DE3706708C2 - - Google Patents
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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 Wiegegutgewicht
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 G1,
G1′ und G2 bezeichnet sind und einer groben, einer mittleren
bzw. einer feinen Zuführungsrate entsprechen. Wie die Zeichnung
zeigt, wird die Größe der Schleusenöffnung an den Zeitpunkten
t0, t1, t2 und t3 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 L0, L1, L2 bzw. L3
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 Wp erheblich. Es
ist daher schwierig, die Differenz d zwischen dem Sollgewicht
Wp und dem Gewichtswert W3 entsprechend dem Zeitpunkt t3 zu
bestimmen, bei dem die Auslaßschleuse des Zwischenbehälters
geschlossen werden muß.
Weiterhin ist aus der JA-OS 60-2 38 723 ein Verfahren zum Steuern
des Durchsatzes bei der Zuführung von Wiegegut zu einer Waage
bekannt, bei dem das Wiegegut in einem ersten Verfahrensschritt
zunächst bis zum Erreichen eines ersten vorgegebenen Gewichts
bezugswertes mit einem Durchsatz proportional zur Differenz
zwischen dem tatsächlichen Gewicht und einem zweiten Bezugswert,
der größer als der erste Bezugswert ist, und dann nach
dem Überschreiten des ersten Bezugswertes bis zum Erreichen eines
vorgegebenen Endbezugswertes in einem zweiten Verfahrensschritt
mit einem konstanten Durchsatz, der kleiner ist als der
Durchsatz beim Überschreiten des ersten Bezugswertes, zugeführt
wird. Da es sich bei diesem bekannten Verfahren um ein lediglich
zweistufiges Verfahren handelt, bei dem der Durchsatz von
Anfang an vom maximal möglichen größten Wert proportional zu
der Zunahme des tatsächlichen Gewichts verringert wird, ist
eine längere Zeit bis zum Erreichen des gewünschten Endgewichts
nötig.
Würde man bei einem dreistufigen Verfahren der eingangs geschilderten
Art die Größe Gx der Schleusenöffnung zwischen den
Zeitpunkten t1 und t2 als lineare Funktion des festgestellten,
tatsächlichen Gewichts vermindern, ähnlich wie es an sich aus
der JA-OS 60-2 38 723 bekannt ist, wie es von den Erfindern des
hier beanspruchten Verfahrens in Betracht gezogen worden ist,
Gx = (G1 - G2) (W2 - Wx)/(W2 - W1) + G2 (1)
so ergäbe sich der in den Fig. 2a und 2b gezeigte funktionelle
Zusammenhang zwischen der Größe der Schleusenöffnung bzw.
des festgestellten Gewichts des einer solchen Waage zugeführten
Wiegegutes in Abhängigkeit von der Zeit. Zwar würde sich die
für die Zuführung des Wiegegutes nötige Zeit gegenüber dem aus
der JA-OS 60-2 38 723 bekannten, nur zweistufigen Verfahren ver
ringern, es würde aber immer noch ein gewisses Überschwingen
und damit eine entsprechende Schwankung des Endgewichts auftreten,
wie aus Fig. 2b ersichtlich ist.
Weiter ist aus der DE-OS 29 03 259 ein ebenfalls zweistufiges
Verfahren zur Zuführung von Wiegegut zu einer Waage bekannt,
bei dem das Wiegegut in einem ersten Verfahrensschritt zunächst
mit einem maximalen Durchsatz zugeführt wird. Nachdem das festgestellte,
tatsächliche Gewicht einen durch eine Sollgewichtskurve
mit exponentiell fallendem Verlauf vorgegebenen Gewichtswert
erreicht, wird der Durchsatz in einem zweiten Verfahrensschritt
in proportionaler Abhängigkeit von der Abweichung des
festgestellten, tatsächlichen Gewichts von der Sollgewichtskurve
um diese pendelnd geregelt, bis das gewünschte Endsollgewicht
erreicht ist. Ein Überschwingen, wie es bei den oben beschriebenen
steuernden Verfahren als nachteilig empfunden wird,
ist bei dem aus der DE-OS 29 03 259 bekannten regelnden Verfahren
dagegen eine für das Funktionieren notwendige Voraussetzung
und damit unvermeidlich.
