DE3819076C2 - Gerät zum Zählen oder Dosieren von industriellen Gütern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Zählen oder Dosieren von industriellen Gütern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Gerät ist aus der US-PS 39 59 636 bekannt. Dort werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Mehrkomponentenverwiegung beschrieben. Aus einer Anzahl von Vorratsbehältern werden die einzelnen Komponenten nacheinander in einen Trichter eingewogen und anschließend einem Mischer zugeführt. Die Gesamtanlage steht unter Steuerung eines Rechners, der die Bodenventile der Vorratsbehälter öffnet, die in den Trichter eingefüllten Mengen wiegt, den Mischer steuert, Anzeigelampen betätigt usw.

Geräte der vorstehenden Art, die wegen ihres Hauptbestandteils auch "Vorwahlzähler" genannt werden, setzt man in der Industrie auf vielen Gebieten ein. Wenn beispielsweise eine bestimmte Menge einer Flüssigkeit, beispielsweise einer Farbe, aus einem Behälter entnommen werden soll, so mißt man den durch eine Leitung fließenden Strom mittels eines Durchflußmessers und führt dessen Meßsignal, das beispielsweise in Form einer Impulsfolge vorliegt, dem Dosiergerät zu. Dieses Gerät enthält dann einen Vorwahlzähler, der vor Beginn des Abfüllvorgangs auf einen gewünschten Wert für die Gütermenge eingestellt wird. Das Meßsignal, das gegebenenfalls noch mit einem korrigierenden Faktor zu multiplizieren ist, zählt den Vorwahlzähler rückwärts. Wenn der Wert 0 erreicht ist, wird ein Relais im Gerät betätigt, das ein Ventil in der Abfülleitung schließt. Ähnliche Aufgaben ergeben sich beim Anwiegen von Gütern. Dabei tritt häufig die Aufgabe auf, vorgegebene Mengen unterschiedlicher Stoffe zur späteren Mischung zusammenzubringen. Auch für dieses "Zuwiegen" verwendet man solche Dosiergeräte, deren Vorwahlzähler auf die jeweils gewünschten Mengen einstellbar sind. Durch Umrechnung besteht dabei auch die Möglichkeit, nur für die Gesamtmenge einen Absolutwert zu wählen und für die zuzuwiegenden Stoffe jeweils nur Prozentanteile einzustellen.

Dosiervorgänge der beschriebenen Art sind häufig nicht nur bezüglich der Genauigkeit kritisch, sondern es müssen auch Fehlfunktionen vermieden werden. Beim Dosieren von Flüssigkeiten muß beispielsweise am Ende des Vorgangs das Absperrventil sicher schließen und es darf auch kein Leckstrom fließen. Es muß auch sichergestellt sein, daß während des Dosierens eine bestimmte Mindestmenge fließt, also keine Verstopfung aufgetreten ist. Darüber hinaus darf eine Unterbrechung von Adern der Meß- oder Steuerkabel nur zu einem Ausfall nach der sicheren Seite führen, also beispielsweise dem Abschalten des zu dosierenden Volumenstroms. Für solche Sicherungsüberwachungen ist der Einsatz getrennter Einrichtungen bekannt, beispielsweise einer Leckstrom- Überwachungseinrichtung. Wenn viele Funktionen sicher überwacht werden sollen, ergibt sich jedoch ein komplizierter Anlagenaufbau mit häufig nicht mehr übersehbaren Funktionsabläufen.

Auf dem Gebiet der Medizintechnik ist ein Verfahren zur Kontrolle eines Tropfvorganges sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt (CH-PS 4 23 286). Dort wird die Sicherheitskontrolle eines Tropfvorganges mit Hilfe eines Erschütterungsaufnehmers durchgeführt, der mit dem Tropfgefäß mechanisch verbunden ist und die beim Tropfen auftretenden mechanischen Schwingungen in elektrische Signale zur Auswertung eines Detektors umwandelt. Eine weitere Überwachung des Tropfenflusses für medizinische Zwecke ist in der GB 20 83 615 A beschrieben. Dabei erfolgt eine Zählung der Tropfen und eine Überwachung der jeweiligen Zählrate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zum Zählen oder Dosieren von industriellen Gütern entsprechend der eingangs genannten Art zu schaffen, das nicht nur vielseitig und universal bei hoher Genauigkeit einsetzbar ist, sondern auch eine Zählung oder Dosierung unter Sicherheitsüberwachung ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch ein Gerät nach dem Patentanspruch 1 gelöst. Durch die Kombination von Dosier- oder Zählfunktionen mit den Überwachungsfunktionen in einem einzigen Gerät wird nicht nur auf einfache und überschaubare Weise sowohl eine exakte Dosierung als auch eine sichere Überwachung der Vorgänge ermöglicht, sondern die durch die Vereinigung in einem einzigen Gerät mögliche Verknüpfung aller Funktionen und der entsprechenden Signale ermöglicht zusätzliche Funktionen und Prüfungen.

