Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung richtet sich im allgemeinen auf
die Überwachungs- und Regeltechnik und im besonderen auf
eine neuartige Überwachungs- und Regelvorrichtung für eine
mobile Materialverteilungsmaschine
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Im allgemeinen gehören zu mobilen
Materialverteilungsmaschinen Straßen- und Gelände- Streu- und Sprühvorrichtungen.
Diese Vorrichtungen erfordern im allgemeinen
Regelungssysteme zur Regelung der Verteilungsgeschwindigkeit des Materials
mittels verschiedener Regelventile oder anderer
Regelelemente. Beispiele derartiger Materialverteilungsvorrichtungen
sind landwirtschaftliche Düngersprüher und/oder -streuer,
sowie Maschinen, die in der Landwirtschaft zur Verteilung
verschiedener Insektizide, Herbizide und anderer Materialien
eingesetzt werden. Auf ähnliche Weise können
Überstraßenfahrzeuge eingesetzt werden, um Insektizid - oder
Herbizidmaterialien an Autobahnen zu verteilen, oder um
Staubbegrenzungs- und/oder Bindematerialien auf bestimmten
Straßenoberflächen oder verschiedene Enteisungserzeugnisse zu
verteilen.
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Es ist ersichtlich, daß jede der erwähnten Anwendungen eine
Regelungsanordnung zur Regelung des Flusses oder der Zufuhr
des Materials erfordert, das einer Verteilungsvorrichtung
zur Ausführung des eigentlichen Streuens oder Sprühens des
Materials auf die zu behandelnde Oberfläche zugeführt wird.
Beispiele einer solchen Verteilungsvorrichtungen sind ein
Sprühausleger mit einer oder mehreren Düsen zum Sprühen von
flüssigen Materialien und ein sich drehender
Schleuderstreuer zur Verteilung von körnigen Materialien. Im allgemeinen
kann bei der Regelungsanordnung ein Regelventil verwendet
werden, das sich in der Zufuhrleitung der Flüssigkeit, die
von den Düsen versprüht werden soll, oder, wenn dies
gewünscht wird, in der Rückleitung befindet, um so den Druck
und/oder den Fluß zu den Düsen zu regeln. Als Alternative
dazu kann das Regelventil als Schaltventil in einem
hydraulischen oder einem anderen Regelungssystem zur Regelung der
Geschwindigkeit einer oder mehrerer Pumpen bzw.
Förderantriebsmotoren bei körnigen Materialien verwendet werden. Bei
anderen Systemen können andere elektrische oder
elektromechanische Regelelemente zur Regelung der
Abgabegeschwindigkeit einer Flüssigkeit oder eines körnigen Materials zum
entsprechenden Sprühausleger oder Schleuderstreuer zur
Verteilung verwendet werden.
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Zusätzlich zum Vorhandensein derartiger Regelungsfunktionen
ist es auch wünschenswert, die Verteilungsgeschwindigkeit
des Materials von Zeit zu Zeit zu überwachen und anzuzeigen,
um einem Bedienenden ordnungsgemäße Funktion der Vorrichtung
anzuzeigen. Darüber hinaus ist es bei solchen Systemen oft
wünschenswert, zusätzlich andere Faktoren zu überwachen, wie
beispielsweise die verbleibende Menge an Flüssigkeit oder
körnigem Material, die sich in einem an dem Fahrzeug
angebrachten Vorratsbehälter oder Vorratstank befindet, oder den
Druck und/oder die Durchflußgeschwindigkeit in einer oder
mehreren Zufuhrleitungen bei Flüssigkeitssprühvorrichtungen.
Es ist des weiteren wünschenswert, bei einem
Flüssigkeitsverteilungssystem wahlweises automatisches Spülen oder
Säubern des Systems zu ermöglichen.
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Nach dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von
Überwachungs- und/oder Regelvorrichtungen für derartige
Materialverteilungsmaschinen vorgeschlagen worden. Beispiele solcher
Vorrichtungen finden sich in U.S.-Patent Nr. 3,344,933 von
Wilder et al., im U.S.-Patent Nr. 3,877,645 von
Oligschlaeger, im U.S.-Patent Nr. 4,052,003 von Steffen, im
U.S.-Patent Nr. 4,392,611 von Bachmann et al. und in GB-A-2087566.
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EP-A-201658 offenbart eine Vorrichtung, bei der ein Speicher
Daten speichert, jedoch wird die von der vorliegenden
Erfindung angestrebte "Universalität" nicht erreicht.
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Wir schlagen eine "universelle" oder "programmierbare"
Überwachungsvorrichtung vor, die entweder als ursprüngliche
Ausrüstung zur Verfügung gestellt werden oder mit der jede
beliebige einer Vielzahl verschiedener mobiler
Materialverteilungsmaschinen nachgerüstet werden kann. Jedoch würde ein
solches universell einsetzbares Überwachungs- und
Regelungssystem ein hohes Maß als Flexibilität erfordern. Das heißt,
das System muß in der Lage sein, eine Vielzahl verschiedener
Arten von Bodengeschwindigkeitssensoren, Durchflußmessern,
Druckmessern und anderen Eingangs- oder
Überwachungsvorrichtungen aufzunehmen, um sowohl genaue und brauchbare Anzeigen
der Vorrichtungsfunktion als auch eine genaue und
verläßliche Regelung der Materialverteilungsgeschwindigkeit zu
gewährleisten.
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So sind beispielsweise eine Vielzahl von
Bodengeschwindigkeitssensor-Vorrichtungen bekannt, die von relativ einfachen
mechanischen oder elektromechanischen Tachometern bis zu
relativ modernen "Doppler"-Geschwindigkeitsmeßsystemen auf
Radarbasis reichen. Die Regelung von Streuern für körnige
Materialien erfordert gleichfalls oft die Überwachung und
Regelung eines Antriebsteils für einen Förderer oder eine
ähnliche Materialzufuhrkonstruktion. Eine solche Regelung würde
einen ähnlichen Drehgeschwindigkeitsdetektor oder
"Tachometer" erfordern, der eine von verschiedenen
mechanischen oder elektromechanischen oder auch elektromagnetischen
Vorrichtungen sein kann und darüber hinaus an jeder
beliebigen einer Vielzahl von Positionen im Antriebssystem einer
gegebenen Vorrichtung angebracht werden könnte. Das heißt,
eine derartige "Meßfühler"-Vorrichtung könnte direkt an ein
Drehelement des Förderers selbst angrenzend angebracht sein,
oder weiter an der Antriebsseite des Antriebssystems, wie
beispielsweise an ein gut zugängliches Zahnrad oder eine
Welle oder ein anderes sich drehendes Antriebs- oder
Getriebeelement angrenzend. Der Fluß des Materials zu Düsen bei
einem Flüssigkeitssprühsystem kann gleichfalls als eine
Funktion des Drucks im Sprühausleger, des Drucks in einer
Rückleitung oder als Alternative dazu durch Messen des
Flusses in einem Abgaberohr oder einer Abgabeleitung zum
Sprühausleger erfaßt werden. Darüber hinaus muß auch die Auswahl
der Art, der Anzahl und des Abstandes von Düsen bei
Flüssigkeitssprühvorrichtungen berücksichtigt werden, um die
Verteilungsgeschwindigkeit des Materials ordnungsgemäß zu
überwachen, anzuzeigen und zu regeln.
