EP0305574A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Steuerung der Konsistenz von Frischbeton in stationären Betonmischanlagen - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Steuerung der Konsistenz von Frischbeton in stationären Betonmischanlagen Download PDF

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EP0305574A1
EP0305574A1 EP87112881A EP87112881A EP0305574A1 EP 0305574 A1 EP0305574 A1 EP 0305574A1 EP 87112881 A EP87112881 A EP 87112881A EP 87112881 A EP87112881 A EP 87112881A EP 0305574 A1 EP0305574 A1 EP 0305574A1
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EP
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kalman filter
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Hans-Ulrich Dr.-Ing. Frenzel
Fred Enz
Karl-Heinz Prof. Dr. Schmelovsky
Wolfgang Dr. Tänzler
Wilfried Bartusch
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WOLFGANG TARTSCH UNTERNEHMENSBERATUNG KG
Original Assignee
Wolfgang Tartsch Unternehmensberatung KG
Akademie der Wissenschaften der DDR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C7/00—Controlling the operation of apparatus for producing mixtures of clay or cement with other substances; Supplying or proportioning the ingredients for mixing clay or cement with other substances; Discharging the mixture
    • B28C7/02—Controlling the operation of the mixing
    • B28C7/022—Controlling the operation of the mixing by measuring the consistency or composition of the mixture, e.g. with supply of a missing component
    • B28C7/026—Controlling the operation of the mixing by measuring the consistency or composition of the mixture, e.g. with supply of a missing component by measuring data of the driving system, e.g. rotational speed, torque, consumed power

Definitions

  • the invention relates to a method and a circuit arrangement for controlling the consistency of fresh concrete in stationary concrete mixing plants, the amount of water required to ensure the target consistency being adaptively determined and supplied during the mixing process.
  • the water-cement ratio and the consistency of the fresh concrete have a particular influence on the concrete quality. Both are decisively influenced by the intrinsic moisture of the aggregates, which, however, can vary greatly in practice due to storage options, storage conditions, weather conditions, etc. So that the quality of the hardened concrete is always ensured, the risk of fresh concrete production resulting from the unknown moisture content of the aggregates has been reduced by adding cement.
  • An obvious procedure for determining the intrinsic moisture of the additives is to use moisture measuring probes, e.g. B. microwave or neutron probes. With these probes, the moisture of the fine-grained aggregates is measured directly before each mixture and these values are used to calculate a corrected amount of water.
  • the consistency measurement is usually carried out indirectly by measuring the electrical resistance of the material to be mixed (DE-OS 1 784 920) or by determining the active power of the drive motor of the mixing drum.
  • the effective power of the motor is proportional to the frictional resistance of the mix (this value corresponds to the consistency) (DE-OS 1 683 778).
  • DE-OS 2 855 324 describes a method which uses this curve profile. For each recipe, consistency setpoints are determined for an ideal mix at time-equidistant intervals, these are converted into active power values and saved in a table as setpoints. The required amount of residual water is determined by comparison with corresponding measured values.
  • DE-AS 2 432 609 proposes to keep the inflow rate of the water very low. However, this leads to uneconomical mixing times, and there is also the risk of segregation of the concrete. Try other methods, a defined initial moisture z. B. by saturating the additives with water and then controlled partial removal of the water (DE-OS 2 756 039) or by supplying the water in vapor form (DE-OS 1 950 910). These processes require additional equipment and increased time per mixture.
  • the aim of the invention is to use a method and a circuit arrangement for controlling the consistency of fresh concrete at the earliest possible time to determine the consistency value to be expected To determine the mixture adaptively, so that the amount of water required to achieve the desired consistency can be supplied to the concrete mixture in a controlled manner already during the mixing phase, whereby an overdose of cement can be avoided.
  • the purpose of the invention is furthermore to avoid water metering errors which can result from the unknown initial moisture and from quantitative changes in a determined active power-time curve.
  • the invention has for its object to provide a method and a circuit arrangement for controlling the consistency of fresh concrete, which during the wet mixing phase, ie. H. From the beginning of the water supply, the expected consistency value of the mix currently in the drum is determined at discrete time intervals.
  • the target-actual value comparison for controlling the water supply is to be reduced to the comparison of only one known consistency value, namely the stationary end value according to the recipe, with the adaptively determined predicted end value.
  • the circuit arrangement is also intended to enable the expansion of conventional conventional concrete mixing plants, so that automatic control of the consistency of the fresh concrete to the consistency setpoint is possible in a time-optimized manner by means of controlled water metering.
  • a final power value i. H. a value representative of a corresponding degree of filling of the mixing device or of a recipe specification is determined.
  • the expected final output values are determined once according to the respective filling level and can be fixed as a system parameter.
  • a dry mixing power value is also determined, for example by determining the active power of the drive motor of the mixing system.
  • the dry mix output value and the final output value corresponding to the respective degree of filling or the recipe specification are stored for the further implementation of the consistency control process. Accordingly, at the beginning of the dry mixing process there is a final power value and a dry mixed value in the memory of the mixing plant. From the beginning of the dry mixing process to the end of the mixing, an average power value is recorded at equidistant time intervals, for example also by determining the active power of the drive motor of the mixing system. The actual dry mixing phase takes place in a known manner.
  • the power averages (measurements) are processed within the consistency control process at equidistant time intervals using a suitable discrete Kalman filter of the 1st order in such a way that a pseudo actual value, i. H. a value approximating the actual performance value at the end of the dry mixing phase can be derived.
  • the derived pseudo actual value is used as the initial value of a first component of a state vector containing three components.
  • the other components can be freely selected within the system under consideration.
  • the measured power means (measured) values are used to transfer the measurable state variable - amount of water supplied - to the non-measurable state variable - mixed quantity of water - which ultimately determines the consistency of the mix, within the time period from the start of the water supply until the end of the water supply.
  • These values now available represent the dependency between the performance of the motor of the mixing plant and the amount of water mixed in.
  • the control system can be completely described on the basis of the further knowledge mentioned at the outset, ie the depictable relationship between the performance and the amount of water mixed in.
  • control components are provided as estimated values, ie it is determined which values are to be expected at the time of the next power measurements. These control components correlate with the expected final power value.
  • the control variable for termination or can be determined from the comparison of the expected end value with the stored end value Derive continuation of water supply with high accuracy.
  • Fig. 1a shows the time course of the active power of the motor of the mixing plant with superimposed interference signals during the mixing of a conventional recipe.
  • the average active power of the drive motor is advantageously determined by measuring current and voltage at time-equidistant intervals and calculating the product sums.
  • time stamps t o to ts are given which correspond to the essential steps of the method according to the invention.
