DE4321974C2 - Verfahren zur Überwachung der Dosierleistungsregelung einer Dosiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Dosierleistungsregelung einer Dosiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Differentialdosierwaagen werden zur genauen Dosierung von Materialien, insbes. von Schüttgut, verwendet. Die Dosier­ leistung, d. h. die pro Zeiteinheit abgegebene Material­ menge, beisp. Schüttgut, wird dabei dadurch bestimmt, daß das sich im Behälter der Differentialdosierwaage befindende Schüttgut laufend gewogen und die Änderung der Masse bzw. des Gewichts pro Zeiteinheit bestimmt wird.

Um die gewünschte Dosierleistung möglichst genau einhalten zu können, verfügen Differentialdosierwaagen über eine ent­ sprechende Dosiersteuerung bzw. -regelung, wobei die Istdo­ sierleistung laufend bestimmt und mit der Solldosierlei­ stung verglichen wird. Bei einer Abweichung wird ein Stell­ signal abgegeben, das die Fördergeschwindigkeit des Do­ sierorgans, beispielsweise die Drehzahl einer Förder­ schnecke, entsprechend beeinflußt.

Eine derartige Regelung führt jedoch dann zu falschen Do­ sierleistungen, wenn die Gewichtswerte des sich im Behälter befindenden Schüttgutes beispielsweise durch versehentli­ ches Berühren des Behälters oder durch Abstellen eines Ge­ genstandes auf dem Behälter verfälscht werden. Es würden in diesem Fall die falschen Gewichtswerte zur Bestimmung der Istdosierleistung verwendet und diese Istdosierleistung un­ ter Zugrundelegung der falschen Gewichtswerte verfälscht werden. Es ist deshalb erforderlich, daß derartige Störun­ gen von der Dosiersteuerung erkannt und Maßnahmen getroffen werden, daß diese Störungen die Istdosierleistung nicht in unerwünschter Weise beeinflussen.

Bei einer bekannten Einrichtung zum Erkennen von abrupten Signalstörungen bei Differentialdosierwaagen (DE 27 54 527 A1) wird die Austragszeit in Zeitintervalle eingeteilt. Innerhalb dieser Zeitintervalle werden Stichproben des Be­ hältergewichts erfaßt. Störungen werden dadurch erkannt, daß ein Rechner die Steigung der aktuellen Gewichtsände­ rungskurve während eines Zeitintervalls ermittelt, und zwar mit Hilfe von Abtastproben, die man während dieses Zeitin­ tervalls erhält. Diese Steigung wird mit einer Steigung verglichen, die mit Hilfe von Abtastproben während eines vorangegangenen Zeitintervalls errechnet wurde. Jede Ände­ rung im Korrektursignal, d. h. jeder Regeleingriff, wird un­ terbunden, wenn ein Vergleich der beiden Steigungen eine Differenz ergibt, die größer als ein vorgegebener Schwell­ wert ist. Die weitere Dosierung erfolgt dann bis zum Ende der Störung volumetrisch. Die Ansprechempfindlichkeit wird dabei so eingestellt, daß betriebsmäßige Änderungen des Differentials infolge von Änderungen des Führungswertes nicht zur einer Störung führen.

Da bei dieser bekannten Anordnung mit Zeitintervallen gear­ beitet wird, wobei eine bestimmte Anzahl von Abtastpunkten ein Zeitintervall definiert, ist eine Korrektur bei den nachfolgenden Meßwerten erst möglich, wenn das nächste Zeitintervall abgelaufen ist. Dies führt zwangsläufig zu einer verringerten Reaktionsgeschwindigkeit.

