdetektor
19 (logische Verknüpfung) und den Differentiator 26 (Detektion der Stellungsänderung)
ein gemeinsamer Setzbefehl für den Vorwärts zähler 16 und den Rückwärtszähler 15
abgeleitet, welcher das Setzen beider Zähler auf das im Vorwahlschalter 9 gewählte
Mischverhältnis (z.B. 89%) veranlaßt. Die von den Durchflußzählern 6 und 7 abgeleiteten
Impulse werden im Vorwärtszähler 16 bzw.
-
im Rückwärtszähler 15 zur vorgewählten Zahl (z.B. 89) zu-bzw. abgezählt.
Damit wird, wie bereits erklärt, eine simultane intermittierende, relative Dosierung
auf einfachste Weise erreicht. Die Ableitung des Setzbefehls aus der Lageänderung
der Steuerventile (direkt durch Detektion der mechanischen Ventillage oder indirekt
durch Detektion der elektrischen Ventilsteuergröße) gestattet ferner ebenfalls auf
einfachste Weise eine für den praktischen Betrieb wichtige Verriegelung zu erzielen,
indem die Zähler dann und nur dann gesetzt werden, wenn die Ventile aufgehen.
-
Damit wird die Störsicherheit der Anlage wesentlich erhöht.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der erfidungsgemäßen Dosiervorrichtung
wird der Ventilstellungsdetektor 19 als logische ODER-Kombination der Ventilstellungen
ausgelegt (Fig. 3). Dadurch wird erreicht, daß bereits beim öffnen nur eines Ventils
der Setzbefehl ausgelöst wird und infolgedessen die Dosierung entsprechend den Mischverhältnissen
0% bzw. 100 % sichergestellt ist.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Dosiervorrichtung wird der den Dosierprozess einleitende Befehl mittels logischer
Filterung von Niveausensor-, Wiederhol- und Füllbefehl einerseits und aus steuerungsinternen
oder -externen Verbotsbefehlen andererseits, gewonnen. Durch diese Ausgestaltung
wird eine betriebsmäßig sehr flexible Füllbefehlserstellung erreicht. Ein Beispiel
hierfür ist in Fig. 5 dargestellt. Ein NAND-Tor T1 läßt alle Füllbefehle (Füllbefehl
aus Niveaugeber 8/Fig. 1; Wiederholbefehl aus Verzögerungsglied 27/ Fig. 3; externer
Füllbefehl aus Fernbetriebsdose 12/Fig. 9) durch,welche jedoch durch NAND-Tor T2
logisch filtriert werden, indem ein Durchlaß nur erfolgen kann, wenn auch beide
anderen Eingänge (interner Sperrbefehl aus Sperrgenerator 20 /Fig. 3; externer Sperrbefehl
aus Fernbetriebsdose 12 /Fig. 9) hoch sind.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung (Fig. 4) werden der Vor- und der Rückwärtszähler 16 bzw. 15 auf der
Zählimpulsseite, Verstärkungsentzerrer 18 bzw. 17 vorgeschaltet, welche eine eindeutige,
jedoch gegebenenfalls nichtlineare Umwandlung der von Durchflußzählern 7 und 6 erzeugten
Durchflußinformation gewährleisten. Durch diese Anordnung können systematische Fehler
in der Durchflußmessung (z.B. geschwindigkeitsabhängige) korrigiert werden. Umgekehrt
können aber auch nichtlineare Dosierzusammenhänge erzielt werden.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung werden die Befehle zur Schließung der Flüssigkeitssteuerventile aus
der Überlaufsmeldung des Vorwärtszählers, bzw. aus der Unterlaufsmeldung des Rückwärtszählers
abgeleitet. Diese Anordnung besitzt den großen Vorteil der Einfachheit. Ihre Verwendung
ist allerdings V auf die Dosierung von höheren Werten von /V + F zu beschränken,
da der Rückwärtszähler die Unterlaufsmeldung beim Übergang
anstatt
abgibt und infolgedessen die kleineren V t + F)-Mischverhältnisse um 1 verfälscht
werden.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung werden dem Rückwärtszähler 15 Mittel angegliedert, welche den bereits
erwähnten Unterlaufs fehler verhindern und dadurch eine exakte Dosierung V über
den ganzen V/(V + F) - Bereich gewährleisten. Wie dies beispielsweise erreicht werden
kann, zeigt Fig. 8 im Falle eines 2-dekadischen BCD-Rückwärtszählers 15. Ein Tor
T7 liefert einen Sperrbefehl (tief) nur wenn alle seine Eingänge hoch sind. Dies
ist nur der Fall, wenn beim dekadischen Wert 01 (BCD 0000.0001) ein Zählimpuls aus
dem Durchflußmeßverstärker 17 ankommt. In diesem Moment stehen
nämlich
Q80, Q40, Q20, Q10' Q8, Q4' Q2 tief und Q1 hoch.