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Des weiteren muß eine derartige universelle Überwachungs-
und Regelvorrichtung darüber hinaus in der Lage sein,
entweder in englischen oder metrischen Einheiten zu überwachen
und anzuzeigen, je nachdem wie dies von einem bestimmten
Bedienenden gewünscht wird. Weiterhin muß ein derartiges
System in einem relativ breiten Bereich von
Aufbringungsgeschwindigkeiten einstellbar sein, um zur Verteilung
verschiedener Materialien mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten für bestimmte Zwecke einsetzbar zu sein. Darüber hinaus
ist es bei vielen Materialien erforderlich, daß die Dichte
oder die Masse pro Volumeneinheit des Materials bei der
Bestimmung und der Regelung der Verteilungsgeschwindigkeit
ebenfalls berücksichtigt wird. Eine derartige Vorrichtung
muß auch an eine Vielzahl von Düsenarten und -anzahlen
und/oder Schleuderstreuvorrichtungen, wie auch an
unterschiedliche effektive Reichweiten, die damit erreicht
werden, angepaßt werden können, um die
Verteilungsgeschwindigkeit von Material pro Flächeneinheit so ordnungsgemäß
überwachen und regeln zu können. Des weiteren muß eine solche
Vorrichtung in der Lage sein, bestimmte vorgegebene maximale
und minimale gewünschte Betriebsgrenzen zu setzen, wie auch
verschiedene Alarmgrenzen, so daß der Bedienende einen
bemerkbaren Alarm oder eine Warnung erhält, wenn der Betrieb
nicht innerhalb dieser Grenzen stattfindet. Eine derartige
Warnung kann mit einer automatischen Außerbetriebsetzung von
einem oder mehreren Elementen der Maschine einhergehen, wenn
dies gewünscht wird.
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Erfindungsgemäß wird eine Überwachungs- und Regelvorrichtung
für eine mobile Materialverteilungsmaschine geschaffen,
wobei die Geschwindigkeit der Materialverteilung pro
Flächeneinheit als eine vorgegebene Funktion der
Bodengeschwindigkeit der mobilen Maschine und der Betriebsgeschwindigkeit
einer Abgabeeinrichtung mit variabler Geschwindigkeit zur
Abgabe von Material mit einer regelbaren Geschwindigkeit an
eine Materialverteilungseinrichtung zur Verteilung von
Material über die Bewegungsstrecke der mobilen Vorrichtung
variiert; wobei die Überwachungs- und Regelvorrichtung umfaßt:
eine Bodengeschwindigkeitssensoreinrichtung zur Erzeugung
eines Bodengeschwindigkeitssignals, das der
Bodengeschwindigkeit der mobilen Maschine entspricht, und eine
Abgabegeschwindigkeitssensoreinrichtung zur Erzeugung eines
Abgabegeschwindigkeitssignals, das einer Abgabegeschwindigkeit von
Material durch die Abgabeeinrichtung mit variabler
Geschwindigkeit entspricht; wobei die Überwachungs- und
Regelvorrichtung eine Überwachungs- und Regelschaltungseinrichtung
enthält, die auf das Bodengeschwindigkeitssignal und auf das
Abgabegeschwindigkeitssignal anspricht und ein Regelsignal
zur Regelung der Funktion der Abgabeeinrichtung mit variabler
Geschwindigkeit erzeugt, um eine gewünschte
Verteilungsgeschwindigkeit von Material über die Bewegungsstrecke der
mobilen Verteilungsmaschine zu erreichen und beizubehalten,
wobei die Überwachungs- und Regelschaltungseinrichtung des
weiteren eine Verarbeitungseinrichtung umfaßt, die auf die
Bodengeschwindigkeits- und Abgabegeschwindigkeitssignale
anspricht und die Regelsignale erzeugt, sowie eine
Speichereinrichtung zum Speichern von Daten und Befehlen, die es der
Verarbeitungseinrichtung ermöglichen, auf
Abgabegeschwindigkeitssignale von jeder von einer Vielzahl verschiedenartiger
Abgabegeschwindigkeitssensoreinrichtungen anzusprechen,
sowie eine Einrichtung, die erkennt, welche der Vielzahl
verschiedenartiger Abgabegeschwindigkeitssensoreinrichtungen an
die Regel- und Überwachungsschaltungseinrichtung gekoppelt
ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung auf die
Sensorerkennungseinrichtung anspricht und aus der
Speichereinrichtung automatisch Daten und Befehle auswählt, die ein
Ansprechen auf die durch selbige erkannte
Abgabegeschwindigkeitssensoreinrichtung ermöglichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die für neuartig
gehalten werden, werden ausführlich in den beigefügten
Ansprüchen aufgeführt. Der Aufbau und die Funktionsweise der
Erfindung sowie weitere Aufgaben und Vorteile derselben
werden am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung
im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich,
in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen
und bei denen:
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Fig. 1 eine perspektivische, teilweise schematische
Ansicht ist, die eine von einem Traktor gezogene
Flüssigdünger-Verteiler- oder Sprühvorrichtung
veranschaulicht, mit der das erfindungsgemäße
System vorteilhaft genutzt werden kann;
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Fig. 1A eine Sprühvorrichtung darstellt;
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Fig. 1B eine Abgabevorrichtung für wasserfreies Ammoniak
darstellt;
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Fig. 1C eine Streuvorrichtung für körniges Material
darstellt;
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Fig. 2 eine schematische Darstellung der funktionellen
Verbindungen eines Überwachungs- und Regelpultes
gemäß der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen
Abschnitten der Vorrichtung in Fig. 1 ist;
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Fig. 3 eine vergrößerte Vorderansicht der Vorderseite des
Regelungs- und Überwachungspultes gemäß einer
bevorzugten Form der Erfindung ist;
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Fig. 4, 5 und 6
Funktionsblockdiagramme in Form von Flußdiagrammen
sind, die verschiedene Aspekte der Funktion des
erfindungsgemäßen Regel- und Überwachungssystems
weiter veranschaulichen;
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Fig. 7 ein Schaltschema einer Motorregelungsschaltung
gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung
ist;
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Fig. 8A und 8B zusammen ein schematisches Schaltbild einer
Überwachungs- und Regelschaltung auf
Mikroprozessorbasis und einer dazugehörigen Anzeigetafel
gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung
sind;
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und
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Fig. 9 ein Schaltschema einer Durchflußmeßschaltung gemäß
einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden
Erfindung ist.
Ausführliche Beschreibung der dargestellten Ausführung
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Unter Bezugnahme auf dies Zeichnungen und dabei zunächst auf
Fig. 1 und 2 wird im folgenden die Erfindung im
Zusammenhang mit der Überwachung und der Regelung des Betriebs einer
Flüssigkeitsverteilungsvorrichtung der allgemein in Fig. 1
dargestellten Art veranschaulicht und beschrieben. Es
versteht sich jedoch, daß das erfindungsgemäße System gemäß
wichtiger Merkmale der Erfindung mit jeder einer Reihe
verschiedener Materialverteilungsvorrichtungen, die, wie weiter
oben erläutert, auf einer Reihe von Anwendungsgebieten
eingesetzt
werden, angewendet werden kann, und damit die
Erfindung keinesfalls auf das in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte
Flüssigkeitsverteilungssystem beschränkt ist.
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Gemäß Fig. 1 kann eine Materialverteilungsvorrichtung, mit
der zusammen die Erfindung eingesetzt werden kann, ein
Fahrzeug, wie beispielsweise einen Traktor 10, einschließen. Der
Traktor 10 ist vorzugsweise mit einem
Bodengeschwindigkeitssensor versehen, der die Form eines
Radar-Geschwindigkeitssensors 12 annehmen kann. Der Radar-Geschwindigkeitssensor
12 kann eine Vielzahl von Formen annehmen, ohne die
Erfindung zu verlassen. Eine besonders vorteilhafte Art eines
Radar-Geschwindigkeitssensors ist im U.S.-Patent Nr. 4,633,252
dargestellt und beschrieben.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung zieht der
Traktor 10 eine mobile Materialverteilungsvorrichtung, die hier
als einen auf Rädern angebrachten Tank 14 enthaltend
dargestellt ist, der einen Vorrat an zu verteilender Flüssigkeit
enthält. Es versteht sich, daß das System einen
Vorratsbehälter oder eine geeignete Konstruktion zur Aufnahme eines
Vorrats von körnigem Material enthalten kann, ohne die
Erfindung zu verlassen. Das flüssige Material kann flüssige
Dünger, Herbizide oder Insektizide einschließen, die in
landwirtschaftlichen Verfahren zu versprühen sind. Körnige
Materialien können ebenfalls verschiedene
Unkrautbekämpfungsmittel oder Dünger in körniger Form einschließen, oder
sie können Enteisungsmaterialien oder ähnliches
einschließen, die von einem Überstraßenfahrzeug (nicht dargestellt)
auf Straßen oder Autobahnen verteilt werden, ohne die
Erfindung zu verlassen.
