EP3148881A1 - Verfahren zum ventilgesteuerten abfüllen - Google Patents

Verfahren zum ventilgesteuerten abfüllen

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Publication number
EP3148881A1
EP3148881A1 EP15723954.2A EP15723954A EP3148881A1 EP 3148881 A1 EP3148881 A1 EP 3148881A1 EP 15723954 A EP15723954 A EP 15723954A EP 3148881 A1 EP3148881 A1 EP 3148881A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filling
flow rate
valve
during
determined
Prior art date
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Ceased
Application number
EP15723954.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Illi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Process Solutions AG
Original Assignee
Endress and Hauser Process Solutions AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Process Solutions AG filed Critical Endress and Hauser Process Solutions AG
Publication of EP3148881A1 publication Critical patent/EP3148881A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/26—Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled
    • B65B3/34—Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled by timing of filling operations
    • B65B3/36—Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled by timing of filling operations and arresting flow by cut-off means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/20—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus with provision for metering the liquids to be introduced, e.g. when adding syrups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
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    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/287—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow control using predetermined or real-time calculated parameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/001—Means for regulating or setting the meter for a predetermined quantity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/005—Valves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow

Definitions

  • the invention relates to a method for valve-controlled filling of a defined filling quantity of a medium in a container. Furthermore, the invention relates to a filling device and a computer program or a
  • a valve is opened in a feed line in the known filling operations at a given time.
  • the volume and the mass flow of the medium is with a volume flow meter or with a
  • the volumetric flow meter may be, for example, a PROMAG 53 or a DOSIMAG II.
  • Mass flow meter for example, a PROMASS 83 or a DOSIMASS II can be used.
  • the aforementioned device types are offered and distributed by the applicant. Based on the flow value supplied by the meter, the filling quantity is determined. Once the predetermined amount of the medium is filled in the container, the valve is closed. The flow quantity or the
  • closed valve is filled into the container is determined based on empirical values or on the basis of experimentally determined values and taken into account in the filling process.
  • a high reproducibility of the filling amount that is filled into a container is important in two respects: If the filling quantity does not correspond to the minimum quantity indicated on the container, legal penalties are imposed on the operator of the process unit; if, on the other hand, the filling quantity exceeds the quantity to be filled, the bottler may have significant financial losses.
  • a corresponding method for filling a defined amount of a medium in a container has become known from the published patent application DE 10149473. There will determines the flow rate and / or the follow-up amount of the medium and the opening and / or closing of the valve is controlled so that the defined amount of filling of the medium is poured into the container. Also in the published patent application DE 102005008041 a method for the metered filling of a flowable medium has become known. In this case, the device- and medium-specific overrun quantity is determined and this taken into account in the subsequent fillings as a correction, so that the Abglallistmenge corresponds to the filling target quantity.
  • the invention has for its object to propose an improved method for filling a defined filling quantity.
  • the invention is solved by a method, a filling device and a computer program or a computer program product.
  • the object is achieved by a method for valve-controlled filling of a defined filling quantity of a medium in a container, wherein determined during a filling operation on the basis of a flow rate (total flow) representing the measuring signal, preferably a pulse signal, a flow rate of the medium and, based on a change in the flow rate during the filling operation, a time for closing a valve which serves for filling is corrected during the filling operation, preferably as a function of the change in the flow rate.
  • a flow rate total flow representing the measuring signal, preferably a pulse signal
  • flow rate is meant, for example, the mass detected by means of a flow meter, for example in kg, or the detected volume, for example in m 3 .
  • Measuring signal can serve the above-mentioned pulse signal.
  • an impulse may correspond to a predetermined amount of, for example, 2 ml.
  • the total flow rate can then be determined in turn by detecting the number of pulses.
  • flow rate refers to a volume or mass that flows through a certain surface per unit of time, ie dM / dt or dV / dt and is usually expressed in kg / s or m 3 / s.
  • the flow rate can be determined.
  • the follow-up quantity i. the
  • Threshold is that corrects, in particular predetermined time to close the valve during the filling process.
  • a correction can thus be carried out, for example, only if a change in the flow rate exceeds a threshold value.
  • a tolerance band in the form of a first and a second threshold for example above or below a predetermined flow rate, may be provided to correct the time for closing the valve in the event of an increasing or decreasing flow rate during the filling process.
  • the time for closing the valve is corrected so that the defined amount of filling is filled into the container.
  • the time to close the valve is chosen such, for example.
  • a corresponding signal (closing command) for closing the valve is generated that the expected due to the changed flow rate
  • detected flow rate corresponding to the desired filling amount By the control unit, detected flow rate corresponding to the desired filling amount.
  • the time for closing the valve is determined based on the change or on the basis of a rate of change of the flow rate. Instead of calculating the expected run-on quantity and using this calculation to correct the time for closing the valve, the time for closing the valve can also be corrected directly based on the changed flow rate. This can, for example, by means of stored correction values, which are based, for example, on a calibration.
  • the time for closing the valve is determined by a desired value, which set value corresponds to the defined filling quantity minus a follow-up correction.