Das Fließen wenigstens eines Mindestgüterstroms stellt sicher, daß keine Verstopfung oder Behinderung des Güterstroms aufgetreten ist. Der vorgegebene Toleranzbereich ermöglicht eine noch genauere Erfassung, ob Störungen aufgetreten sind. Die Überwachung für das Fließen eines Leckstroms nach dem Abschalten des Güterstroms stellt fest, ob beispielsweise das Abschaltventil in einer Leitung richtig schließt. Es könnte sonst beispielsweise unkontrolliert zusätzlich eine größere Flüssigkeitsmenge zugemischt werden als beabsichtigt. Das kann nicht nur zum Unbrauchbarwerden einer Produktionscharge führen, sondern birgt auch Sicherheitsrisiken in sich.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann vorgesehen sein, daß die Schaltungsanordnung zur Sicherheitsüberwachung Aderunterbrechungen der zum Gerät führenden Meß- und Steuerleitungen überwacht. Das Gerät kann bei Feststellen einer solchen Unterbrechung nach der sicheren Seite reagieren, also beispielsweise den Dosiervorgang abbrechen und außerdem eine Warnmeldung geben.

Wenn die Meßeinrichtung für den Güterstrom, also beispielsweise ein Durchflußmesser, einen Meßwert in Form einer Impulsfolge liefert, deren Zahl pro Zeiteinheit den Güterstrom darstellt, weisen die Anzeigevorrichtungen zweckmäßig Impulszähler auf. Der Impulszähler für den Istwert wird dann mittels der Impulse hochgezählt, bis der Sollwert erreicht ist. Dann schaltet das Gerät den Güterstrom ab. Wenn die Meßeinrichtung einen den Güterstrom darstellenden elektrischen Strom oder eine elektrische Spannung liefert, also einen Analogwert abgibt, sieht eine Weiterbildung vor, daß die Eingangsschaltung für die Meßgröße einen Analog- Digitalwandler enthält, dessen Ausgangsimpulsfolge Impulszählern der Anzeigeeinrichtungen zugeführt wird. Den Anzeigeeinrichtungen können Multiplizierschaltungen mit einstellbarem Multiplikationsfaktor vorgeschaltet sein, derart, daß die Anzeigewerte in wählbaren Einheiten für den Güterstrom oder die Gütermenge darstellbar sind, also keine umständlichen Um­ rechnungen nötig sind. Die Anzeigeeinrichtungen geben dann unmittelbar Mengen an, beispielsweise Liter oder Kilogramm oder auch Liter pro Sekunde.

Die Ausgangsschaltung kann mit Vorteil einen Digital-Analogwandler zur Abgabe einer Analogspannung oder eines Analogstroms enthalten, die dann z. B. eine Dosiereinrich­ tung steuern.

Zur Programmsteuerung aller Ein- und Ausgabe­ funktionen, Überwachungsfunktionen und Meßwertberechnungen wird in Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig ein Mikroprozessor vorgesehen. Diesem ist in der üblichen Weise ein Schreib-Lesespeicher (RAM) zugeordnet, der zweckmäßig zur Sicherung der Daten auch bei einem Stromausfall gepuffert ist. Zusätzlich ist ebenfalls in üblicher Weise ein Fest­ wertspeicher für den Zugriff durch den Mikroprozessor vor­ handen, der an die jeweiligen Dosier- und Überwachungs­ funktionen angepaßt ist. Der Mikroprozessor kann zur Er­ zielung genauer Endwerte nach dem Abschalten des Güterstroms auch Korrekturwerte für den Abschaltpunkt errechnen oder auch den Güterstrom bei Annäherung an den Abschaltwert langsam drosseln. Zur Regelung des Güterstroms kann das Gerät auch mit einem Analog- und/oder einem Dreipunktregler- Ausgang ausgestattet sein. Zur Eingabe des jeweiligen Soll­ wertes besitzt das Gerät mit Vorteil Tasten, wobei diese Tasten auch zur Funktionsauswahl und zur Parameterauswahl benutzbar sind.