Bei einem weiteren bekannten Regelungsverfahren (EP 0 291 553 A1) wird aus dem Gewichtsverlauf in der Vergangenheit ein Schätzwert für den nächsten Meßwert des Behälterge­ wichtes ermittelt und mit dem tatsächlichen nächsten Meßwert verglichen. Ergibt sich aus diesem Vergleich eine zu große Abweichung des Gewichtssignals, wird der falsche Gewichtswert zwar übernommen, die Regelung jedoch mit dem sich aus der Rückrechnung ergebenden unveränderten Istwert der Dosierleistung fortgesetzt. Problematisch ist hierbei jedoch, daß bei jeder Störung, d. h. auch bei einer kurzen elektrischen Störung, die mit einer Gewichtswertänderung nichts zu tun hat, die falschen Werte übernommen werden. Außerdem führt dieses bekannte Verfahren in der Einschwing­ phase, die nach einer Störung auftritt, nicht immer zu einer zufriedenstellenden Dosierleistungsregelung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit dem externe Störungen besser erkannt und unerwünschte Do­ sierleistungsabweichungen vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Er­ findung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Überschreiten des festgelegten Toleranzbereiches während einer vorbestimmten ersten Zeitdauer statt des außerhalb des Toleranzbereiches liegenden tatsächlichen Meßwertes der dazugehörige Schätz­ wert zur weiteren Signalverarbeitung, insbesondere zur Er­ mittlung der Istdosierleistung, verwendet. Dieser Schätz­ wert bildet dann die Grundlage zur Ermittlung des nachfol­ genden Gewichtssignalschätzwertes. Dies bedeutet, daß in dem Fall, daß der Vergleich zwischen dem tatsächlichen Meßwert des Gewichtssignals und dem dazugehörenden Schätz­ wert eine zu große Abweichung ergibt, die tatsächlichen Meßwerte verworfen und durch die dazugehörigen Schätzwerte ersetzt werden. Gleichzeitig beginnt ab dem erstmaligen Überschreiten des Toleranzbereiches eine Verzögerungszeit zu laufen, deren Länge durch die vorbestimmte erste Zeit­ dauer festgelegt ist. Während dieser Verzögerungszeit bil­ den die Schätzwerte die Grundlage für die Berechnung der Dosierleistung. Erst nach Ablauf der vorbestimmten ersten Zeitdauer werden weitere Maßnahmen zur Störungsverriegelung getroffen.

Diese weiteren Maßnahmen bestehen vorteilhafterweise darin, daß nach Ablauf der vorbestimmten ersten Zeitdauer in den Steuerungsbetrieb umgeschaltet wird, wenn zu diesem Zeit­ punkt der tatsächliche Meßwert den festgelegten Toleranzbe­ reich überschreitet.

Im Steuerungsbetrieb kann die Dosierleistung dann nach ei­ nem vorprogrammierten, festen Schema bestimmt werden, wo­ durch beispielsweise Probleme während der Einschwingphase der Differentialdosierwaage nach einer externen Störung so­ wie Totzeiten, die normalerweise im Regelungsbetrieb auf­ treten, vermieden werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird die erste vorbestimmte Zeitdauer durch eine vorbestimmte Anzahl von Gewichtssignalabtastungen festgelegt. So kann beispiels­ weise bestimmt werden, daß die ersten zwei außerhalb der Toleranzgrenze liegenden tatsächlichen Meßpunkte durch die dazugehörigen Schätzwerte ersetzt werden und daß in den Steuerungsbetrieb erst dann umgeschaltet wird, wenn auch der dritte Meßpunkt noch außerhalb des Toleranzbereiches liegt.

Zweckmäßigerweise wird während des Steuerungsbetriebs ein konstanter Stellsignalwert an den Antrieb eines Produkt- Austragsorgans der Differentialdosierwaage abgegeben, der aufgrund des letzten innerhalb des Toleranzbereiches gele­ genen Gewichtssignalmeß- oder -schätzwertes vor Umschaltung in den Steuerungsbetrieb bestimmt worden ist bzw. der Soll­ dosierleistung entspricht.

Vorteilhafterweise wird während des Steuerungsbetriebs nach einer vorbestimmten zweiten Zeitdauer die Ermittlung der Gewichtssignalabweichung fortgesetzt und in den Regelungs­ betrieb zurückgeschaltet, wenn die Gewichtssignaländerung der Dosierleistung entspricht. Entspricht die Gewichtssi­ gnaländerung nicht der Dosierleistung, wird dagegen der Steuerungsbetrieb aufrechterhalten. Die Plausibilitätskon­ trolle der Gewichtssignalwerte wird somit auch während des Steuerungsbetriebes in vorbestimmten Zeitabschnitten wie­ derholt.

Vorteilhafterweise erfolgt die Umschaltung vom Steuerungs­ betrieb in den Regelungsbetrieb erst nach einer vorbestimm­ ten Minimaldauer.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips einer bekannten Differentialdosierwaage und

Fig. 2 eine Diagrammdarstellung, in der Gewichtssignal­ werte über der Zeit aufgetragen sind, zur Erläu­ terung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Aus Fig. 1 ist eine Differentialdosierwaage mit einem Be­ hälter 1 ersichtlich, dem über einen Einfüllschacht 2 einer Befüllungsvorrichtung Schüttgut zugeführt werden kann. Eine Klappe 3 innerhalb des Einfüllschachts 2 regelt die Zufuhr des Schüttgutes.

