DE4200603A1 - Verfahren und vorrichtung zum genauen und sicheren dosieren von chargen beliebiger medien mit vorgabe eines soll-wertes einer messgroesse - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum genauen und sicheren dosieren von chargen beliebiger medien mit vorgabe eines soll-wertes einer messgroesse

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum genauen und sicheren Dosieren von Chargen beliebiger Medien mit Vorgabe eines SOLL- Wertes (Msoll) einer Meßgröße wie Volumen oder Gewicht, unter Verwendung eines Dosiersystems mit einem die Meßgröße bzw. deren Veränderung pro Zeiteinheit überwachenden Meßaufnehmer, wobei
  • - zum Abzug des Mediums aus einem Vorrat ein Dosierorgan wie Abzugseinrichtung oder Absperrorgan verwendet wird, dessen Austragsleistung (M/t) für das Medium in weiten Grenzen einstellbar ist, und
  • - die Austragsleistung (M/t) der Abzugseinrichtung bzw. des Absperrorganes zu Beginn der Dosierung nach Maßgabe der vorgegebenen Höhe des SOLL-Wertes (Msoll) auf einen mehr oder minder großen Wert bzw. Öffnungsgrad eingestellt und dieser gegen Ende der Dosierung nach einem vorgegebenen Programm verringert wird (Zusatz zu Patent . . . (Patentanmeldung P 40 29 620.2).
Mit der Lehre des Hauptpatents werden Nachteile und technische Grenzen bekannter Abfülleinrichtungen überwunden. Weil dabei die Austragsleistung (M/t) bzw. der Öffnungsgrad des Dosierorgans zu Beginn der Dosierung nach Maßgabe der vorgegebenen Höhe des SOLL- Wertes (Msoll) auf einen mehr oder weniger großen Wert eingestellt und gegen Ende der Dosierung nach einem vorgegebenem Programm verringert wird, werden sowohl bei großen wie auch bei kleinen Austragsleistungen die Abfüllmengen sehr exakt eingehalten.
Dabei wird vorteilhaft die eingestellte Austragsleistung (M/t) - unabhängig vom vorgegebenen SOLL-Wert (Msoll) - beim Erreichen eines vorprogrammierten Wertes der Meßgröße (Mx) entsprechend einer Differenz zum SOLL-Wert rampenartig, d. h. konstant oder stufenweise zurückgefahren. Weil diese Differenz vorzugsweise immer konstant oder proportional dem vorgegebenen SOLL-Wert ist, werden nach dem Verfahren des Hauptpatentes unkontrollierbare Nachlaufmengen vermieden bzw. exakt kompensiert. Das Verfahren ermöglicht somit eine überraschend genaue Dosierung bei unterschiedlichen Medien und Austragsleistungen und vermeidet Verschleiß an den Dosierorganen sowie schädliche Druckwellen in der Materialsäule am Ende des Dosiervorganges. Mit Vorteil wird für eine äußerst genaue Dosierung insbesondere bei kleinen Dosiermengen das Dosierorgan nach Maßgabe des SOLL-Wertes proportional, d. h. nur zum Teil geöffnet und fallweise in degressiven Schritten geschlossen.
Beim Befüllen eines Behälters mit vorgegebenem SOLL- Wert einer Mengeneinheit des Mediums kann es aber gleichwohl zum Überfüllen und damit zum Überlaufen von Medium aus dem Behälter kommen, dann nämlich, wenn durch menschliches Versagen wie Unachtsamkeit, Irrtümer oder falsche Mengenangaben entweder eine im Behälter noch vorhandene Restmenge nicht berücksichtigt wurde, oder dem eingegebenen SOLL-Wert eine zu hohe Angabe für die Behälterkapazität zugrunde lag, wodurch dessen Überflutung vorprogrammiert wurde. Dies muß jedoch unter allen Umständen vermieden werden. Denn durch auslaufendes Medium können schwere Gefahren bzw. Katastrophen sowohl für das Personal als auch für die Abfüllanlage und die Umwelt, beispielsweise infolge von Bränden, Explosionen oder Vergiftungen entstehen und damit Schäden größten Ausmaßes verursacht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand des Hauptpatentes weiter auszubilden, um dadurch mit vergleichsweise unkomplizierten zusätzlichen Maßnahmen des Verfahrens bzw. Zusatzmitteln der Vorrichtung eine absolute Sicherheit gegen menschliches Versagen der vorgenannten Art und der sich hieraus ergebenden Folgen zu erreichen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß beim Auftanken eines Behälters der Pegel des Behälterinhaltes ständig überwacht und anhand der Behälterinhaltskurve aus dem Füllstand der diesem entsprechende IST-Wert des Behälterinhaltes sowie der noch verfügbare, korrespondierende Restinhalt des Behälters fortlaufend ermittelt und diese Werte mit der vorprogrammierten SOLL-Menge (Msoll) verglichen werden, und daß bei einer Differenz dieser Werte und/oder bei einer Näherung des Inhaltes bzw. des Füllstandes an den maximal zulässigen Inhalt bzw. an den maximal zulässigen Füllstand die vorgegebene Abzugs- bzw. Füllleistung (M/t) unabhängig von der vorprogrammierten SOLL-Menge (Msoll) selbsttätig konstant oder stufenweise verringert und bei Erreichen der maximal zulässigen Werte bis auf Null zurückgefahren wird.