-
Die Ausgänge von Toren T6, , T5, T4 stehen also hoch und der Ausgang
von Tor T3 wird durch den ankommenden Zählimpuls P1 von tief auf hoch geschaltet.
Damit wird also der Sperrbefehl beim Übergang von
also ein Schritt vor der von Zählern üblicherweise abgegebenen Unterlaufsmeldung
erzeugt.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung werden dem Füllbefehlsfilter 21(Fig. 1)Mittel vorgeschaltet, welche
das öffnen des V V-Ventils bei der Wahl /(V + F) = 0 verhindern.Die erfindungsgemäßen
Vorteile der Ableitung des Setzbefehls aus der Änderung der Ventilstellung bedingen
jedoch, daß eine Stellungsänderung stattfindet, d.h. daß etwas zufließt.
-
Diese Tatsache beschränkt also die niedrigste V/(V + F)-Wahl auf Menge
1, was bei den meisten vorkommenden Dosierverhältnissen belanglos ist. Wird jedoch
die Dosierung V/(V + F) = 0 gewünscht, dann kann sie erfindungsgemäß statisch aus
der Stellung von Vorwahlschalter 9 abgeleitet werden und zur Verriegelung des V-Ventils
verwendet werden.
-
Ein diesbezügliches Beispiel zeigt Fig. 7. Die anhand von Vorwahlschalter
9 eingestellte Vorwahl wird vom digitalen Nulldetektor 22 überwacht. Dieser liefert
am Ausgang ein Sperrsignal (tief) nur wenn alle Eingänge von Tor T8 hoch sind, respektive
wenn alle Eingänge von Toren Tg, T10, V T11, T12 tief sind, was eben nur bei der
Wahl /(V + F) = 00 % der Fall ist. Der erstellte Sperrbefehl wird dann im Tor 23
mit den gegebenenfalls vorkommenden Füllbefehlen logisch verknüpft und damit die
Ventilsteuerschaltung 13 gesperrt.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung kann die Einstellung der zu dosierenden Menge wahlweise lokal oder fernbedienbar
vorgenommen werden. Diese Anordnung wird vorteilhafterweise
beim
Einsatz einer zentralen computermäßigen Berechnung der Dosierverhältnisse eingesetzt,
wobei man trotzdem in Spezialfällen (Pannen der Zentraleinheit, Kontrollen) die
Vorteile der Lokalbedienung beibehalten will. Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiels
ist in Fig. 9 dargestellt, wo die Startzahl von Zählern 15 und 16 wahlweise mittels
Umschalter 28 lokal (9) oder fern (Steckdose 12) vorgenommen werden kann.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die erfindungsgemäße
Vorrichtung mit einer Prüfsteckdose versehen, an der die wichtigste Information
über die betriebsmäßigen Zustände während des Dosierprozesses abgenommen werden
kann. Diese Ausgestaltung erhöht wesentlich die Wartungsfreundlichkeit der Anlage,
da durch Anstecken eines entsprechend konzipierten Prüfgerätes an die oben erwähnte
Prüfsteckdose, Störungsursachen sofort erkannt werden können. Ein Beispiel hierfür
ist in Fig. 9 gezeigt, bei dem der Ventilzustand und der Zählerzustand an der Prüfsteckdose
11 zugänglich gemacht sind.