Das Schüttgut wird aus dem Behälter 1 mittels eines Dosier­ organs in Form einer Dosierschnecke 4 mit einer vorgebbaren Dosierleistung ausgetragen. Um die Istdosierleistung zu be­ stimmen, wird das Gewicht des Schüttgutes innerhalb des Be­ hälters 1 laufend mittels einer Waage 5 gemessen und die Gewichtsänderung pro Zeiteinheit in einem Differenzierglied 6 einer Dosiersteuerung berechnet. Diese Istdosierleistung _Ist wird in einem Vergleichsglied 7 mit einer vorgebbaren Solldosierleistung _Soll verglichen und die Abweichung e einem PID-Regler 8 zugeführt, der einen entsprechenden Stellsignalwert N an einen Motorregler 9 abgibt. Der Motor­ regler 9 vergleicht den Stellsignalwert N mit dem von einem Tachometer 10 eines Antriebsmotors 11 gemessenen tatsäch­ lichen Drehzahlwert der Dosierschnecke 4 oder des Antriebsmotors 11 und gibt gegebenenfalls an den Antriebsmotor 11 ein entsprechendes Stellsignal zur Erhöhung oder Erniedrigung der Dosier­ schneckendrehzahl ab, um die Istdosierleistung mit der Solldosierleistung in Übereinstimmung zu bringen.

Die Funktionsweise einer derartigen Dosiersteuerung zur Er­ kennung einer externen Störung, die beispielsweise durch ein versehentliches Berühren des Behälters 1 oder durch Ab­ stellen eines Gegenstandes auf dem Behälter 1 verursacht wird, sowie die Reaktion der Dosiersteuerung nach einer derartigen Störung wird im folgenden anhand der Diagramm­ darstellung von Fig. 2 näher erläutert.

Die Dosiersteuerung tastet die Gewichtssignale G in regel­ mäßigen Abständen zu den Zeiten t_i ab. Zur Zeit t₁ wurde von der Wägeeinrichtung der Gewichtssignalwert G_1ist und zur Zeit t₂ der Gewichtssignalwert G_2ist ab gegeben. Zur Zeit t₁ und t₂ wird im normalen Regelungsbetrieb gefahren, wobei aus den abgegebenen Ist-Gewichtswerten die Istdo­ sierleistung berechnet, mit der vorgegebenen Solldosier­ leistung verglichen und bei einer Abweichung eine entspre­ chende Nachregelung durchgeführt wird, so daß die Istdo­ sierleistung der Solldosierleistung entspricht.

Aus der Istdosierleistung, die aus der Abnahme des Ge­ wichtes von G_1ist auf G_2ist berechnet werden kann, wird ein Zukunfts- oder Schätzwert für den nächsten Gewichtssignal­ wert zur Zeit t₃ bestimmt, der in Fig. 2 mit G_3theor. be­ zeichnet ist. Dieser Schätzwert G_3theor. wird mit dem tatsächlichen Meßwert G_3ist zur Zeit t₃ verglichen und festgestellt, ob dieser Wert innerhalb des Toleranzberei­ ches liegt, der durch +D_zul. und -D_zul. festgelegt ist.

Liegt dieser tatsächliche Meßwert G_3ist außerhalb des vor­ gegebenen Toleranzbereiches, so wird dieser Meßwert verwor­ fen und durch den theoretischen Schätzwert G_3theor. er­ setzt. Dieser theoretische Schätzwert bildet nun die Grund­ lage zur Ermittlung der Istdosierleistung, die dann mit der Solldosierleistung verglichen wird und die Grundlage zur Berechnung des nächsten Schätzwertes G_4theor. bildet.

Liegt der tatsächliche Meßwert G_4ist zum Abtastzeitpunkt t₄ wiederum außerhalb des Toleranzbereiches, wird dieser Meßwert erneut verworfen. Gleichzeitig wird auf Steuerungs­ betrieb umgeschaltet, in dem die Istdosierleistung nach einem vorprogrammierten Schema bestimmt wird. Dies bedeutet beispielsweise, daß der letzte berechnete Wert der Istdo­ sierleistung beibehalten wird, solange sich die Solldosier­ leistung nicht ändert.