Dadurch, daß beim Auftanken eines Behälters der Pegel des Behälterinhaltes ständig überwacht und anhand der Behälterinhaltskurve aus dem Füllstand der diesem entsprechende IST-Wert des Inhaltes und/oder der noch verfügbare korrespondierende Restinhalt des Behälters fortlaufend ermittelt werden, ist zu jeder Zeit während des Befüllungsvorganges der Füllungsgrad und der maximal zulässige Füllstand bekannt. Durch ständigen Vergleich dieser Werte mit der programmierten SOLL-Menge ist ein Überfüllen des Behälters mit der Folge, daß Medium aus dem Behälter ausläuft, absolut unmöglich. Denn bei einer Differenz zwischen den Meßwerten der Behälterinhalte und dem Sollwert, ebenso wie bei einer Näherung der Füllung an den maximal zulässigen Füllstand, wird automatisch die vorgegebene Fülleistung ohne Rücksicht auf den vorprogrammierten Wert der SOLL-Menge und der daraus abgeleiteten Fülleistung selbsttätig verringert und bei Erreichen der maximal zulässigen Werte bis auf Null zurückgefahren. Redundanz ist dabei durch den Vergleich zweier unabhängiger Meßsysteme gegeben.
Ist eines der Meßsysteme defekt. z. B. der Niveaugeber, wird es sofort detektiert und das Ventil geschlossen, weil der abgeleitete Momentanwert in Litern pro Stunde mit der Veränderungsgeschwindigkeit des Levels ständig verglichen wird. Alternativ ist die Möglichkeit gegeben, Absolutwerte der beiden Sensoren zu vergleichen.
In einem anderen Fall, wenn beispielsweise ein Behälter mit einem maximalen Füllvolumen von 10 m3 an der digitalen Pegelstands-Signalanzeige der Programmeinheit eine vorhandene Füllung von 7 m3 anzeigt und eine Bedienungsperson würde aus Fahrlässigkeit oder Unkenntnis versuchen, weitere 4 m3 Füllmenge durch entsprechende Einstellung des SOLL-Wertes aufzugeben, so würde die Recheneinheit die Annahme dieses Befehls verweigern. Zumindest würde sie darüberhinaus trotz zu hoch angegebener SOLL-Menge den Füllvorgang bei Erreichen des maximalen Füllvolumens von 10 m3 selbsttätig unterbrechen, sowie vorher die zu hoch eingestellte Fülleistung (M/t) bei Näherung des IST- Wertes des Behälterinhalts an den maximal zulässigen Inhalt nach Programm konstant oder stufenweise verringern und schließlich gegen Null zurückfahren.
Auf diese Weise wird mit einer unkomplizierten, wirkungsvollen, und dabei absolut sicher funktionierenden Maßnahme durch die Zusatzerfindung erreicht, daß ein Überfluten des Behälters und damit ein Auslaufen von Medium unter keinen Umständen eintreten kann.
