DE3706708A1 - Verfahren zum steuern des durchsatzes bei der zufuehrung von wiegegut zu einer waage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, durch das der Durchsatz oder die Rate der Zuführung von Wiegegut zu einem Wiegebehälter oder einer Waagschale einer Waage so gesteuert werden kann, daß dem Wiegebehälter oder der Waagschale ein bestimmtes Gewicht des Wiegegutes zugeführt werden kann. Das Verfahren ist besonders für eine automatische Zuführungsvorrichtung einer Kombinationswiegemaschine geeignet.

Bei automatischen Kombinationswiegemaschinen werden die verschiedenen Wiegebehälter vorzugsweise mit einem bestimmten Wiegegut gewicht beschickt, welches vorab entsprechend einem gewünschten Kombinations-Sollgewicht gewählt wird. Zur Zuführung des Wiegegutes zu einem Wiegebehälter ist häufig knapp oberhalb des Wiegebehälters ein Aufnahme- oder Zwischenbehälter angeordnet, der eine gewisse Menge des Wiegegutes aufnimmt und durch eine gesteuerte Auslaßschleuse oder -türe in den Wiegebehälter abgibt. Die Auslaßschleuse wird gewöhnlich nach Entladung des Wiegebehälters geöffnet und wieder geschlossen, wenn die Waage ein vorgegebenes Gewicht anzeigt. Für eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ist es wünschenswert, den Wiegebehälter so schnell wie möglich wieder zu beschicken. Wenn jedoch das Wiegegut aus dem Zwischenbehälter in einen breiten Strom mit hoher Fließgeschwindigkeit entladen wird, tritt ein starkes Überschwingen des von der Waage erzeugten Gewichtswertes auf und eine exakte Beschickung ist daher nicht möglich.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, arbeitet man derzeit meistens mit einer sogenannten dreistufigen Beschickung. Bei einem solchen Verfahren wird die Größe der Öffnung der Auslaßschleuse auf drei verschiedene Werte eingestellt, die in Fig. 1 mit G 1, G 1′ und G 2 bezeichnet sind und einer groben, einer mittleren bzw. einer feinen Zuführungsrate entsprechen. Wie die Zeichnung zeigt, wird die Größe der Schleusenöffnung an den Zeitpunkten t 0, t 1, t 2 und T 3 jeweils abrupt geändert, wegen des vertikalen Abstandes zwischen dem Wiege- und dem Zwischenbehälter ist die Ansprache der Waage jedoch verzögert und tritt erst an den in Fig. 1b dargestellten Zeitpunkten L 0, L 1, L 2 bzw. L 3 ein. Auch bei diesem Verfahren tritt ein erhebliches Überschwingen der Waage auf, wie es bei A′, B′ und C′ dargestellt ist, und das Gewicht des Wiegegutes im Wiegebehälter schwankt daher bezüglich eines vorgegebenen Sollgewichtes W _p erheblich. Es ist daher schwierig, die Differenz d zwischen dem Sollgewicht W _p und dem Gewichtswert W 3 entsprechend dem Zeitpunkt t 3 zu bestimmen, bei dem die Auslaßschleuse des Zwischenbehälters geschlossen werden muß.

Aus der JA-OS P 60-2 38 723 ist es bekannt, zur Vermeidung des Überschwingens die Größe Gx der Schleusenöffnung zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 2 als lineare Funktion des festgestellten Gewichtes Wx des Wiegegutes entsprechend der folgenden Gleichung zu steuern:

Die Fig. 2a und 2b zeigen den Zusammenhang zwischen der Größe der Schleusenöffnung bzw. des festgestellten Gewichtes des einer solchen Waage zugeführten Wiegegutes in Abhängigkeit von der Zeit. Wie aus Fig. 2b ersichtlich ist, treten immer noch eine gewisses Überschwingen und eine entsprechende Schwankung des Endgewichtes auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum automatischen Steuern der Schleusenöffnung einer Zuführungsvorrichtung anzugeben, bei dem das oben geschilderte Problem bezüglich des Überschwingens völlig vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird die Größe der Auslaßschleusenöffnung einer Gutzuführungsvorrichtung zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 2 in Fig. 2 proportional einer bestimmten Potenz der Differenz zwischen dem augenblicklichen Gewicht Wx und dem Gewicht W 2 entsprechend dem Zeitpunkt t 2 gesteuert. Im vorliegenden Falle kann der Begriff "Größe der Schleusenöffnung" durch den allgemeineren Begriff "Strömungsrate" oder "Durchsatz" des Produktes ersetzt werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 graphische Darstellungen der Größe einer Auslaßschleusenöffnung bzw. des von einer Waage angezeigten Gewichtswertes in Abhängigkeit von der Zeit bei den oben erwähnten bekannten Verfahren;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Waage, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Schritte eines Programmes zur Steuerung der Waage gemäß Fig. 3 entsprechend einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens darstellt und

Fig. 5 eine Fig. 1 und 2 entsprechende graphische Darstellung der Zeitabhängigkeit der Schleusenöffnung bzw. des von der Waage angezeigten Gewichtes bei der Durchführung des Programmes gemäß Fig. 4.