Da Dosier- und Zählaufgaben der vorbeschriebenen Art häufig in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, beispielsweise in Raffinerien oder chemischen Fabriken, wird in Weiterbildung der Erfindung das Gerät zweckmäßig explosionsgeschützt ausgeführt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines schematischen Übersichtsschaltbildes beschrieben.

Das schematisch mit seinen wichtigsten Bestand­ teilen dargestellte Gerät ist in zwei Baugruppen unterteilt, nämlich den eigentlichen Vorwahlzähler 1 und ein Netzteil 2. Im gestrichelt umrandeten Unterteil des Vorwahlzählers 1 und des Netzteils 2 sind diejenigen Bauteile angeordnet, die nicht notwendiger Bestandteil sind sondern nur Optionen dar­ stellen. Die strichpunktiert durch das Netzteil 2 verlaufen­ de Linie 3 gibt die Trennung zwischen dem explosionsgeschütz­ ten Ex(i)-Bereich (links von der Linie 3) und dem Normal­ bereich (rechts von der Linie 3) an. Die erforderliche Potentialtrennung zwischen den beiden Bereichen stellen für die Stromversorgung einen Transformator 4 und für die üb­ rigen Ein- und Ausgänge Relais 5, 6, 7 oder Optokoppler 8, 9 sicher. Die Aufteilung des Gerätes in die beiden Bau­ gruppen 1 und 2 ist zur Verwirklichung des Explosionsschutzes zweckmäßig, weil dann die Potentialtrennung nicht im eigent­ lichen Gerät erfolgen muß und die Erfüllung der zusätzlichen Anforderungen wie bezüglich der Maximalströme oder der Spannungs­ festigkeit leichter möglich ist. Ein nicht explosions­ geschütztes Gerät benötigt eine solche Aufteilung nicht.

Die Stromversorgung für den Vorwahlzähler 1 und die zusätzlichen Bauteile im Netzteil 2 erfolgt mittels eines Stromversorgungsteils, das nur schematisch als Trans­ formator 4 gezeigt ist. Die Netzspannung wird über die Lei­ tung 10 und eine Sicherung 11 zugeführt. Je nach Ausführung kann die Netzspannung 220 V oder auch 24 V bei jeweils 50 oder 60 Hz betragen. Ein Zusatz-Netzteil 12 liefert über eine Gleichrichterschaltung 13 eine Sicherheitskleinspan­ nung für andere Geräte über eine Leitung 14.

Der Vorwahlzähler 1 weist neben dem Stromversor­ gungseingang über die Leitung 15 folgende Ein- und Ausgänge auf, die über Klemmleisten (nicht dargestellt) und/oder Stecker (nicht dargestellt) erreichbar sind.

Ein Zählereingang 16 nimmt Zählimpulse von einem Näherungsschalter 17 auf. Durch Umcodierung kann der Ein­ gang 16 aber auch für V24-Signale eingerichtet sein. Dem Analogeingang 18 kann ein Eingangsstrom zwischen 0 und 20 mA zugeführt werden. Ein Analog-Digitalwandler 19 setzt den analogen Eingangsstrom in eine Impulsfolge um, deren Frequenz dem Stromwert entspricht. Am Mehrfacheingang 20, der zur Vereinfachung in Form einer einzelnen Leitung 21 dargestellt ist, können von außen über das Netzteil 2 und dort vorge­ sehene Optokoppler und Relais oder auch von zusätzlichen Geräten, die in Form eines Schaltungsblocks 22 schematisch dargestellt sind und ebenfalls explosionsgeschützt sein müssen, folgende Signale zugeführt werden:

• - Ein Startsignal, das auch durch eine im Vorwahl­ zähler angeordnete Starttaste gegeben werden kann (alle Tasten des Vorwahlzählers sind nur schematisch bei 23 dar­ gestellt).
• - Ferner ein Stop-Signal, das in Form eines Ruhestroms immer in Funktion ist und zur Verwirklichung der Funktion "Not-Aus" benutzt werden kann (im Vorwahlzähler selbst ist wiederum auch eine Stoptaste vorgesehen).
• - Ein Löschsignal, das den jeweiligen Istwert löscht.
• - Ein Null-Signal, dessen Zuführung sowohl den Soll- als auch den Istwert löscht. Ein Summenwert bleibt aber erhalten.
• - Ein Summenlösch-Signal, das dagegen zusammen mit dem Istwert auch den Summenwert löscht.
• - Schließlich ein Sperr­ signal, das alle Tasteneingaben und ex­ ternen Steuerbefehle sperrt.

An einem Fernschreibeingang 24 können Fernschreib­ (TTY)-Signale von den Geräten 22 aufgenommen oder auch an diese abgegeben werden.