  • the mixing drum is loaded in the time phase from to to t with the dry components of the concrete and a small amount of water, which determines the initial moisture Wo with the unknown inherent moisture of the additives.
  • the values N are shown in FIG. 1.
  • the estimated value N k + 1 of the filter is compared with the determined system and recipe parameters N 2 .
  • the power value No predicted at the time t 2 correlates with the initial moisture Wo and is used as the initial value for the estimation of the further power values N during the subsequent phases.
  • D is the non-equidistant step size between two power values, because due to the transformation of the power values (N (t) --- N (W 2 )) non-equidistance occurs in W 2 .
  • the predicted state vector N k and the total water quantity W ⁇ given by the recipe determine the final power value according to the relationship certainly.
  • the water supply valve is closed before the specified amount of recipe water is reached, in the opposite case the valve must be closed later.
  • the duration of the changed valve timing is determined from the absolute value of the difference.
  • the state vector N k is also determined using the method step described. At time ts, all of the water is mixed in and a comparison of Nend with Ns can be carried out again for quality control.
  • the state vector N t5 can be used to determine the components of the state vector No.
  • component No is determined during the dry mixing phase.
  • the component ⁇ is a constant and can be adopted directly.
  • the component N o is based on the relationship found with the relationship certainly.
  • the final values of the components of the error covariance matrix of the Cayman filter are converted in a suitable form and used as initial values at time t 2 .
  • a system metering device known per se is expanded by an output and two inputs, the expansion output with the output of the time control, the first expansion input with the input of the Emergency switch and the second expansion input are connected to the control input of the water valve of the known system.
  • Current and voltage converters are arranged in the feed lines of the drive motor of the mixing plant.
  • the output of the converter unit formed here is connected to the input of an active power measuring device.
  • the output of the active power measuring device leads to the switching input of an electronic switch with three outputs.
  • the control input of the electronic switch is connected to the extension output of the known system metering device.
  • the first output of the electronic switch leads to a first order Kalman filter, the second output to a first transducer unit and the third output to a second transducer unit.
  • the output of the first order Kalman filter is connected both to a first input of a first differential amplifier and to a first initial value setting input of a third order Kalman filter.
  • the second input of the first differential amplifier is connected to the output of a first read-only memory.
  • the output of the first differential amplifier leads to the input of a first evaluation circuit, the output of which is linked to the first extension input of the system metering device.
  • the outputs of the first and second transducer units are connected to each other and lead to the information input of the third order Kalman filter, the second initial value set input of which leads to the output of a computing circuit and the third initial value input of which is connected to a first output of a final value determination circuit, the second output of which is connected to the input of the computing circuit leads.
  • a first, second and third input of the final value determination circuit are connected to the first, second and third output of the third order Kalman filter.
  • the third output of the final value determination circuit is connected to the first input of a second differential amplifier, the second input of which leads to the output of a second read-only memory.
  • the output of the second differential amplifier leads to a second evaluation circuit, the output of which is connected to a display unit and to the second extension input of the system metering device.
  • the measured value of the current active power is available at time-equidistant intervals at the output of the active power measuring device.
  • the electronic changeover switch is switched during the dry mixing phase in such a way that the input is connected to the first output and thus the current active power measurement value is present at the input of the Kalman filter of the first order and the filtered active power measurement value is available at the output thereof. This value is compared in the first differential amplifier with the first one-time determined and fixed system and recipe parameter, which is stored in the first read-only memory.
  • the electronic changeover switch is switched via its control input by the system metering device in such a way that the switch input is connected to the second output of the changeover switch.
  • it is checked whether the output signal of the first differential amplifier exceeds a system-specific threshold. If necessary, an accident is triggered, otherwise the filtered active power measurement value is accepted at the end of the dry mixing phase via the first initial value setting input in the third-order Kalman filter.
  • any initial values or those selected depending on the result of the previous mixture are present at the second and third initial value setting inputs, the output signal of the arithmetic circuit being present at the second setting input and the output signal of the first output of the final value determination circuit being present at the third setting input, thereby improving the accuracy of the Output signals of the third order Kalman filter is reached.
  • the output variable of the first transducer unit in which the active power measured value is transformed with the aid of a defined relationship between the amount of water added and the amount of water mixed in during the time of water supply.
  • the filtered values describing the consistency are available at the outputs of the third order Kalman filter. These values are led to the inputs of the final value determination circuit, with which the values which characterize the consistency of the material to be mixed at the end of the mixing phase are already determined during the mixing phase.
  • the signal representing the final active power is present at the third output of the final value determination circuit and is compared in a second differential amplifier with the second fixed system and recipe parameters.
  • the output signal of the second differential amplifier is fed to a second evaluation circuit.
  • the output of the second evaluation circuit is connected to a display unit which is used for the visual control of the control variable for the water metering. Furthermore, the output of the second evaluation circuit with the second expansion input connected to the system metering device, the opening time of the water valve being controlled as a function of the sign and size of the output signal. After the water valve is closed, the electronic switch is brought into a third state. The active power measured values now reach the information input of the third order Cayman filter via the second measured value converter unit, in which the measured values are transformed according to a defined relationship that applies when the water is only mixed in.
  • the predicted final values are provided in an analogous manner and can be passed from the first output of the final value determination circuit and from the second output via the arithmetic circuit to the third-order initial value setting inputs of the Kalman filter at the end of the overall mixing phase and can be used on the display unit to control the final consistency value reached.
  • the mixing drum 5, which is mechanically connected to the drive unit 6, is fed via the silos 1, 2 and 3 and the water valve 4.
  • the additives and the binder are metered in accordance with the present recipe by the known system metering device 28.
  • the outputs A 2 , A 3 and A 4 of the system metering device 28 are connected to the elements of the silos 1, 2 and 3 required for this.
  • the control of the water valve 4 via the connection of the output A 1 of the Anlagendosiervoriques 28 with the water valve 4 are in the feed lines of the drive unit 6, the current transformer 7, 9 and 11 and the voltage converter 8, 10 and 12 turned on.
  • the outputs of the converters lead to the inputs of the active power measuring device 13.
  • the output of the active power measuring device 13 is connected to the input E3 of the electronic switch 14.
  • the input E 4 of the electronic switch 14 is connected to the extension output As of the system metering device 28.
  • the output As of the switch 14 is connected to the input of the first order Cayman filter 15, the output A 7 to the input of the first transducer unit 16 and the output A 8 to the input of the second transducer unit 17.
  • the output of the first order Kalman filter 15 leads to the input Es of the first differential amplifier 19 and to the input E 7 of the third order Kaiman filter 20.
  • the input Es of the first differential amplifier 19 is connected to the output of the read-only memory 21.