Fig. 3 zeigt stark vereinfacht eine Wiegeeinheit der aus der oben erwähnten japanischen Patentoffenlegungsschrift bekannten Kombinationswiegemaschine, bei der das vorliegende Verfahren Anwendung finden kann. Die Wiegeeinheit enthält einen Speicher- oder Zwischenbehälter 2 zur vorübergehenden Aufnahme von Wiegegut, das diese Behälter durch eine geeignete, bekannte Zuführungsvorrichtung zugeführt wird, die zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der Zwischenbehälter hat am Boden einen Auslaß, der normalerweise durch einen Schließkörper oder eine Türe 4 einer Auslaßschleuse geschlossen werden kann, deren Öffnung mittels eines Servomotors 10 über ein Untersetzungsgetriebe 6, 8 kontinuierlich steuerbar ist. An der Welle des Motors 10 ist ein Drehwinkelgeber 12, z. B. ein Potentiometer angebracht, um den Drehwinkel zu bestimmen und ein der augenblicklichen Öffnung der Schleuse 4 entsprechendes Signal zu erzeugen. Das die Größe der Schleusenöffnung anzeigende Signal vom Geber 12 wird einem Servoverstärker 4 zugeführt.

Die Wiegeeinheit enthält ferner einen Wiegebehälter 16, der knapp unterhalb des Zwischenbehälters 2 angeordnet ist und zum Wiegen des aus dem Zwischenbehälter abgegebenen Wiegegutes dient. Dem Wiegebehälter 16 ist ein Gewichtsgeber 18, z. B. eine Lastzelle, zugeordnet, wie sie beispielsweise aus der US-PS 45 09 610 bekannt ist. Der Gewichtsgeber spricht auf das Gewicht des Wiegegutes im Wiegebehälter an und liefert ein einem Gewichtswert Wx entsprechendes Signal über einen Verstärker 20 an einen Analog-Digital-Konverter 22. Der A/D-Konverter 22 setzt den analogen Gewichtswert Wx in einen digitalen Wert DWx um, der einer Steuereinheit 24 zugeführt wird. Der Steuereinheit 24 werden außerdem von einer Eingangstastatur 26 Digitalwerte DG 1, DG 2, DW 1 und DW 2 zugeführt, die den in Fig. 2 erwähnten und auch in Fig. 5 dargestellten Analogwerten G 1, G 2, W 1 bzw. W 2 entsprechen. Die Steuereinheit 24 errechnet erfindungsgemäß aus den ihr zugeführten Werten ein digitales Öffnungssignal DGx entsprechend der Gleichung

wobei n ein Dezimalwert im Bereich zwischen 0 und 1 (Grenzen ausgeschlossen) ist und vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 0,7 (Grenzen eingeschlossen) liegt. Der resultierende Wert DGx wird einem Digital-Analog-Konverter 28 zugeführt, der in in ein analoges Öffnungssignal Gx umsetzt, das dem Servoverstärker 14 zugeführt wird. Der Servoverstärker 28 steuert den Servomotor 10 so, daß die Differenz zwischen den beiden ihm zugeführten Öffnungssignalwerten gegen null geht.

Die Steuereinheit 16 dient ferner zur Durchführung der bei Kombinationswiegemaschinen üblichen Kombinationswahloperationen und liefert für jede ausgewählte Wiegeeinheit ein Entlade-Kommando an eine Schleusensteuereinheit 30, wie einen pneumatischen Zylinder, um eine Entladeschleuse 32 des ausgewählten Wiegebehälters zu öffnen. Auf die Beschreibung der Kombinationswahloperation kann verzichtet werden, da sie in keinem unmittelbaren Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung steht.