Eine erfindungsgemäße zusätzliche Ausgestaltung der Vorrichtung zum genauen und sicheren Dosieren von Chargen beliebiger Medien mit Vorgabe eines SOLL-Wertes (Msoll) einer Meßgröße (Mx) wie Volumen oder Gewicht unter Verwendung eines Dosiersystems mit einem die Meßgröße (Mx) bzw. deren Änderungen pro Zeiteinheit (M/t) überwachenden Meßaufnehmer zur Durchführung des Verfahrens, umfassend
  • - ein fernbetätigbares, mit einem Stellglied ausgebildetes Dosierorgan mit einem von einer Programmeinheit ansteuerbaren Schrittmotor,
  • - einen auf Volumen, Gewicht oder Niveau ansprechenden Meßaufnehmer mit einem elektronischen Meßwertgenerator,
  • - eine Programmeinheit mit einer digitalen SOLL-Wert- Eingabe, einer Recheneinheit mit Steuersignalausgabe und digitaler Signalanzeige,
  • - eine Energieversorgung mit einem Meßumformerspeisegerät,
  • - eine externe Bedienungseinheit,
nach Patent . . . (Patentanmeldung P 40 29 620.2), ist dadurch gekennzeichnet, daß der zu befüllende Behälter einen Füllstandsanzeiger mit einem ein Füllstandssignal erzeugenden Sensor aufweist, dessen aus der ständigen Überwachung des Füllstandes gewonnene Signale über eine Signalleitung der Programmeinheit zum Vergleich mit den von der SOLL-Wert-Eingabe eingegebenen Werten der Charge aufgeschaltet sind.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
Die Figur zeigt eine Vorrichtung zum Dosieren einer Flüssigkeit. Diese wird gemäß Pfeil (11) über die Leitung (12) in den Behälter (24) eingefüllt. Die Vorrichtung umfaßt ein fernbetätigbares Stellglied (1) mit einer von einer Programmeinheit (5) ansteuerbaren motorischen Stellvorrichtung (2). Diese kann beispielsweise druckluftbetätigt sein und erhält ihre Energieeinspeisung mit der Druckluftleitung (25). Das Stellglied (1) kann ein Kugelhahn, ein Schieber oder ein anderes einstellbares Drosselorgan sein. Weiterhin gehört zur Vorrichtung ein auf Volumen oder Gewicht ansprechender Meßaufnehmer (3), im gezeigten Beispiel ein Durchfluß-Volumenzähler. Dieser ist mit einem elektronischen Meßwertgenerator (4) gekoppelt. Von diesem führt eine Signalleitung (14) zur Programmeinheit (5). Die Energieversorgung der Programmeinheit (5) erfolgt beim gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Einspeisungsleitung (9). Die Programmeinheit (5) weist eine digitale SOLL-Wert- Eingabe (6) auf; sie besitzt ferner eine Recheneinheit (7) mit Steuersignalausgabe durch die Steuerleitung (15) und eine digitale Signalanzeige (8).
Im Behälter (24) wird der Pegelstand (23) der Flüssigkeit beispielsweise mit einem Schwimmer (20) laufend überwacht und angezeigt. Der Schwimmer befindet sich in Wirkungsverbindung mit einem Niveau-Meßumformer (21). Mit Hilfe der in der Programmeinheit (5) im Festwertspeicher EEPROM abgelegten Tankinhaltskurve und der Behälterstandsanzeige durch den Schwimmer (20) mit Meßumformer (21) läßt sich der IST-Wert des Tankinhaltes beispielsweise in m3 oder in Litern fortlaufend zur Anzeige bringen. Desgleichen läßt sich das noch nicht von der Flüssigkeit beanspruchte Restvolumen des Behälters (24) mit Hilfe der Tankinhaltskurve und der Niveau- bzw. Inhaltsangabe (20) fortlaufend ermitteln. Diese Werte werden mit der Signalleitung (22) der Programmeinheit (5) aufgeschaltet und darin mit der SOLL-Wert-Vorgabe bzw. mit der Differenz zwischen vorgegebener Füllmenge und bereits erreichtem IST-Wert der Füllmenge bzw. Meßgröße (Mx), die vom Durchfluß-Volumenzähler (3) angezeigt wird, verglichen.
Wenn das Niveauanzeigesystem mit Schwimmer (20) und Meßumformer (21) eine Annäherung des Flüssigkeitspegels (23) an den maximal zulässigen Flüssigkeitspegel (26) mit einer vorgegebenen, beispielsweise konstanten Differenz signalisiert, wird nach Programm die Fülleistung (M/t) unabhängig von der vorprogrammierten SOLL-Menge (Msoll) selbsttätig konstant oder stufenweise verringert und bei Erreichen des maximal zulässigen höchsten Pegelstandes (26) bis auf Null zurückgefahren.
Mit Hilfe des die Durchlaufmenge von Medium erfassenden Meßaufnehmers (3) mit Meßwertgenerator (4) und der den Flüssigkeitspegelstand (23) im Behälter (24) überwachenden Niveauanzeige mit Schwimmer (20) und Niveau-Meßumformer (21) unter Errechnung des jeweiligen Behälterinhaltes aus Pegelstand und der im EEPROM abgespeicherten Tankinhaltskurve stehen zwei unabhängige Meßsysteme zur Verfügung. Durch fortlaufenden Vergleich der von diesen erfaßten Meßwerte in der Recheneinheit (7) ergibt sich ein redundantes Überwachungssystem.