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Bei den in Fig. 1A und 1B dargestellten Ausführungen sind
zwei Arten von Flüssigkeitsverteilungssystemen schematisch
dargestellt. In Fig. 1A ist ein Sprühsystem mit einem
Sprühausleger 15 mit einer Vielzahl von Düsen 16
dargestellt. In Fig. 1B ist ein Verteilungssystem zur Verteilung
von wasserfreiem Ammoniak (NH&sub3;) dargestellt, bei dem ein
Verteiler verwendet wird, der wasserfreies Ammoniak, das in
den Boden eingebunden werden soll, an einer Vielzahl von
Messern zuführt. Bei einem Verteilungssystem für körnige
Materialien, wie es schematisch in Fig. 1C dargestellt ist,
kann jedoch eine andere Materialverteilungseinrichtung, wie
beispielsweise ein oder mehrere Schleuderstreuer 19,
verwendet werden. Bei einem derartigen System kann eine geeignete
Einrichtung, wie ein Förderband 21 oder eine andere
Abgabevorrichtung verwendet werden, um den Schleuderstreuern 19
körniges Material zuzuführen.
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In jedem Fall wird bei jeder der obenstehenden
Materialverteilungsvorrichtungen eine Materialverteilungseinrichtung
zur Verteilung von Material über die Bewegungsstrecke der
Vorrichtung verwendet, die entweder, wie bereits erwähnt,
Schleuderstreuer (nicht dargestellt) oder, wie gerade
beschrieben, Düsen 16 oder Messer 18 enthält. Darüber hinaus
enthält jede Vorrichtung eine Art einer
Abgabegeschwindigkeitssensoreinrichtung zur Erzeugung eines
Abgabegeschwindigkeitssignals, das der Geschwindigkeit der Abgabe von
Material an die Verteilungseinrichtung (z. B. Messer 16, Düsen
18 oder Streuer 19) entspricht. Vorzugsweise sind diese
Abgabeeinrichtungen regelbar zu verändern, um so die
Geschwindigkeit zu verändern, mit der Material durch sie an die
Verteilungseinrichtung abgegeben wird.
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Bei dem in Fig. 1A und 1B dargestellten System wird ein
Regelventil 20 als Regelelement für die Abgabeeinrichtung mit
variabler Geschwindigkeit verwendet. Dieses
Durchflußregelventil 20 ist vorzugsweise motorgetrieben, wobei ein
Elektromotor vorhanden ist, der das Ventil in jede gewünschte
Stellung zwischen vollkommen offen und vollkommen
geschlossen dreht, um so die von ihm an die
Materialverteilungseinrichtung, wie Düse 16 oder Messer 18, abgegebene
Flüssigkeitsmenge zu regeln. Bei einem System für körnige
Materialien, wie es oben erwähnt wurde, kann ein solches
Durchflußregelungsventil
ein Regelventil für einen hydraulischen
Motor 25 oder ähnliches darstellen, der ein Förderband 21 oder
eine andere Materialabgabeeinrichtung zur Abgabe von
körnigem Material an einen oder mehrere Schleuderstreuer 19
antreibt.
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Eine zusätzliche Abgabegeschwindigkeitssensoreinrichtung ist
darüber hinaus in jedem der Systeme in Fig. 1A und 1B
vorhanden, die ein Abgabegeschwindigkeitssignal erzeugt, das
auf vorgegebene Weise der Materialabgabegeschwindigkeit der
Abgabeeinrichtung mit variabler Geschwindigkeit an die
Materialverteilungseinrichtung entspricht. Eine derartige
Sensoreinrichtung für die variable Abgabegeschwindigkeit kann
einen Durchflußgeschwindigkeitssensor 22 umfassen, der
zwischen dem Fluidvorrat und dem Regelventil 20 in eine
Fluidleitung eingesetzt ist. Es ist ersichtlich, daß bei dem
Abgabesystem für festes Material ein ähnlicher Durchflußmesser
verwendet werden kann, um den Fluß durch ein ähnliches
Regelventil zu einem hydraulischen Motor zur Regelung der
Förderbandgeschwindigkeit zu messen. Als Alternative dazu
kann die Abgabegeschwindigkeitssensoreinrichtung einen
Druckmesser zum Messen des Flüssigkeitsdrucks am Verteiler
15, d. h. des Drucks über die Düsen 16 oder Messer 18,
umfassen.
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In Fig. 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen den
Durchflußmesser 20, Durchflußventil 22 und
Bodengeschwindigkeitsmeßwandler oder Radarvorrichtung 12. Es ist zu sehen, daß jedes
dieser Elemente zur Abgabe seines entsprechenden
Sensorsignals oder Ausgangssignals elektrisch an eine Regel- und
Überwachungseinrichtung gekoppelt ist, die schematisch als
Pult 25 mit einer Anzeige- und Regeltafel 30 dargestellt
ist.
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Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungen ist eine
bevorzugte Form einer vom Bedienenden zu betätigenden
Schaltvorrichtung dargestellt, die allgemein mit
Bezugszeichen
32 gekennzeichnet ist. Diese Schaltvorrichtung 32 ist
vorzugsweise so gebaut, daß sie leicht an einem Schalthebel
oder einem anderen Steuerhebel 34 des Traktors oder
sonstigen Fahrzeugs 10 angebracht werden kann. Die
Schaltvorrichtung 32 enthält einen Spannungs-Ein-Aus-Schalter 36, und
einen Automatik/Spül/Aus- (AUTO/SPÜL/AUS) Schalter 38 sowie
wahlweise eine akustische Warnvorrichtung 40, wie
beispielsweise ein "Sonalert".
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In Funktion wird der Spannungsschalter verwendet, um
Funktionsspannung an das Regelsystem oder das Regelpult 25
anzulegen, wie später ausführlich beschrieben wird. Der
AUTO/SPÜL/AUS-Schalter 38 erzeugt einen
Regelventil-Absperrbefehl zum Absperren von Ventil 22 in der AUS-Stellung. In
der AUTO-Stellung führt der Schalter dem Pult 25 einen
Befehl zur Auslösung des automatisch geregelten Systembetriebs
zur Regelung der Verteilung von Material gemäß der Erfindung
zu, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird. In der
SPUL-Stellung führt Schalter 38 dem Regelpult 25 einen
Befehl zu, durch den das Ventil 22 auf eine vorgegebene
"Spül"-Stellung geöffnet wird, um beispielsweise einen Strom
Wasser oder einer anderen Reinigungsflüssigkeit zur
Reinigung des Systems nach dem Betrieb zuzuführen, oder um
unbenutzte Flüssigkeit aus dem System abzulassen.