  • the desired value corresponds to a value of a measuring signal or a number of measuring signals, particularly preferably a number of pulses.
  • the detection of the measurement signals can be done, for example, in the control unit of the bottling plant. In this control unit and the setpoint can be stored, or the setpoint can be adjusted by means of the control unit to the changed flow rate.
  • the desired value is corrected during the filling process in the event of a change in the flow rate, in particular increased, if the flow rate increases and / or is reduced, if the
  • Flow rate decreases.
  • a first threshold above and / or a second threshold below a predetermined flow rate may be provided.
  • a variable flow rate which is formed, for example, from previous values, preferably during the same filling process, of the flow rate.
  • the first and / or second threshold value can then be adapted to this variable flow rate by this flow rate, in particular such that there is always a substantially constant distance between the variable flow rate and the first or second threshold value.
  • a follow-up quantity is thus determined on the basis of the change in the flow rate during the filling process, or determined from stored values, and a pertinent correction of the desired value takes place.
  • a signal for closing the valve is generated. This comparison between a setpoint and an actually received number
  • Measuring signals can be carried out by means of the aforementioned control unit.
  • the control unit can be connected to the flow meter and / or the valve, for example via a communication connection, preferably in the form of a field bus.
  • the desired value during a filling process is adapted several times, in particular continuously, to the determined flow rate.
  • a mean flow rate is determined based on which average flow rate of the setpoint is determined.
  • Flow rate determined to determine a change in flow rate During these intervals one or more measured values of the flow rate can be determined. These may be overlapping or immediately adjacent intervals. In this way, one or more mean values of the flow rate can be formed in order to determine or predict a follow-up quantity and / or based on the at least one measured value of the flow rate, the time to
  • the change in the flow rate detected during the filling process serves to determine a follow-up quantity of the flow rate
  • a filling device for carrying out the method according to one of the preceding embodiments.
  • a filling device may comprise one and / or a plurality of filling points, which serve for filling in each case one or in each case a plurality of containers.
  • a filling station may include a flow meter and a valve.
  • a computer-based control unit may be part of the bottling plant and may be provided with the one and / or the plurality of bottling sites, i. the flow meter and the associated valve, be connected via a common or separate communication lines.
  • the proposed method for all of these filling stations or only a part of the filling points can be performed.
  • the filling process at the filling points can be carried out simultaneously with one another.
  • Filling station at a time offset to perform the filling at another filling point. It is also possible to use correction values of a filling point for controlling or correcting the filling process at another, in particular subsequent, preferably directly following, filling point, preferably the same
  • Program code means which, when executed, serve to provide the
  • the computer program product may be a volatile and / or non-volatile medium.
  • the program code means can be present in a programming language, in particular a logic.
  • the computer program product may have a processor which is used to execute the program code means.
  • the computer program or the computer program product can in particular be deposited on a control unit of a bottling plant or be able to run there.
  • a filling device 1 as used in various industries, is shown.
  • the fluid medium P is provided in a reservoir 40.
  • the reservoir 40 is connected via a central supply line 50 with the individual filling points, which are designated as line 1 to line 6.
  • line 1 to line 6 For the sake of clarity, only one filling point L1 is provided with reference numbers.
  • Each of the filling stations has a flow meter 52 and a filling valve 54. Via the valve 54, the medium P is filled into the filling container 60.
  • the filling containers are guided here via a conveyor belt 70 to the individual filling points.
  • Flowmeters 52 and the filling valves 54 are connected via signal lines 16 and control signal lines SL to a control unit 10.
  • the control unit 10 is constructed in a modular manner. It consists, for example, of a power supply unit, a central processing unit, field bus communication unit, a digital pulse generator. Input unit, eg with several inputs, one digital pulse output unit, also several times, and one 4-20 mA unit, also several times.
  • the dosing control unit 10 is connected to a central controller 20.
  • the communication between the metering control unit 10 and the central controller 20 takes place, for example, according to the Profibus DP standard, wherein the metering control unit 10 acts as a slave and the controller 20 as a master.
  • the controller 20 controls the entire supply and discharge of the filling container 60 to the individual filling points. The entire filling cycle for each of the filling containers takes, for example, 5 seconds.
  • the dosing control unit 10 is further connected to a local display unit 30, which is designed, for example, as a touchscreen, via which the configuration of the filling installation takes place.
  • a local display unit 30 which is designed, for example, as a touchscreen, via which the configuration of the filling installation takes place.
  • the control unit 10 and / or 20 may also be made compact and arranged within a housing.
  • the pressure D in the storage tank 40 is kept constant.
  • a pressure gauge 46 is provided on the reservoir 40, which measures the pressure D in the container 40.
  • the pressure D can be adjusted.
  • the corresponding control of the head pressure also takes place via the metering control unit 10.
  • the current pressure D as 4-20 mA signal via the measurement signal line MSL to the
  • Dosing control unit 10 transmitted. Via the control signal line SSL, the valve 44 is driven in accordance with the dosing control unit 10, thereby keeping the pressure D in the container 40 constant.
  • pressure fluctuations can occur during filling, if, for example, not all valves of the bottling plant open, thereby increasing the flow through the opened valves.
  • Flow rate is shown in Figure 2.
  • the flow rate [ml / s] is plotted against time [s].
  • the filling process is at a time t1 by a corresponding signal on
  • valve triggered. Then the valve is opened. In this case, the valve opens after receiving this signal, but the flow rate does not increase abruptly but continuously, so that only at a time t2 an approximately constant