Die Dosiersteuerung schaltet somit nicht bereits bei der ersten außerhalb des Toleranzbereiches liegenden Abwei­ chung, sondern erst nach der zweiten derartigen Abweichung, also nach einer gewissen Verzögerungszeit, auf den Steue­ rungsbetrieb um. Dies hat den Vorteil, daß eine nur sehr kurzzeitige elektrische Störung noch keine Umschaltung in den Steuerungsbetrieb verursacht.

Während des Steuerungsbetriebs wird nach einer gewissen, vorgebbaren Zeitdauer ΔT_B die Plausibilitätsprüfung wieder aufgenommen, d. h. es wird wieder überprüft, ob die tatsäch­ lichen Gewichtssignal-Meßwerte innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches liegen. Die Wiederaufnahme der Plausibilitätsprüfung erfolgt im Beispiel gemäß Fig. 2 zum Zeitpunkt t₅.

Obwohl zum Zeitpunkt t₅ festgestellt wird, daß sich der tatsächliche Meßwert G_5ist innerhalb des Toleranzbereiches befindet, wird jedoch nicht sofort auf Regelungsbetrieb zu­ rückgeschaltet, sondern erst nach einer gewissen Minimal­ zeit. Die Umschaltung vom Steuerungs- in den Regelungsbe­ trieb erfolgt im gezeigten Beispiel zum Zeitpunkt t₇. Die Minimalzeit stellt sicher, daß Schwingungsvorgänge abge­ schlossen sind und zuverlässige Meßwerte für das Gewichts­ signal vorliegen, die dem tatsächlichen Gewicht im Behälter entsprechen.

Die Istdosierleistung wird im Regelungsbetrieb wieder auf­ grund der tatsächlichen Meßwerte G_7ist, G_8ist usw. berech­ net und mit der eingestellten Solldosierleistung vergli­ chen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Überwachung der Dosierleistungsrege­ lung einer Dosiervorrichtung, insbesondere einer Dif­ ferentialdosierwaage, bei dem das Gewichtssignal einer Wä­ geeinrichtung fortlaufend gemessen sowie gespeichert und als Meßwert für die Ermittlung der Dosierleistung verwendet wird, die durch Soll-Istwert-Vergleich zumindest zeitweise geregelt wird, wobei im Fall einer Störung, die eine Abwei­ chung des Gewichtssignals über einen vorgebbaren Toleranz­ bereich hinaus zur Folge hat, Maßnahmen zur Ausschaltung dieser Störung getroffen werden und wobei die Abweichung des Gewichtssignals dadurch ermittelt wird, daß ein Schätz­ wert für den nächsten Meßwert der Wägeeinrichtung gebildet und dieser Schätzwert mit dem nächsten tatsächlichen Meßwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des festgelegten Toleranzbereiches während einer vorbestimmten ersten Zeitdauer statt des außerhalb des Toleranzbereiches liegenden tatsächlichen Meßwertes der dazugehörige Schätzwert zur weiteren Signal­ verarbeitung verwendet und dieser Schätzwert als Grundlage zur Ermittlung des nachfolgenden Gewichtssignal-Schätz­ wertes benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schätzwert zur Ermittlung der Istdosierleistung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach Ablauf der vorbestimmten ersten Zeitdauer in den Steuerungsbetrieb umgeschaltet wird, wenn zu diesem Zeitpunkt der tatsächliche Meßwert den festgelegten Toleranzbereich überschreitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte erste Zeitdauer durch eine vorbestimmte Anzahl von Gewichtssignal-Abtastungen festgelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während des Steuerungsbetriebs ein solcher Stellsignalwert an den Antrieb (11) eines Produktaustrags­ organs (4) der Differentialdosierwaage abgegeben wird, der aufgrund des letzten innerhalb des Toleranzbereiches gele­ genen Gewichtssignalmeß- oder -schätzwertes vor Umschaltung in den Steuerungsbetrieb bestimmt worden ist bzw. der Soll­ dosierleistung entspricht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Steuerungsbetriebs nach ei­ ner vorbestimmten zweiten Zeitdauer die Ermittlung der Ge­ wichtssignalabweichung fortgesetzt und in den Regelungsbe­ trieb zurückgeschaltet wird, wenn die Gewichtssignalände­ rung der Dosierleistung entspricht, andernfalls der Steue­ rungsbetrieb aufrechterhalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung vom Steuerungsbetrieb in den Regelungsbetrieb erst nach einer vorbestimmten Mini­ maldauer erfolgt.