-
Als Schlußbeispiel sei in Fig. 9 eine Dosiervorrichtung dargestellt,
welche alle Merkmale der vorliegenden Erfindung umfaßt. Ihre Funktionsweise ist
die folgende: Lokal, (mittels Vorwahlschalter 9) oder fern (über Dose 12) wird wahlweise
(mittels Umschalter 28) das zu dosierende V/(V + F)-Mengenverhältnis eingestellt.
Sinkt in Tank 1 das Niveau unter einen Sollwert, dann erzeugt der Niveaumelder 8
über den Verstärker 25 einen Füllbefehl. Liegen am Füllbefehlsfilter 21 und der
Nullsperre 23 keine Sperrbefehle vor, dann werden über die Ventilsteuerungen 13
und 14 die Ventile 5 und 4 geöffnet. Gleichzeitig wird über den Ventilstellungsdetektor
19 und den Differentiator 26 die Stellungsänderung der Ventile festgestellt und
als Setzbefehl an die Zähler 15 und 16 weitergeleitet, welche infolgedessen den
vorgewählten V/(V + F)-Wert übernehmen.
-
Fließen nun V und F zu, dann erzeugen die Durchflußmesser 6 und 7
über die Verstärkungsentzerrer 18 und 17 durchflußmengenbezogene Zählimpulse, welche
in den Zählern 15 V und 16, von der eingestellten /(V+F)-Zahl ausgehend, ab-bzw.
zugezählt werden. Beim Überlauf von Vorwärtszähler 16 (Überschreiten der Grenze
99 -- 00) wird über die bistabile Ventilsteuerung 14 das F-Ventil 4 gesperrt. Das
Unterschreiten der Grenze 01 -- 00 am Rückwärtszähler 15 wird mittels des Nulldetektors
24 festgestellt und über die bistabile Ventilsteuerung 13 wird das V-Ventil 5 gesperrt.
-
Wird nach dieser Zufuhr das geforderte Gemischniveau im Behälter erreicht,
dann kommt die Dosiervorrichtung zur Ruhe. Wird hingegen das Sollniveau nicht erreicht,
dann läßt das Füllbefehlsfilter 21 einen vom Ventilstellungsdetektor 19 erzeugten
und in der Veruögerungsschaltung 27 etwas verzögerten RPT-Wiederholimpuls durch,
welcher einen neuen Füllzyklus einleitet. Die Sperrung des V-Ventils bei V der Wahl
V/(V + F) = 0% wird vom Nulldetektor 22 über das Tor 23 vorgenommen. Die Vermeidung
der Unterbrechung eines bereits eingeleiteten Füllzyklus wird durch Erzeugung (aus
Ventilstellungsdetektor 19 über Verstärker 20) eines Sperrsignals ENA erreicht,
welches das Füllbefehlsfilter 21 während der Flüssigkeitszufuhr sperrt. Externe
Ventilöffnungsbefehle (ON EXT) und externe Ventilsperrbefehle (OFF EXT) können über
die Fernbetriebssteckdose 12 dem Füllbefehlsfilter 21 zugeführt werden. Ihre Ausführung
ist jedoch erst nach dem Ende des gegebenenfalls angelaufenen Füllzyklus möglich.
Der Betriebszustand der Dosiervorrichtung (Ventillage, Zählerstand) ist über die
Prüfsteckdose 11 ohne jegliche Störung des Prozesses jederzeit kontrollierbar.
-
Obwohl in der obigen Beschreibung von Flüssigkeiten die Rede ist,
kann die Vorrichtung mittels geeigneter Sensoren auch für die Dosierung von Mehlen,
Pulvern, Granulaten,
Teilchen u.s.w. sinngemäß verwendet werden.
Maßgebend für ihren Einsatz ist nur, daß die kleinstdosierbare Menge mit der angestrebten
Dosiergenauigkeit in Einklang steht. Dosiert man z.B. unter Angabe eines %-igen
Verhältnisses, dann muß die kleinstdosierbare Menge 1% (oder einen Bruchteil davon)
betragen.