  • the output of the first differential amplifier 19 is connected to the input of a first evaluation circuit 18 and the output of this evaluation circuit to the first extension input Ei of the system metering device 28.
  • the outputs of the first and second transducer units 16, 17 lead to the input E 10 of the third-order Cayman filter 20.
  • the input E 8 of the Kalman filter 20 is at the output of a computing circuit 22 and the input E 9 is one at the output A 9 End value determination circuit 23 connected.
  • the outputs of the Kalman filter 20 are connected to the inputs of the final value determination circuit 23.
  • the output A 10 of the final value determination circuit 23 leads to the input of the computing circuit 22, the output A 11 of the final value determination circuit 23 is connected to the input E 12 of the second differential amplifier 24, and the input E 11 of this differential amplifier 24 is connected to the output of the second read-only memory 25 Connection. Furthermore, the output of the second differential amplifier 24 is connected to the input of the second evaluation circuit 27. The output of the evaluation circuit 27 is connected to the second expansion input E2 of the system metering device 28 and to the input of the display unit 26.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird während des Mischprozesses bereits in der Wasserzulaufphase unter Benutzung eines Zusammenhangs zwischen dem mit der Konsistenz korrelierenden Leistungsmittelwert des Mischmotors und der aktuell untergemischten Wassermenge der am Ende des Mischprozesses auftretende Leistungsendwert mit einem diskreten Kalman-Filter prognostiziert. Dieser prognostizierte Leistungsendwert wird mit einem Solleistungsendwert, der als Anlagen- und Rezepturparameter fixiert ist, verglichen und die Differenz zur Bestimmung der erforderlichen Restwassermenge und damit zur Steuerung des Wasserventils benutzt. Die Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus einer Wirkleistungsmeßeinrichtung (13), die über einen zeitgesteuerten elektronischen Umschalter (14) mit einem Kalman-Filter 1. Ordnung (15) bzw. über Meßwertwandlereinheiten (16, 17) mit einem Kalman-Filter 3. Ordnung (20) und einer Endwertbestimmungsschaltung (23) verbunden ist. Das am Ausgang der Endwertbestimmungsschaltung (23) anliegende, die Konsistenz charakterisierende Signal wird mittels eines Differenzverstärkers (24) mit einem in einem Festwertspeicher (25) fixierten Anlagen- und Rezepturparameter verglichen. Die Differenz dient mittels einer Bewertungsschaltung (27) zur Ableitung der Wasserventilsteuerzeiten der Mischanlage (5).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Konsistenz von Frischbeton in stationären Betonmischanlagen, wobei während des Mischprozesses die erforderliche Wassermenge zur Gewährleistung der Sollkonsistenz adaptiv ermittelt und zugeführt wird.
  • Um bei der üblichen chargenweisen Herstellung von Frischbeton reproduzierbare Güteeigenschaften des Betons zu erreichen, ist es notwendig die laut Betonrezeptur geforderten Mengenrelationen und Eigenschaften von Zement, Wasser, Zuschlagstoffen und weiteren Zusatzmitteln genau einzuhalten. Die genaue Analyse aller Komponenten wäre deshalb vor jeder Mischung erforderlich, ist aber in der Praxis aus zeitlichen und ökonomischen Gründen nicht durchführbar.
  • Besonderen Einfluß auf die Betongüte haben das Wasser-Zement-Verhältnis und die Konsistenz des Frischbetons. Beide werden entscheidend durch die Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe beeinflußt, die aber in der Praxis durch Lagerungsmöglichkeiten, Lagerstättengegebenheiten, Witterungseinflüsse usw. stark veränderlich ist. Damit die Güte des ausgehärteten Betons immer gesichert ist, wird bisher durch erhöhte Zementzugabe das infolge nicht bekannter Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe entstehende Risiko bei der Frischbetonproduktion verringert. Ein naheliegendes Vorgehen zur Ermittlung der Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe besteht in der Anwendung von Feuchtemeßsonden, z. B. Mikrowellen- oder Neutronensonden. Mit diesen Sonden wird die Feuchte der feinkörnigen Zuschlagstoffe vor jeder Mischung direkt gemessen und diese Werte werden zur Berechnung einer korrigierten Wassermenge benutzt. Nachteile dieser Sonden sind der hohe Kostenaufwand und die Störanfälligkeit infolge des komplizierten Aufbaus. Die Inhomogenität den Meßgutes, das zusätzlich Fremdkörper enthalten kann, ist die Ursache dafür, daß die alleinige Anwendung von Feuchtemeßsonden bisher nicht zu praktisch wirksamen Anlagen führte. Es wurden deshalb Verfahren entwickelt, in denen die Messung der Eigenfeuchte und die Messung der Konsistenz kombiniert werden. So ist es bekannt, mit der gemessenen Anfangsfeuchte die notwendige Wassermenge zu berechnen, einen Hauptteil der Wassermenge zuzuführen und zu einem Zeitpunkt während der Mischphase, an dem ein vorgegebener Konsistenzwert auftritt, den Rest als Nachdosierung zuzugeben (DD-WP 141 129).
  • Die Konsistenzmessung erfolgt üblicherweise indirekt über die Messung des elektrischen Widerstandes des Mischgutes (DE-OS 1 784 920) oder über die Wirkleistungsbestimmung des Antriebsmotors der Mischtrommel. Die Wirkleistung des Motors ist dem Reibungswiderstand des Mischgutes (dieser Wert entspricht der Konsistenz) proportional (DE-OS 1 683 778).
  • Die Messung der Wirkleistung in Abhängigkeit von der Zeit während der Mischphase ergibt eine charakteristische Kurve, die entsprechend dem aktuellen Konsistenzgrad des Mischgutes drei wesentliche Abschnitte besitzt
    • 1. konstanter Verlauf während der Trockenmischphase,
    • 2. Anstieg, Maximum and Abfall während der Zeit der Wasserzufuhr und -untermischung,
    • 3. konstanter Endwert, wenn das gesamte zugeführte Wasser untergemischt ist.
  • In der DE-OS 2 855 324 wird ein Verfahren beschrieben, das diesen Kurvenverlauf ausnutzt. Für jede Rezeptur werden für eine Idealmischung in zeitäquidistanten Abständen Konsistenzsollwerte ermittelt, diese in Wirkleistungswerte umgerechnet und in einer Tabelle als Sollwerte gespeichert. Durch Vergleich mit entsprechenden Meßwerten wird die erforderliche Restwassermenge bestimmt.
  • Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß eine Vielzahl von Meßwerten für jede Rezeptur ermittelt und gespeichert werden muß. Hinzu kommt, daß erstens der quantitative Kurvenverlauf und die zeitliche Lage des Kurvenmaximums von Anfangsfeuchte, Sieblinie und Korngeometrie der Zuschlagstoffe abhängen und zweitens durch harmonische und stochastische Störungen der Mischanlage die Meßwerte verfälscht werden. Dies erschwert die Berechnung der erforderlichen Restwassermenge. Eine exakte Bestimmung der Restwassermenge ist unbedingt notwendig, da durch eine zu hohe Wasserzugabe unbrauchbarer Beton entsteht.
  • In der DE-AS 2 432 609 wird vorgeschlagen, die Zuflußgeschwindigkeit des Wassers sehr gering zu halten. Dies führt aber zu unökonomischen Mischzeiten, wobei außerdem die Gefahr der Entmischung des Betons auftritt. Weitere Verfahren versuchen, eine definierte Anfangsfeuchte z. B. durch Sättigung der Zuschlagstoffe mit Wasser und danach kontrollierte teilweise Entfernung des Wassers (DE-OS 2 756 039) oder durch Zuführung des Wassers in Dampfform (DE-OS 1 950 910) zu erzielen. Diese Verfahren erfordern einen zusätzlichen apparativen Aufwand und erhöhten Zeitbedarf pro Mischung.
  • Ziel der Erfindung ist es, mittels eines Verfahrens und einer Schaltungsanordnung zur Steuerung der Konsistenz von Frischbeton zum frühest möglichen Zeitpunkt den zu erwartenden Konsistenzwert der Mischung adaptiv zu bestimmen, so daß die zur Erzielung der Sollkonsistenz erforderliche Wassermenge dem Betongemisch bereits während der Untermischphase gesteuert zugeführt werden kann, wodurch sich eine Überdosierung von Zement vermeiden läßt. Zweck der Erfindung ist weiterhin die Vermeidung von Wasserdosierfehlern, die sich durch die unbekannte Anfangsfeuchte und durch quantitative Veränderungen einer ermittelten Wirkleistungs-Zeit-Kurve ergeben können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Konsistenz von Frischbeton anzugeben, womit während der Naßmischphase, d. h. vom Beginn der Wasserzuführung an, in diskreten Zeitabständen der zu erwartende Konsistenzwert des Mischgutes, das sich aktuell in der Trommel befindet, bestimmt wird. Der Soll-Ist-Wertvergleich zur Steuerung der Wasserzufuhr soll sich hierbei auf den Vergleich nur eines bekannten Konsistenzwertes, nämlich des stationären Endwertes entsprechend der Rezeptur, mit dem adaptiv ermittelten prognostizierten Endwert reduzieren.
  • Die Schaltungsanordnung soll weiterhin die Erweiterung üblicher konventioneller Betonmischanlagen ermöglichen, so daß eine automatische Steuerung der Konsistenz des Frischbetons auf den Konsistenzsollwert durch kontrollierte Wasserdosierung zeitoptimal möglich ist.
  • Ausgehend von der Erkenntnis, daß die Konsistenz des Mischgutes nur durch die aktuell untergemischte Wassermenge bestimmt wird und die direkt nicht meßbare Zustandsgröße - untergemischte Wassermenge - sich durch die meßbare Zustandsgröße - zugeführte Wassermenge - beschreiben läßt, ist die Durchführung des im folgenden beschriebenen Konsistenzsteuerverfahrens möglich. Weiterhin wurde ein Zusammenhang zwischen dem Verlauf der Wirkleistung in Abhängigkeit von der untergemischten Wassermenge gefunden und zur Realisierung des Steuerverfahrens benutzt.
  • Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch die Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 3 gelöst.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird also vor Beginn der eigentlichen Mischphase ein Leistungsendwert, d. h. ein für einen entsprechenden Füllungsgrad der Mischeinrichtung bzw. für eine Rezepturvorschrift repräsentativer Wert, ermittelt. Die Bestimmung der zu erwartenden Leistungsendwerte entsprechend dem jeweiligen Füllungsgrad erfolgt einmalig und ist als Anlagenparameter fixierbar. Während der in bekannter Weise erfolgenden Beschickung der Mischanlage wird weiterhin ein Trockenmischleistungswert, beispielsweise durch die Bestimmung der Wirkleistung des Antriebsmotors der Mischanlage, ermittelt.
  • Der Trockenmischleistungswert und der entsprechend dem jeweiligen Füllungsgrad bzw. der Rezepturvorschrift repräsentative Leistungsendwert werden für die weitere Durchführung des Konsistenzsteuerfahrens abgespeichert. Zum Beginn des Trockenmischvorganges befinden sich dementsprechend ein Leistungsendwert und ein Trockenmischwert im Speicher der Mischanlage. Vom Beginn des Trockenmischvorganges bis zur Beendigung des Mischens wird, beispielsweise ebenfalls durch die Bestimmung der Wirkleistung des Antriebsmotors der Mischanlage, in äquidistanten Zeitabständen ein Leistungsmittelwert erfaßt. Die eigentliche Trockenmischphase erfolgt in bekannter Weise. Während der Trockenmischphase werden erfindungsgemäß innerhalb des Konsistenzsteuerverfahrens in äquidistanten Zeitabständen die Leistungsmittel(-meß)-werte unter Verwendung eines geeigneten diskreten Kalman-Filters 1. Ordnung derart verarbeitet, daß ein Pseudo-Istwert, d. h. ein dem tatsächlichen Leistungswert am Ende der Trockenmischphase nahekommender Wert, ableitbar ist.
  • Die Bestimmung des Pseudo-Istwertes und der Vergleich mit dem jeweiligen Leistungsmittel(meß)-wert lassen Fehldosierungen, d. h. Beschickungsfehler und grobe Abweichungen von der zulässigen Solleigenfeuchte der Zuschlagstoffe sofort erkennen.
  • Zum Beginn der Wasserzuführung wird der abgeleitete Pseudo-Istwert als Anfangswert einer ersten Komponente eines drei Komponenten enthaltenden Zustandsvektors benutzt. Die weiteren Komponenten sind innerhalb des betrachteten Systems frei wählbar.