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Bei dem Flüssigkeitssprühsystem in Fig. 1A wird vorzugsweise
ein Drucksignal in Verbindung mit dem von dem Radar- oder
einem anderen Bodengeschwindigkeitssensor 12 erzeugten Bodengeschwindigkeitssignal
verwendet, um die Einstellung des
Ventils 20 zu regeln und so die gewünschte
Materialverteilungsgeschwindigkeit zu erreichen. Dementsprechend
ermöglicht das Hinzufügen eines Durchflußgeschwindigkeitssensors
22 eine separate Überwachungsfunktion, d. h. die Überwachung
möglicher Fehlfunktionen des Systems, wie beispielsweise
durch verstopfte Düsen, verschlissene Düsen oder Leckstellen
im System. Wenn derartige Fehlfunktionen in dem System in
Fig. 1A auftreten, ist klar, daß der gemessene Durchfluß von
seinem erwarteten Wert abweicht, wenn der Druck im System,
die Einstellung des Ventils 20 und die Anzahl der Düsen 16
vorgegeben ist. Bei einem ordnungsgemäß funktionierenden
System haben die Bodengeschwindigkeit und die
Durchflußgeschwindigkeit daher ein vorgegebenes, konstantes Verhältnis
zueinander, wenn diese anderen Faktoren (d. h. Druck, Anzahl
der Düsen und ausgewählte Ventileinstellung) gegeben sind.
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Dementsprechend übt der Durchflußmesser im System keine
Regelfunktion aus, sondern wirkt nur als zusätzliche
"Düsenüberwachungsvorrichtung", um den Bedienenden auf eine
nicht ordnungsgemäß funktionierende oder funktionsuntüchtige
Düse hinzuweisen. Düsen können entweder aufgrund übermäßigen
Verschleißes oder Bruchs versagen, wodurch ein größerer
Durchfluß als ihre Nenndurchflußkenndaten verursacht wird,
oder dadurch, daß sie mit Schmutz, Schlamm oder anderem
Material verstopft oder zugesetzt werden. Eine plötzliche
Änderung der Durchflußgeschwindigkeit würde bei beiden
Fehlfunktionen auftreten, und eine derartige Änderung würde
durch den Durchflußmesser 22 erfaßt werden. Im Unterschied
dazu wird bei dem Verteilungssystem für wasserfreies
Ammoniak in Fig. IB ein Durchflußmesser 22 als
Abgabegeschwindigkeitssensoreinrichtung verwendet.
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Bei der dargestellten Ausführung verwendet das Überwachungs-
und Regelsystem das von dem Bodengeschwindigkeitssensor 12
erzeugte Bodengeschwindigkeitssignal als Referenzsignal, und
das Verteilungsgeschwindigkeitssignal, das wahlweise vom
Durchflußgeschwindigkeitsmesser oder -sensor 22 oder dem
Drucksensor 24 erzeugt wird, als das Rückkopplungssignal.
Dieses System ermöglicht die Regelung des
Durchflußregelventils 20 und damit der Verteilungsgeschwindigkeit des
Materials pro Flächeneinheit durch die mobile
Materialverteilungsvorrichtung.
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Das Überwachungs- und Regelsystem enthält, wie weiter unten
ausführlicher beschrieben wird, eine neuartige Überwachungs-
und Regelschaltungseinrichtung, die in Funktionsblockform in
Fig. 3 und in Schaltschemaform in Fig. 4 dargestellt ist.
Erfindungsgemäß spricht diese Überwachungs- und
Regelschaltungseinrichtung auf das Bodengeschwindigkeitssignal und das
Abgabegeschwindigkeitssignal an und erzeugt ein Regelsignal
zur Regelung der Geschwindigkeit der Abgabeeinrichtung mit
variabler Geschwindigkeit, wie beispielsweise der
Einstellung von Regelventil 20, um eine gewünschte Geschwindigkeit
der Verteilung von Material über die Bewegungsstrecke der
mobilen Verteilungsvorrichtung zu erreichen und
beizubehalten.
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Bei der hier dargestellten beispielhaften Ausführung enthält
die Überwachungs- und Regelschaltungseinrichtung des
weiteren eine Verarbeitungseinrichtung, die auf das
Bodengeschwindigkeits- und das Abgabegeschwindigkeitssignal
anspricht und nicht nur die Regelsignale, sondern des weiteren
auch Anzeigesignale erzeugt, die zugehörigen Funktionen und
Zuständen der mobilen Vorrichtung entsprechen. In diesem
Zusammenhang ist unter Bezugnahme auf Fig. 2 ersichtlich,
daß ein weiterer Eingang 42 am Überwachungs- und Regelpult
25 für "wahlweise Funktionen" vorhanden ist. Dieser weitere
Eingang kann, wenn gewünscht, eine Vielzahl von weiteren
Eingängen enthalten, um Zustände an einer Vielzahl von
Punkten in der Maschine oder der Vorrichtung zu überwachen und
geeignete Anzeigesignale zur Information des Bedienenden
über den Zustand der zugehörigen Funktionen und Zustände
während des Betriebes zu erzeugen.
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Erfindungsgemäß ist des weiteren eine Speichereinrichtung
zum Speichern von Daten und Befehlen vorhanden, die
verwendet werden, um die Verarbeitungseinrichtung in die Lage zu
versetzen, auf die von einem beliebigen einer Vielzahl
verschiedenartiger Abgabegeschwindigkeitssensoren erzeugten
Abgabegeschwindigkeitssignale anzusprechen. Zu diesen Daten
und Befehlen können Daten und Befehle gehören, die entweder
einem Drucksensor, wie beispielsweise Sensor 24, oder einem
Durchflußgeschwindigkeitssensor, wie beispielsweise Sensor
22, entsprechen. Darüber hinaus können im Speicher
zusätzliche Daten und Befehle enthalten sein, die spezielles
Ansprechen auf jeden beliebigen einer Vielzahl von speziellen
Durchflußsensoren und/oder Drucksensoren in Übereinstimmung
mit der tatsächlichen Form der von jedem erzeugten
Druckund/oder Durchflußgeschwindigkeitssignale ermöglichen. Die
Verarbeitungseinrichtung enthält des weiteren vorzugsweise
eine Einrichtung zur Erkennung einer bestimmten Art eines
Abgabegeschwindigkeitssensors, der mit der Regel- und
Überwachungsschaltung gekoppelt ist, und die
Verarbeitungseinrichtung spricht auf die Sensorerkennungseinrichtung an und
wählt aus der Speichereinrichtung Daten und Befehle aus, die
ein Ansprechen auf die erkannte
Abgabegeschwindigkeitssensoreinrichtung ermöglichen.
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Gemäß der bevorzugten Form der Erfindung enthält die
obenerwähnte Speichereinrichtung eine erste,
maskenprogrammierbare, nichtänderbare Speichereinrichtung, die bestimmte
nichtänderbare oder dauerhaft konstante Daten enthält, wie
beispielsweise Einheitenumrechnungskonstanten zur Umrechnung
von metrischen in englische Werte, von Quadratfuß in Acres
und ähnliches. Die Speicherkapazität für diese
Speicherfunktionen findet sich, wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 später
ausführlicher erläutert wird, sowohl in einem
Mikroprozessorbaustein in der Form von internem Speicher, wie auch in
der Form von externen, nichtflüchtigen, elektrisch
programmierbaren Speicherelementen.
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Eine weitere, nichtflüchtige Speichereinrichtung ist nur
berechtigtem Betriebs- oder Serviceprogrammierungspersonal
zugänglich, und enthält veränderbare Umrechnungskonstanten
einschließlich der Daten und Befehle, die, wie obenerwähnt,
das Ansprechen des Systems auf jeden beliebigen einer
Vielzahl verschiedenartiger Abgabegeschwindigkeitssensoren
einschließlich verschiedener Drucksensoren und/oder
Durchflußgeschwindigkeitssensoren ermöglichen.