Alternativ könnte dies auch erreicht werden durch Vergleich einer über den Meßaufnehmer (3) ermittelten Zulaufmenge und einer mit der Pumpe (27) abgeförderten Ablaufmenge. Hierfür wäre dann in der Ablaufleitung (28) ein die Ablaufmenge ermittelnder Meßaufnehmer mit Meßwertgenerator (nicht gezeigt) entsprechend dem in der Zulaufleitung (11, 12) vorhandenen Meßaufnehmer (3) anzuordnen. Ein damit ausgestattetes redundantes Überwachungssystem fällt als äquivalente Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ebenfalls unter die Erfindung. Diese würde sich insbesondere dann anbieten, wenn infolge besonderer Eigenschaften des Mediums wie z. b. Aggressivität, Empfindlichkeit etc. oder wegen der Bauart bzw. Betriebsart des Behälters (24) der Einbau einer Niveau-Meßeinrichtung nicht sinnvoll oder nicht möglich wäre.
Die eine absolute Sicherheit gegen Behälterüberflutung und Auslaufen von Medium gewährleistende zusätzliche Verfahrens-Maßnahme und Zusatzeinrichtung ist unkompliziert, zuverlässig und mit geringem Aufwand realisierbar. Insofern erfüllt die Zusatzerfindungen in idealer Weise die eingangs gestellte Aufgabe.

Claims (4)

1. Verfahren zum genauen und sicheren Dosieren von Chargen beliebiger Medien mit Vorgabe eines SOLL- Wertes (Msoll) einer Meßgröße (Mx) wie Volumen oder Gewicht, unter Verwendung eines Dosiersystems mit einem die Meßgröße (Mx) bzw. deren Veränderung pro Zeiteinheit (M/t) überwachenden Meßaufnehmer, wobei
  • - zum Abzug des Mediums aus einem Vorrat ein Dosierorgan wie Abzugseinrichtung oder Absperrorgan verwendet wird, dessen Austragsleistung (M/t) für das Medium in weiten Grenzen einstellbar ist und
  • - die Austragsleistung der Abzugseinrichtung bzw. des Absperrorganes zu Beginn der Dosierung nach Maßgabe der vorgegebenen Höhe des SOLL-Wertes (Msoll) auf einen mehr oder minder großen Wert bzw. Öffnungsgrad eingestellt und dieser gegen Ende der Dosierung nach einem vorgegebenen Programm verringert wird, gemäß Patent . . . (Patentanmeldung P 40 29 620.2),
dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftanken eines Behälters der Pegel des Behälterinhaltes ständig überwacht und anhand der Behälterinhaltskurve aus dem Füllstand der diesem entsprechende IST-Wert des Behälterinhaltes sowie der noch verfügbare, korrespondierende Restinhalt des Behälters fortlaufend ermittelt und diese Werte mit der vorprogrammierten SOLL-Menge (Msoll) verglichen werden, und daß bei einer Differenz dieser Werte und/oder bei einer Näherung des gemessenen Inhaltes bzw. des Füllstandes an den maximal zulässigen Inhalt bzw. an den maximal zulässigen Füllstand die vorgegebene Abzugs- bzw. Füllleistung (M/t) unabhängig von der vorprogrammierten SOLL-Menge (Msoll) selbsttätig konstant oder stufenweise verringert und bei Erreichen maximal zulässiger Werte bis auf Null zurückgefahren wird.
2. Vorrichtung zum genauen und sicheren Dosieren von Chargen beliebiger Medien mit Vorgabe eines SOLL- Wertes (Msoll) einer Meßgröße (Mx) wie Volumen oder Gewicht, unter Verwendung eines Dosiersystems mit einem die Meßgröße (Mx) bzw. deren Änderung pro Zeiteinheit (M/t) überwachenden Meßaufnehmer, zur Duchführung des Verfahrens, umfassend:
  • - ein fernbetätigbares, mit einem Stellglied (1) ausgebildetes Dosierorgan mit einem von einer Programmeinheit (5) ansteuerbaren Schrittmotor (2),
  • - einen auf Volumen, Gewicht oder Niveau ansprechenden Meßaufnehmer (3) mit einem elektronischen Meßwertgenerator (4),
  • - eine Programmeinheit (5) mit einer digitalen SOLL- Wert-Eingabe (6), einer Recheneinheit (7) mit Steuersignalausgabe und digitaler Signalanzeige (8),
  • - eine Energieversorgung (9) mit einem Meßumformerspeisegerät,
  • - eine externe Bedienungseinheit (10), nach Patent . . . (Patentanmeldung P 40 29 620.2),
dadurch gekennzeichnet, daß der zu befüllende Behälter (24) einen Füllstandsanzeiger (20) mit einem ein Füllstandssignal erzeugenden Sensor (21) aufweist, dessen aus der ständigen Überwachung des Füllstandes (23) gewonnene Signale über die Signalleitung (22) der Programmeinheit (5) zum Vergleich mit den der SOLL- Wert-Eingabe (6) eingegebenen Werten der Charge aufgeschaltet sind.
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