  • Flow rate is achieved - ie the flow is at fully open valve has leveled. This behavior after opening the valve is also known as flow.
  • the flow rate L0 of the flow rate remains ideally in a subsequent to the period after the opening of the valve time t2 is substantially constant until the defined filling amount is filled into the container or until a signal to close the valve, for example, at a time t3 to the Valve is sent. Upon receipt of this signal, the valve closes. Since this operation, as well as the opening of the valve, requires a certain amount of time, during this time period between times t3 and t4, when the valve is closed, a certain amount of medium, referred to as caster, flows through the valve and enters the container bottled.
  • the time for closing the valve with respect to a reference time may be earlier, and in the case of a decreasing flow rate, the time for shooting the valve corresponding to a reference time later, since the follow-up amount is lower.
  • the curve L1 shows a course of the flow rate very similar to that of the curve L in Fig. 2, in which the flow rate changes during the filling process.
  • the course of the average flow rate L2 shows that the flow rate decreases at a time s1 and then gradually increases again to the original value.
  • the counter value L3 is used to determine the closing time, increased, so that the valve remains open to a reference value or reference time longer. As the (medium) flow rate increases again, the counter value is lowered again until it is approximately at the initial value.
  • the course L4 of the sum of the counter over the time which corresponds to the course of the filled flow rate, is ramped.
  • the counter corresponds to the number of pulses that is output by the flowmeter. The number of pulses increases linearly during the filling process. Depending on the flow rate, different sections of the ramp with different gradients may be present.
  • a comparison between L5 of the valve opening and counter or flow rate signal shows that, after the signal has been sent, it takes a certain amount of time for the valve to fully open and the flow stabilizes to a level. This can be seen from the delayed response of the counter L4 and the flow rate L1 compared to the signal to open the valve L5.
  • the course of the measuring signal detection L6 during the filling process begins with the transmission of the signal for opening the valve and continues for a period of time after the signal for closing the valve, so that the follow-up quantity in the form of Measuring signal is detected and transmitted as a pulse to the control unit, and thus the actual filled amount of the medium is detected.
  • the detection of the flow rate for the purpose of correction only starts, as shown in the course L7, at a time point s2 after the full opening of the valve.
  • Flow rate acquisition begins when the flow has settled after opening the valve. After an average value of the flow rate has been determined, the correction of the counter value for closing the valve can also take place. The period in which a correction of the setpoint to determine the
  • Closing time of the valve is performed is represented by the curve L8.
  • the counted pulses per unit of time generate a value for volume or mass flow (units, e.g., ml / s or g / s).
  • the number of pulses determines the volume or mass (units, for example, ml or g), that is, the dosage or flow rate.
  • a counter card which may be part of the control unit, for example, counts the pulses defined in the flowmeter (e.g., 0.02ml / pulse). At the end of the dosing cycle, e.g. Counted 5000 pulses, which corresponds to 0.02 ml / pulse 100ml.
  • Setpoint value is defined in a program that runs, for example, in the control unit, the desired dosage amount (for example, 100 ml, which corresponds to 5000 pulses in the example mentioned).
  • the desired dosage amount for example, 100 ml, which corresponds to 5000 pulses in the example mentioned.
  • the valve closes. However, since from the time of the closing command to the time when the valve is fully closed, still more medium is filled into the container, so at the end of the dosing cycle, for example. 5200 pulses instead of the desired 5000 counted.
  • the calculated new setpoint is only used within the program mentioned above. An ad presented to a user will still show 100ml. The actual value (counter reading) is set to zero before each start of a new filling process. Since the closing behavior of the valve generally does not change significantly from dosing cycle to dosing cycle, exactly 100ml should be dosed at the next dosing cycle, even though the valve got the closing command at 96ml. The closing behavior of the valve is only the same from filling process to filling process if the volume or mass flow does not change (eg due to higher pressure in the pump)
  • volume or mass flow must dynamically monitor during a filling operation to dynamically change the setpoint during the filling process.
  • the actual value is subtracted from the setpoint value after the filling process and thus defines the new setpoint value for the next filling process.
  • the volume or mass flow is now dynamically detected during the filling process and the setpoint is dynamically corrected by a factor calculated by the change in the volume or mass flow.
  • the volume or mass flow value used for this factor can be determined as follows: By the o.g. Program that runs on the control unit, for example, is determined when the valve is fully open and the volume or mass flow has settled to a preliminary final value (for example, 100 ms after the start command). Then another 100ms is waited to not detect any start-up fluctuations. And then, for example, every 10ms volume or mass flow values are recorded and the average of these measured values is formed until the closing command of the valve comes. This volume or mass flow average will be the next
  • Bottling process used as an initial reference. So the setpoint for the next bottling process will be at that old average relative to the new one
  • volume or mass flow average value and thus dynamically changed during the current filling process, the setpoint.
  • Average value can be included by means of one or more
  • Thresholds define a hysteresis. By means of the hysteresis, it can be determined which deviation in the volume or mass flow just recorded is still tolerated for the average value as compared to the previously detected volume flow or mass flow.
  • the individual volume or mass flow values are recorded, for example, every 10 ms. So if within this interval the volume or mass flow values are above or below Under the limits of the hysteresis changed, this volume or mass flow value is not used for the average, It can also be defined an interval to increase the period of 10ms. Then the average of the volume or mass flow values is formed within an interval and these interval averages are then used to check the limits of hysteresis. Then, the volume or mass flow interval averages are also used to generate the volume or mass flow overall average.