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Die Speichereinrichtung enthält schließlich einen dem
Benutzer zugänglichen, nichtflüchtigen Speicherabschnitt oder
eine Einrichtung zum Empfang und zur Speicherung von durch den
Benutzer oder für den Benutzer eingegebenen Daten für die
speziellen Eigenschaften der Vorrichtung, mit der das System
eingesetzt werden soll, wie beispielsweise Daten zur
"Erkennung" des für die Verwendung mit der Vorrichtung
ausgewählten Abgabegeschwindigkeitssensors. Darüber hinaus ist
der nichtflüchtige Speicher in der Lage, andere vom Benutzer
ausgewählte Daten oder Eingaben zu empfangen und zu
speichern. Diese Daten können einer durch den Benutzer
getroffenen Auswahl zwischen englischen oder metrischen Einheiten
für die Anzeige entsprechen. Es können auch Daten zur
Einstellung des Systems für den Betrieb mit einem
Bodengeschwindigkeitssensor, wie beispielsweise der Radareinheit
12, oder einem anderen Bodengeschwindigkeitssensor, der am
Traktor oder einer anderen mobilen Verteilungsvorrichtung
vorhanden ist, eingegeben werden. Diese Einstellungsdaten
dienen dazu, den Sensor für die Verarbeitungseinrichtung
"erkennbar" zu machen. Die Eigenschaften der
Verteilungseinrichtung, wie beispielsweise die Öffnungsgröße oder die
Durchflußgeschwindigkeiten der Düsen oder Messer, die
Drehgeschwindigkeit von Schleuderstreuern oder ähnliches können
durch den Bedienenden ebenfalls eingegeben werden. Als
Alternative dazu kann die Betriebs- oder Serviceprogrammierung
zusätzliche Umrechnungskonstanten zum Ansprechen auf ein
beliebiges aus einer Vielzahl verschiedenartiger Modelle von
Sensoren, wie beispielsweise Bodengeschwindigkeitssensoren,
enthalten, aus denen der Benutzer auswählen kann, wodurch
die Notwendigkeit der Eingabe bestimmter Daten vermieden
wird, wenn einer dieser "vorprogrammierten" Sensoren für den
Einsatz ausgewählt wird.
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Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 die Funktion
des Überwachungs- und Regelungssystems der dargestellten
Ausführung ausführlicher unter Bezugnahme auf die
Anzeigeund Regeltafel oder -fläche 30 des Pults 25 beschrieben.
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Wie insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 3 zu sehen ist,
enthält die Tafel 30 des Regelpults drei "Tast"-Schalter 50,
52 und 54 und eine Anzeigefenster 56. Das Anzeigefenster 56
enthält eine Vier-Ziffern-Anzeige 58, die vorzugsweise vier
Sieben-Segment-Flüssigkristallanzeige (LCD)-Elemente mit
Dezimalpunkten umfaßt. Die Anzeigetafel enthält ebenfalls eine
Mehrfachsegment-Balkenanzeige, die gleichfalls vorzugsweise
aus mehreren LCD-Segmenten 60 besteht. Darüber hinaus können
eine Vielzahl gedruckter oder auf andere Weise hergestellter
fester Markierungen 62 zur Vorderfläche oder Tafel 30
unmittelbar über der Balkenanzeige 60 gehören. Zusätzlich
sind, vorzugsweise als LCD ausgeführt, die Symbole
"Einstellung" (SETUP), eine Kontrollmarkierung sowie
"Betrieb" (APER) auf der rechten Seite der
Vier-Ziffern-Anzeige vorhanden.
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Zunächst ermöglicht das Berühren des
Funktions/Einstellungsschalters 50 die Auswahl entweder der
Einstellungsbetriebsart zum Programmieren oder Einstellen der
Überwachungseinrichtung für den Betrieb mit einer bestimmten
Vorrichtung, bzw. die Wahl der Funktionsbetriebsart des
Pultes für den eigentlichen Betrieb nach dem
Einstellungsvorgang. In der Funktionsbetriebsart bewirkt die Berührung von
Schalter 50, wenn der AUS/AUTO/SPÜL-Schalter 38 in der SPÜL-
Stellung ist, wie oben beschrieben, einen Befehl für den
Spülbetrieb, d. h. für das Ausspülen des Systems. Wenn in
der Funktionsbetriebsart der Schalter 50 ungefähr drei
Sekunden lang gedrückt gehalten wird, geht das Regelsystem
dadurch in den Einstellbetrieb über. Im Einstellbetrieb geht
durch kurzes Drücken des Schalters 50 das System und die
Anzeige zum nächsten Einstellvorgang in einer Abfolge über,
die weiter unten erläutert wird. Jede Konstante, die
momentan programmiert und/oder in den Speicher eingegeben wird,
wird durch die Position eines Zeigers in Form des Leuchtens
eines der Segmente der Balkenanzeige 60 angezeigt. Ein
Bedienerhandbuch stellt dar, welches Segment der Balkenanzeige
der Programmierung welcher Konstante bzw. Information an das
System entspricht.
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In der Funktionsbetriebsart wird der Schalter 52 verwendet,
um die programmierte Ausbringgeschwindigkeit bei
geringfügigen Einstellungen während des Betriebes um einen kleinen
Schritt zu verringern. Im Einstellbetrieb wird Schalter 52
verwendet, um eine der Zahlen 58 auszuwählen, die auf den
gewünschten Wert eingestellt und eingegeben werden soll (die
gewählte Zahl leuchtet dabei auf und verlischt wieder).
Jedesmal, wenn Schalter 52 berührt wird, wird die nächste Zahl
58 zur rechten ausgewählt und beginnt aufzuleuchten und zu
verlöschen.
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Tastschalter 54 bewirkt, daß ein inkrementaler Schritt
während des Betriebes zur vorher programmierten, ausgewählten
Auftraggeschwindigkeit addiert wird (Schalter 52 bewirkt,
wie erwähnt, daß der gleiche Schritt subtrahiert wird.). Im
Einstellbetrieb kann die ausgewählte Zahl durch Berührung
des Schalters 54 oder durch Aufrechterhaltung des Drucks auf
den Schalter 54 zur schrittweisen Erhöhung der Zahl von Null
bis Neun auf jeden Wert eingestellt werden. Wenn die Zahl
auf den gewünschten Wert eingestellt worden ist, wird der
Schalter 52 verwendet, um die nächste Zahl zur Einstellung
auszuwählen.
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Darüber hinaus bewirkt der Schalter 50, wenn er in der
Funktionsbetriebsart berührt wird, eine sofortige Rückkehr zur
programmierten Auftraggeschwindigkeit von einer während des
Betriebes schrittweise veränderten Auftraggeschwindigkeit,
die zuvor durch die Verwendung der Schalter 52 oder 54
bewirkt wurde.
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Im Einstellbetrieb kann der Bedienende jede beliebige Anzahl
Konstanten in der unten aufgeführten Reihenfolge in den
Speicherabschnitt des Systems eingeben, indem die
Tastschalter 52 und 54 wie oben beschrieben angewendet werden. Die
gewünschte Auftraggeschwindigkeit wird zuerst in Pfund pro
Acre eingegeben. Es versteht sich, daß, obwohl die
vorliegende Beschreibung die Eingabe von Konstanten in englischen
Einheiten beschreibt, auch metrische Einheiten verwendet
werden können, ohne die Erfindung zu verlassen, da das
System auch darauf programmiert ist, metrische Maßeinheiten zu
erkennen, anzunehmen und mit ihnen zu operieren. Danach gibt
der Bedienende die gewünschten schrittweisen Beträge der
Änderung der Auftraggeschwindigkeit ein, die, wie oben
beschrieben, automatisch im "Änderung während des Betriebes"-
Verfahren ausgeführt werden.
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Die Dichte als Masse pro Volumeneinheit des zu verteilenden
Materials (bei einer gegebenen Temperatur und gegebenem
Druck) wird als nächstes vom Bedienenden eingegeben. Eine
Durchflußsensor-Konstante wird im allgemeinen mit dem
verwendeten Durchflußmesser 22 erzeugt und als nächstes
eingegeben. Die folgende Eingabe ist die effektive Auftragbreite
des Ausbringungsgerätes, des Spritzauslegers oder der
anderen Verteilungsvorrichtung, d. h. die Breite, über die das
Material während eines Durchgangs über ein Feld oder eine
andere zu behandelnde Fläche verteilt wird.