Im folgenden soll nun die Schleusensteuerung der Einrichtung gemäß Fig. 3 unter zusätzlicher Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 erläutert werden. Wenn die Entladeschleuse 32 des Wiegebehälters 16 nach dessen Entladung wieder geschlossen worden ist, liefert die Steuereinheit 24 ein Signal DG 1 über den D/A-Konverter 24 an den Servoverstärker 14. Der Servomotor 10 treibt dann die Schleusentüre 4 des Zwischenbehälters 2 so an, daß sie die Stellung maximaler Öffnung G 1 annimmt (Verfahrensschritt 40 in Fig. 4). Im Schritt 41 wird dann geprüft, ob das augenblickliche Gewichtseingangssignal DWx der Steuereinheit 24 gleich dem vorgegebenen Gewichtswert DW 1 ist oder nicht. Wenn nach dem Öffnen der Türe 4 eine Zeitspanne L 0 verstrichen ist, die der Falldauer des Wiegegutes vom Zwischenbehälter 2 zum Wiegebehälter 16 entspricht, beginnt der Gewichtswert Wx abrupt anzusteigen und erreicht dann bald im Zeitpunkt t 1 den vorgegebenen Wert W 1, wie in Fig. 5b dargestellt ist. Vor dem Zeitpunkt t 1 werden die Schritte 40 und 41 wiederholt und die Auslaßöffnung bleibt maximal geöffnet, um eine "grobe" Zuführung zu bewirken. Wird im Zeitpunkt t 1 die Antwort im Schritt 41 JA, so wird die Schleusenöffnung DGx im Schritt 42 entsprechend der Gleichung 2 errechnet. Der betreffende Wert ist zwar im Zeitpunkt t 1 gleich DG 1, er nimmt jedoch mit zunehmendem Gewicht, wie dargestellt, allmählich ab. Das Öffnungssignal DGx wird im Schritt 43 über den D/A-Konverter 28 dem Servoverstärker 14 zugeführt, so daß die Größe der Öffnung der Schleuse 4 des Zwischenbehälters entsprechend verringert wird und sich eine veränderliche "mittlere" Zuführungsrate (Durchsatz) ergibt. Im Schritt 44 wird dann geprüft, ob der zunehmende Wert DWx den zweiten vorgegebenen Wert W 2 erreicht hat oder nicht und im Verneinungsfalle werden die Schritte 42 und 44 wiederholt. Wenn Wx im Zeitpunkt t 2 den Wert W 2 erreicht, und im Schritt 44 die Antwort JA auftritt, ist die aus der Gleichung (2) errechnete Größe DGx gleich DG 2 und dieser Wert wird im Schritt 45 dem D/A-Konverter 28 zugeführt. Danach werden keine weiteren Rechnungen zur Ermittlung des Wertes DGx mehr durchgeführt und die Schritte 45 und 46 werden wiederholt, bis Wx den dritten vorgegebenen Gewichtswert W 3 im Zeitpunkt t 3 erreicht. Während des Intervalles zwischen t 2 und t 3 wird die Größe der Schleusenöffnung konstant gehalten, um eine "Feinzuführung" zu bewirken. Wenn im Zeitpunkt t 3 im Schritt 46 die Antwort JA auftritt, wird dem DA-Konverter 28 ein Nullöffnungs- oder Schließsignal zugeführt, um die Schleuse 4 im Schritt 47 zu schließen. Auch wenn die Schleuse 4 im Zeitpunkt t 3 geschlossen wird, steigt Wx während einer der erwähnten Falldauer entsprechenden Zeitspanne L 3 noch weiter an und wird erst im Zeitpunkt t 4 stabil, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Das in Fig. 5 dargestellte Ergebnis des vorliegenden Verfahrens, das sich ergibt, wenn der Exponent n in der Gleichung (2) gleich 0,5 gesetzt wird, zeigt klar, daß das oben erwähnte Überschwingen vollständig vermieden wird.

Das oben beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung läßt sich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Beispielsweise läßt sich das vorliegende Verfahren nicht nur bei Kombinationswiegemaschinen, sondern auch bei anderen Wiegevorrichtungen anwenden, bei denen eine solche Steuerung der Gutzuführung erforderlich ist. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Größe der Schleusenöffnung eines Zwischenbehälters gesteuert, die vorliegende Erfindung läßt sich jedoch auch auf andere Zuführungsvorrichtungen, wie Schraubenförderer und Schwingungsförderer anwenden, bei denen die Strömungsrate oder der Durchsatz über die Drehzahl bzw. die Schwingungsamplitude gesteuert wird. Außerdem kann auch das augenblickliche Wigegutgewicht auch auf andere Weise als durch den an dem Wiegebehälter angebrachten Gewichtsgeber ermittelt werden. Beispielsweise kann das Gewicht des vom Zwischenbehälter oder einer anderen Zuführungsvorrichtung abgegebenen Wiegegutes durch einen an dem Zwischenbehälter oder der Zuführungsvorrichtung angebrachten Sensor ermittelt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Steuern des Durchsatzes bei der Zuführung von Wiegegut zu einer Waage, bei welchem in einem ersten Verfahrensschritt mit einem verhältnismäßig großen Durchsatz gearbeitet wird, bis das Gewicht des Wiegegutes einen vorgegebenen ersten Bezugswert erreicht; dann in einem zweiten Verfahrensschritt mit einem mittleren Durchsatz gearbeitet wird, bis das Gewicht des Wiegegutes einen vorgegebenen zweiten Bezugswert erreicht und in einem dritten Schritt mit einem verhältnismäßig kleinen Durchsatz gearbeitet wird, bis das Gewicht des Wiegegutes einen vorgegebenen dritten Bezugswert erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz im zweiten Schritt proportional zu einer Potenz der Differenz zwischen dem zweiten Bezugswert und dem augenblicklichen Wiegegut gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Exponent der Potenz im Bereich von 0,3 bis einschließlich 0,7 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz durch Steuerung der Größe der Öffnung (Gx) einer Auslaßschleuse einer Zuführungsvorrichtung gesteuert wird, wobei die Schleusenöffnung gemäß der Gleichung (0 ≦ωτ n ≦ωτ 1)bestimmt wird, in der W 1 und W 2 der erste bzw. der zweite Bezugswert, (Wx) das augenblickliche Gewicht des Wiegegutes und (G 1) und (G 2) die Größen der Schleusenöffnung im ersten bzw. dritten Verfahrensschritt bedeuten.