Ein weiteres Verfahren, bei dem der Durchsatz in proportionaler
Abhängigkeit von der Abweichung des festgestellten, tatsächlichen
Gewichts von einer Sollgewichtskurve um diese pendelnd geregelt
wird, ist auch aus der EP-01 26 662 A1 bekannt. Hier ist
die Sollgewichtskurve jedoch durch die Abschnitte zweier Geraden
unterschiedlicher Steigung vorgegeben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren
der vorausgesetzten Art so auszubilden, daß einerseits
die Zuführung des Wiegegutes möglichst schnell erfolgt, andererseits
aber ein Überschwingen und damit eine Schwankung des
Endgewichts möglichst vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 an
gegebene Verfahren gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der
Erfindung ist in Anspruch 2 angegeben.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird die Größe der Auslaßschleusen
öffnung einer Gutzuführungsvorrichtung zwischen den Zeitpunkten
t1 und t2 in Fig. 2 proportional einer bestimmten Potenz der
Differenz zwischen dem augenblicklichen Gewicht Wx und dem
Gewicht W2 entsprechend dem Zeitpunkt t2 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 Auslaß
schleusenöffnung 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 Programms
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 Programms 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 diesem Behälter durch eine geeignete, bekannte Zuführungsvor
richtung zugeführt wird, die zur Vereinfachung der Zeichnung
nicht dargestellt ist. Der Zwischenbehälter hat am Boden einen
Auslaß, der normalerweise durch einen Schließkörper oder eine
Tür 4 einer Auslaßschleuse geschlossen werden kann, deren
Öffnung mittels eines Servomotors 10 über ein Untersetzungs
getriebe 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 augenblick
lichen Öffnung der Schleuse 4 entsprechendes Signal zu erzeugen.
Das die Größe der Schleusenöffnung anzeigende Signal vom Geber
12 wird einem Servoverstärker 14 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 DG1, DG2, DW1 und DW2 zugeführt, die den in
Fig. 2 erwähnten und auch in Fig. 5 dargestellten Analogwerten
G1, G2, W1 bzw. W2 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 ihn
in ein analoges Öffnungssignal Gx umsetzt, das dem Servoverstärker
14 zugeführt wird. Der Servoverstärker 14 steurt den
Servomotor 10 so, daß die Differenz zwischen den beiden ihm
zugeführten Öffnungssignalwerten gegen Null geht.
Die Steuereinheit 24 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 Wiege
behälters 16 nach dessen Entladung wieder geschlossen worden
ist, liefert die Steuereinheit 24 ein Signal DG1 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 G1 annimmt (Verfahrensschritt
40 in Fig. 4). Im Schritt 41 wird dann geprüft, ob das augen
blickliche Gewichtseingangssignal DWx der Steuereinheit 24 gleich
dem vorgegebenen Gewichtswert DW1 ist oder nicht. Wenn nach
dem Öffnen der Tür 4 eine Zeitspanne L0 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 t1 den vorgegebenen Wert
W1, wie in Fig. 5b dargestellt ist. Vor dem Zeitpunkt t1 werden
die Schritte 40 und 41 wiederholt und die Auslaßöffnung bleibt
maximal geöffnet, um eine "grobe" Zuführung zu bewirken. Wird
im Zeitpunkt t1 die Antwort im Schritt 41 JA, so wird die Schleusen
öffnung DGx im Schritt 42 entsprechend der Gleichung 2 errechnet.
Der betreffende Wert ist zwar im Zeitpunkt t1 gleich DG1, 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 veringert
wird und sich eine veränderliche "mittlere" Zuführungsrate
(Durchsatz) ergibt. Im Schritt 44 wird dann geprüft, ob der
zunehmende Wert DWx den zweiten vorgegebenen Wert W2 erreicht
hat oder nicht und im Verneinungsfalle werden die Schritte
42 bis 44 wiederholt. Wenn Wx im Zeitpunkt t2 den Wert W2 erreicht
und im Schritt 44 die Antwort JA auftritt, ist die aus der
Gleichung (2) errechnete Größe DGx gleich DG2, 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 W3 im Zeitpunkt
t3 erreicht. Während des Intervalls zwischen t2 und t3 wird
die Größe der Schleusenöffnung konstant gehalten, um eine "Fein
zuführung" zu bewirken. Wenn im Zeitpunkt t3 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 t3 geschlossen
wird, steigt Wx während einer der erwähnten Falldauer entsprechenden
Zeitspanne L3 noch weiter an und wird erst im Zeitpunkt
t4 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 Kombinationswiege
maschinen, 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 Wiegegutgewicht 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 (2)
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 vor
gegebenen dritten Bezugswert erreicht, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchsatz im zweiten Schritt proportional zu einer
Potenz der Differenz zwischen dem zweiten Bezugswert und
dem augenblicklichen Gewicht des Wiegeguts gesteuert wird,
und daß der Exponent der Potenz im Bereich von 0,3 bis
einschließlich 0,7 liegt.
2. 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
bestimmt wird, in der W1 und W2 der erste bzw. der zweite
Bezugswert, Wx das augenblickliche Gewicht des Wiegegutes
und G1 und G2 die Größen der Schleusenöffnung
im ersten bzw. dritten Verfahrensschritt bedeuten.
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