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Die nächste Konstante wird als "Systemantwort"-Konstante
bezeichnet und bestimmt den Betrag der Antriebskraft, der für
den Regelventilmotor erforderlich ist, um geringfügige
Einstellungen während des Betriebes vorzunehmen, um die
gewünschte Auftragmenge beizubehalten. Ein Bedienerhandbuch
gibt die Zahl an, die für ein bestimmtes Regelventil 20
einzugeben ist. Die nächste Konstante, die vom Bediener
eingegeben wird, ist eine Bodengeschwindigkeitseinstellungszahl,
die von einem Handbuch für einen bestimmten
Bodengeschwindigkeitssensor vorgegeben werden kann, oder die in einem
unten beschriebenen Bodengeschwindigkeitseinstellungsvorgang
bestimmt werden kann.
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Was die Systemantwortkonstante angeht, so zeigt die
Pultanzeige von Zeit zu Zeit geringfügige Änderungen der
Auftraggeschwindigkeit aufgrund der Geschwindigkeit oder
Bodengeschwindigkeit der Vorrichtung an, wenn das Regelsystem
richtig funktioniert. Wenn jedoch die Anzeige um relativ große
Beträge schwankt, zeigt dies an, daß die
Systemantwortkonstante verringert werden sollte. Wenn andererseits die
Anzeige zu langsam auf eine Änderung der Bodengeschwindigkeit
oder der Auftraggeschwindigkeit (wie beispielsweise eine
Eingabe zur Änderung während des Betriebes) anspricht, oder
wenn sie beständig eine andere als die gewünschte und
eingegebene Auftraggeschwindigkeit anzeigt, sollte der Wert der
Systemantwortkonstante erhöht werden.
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Die Bodengeschwindigkeitseinstellung ist eine Zahl, die im
wesentlichen den Bodengeschwindigkeitssensor an das
Regelsystem anpaßt. Um die Konstante für eine gegebene Vorrichtung
zu bestimmen, wird der Traktor oder eine sonstige mobile
Vorrichtung über eine abgemessene Strecke gefahren, während
das Pult das Signal überwacht, das von dem speziellen
Bodengeschwindigkeitssensor, der verwendet wird, erzeugt wird.
Auf diese Weise kann das Pult die richtige Einstellung zur
Anpassung an diesen speziellen Sensor bestimmen. In Funktion
läuft der "Bodengeschwindigkeits"-Einstellungsvorgang wie
folgt ab. Das System wird in den Einstellbetrieb gebracht,
und der Schalter 38 wird in die SPÜL-Stellung bewegt und
losgelassen, wenn der Traktor oder die sonstige Vorrichtung
den Beginn einer 400 Fuß langen, abgemessenen und markierten
Strecke vorzugsweise auf ebenem Boden erreicht. Die
abgemessene Strecke wird mit einer möglichst konstanten
Geschwindigkeit gefahren, und der Schalter 38 wird wieder gedrückt
und aus seiner SPÜL-Stellung losgelassen, wenn das Ziel der
Strecke erreicht ist. Daraufhin zeigt die Anzeige 58 die
erforderliche Bodengeschwindigkeitseinstellungszahl an, die
eingegeben werden muß.
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Die Stellung des Zeigers an der Balkenanzeige 60 zeigt, wie
oben erwähnt, die Konstante an, die im Einstellbetrieb
angezeigt wird, und jede Berührung von Schalter 50 bewegt ihn,
wie oben erwähnt, in der folgenden Reihenfolge zur nächsten
zu programmierenden und/oder anzuzeigenden Konstante:
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Balkenzeigerstellung Konstante
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10 Auftraggeschwindigkeit
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20 + und - Auftraggeschwindigkeit
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30 Dichte
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40 Flußsensorkonstante
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50 Breite
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60 Systemantwort
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70 Bodengeschwindigkeitseinstellung
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Im Betrieb sollte der AUS/AUTO/SPÜL-Schalter 38 zunächst in
der AUS-Stellung stehen, und der AN/AUS-Schalter 38 in der
AN-Stellung, woraufhin der Alarm erklingt und alle
Anzeigesegmente eine Sekunde lang erleuchtet sind. Der
programmierte Wert für die gewünschte Auftraggeschwindigkeit wird
als nächstes eine Sekunde lang angezeigt, und das Pult geht
dann in den Betriebszustand über, wobei es die aktuelle
Auftraggeschwindigkeit anzeigt, die vor Beginn des Betriebes
natürlich Null (0) beträgt. Zur Aufnahme des Betriebes wird
der AUS/AUTO/SPÜL-Schalter in die AUTO-Stellung gebracht,
und das Auftragen von Material beginnt mit dem normalen
Betrieb der Sprüheinrichtung oder der sonstigen Vorrichtung.
Zu diesem Zeitpunkt wird die tatsächlich erreichte
Auftraggeschwindigkeit mit den Ziffern 58 angezeigt, und nach einem
kurzen Anlaufzeitraum wird diese Auftraggeschwindigkeit im
allgemeinen mit der gewünschten, vorprogrammierten
Auftraggeschwindigkeit innerhalb geringer Änderungsgrenzen
übereinstimmen. Jede Betätigung der Tastschalter 52 oder 54
verursacht eine Änderung der Auftraggeschwindigkeit während des
Betriebes, und der vorgewählte Schritt der Erhöhung oder
Verringerung sollte sich danach in der aktuellen
Auftraggeschwindigkeit, die angezeigt wird, niederschlagen.
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Die Balkenanzeige 60, die sich in der Anzeige oben befindet,
zeigt den erreichten Prozentsatz des maximalen Durchflusses
an. Bei der dargestellten Ausführung ist der maximale
Durchfluß auf 4.000 Pfund pro Stunde festgelegt. Diese
Balkenanzeige stellt eine gute Anzeige der Stabilität des Systems
dar, und bei normalen Systemabweichungen sollte der Balken
während des Auftragens an ein oder zwei Balken auf jeder
Seite der mittleren Anzeigestellung aufleuchten. Wenn die
Balkenanzeige unstabil erscheint, ist dies ein Anzeichen
dafür, daß die Systemantwortkonstante wie oben beschrieben
eingestellt werden muß. Die APER
(Auftraggeschwindigkeitsfehler)-Anzeige erscheint, wenn das Regelventil 20 seine
Maximal- oder vollständig offene Stellung erreicht und diese
Anzeige leuchtet in Ein-Sekunden-Intervallen auf und wird
von einem kurzen Signal des akustischen Alarms begleitet.
Auf ähnliche Weise kann das "Kontrollmarkierungs"-Symbol mit
oder ohne den akustischen Alarm verwendet werden, um eine
weitere gewünschte "Alarm"-Funktion zu erzeugen. So kann
beispielsweise ein Behälter- oder Tankfüllstand angebracht
werden, und die Warnung (erleuchtete Kontrollmarkierung)
gegeben werden, wenn er unter einen vorgegebenen Füllstand
fällt. Diese "Kontrollmarkierungs"-Warnung kann auch
eingesetzt werden, wenn die oben beschriebene
"Düsenüberwachungs"-Funktion feststellt, daß eine oder mehrere
Düsen verschlissen oder verstopft sind.