Der Vorwahlzähler 1 liefert an einem Mehrfachaus­ gang 25 mit mehreren Ausgangsleitungen, die schematisch als Leitung 26 dargestellt sind, an die Geräte 22 oder an Relais 5 und Optokoppler 8 im Netzteil 2 folgende Ausgangssignale:

• - Ein Endkontaktsignal, das das Abschalten des jeweiligen Güterstroms bei Erreichen des Sollwertes ermöglicht, beispielsweise das Abschalten eines Ventils über das Relais 5.
• - Ein Vorkontaktsignal, das schon bei Annäherung an den Sollwert ein langsames oder auch stufenweises oder unterbrochenes Drosseln des Güterstroms einleitet.
• - Ein Null-Überwachungssignal, das angibt, ob vor Beginn der Dosierung der Istwert auf Null steht.
• - Ein 20-ms-Zählimpulssignal zur Darstellung der jeweiligen Soll- und Istwerte.
• - Außerdem wird noch als hochohmiges Spannungssignal ein Leiterbruch­ signal am Mehrfachausgang 25 zur Verfügung gestellt.

Der Analogsignalausgang 27 liefert einen Ausgangs­ strom von maximal 20 mA. Mittels dieses Ausgangs kann der Vorwahlzähler auch als Frequenz-Analogumsetzer benutzt wer­ den.

Der Vorwahlzähler 1 besitzt schließlich noch einen Ringzähler-Anschluß 28, an den weitere, zu einem Ring zu­ sammengeschaltete Vorwahlzähler 1a, 1b, 1c angeschlossen werden können. Diese Zähler stellen Nebenzähler dar, die beispielsweise dann verwendet werden, wenn bei einer Dosier­ einrichtung Komponenten in fester Abhängigkeit zueinander zugegeben werden sollen. Bei Mengenänderungen der Gesamt­ charge braucht dann nur der Sollwert am Hauptzähler 1 ge­ ändert zu werden. Der Datenverkehr zwischen den Zählern findet über die Ringleitung 29 und den Anschluß 28 statt.

Die Funktion der Signale am Mehrfachausgang 30 des Netzteils 2 mit den Leitungen 31 sowie am 20-ms-Impuls­ ausgang 32 mit der Leitung 33 entsprechen denen der Signale am Ausgang 25 des Vorwahlzählers 1. Durch die zwischenge­ schalteten Relais, beispielsweise das Relais 5 oder Opto­ koppler, beispielsweise den Koppler 8 mit nachgeschaltetem Verstärker 34,stehen jedoch höhere Leistungen zur Verfügung. Entsprechendes gilt für die Eingangssignale auf den Lei­ tungen 35 und 36, die zu Eingängen 37 und 38 am Netzteil 2 führen.

Im Vorwahlzähler 1 sind drei Anzeigen unter Ver­ wendung von beispielsweise LED-Elementen vorgesehen, nämlich eine Sollwertanzeige 40, eine Istwertanzeige 41 und eine Mehrzweckanzeige 42. Außerdem sind zwei Leuchtdioden 43 und 44 für eine Start- und Stopanzeige vorhanden. Alle Funktions­ abläufe, Signalumsetzungen und -umrechnungen sowie Steuer- und Zählvorgänge werden durch einen Mikroprozessor (nicht gezeigt) mit zugeordneten Speichern (nicht gezeigt) erledigt. Die jeweils gewünschten Funktionen können von außen durch den Benutzer abhängig von den vorliegenden Verhältnissen entsprechend einer Programmieranweisung einprogrammiert werden. Dazu dienen die Tasten 23, die auch für die Eingabe des jeweils gewünschten Sollwertes Verwendung finden. Um zu verhindern, daß unabsichtlich oder absichtlich eine falsche Programmierung durch nicht autorisierte Personen erfolgt, besitzt der Vorwahlzähler 1 zusätzlich noch einen Schlüssel­ schalter (nicht gezeigt), der die Programmier- und Einstell­ funktionen sperrt.