  • Entsprechend der eingangs genannten Erkenntnis erfolgt mittels der erfaßten Leistungsmittel(-meß)-werte eine Übertragung der meßbaren Zustandsgröße - zugeführte Wassermenge - auf die nicht meßbare Zustandsgröße - untergemischte Wassermenge -, die letztendlich die Konsistenz des Mischgutes bestimmt, innerhalb des Zeitabschnittes vom Beginn der Wasserzuführung bis zum Ende der Wasserzuführung. Diese jetzt zur Verfügung stehenden Werte repräsentieren die Abhängigkeit zwischen der Leistung des Motors der Mischanlage und der untergemischten Wassermenge. Auf Grund der weiteren eingangs genannten Erkenntnis, d. h. des darstellbaren Zusammenhanges zwischen dem Verlauf der Leistung und der untergemischten Wassermenge, ist das Steuersystem vollständig beschreibbar. Mittels eines geeigneten diskreten Kalman-Filters 3. Ordnung werden Steuerkomponenten als Schätzwerte bereitgestellt, d. h. es wird festgestellt, welche Werte zum Zeitpunkt der nächsten Leistungsmessungen zu erwarten sind. Diese Steuerkomponenten korrelieren mit dem zu erwartenden Leistungsendwert. Aus dem Vergleich des zu erwartenden Endwertes mit dem abgespeicherten Leistungsendwert läßt sich die Steuergröße zur Beendigung oder Fortführung der Wasserzufuhr mit hoher Genauigkeit ableiten.
  • Wird im nächstfolgenden Mischprozeß eine gleiche Rezeptur verarbeitet, so ist es zweckmäßig, die ermittelten Steuerkomponenten, d. h. den Schätzendwert, zum Zeitpunkt der gesamten Untermischung des Wassers festzuhalten, diesen Wert auf den Anfangswert zu übertragen und als Ausgangskomponente, d. h. als Schätzanfangswert im Steuerprozeß einzusetzen. Eine derartige Verfahrensweise sichert eine geringe Einschwingzeit des Gesamtsteuerprozesses und beeinflußt den Mischprozeß in zeitlicher und qualitativer Hinsicht positiv.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:
    • Fig. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Verfahrensschritte; und
    • Fig. 2 ein Schaltschema der Schaltungsanordnung.
  • Der zeitliche Ablauf der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur 1 näher erläutert werden.
  • Fig. 1a zeigt den zeitlichen Verlauf der Wirkleistung des Motors der Mischanlage mit überlagerten Störsignalen während der Mischung einer üblichen Rezeptur.
  • Die mittlere Wirkleistung des Antriebsmotors wird vorteilhafterweise durch Messung von Strom und Spannung in zeitäquidistanten Abständen und Berechnung der Produktsummen bestimmt.
  • Auf der Abszisse der Figur 1 sind die Zeitmarken to bis ts angegeben, die den wesentlichen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen.
  • Hierbei bedeuten:
    • to- Beginn der Beschickung
    • t1- Beginn der Trockenmischphase
    • t1.1- Beginn des Vergleichs von Anfangswert des Filters mit Anlagenparameter
    • t2 - Ende der Trockenmischphase und Beginn der Wasserzutauf- und Untermischphase
    • ts - Zeitpunkt der Übereinstimmung zwischen Prognose- und Sollendwert
    • t4. - Ende der Untermischphase
    • ts - Beginn der Lernphase
    • ts - Ende der Lernphase
  • Zur Nutzung des Verfahrens ist es erforderlich, für jede Betonrezeptur einmalig eine Eichmischung mit bekannten Mengenrelationen und Eigenschaften aller eingesetzten Komponenten herzustellen und den Leistungswert N2 an der Zeitmarke t2 und den Leistungswert Ns als Anlagen- und Rezepturparameter an der Zeitmarke ts zu fixieren.
  • In bekannter Weise wird die Mischtrommel in der Zeitphase von to bis t, mit den Trockenkomponenten des Betons und einer geringen Wassermenge, die mit der unbekannten Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe die Anfangsfeuchte Wo bestimmt, beschickt.
  • In der Trockenmischphase t, bis t2 werden die Trockenkomponenten durchmischt. Die mit der Konsistenz korrelierende Wirkleistung N ist hierfür konstant. Die zahlenmäßige Größe dieser Konstanten variiert in Abhängigkeit von der Anfangsfeuchte Wo und von den Wägeungenauigkeiten.
  • Diese Konstante, die infolge der überlagerten Störungen direkt schwierig meßbar ist, wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anwendung eines diskreten Kalman-Filters prognostiziert.
  • Mit Hilfe des einfachen Modells Nk+1 = Nk und der aufgenommenen Meßwerte, die mit Störungen der Varianz R überlagert sind, werden der Schätzwert Nk+1 der Wirkleistung und die Fehlerkovarianzmatrix Pk+ ermittelt. Die Werte N sind in Figur 1 dargestellt.
  • Vom Zeitpunkt t1.1 an wird der Schätzwert Nk+1 des Filters mit den ermittelten Anlagen-und Rezepturparametern N2 verglichen.
  • Bei grober Abweichung kann entweder ein Beschickungsfehler aufgetreten sein oder eine ungewöhnlich große Eigenfeuchte der Ausgangsstoffe vorliegen. In beiden Fällen erfolgen entsprechende Reaktionen. Der zum Zeitpunkt t2 prognostizierte Leistungwert No korreliert mit der Anfangsfeuchte Wo und wird Als Anfangswert für die Schätzung der weiteren Leistungswerte N während der folgenden Phasen benutzt.
  • Mit Beginn der Zulauf- und Untermischphase von t2 bis t4 fließt Wasser mit konstanter Fließgeschwindigkeit Aw in die Mischtrommel (Fig. 1c). Entsprechend der Erkenntnis, daß nur die aktuell untergemischte Wassermenge W2 die Konsistenz bestimmt, wird die untergemischte Wassermenge mit der Beziehung W2(t) = Awt-Aw/a • (1-e.αt) + Wo
    indirekt bestimmt, wobei α die Zeitkonstante der Mischanlage darstellt.
  • Die Abhängigkeit der Wirkleistung N von der untergemischten Wassermenge W2 wird durch ein Polynom 2. Grades, wie folgt beschrieben
    Figure imgb0001
  • Da die Konstante A des Polynoms ebenfalls unbekannt ist, wird der gefundene Zusammenhang unter Verwendung eines erweiterten Zustandsvektors mit 3 Komponenten in diskreter Form dargestellt, wobei beachtet werden muß, daß Leistungswerte N jetzt von W2 abhängen (N = N(W2)):
    Figure imgb0002
  • D ist hierbei die nichtäquidistante Schrittweite zwischen zwei Leistungswerten, da infolge der Transformation der Leistungswerte (N(t) --- N(W2)) Nichtäquidistanz in W2 auftritt.
  • Mit der Meßgleichung yk = ( 1 0 0) Nk + Vk kann die Kalman-Beziehung für ein Filter 3. Ordnung aufgestellt werden. Dies führt zur optimalen Prognose eines Zustandsvektors Nk.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt wird mit dem prognostizierten Zustandsvektor Nk und der durch die Rezeptur vorgegebenen Gesamtwassermenge Wα der Leistungsendwert nach der Beziehung
    Figure imgb0003
    bestimmt.
  • Den Verlauf des prognostizierten Endwertes Nend während der Naßmischphase zeigt Fig. 1d.