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In Fig. 8A und 8B ist das Schaltschema der erfindungsgemäßen
Überwachungs- und Regelschaltung dargestellt. Verschiedene
Eingänge und Ausgänge der Schaltung sind auf der linken
Seite von Fig. 8A dargestellt. Dazu gehören Eingänge 70 und
72 für die AUS- und SPÜL-Signale vom AUS/AUTO/SPÜL-Schalter
38. Motorsteuerungssignale zum Schließen und Öffnen des
Schalters werden an den Ausgängen 74 und 76 abgegeben, und
das Ventil-vollständig-offen-Signal wird an einem
Auftragfehler(APER)-Eingang 78 überwacht. Eine Signalfrequenz Fg
vom Bodengeschwindigkeitssensor 12 wird am Eingang 80
empfangen, während eine Signalfrequenz FQ von einem
Durchflußmesser 22, sofern dieser verwendet wird, am Eingang 82
empfangen wird. Wenn ein Drucksensor 24 verwendet wird, wird
sein Eingangssignal an beide Eingänge 84, 86 geschaltet, die
unterschiedliche Teilungswiderstände (scaling resistors)
verlassen. Der Prozeß wählt auf der Grundlage des an den
Eingängen 84, 86 vorhandenen Spannungspegels einen dieser
Eingänge aus. Diese Teilungsvorrichtung ermöglicht die
Aufnahme eines etwas größeren Bereichs von Spannungswerten bei
verbesserter Auflösung. Andere Funktionen der Vorrichtung,
wie etwa der Materialpegel in einem Behälter oder Tank, wie
beispielsweise Tank 14, können von einem geeigneten Sensor
überwacht werden, der an Eingang 88 gekoppelt ist.
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Ein Signal zur Erregung der Warnvorrichtung 40 wird am
Ausgang 90 erzeugt. Zu weiteren Eingängen gehören ein Eingang
92 einer 12-Volt-Batterie oder eines anderen elektrischen
Fahrzeugsystems, ein Masseeingang 94 und ein
Hintergrundbeleuchtungs-Spannungseingang 96 zur Hintergrundbeleuchtung
der Anzeige mittels der schematisch dargestellten Lampe oder
einer anderen Beleuchtungseinrichtung 98. Eingänge 72, 72,
80 und 82 werden geeigneten Eingangskanälen eines
Mikroprozessors 100 über entsprechende Operationsverstärker 102,
vorzugsweise von Typ LM 2901, zugeführt.
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Der Mikroprozessor 100 umfaßt vorzugsweise einen
Mikroprozessorbaustein des im allgemeinen mit 8052AH oder 8032AH
bezeichneten Typs aus der 8052-Familie der beispielsweise von
Intel Company zu beziehenden Mikroprozessoren. Der 8052
enthält einen internen Speicher, während die Auswahl des
Prozessors 8032 einen-weiteren externen Speicherbaustein 102
erforderlich macht. Ein weiterer nichtflüchtiger Speicher
zur Aufnahme bestimmter Daten und Informationen, wie sie
oben beschrieben ist, ist in der Form eines NOVRAM 104
vorhanden,
der in der dargestellten Ausführung eine Einheit des
allgemein mit NMC 9346NE bezeichneten Typs ist. Die
Fronttafelschalter 50, 52 und 54 sind, wie in Fig. 8B dargestellt,
ebenfalls an den Mikroprozessor gekoppelt.
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Die Eingänge 78, 84, 86 und 88 in Fig. 8A sind mittels eines
A/D-Wandler/Selektor-Bausteins 106, vorzugsweise vom im
allgemeinen mit ADC 0833CCN bezeichneten Typ, an den
Mikroprozessor 100 gekoppelt. Der A/D-Wandler 106 spricht auf einen
seriellen Dateneingang an einem Digitaleingangskanal (Stift
13) vom Mikroprozessor 100 an und wählt einen der Eingänge
78, 84, 86 und 88 aus, wandelt die Daten am Eingang in
serielle, digitale Form um und leitet sie an einem seriellen
Datenausgangskanal (Digitalausgangs-Stift 10) zum
Mikroprozessor 100 zurück. Dabei wird eine einzelne serielle Leitung
108 sowohl für den Dateneingang als auch -ausgang zwischen
dem A/D-Wandler 106 und Mikroprozessor 100 verwendet.
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In Fig. 8B werden serielle Daten zum Betrieb der
Anzeigetafel 56 aus dem Mikroprozessor über eine Leitung 110 zu einem
Dateneingang eines Anzeigetreiberbausteins 112 geleitet, der
bei der dargestellten Ausführung vorzugsweise einen Baustein
des Typs PCF 2111 umfaßt. Zwischenverbindungen zwischen dem
Anzeigetreiber 112 und der Anzeigetafel 56 sind dargestellt.
Der positive 12-Volt-Eingang und Masseanschlüsse speisen
entsprechende Spannungsregler 95, 97 zur Erzeugung
geeigneter regulierter positiver Gleichspannungen für den Betrieb
der Schaltung und der Anzeige. Zum Zweck der Darstellung
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind eine
Motorsteuerungsschaltung mit OFFEN- und GESCHLOSSEN-Eingängen und
ein Auftragfehler(APER)-Ausgang, die mit den
gleichbezeichneten Eingängen und Ausgängen der Prozessorschaltung von
Fig. 8 gekoppelt sind, in Fig. 7 dargestellt. Zusätzliche
Grenzschalter S1 und S2 sprechen an, wenn das Ventil 20
seine vollständig geöffnete und seine vollständig
geschlossene Stellung erreicht. Die "APER"-Leitung ist also mit dem
"vollständig-offen"-Grenzschalter S1 verbunden.
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Darüber hinaus bevorzugen wir, obwohl jede beliebige aus
einer Vielzahl von Meßgerätanordnungen verwendet werden kann,
eine Durchflußmeßschaltung der in Fig. 9 dargestellten Art,
die, wie dargestellt, an ihrem Ausgang eine
Durchflußsignalfrequenz FQ zum gleichbezeichneten Eingang der
Prozessorschaltung in Fig. 8 leitet. Diese Schaltung mißt im
allgemeinen die Impulse, die dadurch erzeugt werden, daß sich
ein "Schaufelrad", das in den Flußweg eingesetzt ist, in
bezug auf einen Elektromagnetwicklungs-Sensor dreht, der sich
an einer geeigneten Stelle an der Außenseite der Röhre oder
Leitung an die Position des Schaufelrades angrenzend
befindet.
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In Fig. 4 bis 6 ist die Funktion der Schaltung in Fig. 8 in
Funktionsblockform dargestellt. In Fig. 4 sind die
entsprechenden Frequenzsignale vom Bodengeschwindigkeitssensor 12
und Durchflußmesser 22 als fg bzw. fQ bezeichnet. Das Signal
vom Druckwandler 24 ist eine Signalspannung, die als "Vi"
bezeichnet wird. Beide Signalfrequenzen fg (entspricht Fg
weiter oben) und fQ (entspricht FQ weiter oben) werden auf
die gleiche Weise verarbeitet, indem sie zunächst in
entsprechende Periodenzähler-Funktionsblöcke 200, 202
eingespeist werden und die entsprechenden periodenbezogenen
Signale f'g und f'Q in entsprechende Digitalfilterblöcke 204,
206 eingespeist werden. Die Funktion des Digitalfilterblocks
ist die gleiche wie die im U.S. Patent Nr. 4,633,252
dargestellte und beschriebene. Die entsprechenden Periodenzähler
arbeiten bei einer Taktrate von 40 Hertz, d. h. in
Intervallen von 25.000 Mikrosekunden (25 Millisekunden) und zählen
so die Anzahl der Frequenzimpulse oder "Interrupte" in jedem
25-Millisekunden-Intervall. Wenn die Eingangsfrequenz unter
40 Hertz liegt, zählt der Periodenzähler die Anzahl von 25-
Millisekunden-"Interrupts" oder "Perioden" während jeder
Schwingung der Eingangsfrequenz. Diese beiden in umgekehrtem
Verhältnis stehenden Zählfunktionen sind in den
dargestellten Periodenzähler-Blöcken mit Xg und Yg bezeichnet.