Nach Eingabe eines Sollwertes, der dann in der Anzeige 40 erscheint, wird das Dosiergerät durch Drücken einer Starttaste 23 in Betrieb gesetzt. Der Güterstrom be­ ginnt zu fließen und die am Eingang 16 erscheinenden Impulse werden gezählt, gegebenenfalls umgerechnet und dann als Istwert in der Anzeige 41 dargestellt. Erreicht der Istwert den Sollwert, so schaltet ein Ausgangssignal auf einer der Leitungen 26 über das zwischengeschaltete Relais 5 im Netz­ teil 2 den Güterstrom ab, beispielsweise durch Schließen eines magnetisch betätigten Ventils. Während dieses Dosier­ vorganges prüft außerdem der Mikroprozessor, ob die Durch­ flußmenge innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegt. Das geschieht durch Zählen der am Eingang 16 er­ scheinenden Impulse und Vergleich mit vorgegebenen Grenz­ werten. Außerdem überwacht der Mikroprozessor nach Schließen des Dosierventils, ob noch ein Leckstrom fließt, also weiter Zählimpulse am Eingang 16 erscheinen. Fehlermeldungen dieser und weiterer Überwachungen erscheinen in der Anzeige 41. Mit Prüfroutinen überprüft der Mikroprozessor außerdem seinen eigenen Betrieb und den der verbundenen Schaltungsanordnungen. Auch hier erfolgt gegebenenfalls eine Anzeige, wenn Fehler auftreten. Entsprechendes gilt, wenn ein Leitungsbruch fest­ gestellt wird. Neben der Anzeige der jeweiligen Fehler er­ folgt gegebenenfalls auch ein Abschalten des Güterstroms, beispielsweise dann, wenn die Durchflußmenge zu klein ist oder außerhalb der Toleranz liegt. Liegen mehrere Fehler vor, so werden diese Fehler nacheinander jeweils nach Beseitigung und Löschung des vorhergehenden Fehlers angezeigt.

Das Abschalten kann bei einem Gerät nach der Erfindung impulsgenau auch dann erfolgen, wenn ein kompli­ zierterer Teilungsfaktor für die Meßimpulse Verwendung fin­ det. Das Gerät errechnet nämlich anhand des eingestellten Sollwertes, wieviele Meßimpulse ankommen müssen und schal­ tet dann bei Eintreffen des letzten Impulses ab.

Mittels der Anzeige 42 kann ein Summenwert dar­ gestellt werden, beispielsweise in Form einer Addition mehrerer Istwerte von Dosiervorgängen.

Claims (11)

1. Gerät zum Zählen oder Dosieren von industriellen Gütern, mit einer Meßeinrichtung (17), insbesondere einem Durchflußmesser, einer Waage oder einer Lichtschranke, einer Eingangsschaltung (16) für die Meßgröße, einer Anzeigeeinrichtung (41) für den Istwert der Gütermenge, einer Anzeigeeinrichtung (40) für einen vorwählbaren Sollwert der Gütermenge und einer Ausgangsschaltung (25, 26, 30, 31) zur Beeinflussung eines Stellglieds, wie eines Ventils, einer Dosiereinrichtung, einer Transporteinrichtung oder einer Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät mit einer Schaltungsanordnung zur Sicherheitsüberwachung des laufenden Zähl- oder Dosiervorgangs versehen ist, die das Fließen wenigstens eines Mindestgüterstroms oder einen vorgegebenen Toleranzbereich für den fließenden Güterstrom oder bei Erreichen des Sollwertes das Fließen eines Leckstsroms nach Abschalten des Güterstroms überwacht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Sicherheitsüberwachung Aderunterbrechungen der zum Gerät führenden Meß- und Steuerleitungen überwacht.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (17) eine den Güterstrom darstellende Impulsfolge liefert und die Anzeigeeinrichtungen (40, 41, 42) Impulszähler enthalten.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (17) einen den Güterstrom analog darstellenden elektrischen Strom oder eine Spannung liefert und die Eingangsschaltung für die Meßgröße einen Analog-Digitalwandler (19) enthält, dessen Ausgangsimpulsfolge Impulszählern der Anzeigeeinrichtungen (40, 41, 42) zugeführt wird.

5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Anzeigeeinrichtungen (40, 41, 42) Multiplizierschaltungen mit einstellbarem Multiplikationsfaktor vorgeschaltet sind, derart, daß die Anzeigewerte in wählbaren Einheiten für den Güterstrom oder die Gütermenge darstellbar sind.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung einen Digital- Analogwandler zur Abgabe einer Analogspannung oder eines Analogstroms enthält.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor zur Programmsteuerung aller Funktionen.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor zur Erzielung genauer Endwerte nach dem Abschalten des Güterstroms Korrekturwerte für den Abschaltpunkt errechnet.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät einen Analog- und/oder einen Dreipunktregler-Ausgang für die Regelung des Güterstroms besitzt.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät mit Tasten (23) zur Sollwerteingabe ausgestattet ist und daß diese Tasten (23) auch zur Funktionsauswahl und zur Parameterauswahl dienen.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät explosionsgeschützt ausgeführt ist.