  • Es wurde gefunden, daß spätestens zum Zeitpunkt t3, der noch innerhalb der Wasserzulaufphase liegt, der prognostizierte Endwert mit dem zeitlich später auftretenden tatsächlichen Endwert ausreichend genau übereinstimmt. Deshalb wird zu diesem Zeitpunkt ein Vergleich zwischen dem Sollendwert Ns und dem prognostizierten Endwert Nend durchgeführt. Die Differenz zwischen beiden dient als Kriterium zur Steuerung des Wasserzulaufventils.
  • Ist die Differenz zwischen Sollendwert und prognosiziertem Endwert zum Zeitpunkt des Vergleichs größer als Null, wird das Wasserzulaufventil vor dem Erreichen der vorgegebenen Rezepturwassermenge geschlossen, im umgekehrten Fall ist das Ventil später zu schließen.
  • Aus dem Absolutwert der Differenz wird die Zeitdauer der veränderten Ventilsteuerzeiten bestimmt.
  • Nach dem Schließen des Wasserzulaufventils wird im Zeitraum t4 bis ts das restliche Wasser untergemischt, wobei nach dem gefundenen Zusammenhang jetzt folgende Beziehung gilt:
    W2(t) = WG (1 - e.αt + Wo
  • Zur Kontrolle des Mischvorganges wird mit dem beschriebenen Verfahrensschritt weiterhin der Zustandsvektor Nk ermittelt. Zum Zeitpunkt ts ist das gesamte Wasser untergemischt, und es kann nochmals ein Vergleich von Nend mit Ns zur Qualitätskontrolle durchgeführt werden.
  • Werden mehrere Chargen gleicher Rezeptur hintereinander gemischt, kann der Zustandsvektor Nt5 zur Bestimmung der Komponenten des Zustandsvektors No verwendet werden. Erfindungsgemäß wird die Komponente No während der Trockenmischphase ermittelt. Die Komponente Ä ist eine Konstante und kann direkt übernommen werden. Die Komponente N o wird auf Grund des gefundenen Zusammenhanges mit der Beziehung
    Figure imgb0004
    bestimmt.
  • Gleichzeitig werden die Endwerte der Komponenten der Fehlerkovarianzmatrix des Kaiman-Filters in geeigneter Form umgewandelt und als Anfangswerte zum Zeitpunkt t2 verwendet.
  • Fig. 1e zeigt den Verlauf der prognostizierten Endwerte Nend während einer weiteren Mischung, wenn obiger Lernprozeß im Zeitraum zwischen ts und t6 stattfand.
  • Für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Steuerung der Konsistenz wird eine an sich bekannte Anlagendosiervorrichtung durch einen Ausgang und zwei Eingänge erweitert, wobei der Erweiterungsausgang mit dem Ausgang der Zeitsteuerung, der erste Erweiterungseingang mit dem Eingang des Havarieschalters und der zweite Erweiterungseingang mit dem Steuereingang des Wasserventils der bekannten Anlage verbunden sind. In den Speiseleitungen des Antriebsmotors der Mischanlage sind Strom-und Spannungswandler angeordnet. Der Ausgang der hierbei gebildeten Wandlereinheit ist mit dem Eingang einer Wirkleistungsmeßeinrichtung verbunden. Der Ausgang der Wirkleistungsmeßeinrichtung führt zum Schalteingang eines elektronischen Umschalters mit drei Ausgängen. Der Steuereingang des elektronischen Umschalters ist mit dem genannten Erweiterungsausgang der bekannten Anlagendosiervorrichtung verbunden.
  • Der erste Ausgang des elektronischen Umschalters führt zu einem Kalman-Filter erster Ordnung, der zweite Ausgang zu einer ersten Meßwertwandlereinheit und der dritte Ausgang zu einer zweiten Meßwertwandlereinheit.
  • Der Ausgang des Kalman-Filters erster Ordnung ist sowohl mit einem ersten Eingang eines ersten Differenzverstärkers als auch mit einem ersten Anfangswertsetzeingang eines Kalman-Filters dritter Ordnung verbunden. Der zweite Eingang des ersten Differenzverstärkers ist mit dem Ausgang eines ersten Festwertspeichers verbunden. Der Ausgang des ersten Differenzverstärkers führt zum Eingang einer ersten Bewertungsschaltung, deren Ausgang mit dem ersten Erweiterungseingang der Anlagendosiervorrichtung verknüpft ist.
  • Die Ausgänge der ersten und zweiten Meßwertwandlereinheit sind miteinander verbunden und führen zum Informationseingang des Kalman-Filters dritter Ordnung, dessen zweiter Anfangswert setzeingang zum Ausgang einer Rechenschaltung führt und dessen dritter Anfangswertsetzeingang mit einem ersten Ausgang einer Endwertbestimmungschaltung verbunden ist, deren zweiter Ausgang zum Eingang der Rechenschaltung führt. Ein erster, zweiter und dritter Eingang der Endwertbestimmungsschaltung sind mit dem ersten, zweiten und dritten Ausgang des Kalman-Filters dritter Ordnung verbunden. Der dritte Ausgang der Endwertbestimmungsschaltung ist mit dem ersten Eingang eines zweiten Differenzverstärkers verbunden, dessen zweiter Eingang zum Ausgang eines zweiten Festwertspeichers führt. Der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers führt zu einer zweiten Bewertungsschaltung, deren Ausgang mit einer Anzeigeeinheit und mit dem zweiten Erweiterungseingang der Anlagendosiervorrichtung verbunden ist.
  • Die Beschreibung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erfolgt anhand des Zeitverlaufs eines typischen Mischprozesses nach dem bereits dargelegten Konsistenzsteuerverfahren.