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Das entstehende Signal f''g vom Digitalfilter 204 stellt ein
Bodengeschwindigkeitssignal dar, das zur weiteren
Verarbeitung einer von zwei Verzweigungen zugeführt wird. Die erste
Verzweigung quadriert das Signal, wenn ein Drucksensor als
Rückkopplungssignal verwendet wird, und die zweite
Verzweigung leitet das Bodengeschwindigkeitssignal direkt durch,
wenn ein Durchflußmesser für das Rückkopplungssignal
verwendet wird. An diesem Verzweigungspunkt ist auch eine Bezugs-
Bodengeschwindigkeit dargestellt, die die maximale
Bodengeschwindigkeit umfaßt, die der vollständigen Öffnung des
Regelventils 20 in Reaktion auf den "Spül"-Befehl entspricht.
Dieser "Spül"-Bezugswert wird an diesem Punkt für f''g
eingesetzt, wenn der Schalter 36 in die SPÜL-Stellung gebracht
wird. Dies würde eine maximale Bodengeschwindigkeit, bei der
das System funktionsfähig ist, darstellen, d. h., wenn das
Ventil 20 vollständig offen ist.
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Das Drucksignal Vi, das von ausgewählten Drucksensoren
abhängt, fließt durch eine von zwei ähnlichen
Funktionsverzweigungen oder -kanälen, die entsprechend ausgewählte
Übertragungsfaktoren haben und einen entsprechenden von zwei 8-
Bit-A-D-Wandlungs-Funktionskanälen. Diese "Kanäle"
entsprechen, wie oben beschrieben, den beiden Druckeingängen 84,
86. Das entstehende Digitalsignal oder die "Zählimpulse"
werden im Funktionsblock 216 weiterverarbeitet, der die
dargestellte mathematische Operation mit den Zählimpulsen für
jeden der beiden Kanäle vornimmt. Im wesentlichen bildet die
Kv-Konstante einen "Druckwandler", der ein Drucksignal mit
einer Steigung und einer Verschiebung der Form Y=MX+B hat.
Der entstehende Druckwert Y wird hier mit Pc bezeichnet. Die
digitalen "Zählimpulse" stellen das Glied X dar, und die
Konstanten Kv stellen das Abstiegsglied dar. Die Konstante
VPo stellt die Spannungsverschiebung des "Druckwandlers"
dar. Die Kv-Konstante ist die Anzahl von Zählimpulsen pro
Volt, die vom ausgewählten "Druckwandler" erzeugt werden,
und bildet die A-D-Wandlungskonstante des Kanals, wobei die
Kv1-Konstante für Kanal Nr. 1 gilt und die Kv2-Konstante für
Kanal Nr. 2.
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Das ausgewählte Bodengeschwindigkeitssignal f''g oder
(f''g)² wird mit dem aus dem resultierenden Durchflußsignal
f' 'Q oder dem resultierenden Drucksignal Pc ausgewählten
Signal zusammen einer Fehlerzusammenführung 218 zugeführt. Die
Konstante Km ist eine Maßstabsvervielfacher(scale
multiplier)- oder Vorwärtsverstärkungskonstante des Systems. Die
Konstante K ist die Anpassungskonstante, d. h., ein
Festwertmultiplizierer, der die effektive Spritzbreite oder
Streubreite der Vorrichtung, die ausgewählte
Verteilungsgeschwindigkeit des Materials, die Dichte des Materials und andere
derartige Konstanten berücksichtigt. Wenn die
"Düsenüberwachungs"-Funktion, die oben beschrieben wurde, einbezogen
wird, werden sowohl das Pc- als auch das f''Q-Signal
verwendet. In dieser Situation wird jedoch das f''Q-Signal nur
für "Alarm"-Zwecke mit f''g verglichen, wobei das Pc-Signal
allein an der Fehlerzusammenführung 218 verwendet wird, um
das Regelsignal zu erzeugen.
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Der resultierende Signalwert von der Fehlerzusammenführung
218 wird genutzt, um den Motor mittels eines
Phasenvoreilungs-Funktionsblocks 220 und eines Maßstabmultiplizierer-
Funktionsblock 222 zu treiben, die jeweils die im
allgemeinen schematisch dargestellten Funktionen erfüllen. Das
resultierende Treiberfehlersignal wird mit dem Symbol Der
bezeichnet. Das Vorzeichen des Fehlersignals bestimmt, in
welche Richtung der Motor gedreht werden muß (d. h., um das
Ventil 20 zu öffnen oder zu schließen), und damit, welche
Seite der Motortreiberschaltung in Fig. 7, d. h. die
"Ventilöffnen"-Seite oder die "Ventil-schließen"-Seite durch das
Fehlersignal Der angesteuert werden soll.
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Dieses Antriebsfehlersignal Der wird, wie funktionell in
Fig. 6 dargestellt ist, zu einem arbeitszyklus-gesteuerten
Signal verarbeitet. Kurz gesagt, wird das Der-Signal
entsprechend
Block 224 in die Bits eines
16-Bit-Taktgeber-Funktionsblock 226 geladen, in dem der Übertragszählimpuls 228
das Abschaltsignal für die Treiberkanäle erzeugt, wobei der
Zähler mit einer Taktrate von einem Megahertz getrieben
wird. Das Laden des 16-Bit-Zeitgeber- oder Zählerblocks
geschieht mit der obenerwähnten Taktrate von 40 Hertz, so daß
der Taktgeber bis zu seinem vollständigen Zählvorgang von
65.536 zählt, wobei er von der geladenen digitalen Der-Zahl
ausgeht. Damit werden die Treiberkanäle, die bei jedem
Taktgeber-Interruptzyklus bei 40 Hertz-Intervallen geöffnet
werden, abgeschaltet, wenn der Taktgeber bis 65.536 zählt,
wodurch sie ein variables Arbeitszyklus-Treibersignal für den
Motor erzeugen. Es ist zu sehen, daß bei der Taktrate von 40
Hertz die maximale Zählung, die vom Taktgeber gezählt werden
kann, 25.000 Zählimpulse beträgt. Das entspricht den 25.000
Mikrosekunden, die dem Taktsignal mit einem Megahertz bei
einer Interruptrate von 40 Hertz zur Verfügung stehen. Wenn
dementsprechend der Wert von Der bei digitalen 25.000 oder
mehr liegt, bleibt der Treibvorgang bei einem vollen oder
100%-igen Arbeitszyklus. Liegt der Wert des
Fehlertreibersignals zwischen Null und 25.000, ist der Motortreibvorgang
ein variabler Arbeitszyklus. Bei einem Fehlersignalwert von
Null ist der Motortreibvorgang stets abgeschaltet oder ein
0%-iger Arbeitszyklus.
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In Fig. 5 ist die Funktion des Periodenzählers, der
Funktionsblöcke 200 und 202, die oben beschrieben wurden, in
Funktionsblockform etwas ausführlicher dargestellt.
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Obwohl bestimmte Ausführungen der Erfindung ausführlich
dargestellt und beschrieben wurden, ist es dem Fachmann
ersichtlich, daß Veränderungen und Abwandlungen der
vorliegenden Erfindung in ihren verschiedenen Aspekten vorgenommen
werden können, ohne die Erfindung in ihren umfassenderen
Aspekten zu verlassen, wobei einige der Veränderungen und
Abwandlungen Gegenstand routinemäßiger Konstruktion oder
Gestaltung sind und andere nur nach Untersuchungen ersichtlich
werden. Der Umfang der Erfindung sollte als solcher nicht
durch die hier beschriebene spezielle Ausführung und
besondere Konstruktion beschränkt werden, sondern sollte durch
die beigefügten Ansprüche und Äquivalente derselben
definiert werden.