  • Nach der Beschickung der Mischtrommel mit den der Rezeptur entsprechenden Mengen von Zuschlagstoffen und Bindemitteln liegt am Ausgang der Wirkleistungsmeßeinrichtung der Meßwert der augenblicklichen Wirkleistung in zeitäquidistanten Abständen vor. Der elektronische Umschalter ist während der Trockenmischphase so geschaltet, daß der Eingang mit dem ersten Ausgang verbunden ist und damit der aktuelle Wirkleistungsmeßwert am Eingang des Kalman-Filters erster Ordnung anliegt und an dessen Ausgang der gefilterte Wirkleistungsmeßwert vorhanden ist. Im ersten Differenzverstärker erfolgt der Vergleich dieses Wertes mit dem ersten einmalig ermittelten und fixierten Anlagen- und Rezepturparameter, der im ersten Festwertspeicher gespeichert ist. Am Ende der Trockenmisch phase wird der elektronische Umschalter über seinen Steuereingang von der Anlagendosiervorrichtung so umgeschaltet, daß der Schalteingang mit dem zweiten Ausgang des Umschalters verbunden ist. Gleichzeitig wird geprüft, ob das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers eine anlagenspezifische Schwelle überschreitet. Gegebenenfalls wird Havarie ausgelöst, ansonsten erfolgt die Übernahme des gefilterten Wirkleistungsmeßwertes am Ende der Trockenmischphase über den ersten Anfangswertsetzeingang in das Kalman-Filter dritter Ordnung. Am zweiten und dritten Anfangswertsetzeingang liegen bei einer ersten Mischung beliebige oder in Abhängigkeit vom Ergebnis der vorangegangenen Mischung ausgewählte Anfangswerte an, wobei am zweiten Setzeingang das Ausgangssignal der Rechenschaltung und am dritten Setzeingang das Ausgangssignal des ersten Ausgangs der Endwertbestimmungsschaltung anliegen, wodurch eine Verbesserung der Genauigkeit der Ausgangssignale des Kalman-Filters dritter Ordnung erreicht wird.
  • Am Eingang des Kalman-Filters dritter Ordnung liegt die Ausgangsgröße der ersten Meßwertwandlereinheit vor, in welcher der Wirkleistungsmeßwert mit Hilfe eines definierten Zusammenhanges zwischen zugeführter und untergemischter Wassermenge während der Zeit der Wasserzuführung umgeformt wird. An den Ausgängen des Kalman-Filters dritter Ordnung liegen die die Konsistenz beschreibenden, gefilterten Werte vor. Diese Werte werden zu den Eingängen der Endwertbestimmungsschaltung geführt, mit der die Werte, die am Ende der Mischphase die Konsistenz des Mischgutes charakterisieren, bereits während der Mischphase bestimmt werden. Am dritten Ausgang der Endwertbestimmungsschaltung liegt das die Endwirkleistung repräsentierende Signal an, das in einem zweiten Differenzverstärker mit dem zweiten fixierten Anlagen- und Rezeptur parameter verglichen wird. Das Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers wird einer zweiten Bewertungsschaltung zugeführt. Der Ausgang der zweiten Bewertungsschaltung ist mit einer Anzeigeeinheit verbunden, die zur visuellen Kontrolle der Steuergröße für die Wasserdosierung dient. Weiterhin ist der Ausgang der zweiten Bewertungsschaltung mit dem zweiten Erweiterungseingang der Anlagendosiervorrichtung verbunden, wobei in Abhängigkeit von Vorzeichen und Größe des Ausgangssignals die Öffnungszeit des Wasserventils gesteuert wird. Nach dem Schließen des Wasserventils wird der elektronische Umschalter in einen dritten Zustand gebracht. Die Wirkleistungsmeßwerte gelangen jetzt über die zweite Meßwertwandlereinheit, in der die Meßwerte nach einem definierten Zusammenhang, der bei alleiniger Untermischung des Wassers gilt, transformiert werden, an den Informationseingang des Kaiman-Filters dritter Ordnung. In analoger Weise werden die prognostizierten Endwerte bereitgestellt und können am Ende der Gesamtmischphase vom ersten Ausgang der Endwertbestimmungsschaltung und vom zweiten Ausgang über die Rechenschaltung an die Anfangswertsetzeingänge des Kalman-Filters dritter Ordnung gegeben und an der Anzeigeeinheit zur Kontrolle des erreichten Konsistenzendwertes benutzt werden.
  • Die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung soll anhand eines Beispiels und der Figur 2 näher erläutert werden.
  • Die Mischtrommel 5, welche mechanisch mit der Antriebseiheit 6 verbunden ist, wird über die Silos 1, 2 und 3 sowie das Wasserventil 4 beschickt. Die Dosierung der Zuschlagstoffe sowie des Bindemittels entsprechend der vorliegenden Rezeptur erfolgt durch die bekannte Anlagendosiervorrichtung 28. Hierfür sind die Ausgänge A2, A3, und A4 der Anlagendosiervorrichtung 28 mit den dazu erforderlichen Elementen der Silos 1, 2 und 3 verbunden. Die Steuerung des Wasserventils 4 erfolgt über die Verbindung des Ausgangs A1 der Anlagendosiervorrichtung 28 mit dem Wasserventil 4. In die Speiseleitungen der Antriebseinheit 6 sind die Stromwandler 7, 9 und 11 und die Spannungswandler 8, 10 und 12 eingeschaltete. Die Ausgänge der Wandler führen zu den Eingängen der Wirkleistungsmeßeinrichtung 13. Der Ausgang der Wirkleistungsmeßeinrichtung 13 ist mit dem Eingang E3 des elektronischen Umschalters 14 verbunden. Der Eingang E4 des elektronischen Umschalters 14 steht mit dem Erweiterungsausgang As der Anlagendosiervorrichtung 28 in Verbindung. Weiterhin sind der Ausgang As des Umschalters 14 mit dem Eingang des Kaiman-Filters erster Ordnung 15, der Ausgang A7 mit dem Eingang der ersten Meßwertwandlereinheit 16 und der Ausgang A8 mit dem Eingang der zweiten Meßwertwandlereinheit 17 verbunden. Der Ausgang des Kalman-Filters erster Ordnung 15 führt zum Eingang Es des ersten Differenzverstärkers 19 und zum Eingang E7 des Kaiman-Filters dritter Ordnung 20. Der Eingang Es des ersten Differenzverstärkers 19 ist mit dem Ausgang des Festwertspeichers 21 verbunden. Der Ausgang des ersten Differenzverstärkers 19 steht mit dem Eingang einer ersten Bewertungsschaltung 18 und der Ausgang dieser Bewertungsschaltung mit dem ersten Erweiterungseingang Ei der Anlagendosiervorrichtung 28 in Verbindung. Die Ausgänge der ersten und der zweiten Meßwertwandlereinheit 16, 17 führen zum Eingang E10 des Kaiman-Filters dritter Ordnung 20. Der Eingang E8 des Kalman-Filters 20 ist am Ausgang einer Rechenschaltung 22 und der Eingang E9 ist am Ausgang A9 einer Endwertbestimmungsschaltung 23 angeschlossen. Die Ausgänge des Kalman-Filters 20 sind mit den Eingängen der Endwertbestimmungsschaltung 23 verbunden. Der Ausgang A10 der Endwertbestimmungsschaltung 23 führt zum Eingang der Rechenschaltung 22, der Ausgang A11 der Endwertbestimmungsschaltung 23 ist mit dem Eingang E12 des zweiten Differenzverstärkers 24 verbunden, und der Eingang E11 dieses Differenzverstärkers 24 steht mit dem Ausgang des zweiten Festwertspeichers 25 in Verbindung. Weiterhin ist der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers 24 mit dem Eingang der zweiten Bewertungsschaltung 27 verbunden. Der Ausgang der Bewertungsschaltung 27 ist am zweiten Erweiterungseingang E2 der Anlagendosiervorrichtung 28 sowie am Eingang der Anzeigeeinheit 26 angeschlossen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Steuerung der Konsistenz von Frischbeton in stationären Betonmischanlagen unter Nutzung der Wirkleistungsmessung des Antriebsmotors der Mischanlage,
dadurch gekennzeichnet, daß
- einmalig vor Beginn der Mischphase ein für einen entsprechenden Füllungsgrad der Betonmischanlage bzw. für eine Rezepturvorschrift repräsentativer Leistungsendwert ermittelt und als Anlagenparameter fixiert wird,
- während der in bekannter Weise erfolgenden Beschickung der Betonmischanlage ein Trockenmischleistungswert ermittelt wird,
- eine Abspeicherung des entsprechend dem jeweiligen Füllungsgrad bzw. der Rezepturvorschrift ermittelten Trockenmischleistungswertes und des Leistungsendwertes erfolgt,
- vom Beginn der Trockenmischphase bis zur Beendigung des Mischens in äquidistanten Zeitabständen ein Leistungsmittelwert erfaßt wird,
- während der in bekannter Weise ablaufenden Trockenmischphase in äquidistanten Zeitabständen die Leistungsmitteimeßwerte innerhalb eines diskreten Kalman-Filters erster Ordnung derart verarbeitet werden, daß ein dem tatsächlichen Leistungsendwert am Ende der Trockenmischphase nahekommender Pseudo-Istwert prognostiziert wird,
- durch Vergleich des prognostizierten Pseudo-Istwertes mit dem jeweiligen abgespeicherten Leistungsendwert bei erkennbarer Differenz an sich bekannte Maßnahmen zum Ausgleich von Fehldosierungen und Beschickungsfehlern sowie Abweichungen von der zulässigen Solleigenfeuchte der Zuschlagstoffe eingeleitet werden,
- mit Beginn der Wasserzuführung der prognostizierte Pseudo-Istwert als Anfangswert einer ersten Komponente eines drei Komponenten enthaltenden Zustandsvektors eingesetzt wird, sowie mittels des Leistungsmittelmeßwertes eine Übertragung der gemessenen Zustandsgröße - zugeführte Wassermenge - auf die nicht meßbare Zustandsgröße - untergemischte Wassermenge - innerhalb des Zeitabschnittes vom Beginn der Wasserzuführung bis zum Ende der Mischphase erfolgt,
- mittels eines diskreten Kalman-Filters 3. Ordnung eine Ableitung des zu erwartenden Leistungsendwertes erfolgt, anschließend ein Vergleich des zu erwartenden Wertes bei unveränderter Wasserzuführung mit dem abgespeicherten Leistungsendwert realisiert wird und eine auf der Auswertung dieses Vergleichs beruhende Beeinflussung der Wasserzufuhr in bekannter Weise erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der zeitlich aufeinanderfolgenden Durchführung von mehreren Mischungen gleicher Rezeptur eine Transformation der Prognoseendwerte auf den Prognoseanfangswert im Sinne einer Lernphase des Systems durchgeführt wird.
3. Schaltungsanordnung zur Steuerung der Konsistenz von Frischbeton in stationären Betonmischanlagen unter Nutzung einer Anlagendosiervorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Anlagendosiervorrichtung (28) einen mit einer Zeitsteuerung (14) verbundenen Erweiterungsausgang, einen mit dem Havarieschalter verbundenen ersten Erweiterungseingang sowie einen mit dem Steuereingang des Wasserventils (4) verbundenen zweiten Erweiterungseingang aufweist,
- die Speiseleitungen des Motors (6) der Betonmischanlage (5) eine Wandlereinheit bildende Strom- und Spannungswandler (7 - 12) enthalten sowie eine Verbindung zwischen der Wandlereinheit mit dem Eingang einer Wirkleistungsmeßeinrichtung (13) besteht,
- der Ausgang der Wirkleistungsmeßeinrichtung (13) mit dem Schaiteingang eines elektronischen Umschalters (14) verbunden ist,
- der Steuereingang des elektronischen Umschalters (14) am Erweiterungsausgang der Anlagendosiervorrichtung (28) angeschlossen ist,
- der erste Ausgang des elektronischen Umschalters (14) mit einem Kalman-Filter erster Ordnung (15), der zweite Ausgang mit einer ersten Meßwertwandlereinheit (16) sowie der dritte Ausgang des elektronischen Umschalters (14) mit einer zweiten Meßwertwandlereinheit (17) verbunden sind,
- der Ausgang des Kalman-Filters erster Ordnung (15) mit dem ersten Eingang eines ersten Differenzverstärkers (19) sowie mit dem ersten Anfangswertsetzeingang eines Kalman-Filters dritter Ordnung (20) verbunden ist,
- der zweite Eingang des ersten Differenzverstärkers (19) mit einem ersten Festwertspeicher (21) in Verbindung steht,
- der Ausgang des ersten Differenzverstärkers (19) am Eingang einer ersten Bewertungsschaltung (18) angeschlossen ist und die Bewertungsschaltung (18) mit dem ersten Erweiterungseingang der Anlagendosiervorichtung (28) verbunden ist,
- der Ausgang der ersten Meßwertwandlereinheit (16) sowie der Ausgang der zweiten Meßwertwandlereinheit (17) mit dem Informationseingang des Kalman-Filters dritter Ordnung (20) in Verbindung stehen,
- der zweite Anfangswertsetzeingang des Kalman-Filters dritter Ordnung (20) zum Ausgang einer Rechenschaltung (22) führt sowie der dritte Anfangswertsetzeingang des Kalman-Filters dritter Ordnung (20) mit dem Ausgang einer Endwertbestimmungsschaltung (23) verbunden ist, deren zweiter Ausgang am Eingang der Rechenschaltung (22) anliegt,
- mehrere Eingänge der Endwertbestimmungsschaltung (23) mit den Ausgängen des Kalman-Filters dritter Ordnung (20) verbunden sind,
- der dritte Ausgang der Endwertbestimmungsschaltung (23) mit dem ersten Eingang eines zweiten Differenzverstärkers (24) und der zweite Eingang des zweiten Differenzverstärkers (24) mit dem Ausgang eines zweiten Festwertspeichers (25) verbunden sind und .
- der Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (24) über eine zweite Bewertungsschaltung (27) mit dem zweiten Erweiterungseingang der Anlagendosiervorrichtung (28) und dem Eingang einer Anzeigeeinheit (26) in Verbindung steht.
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