Abstract

Verfahren zum ventilgesteuerten Abfüllen einer definierten Abfüllmenge eines Mediums (P) in einen Behälter (60), wobei während eines Abfüllvorgangs anhand eines eine Durchflussmenge repräsentierenden Messsignals (L4), vorzugsweise eines Impulssignals, eine Durchflussrate (L1) des Mediums (P) ermittelt wird, und wobei anhand einer Änderung (L2) der Durchflussrate (L1) während des Abfüllvorgangs ein Zeitpunkt (t3), zum Schließen eines Ventils (54), das zum Abfüllen dient, während des Abfüllvorgangs korrigiert wird.

Description

Verfahren zum ventilgesteuerten Abfüllen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum ventilgesteuerten Abfüllen einer definierten Abfüllmenge eines Mediums in einen Behälter. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Abfüllvorrichtung und ein Computerprogramm bzw. ein
Computerprogrammprodukt.
In vielen Anwendungen, z. B. in der Lebensmittelindustrie oder in der Pharmaindustrie, ist es erforderlich, eine definierte Abfüllmenge eines Mediums, z. B. Joghurt oder ein Arzneimittel, reproduzierbar in ein Behältnis, beispielsweise in eine Flasche abzufüllen. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es neben der Abfüllung einer stets gleichbleibenden Menge des Mediums in das Behältnis in hohem Masse wünschenswert, wenn ein einzelner Abfüllvorgang möglichst wenig Zeit beansprucht und wenn darüber hinaus die einzelnen Abfüllvorgänge zeitlich rasch aufeinanderfolgen.
Um die Reproduzierbarkeit der in das Behältnis abgefüllten Menge des Mediums sicherzustellen, wird bei den bekannten Abfüllvorgängen zu einem gegebenen Zeitpunkt ein Ventil in einer Zuführleitung geöffnet. Der Volumen- bzw. der Massedurchfluss des Mediums wird mit einem Volumendurchflussmessgerät bzw. mit einem
Massendurchflussmessgerät bestimmt. Bei dem Volumendurchflussmessgerät kann es sich beispielsweise um einen PROMAG 53 bzw. einen DOSIMAG II handeln. Als
Massendurchflussmessgerät kann beispielsweise ein PROMASS 83 bzw. ein DOSIMASS II eingesetzt werden. Die zuvorgenannten Gerätetypen werden von der Anmelderin angeboten und vertrieben. Anhand des von dem Messgerät gelieferten Durchflusswertes wird die Abfüllmenge bestimmt. Sobald die vorbestimmte Menge des Mediums in das Behältnis eingefüllt ist, wird das Ventil geschlossen. Die Vorlaufmenge bzw. die
Nachlaufmenge, also die Abfüllmenge, die bei nicht vollständig geöffnetem bzw.
geschlossenem Ventil in das Behältnis eingefüllt wird, wird anhand von Erfahrungswerten bzw. anhand von experimentell ermittelten Werten bestimmt und bei dem Abfüllvorgang berücksichtigt.
Eine hohe Reproduzierbarkeit der Abfüllmenge, die in ein Behältnis eingefüllt wird, ist in zweierlei Hinsicht von Bedeutung: Entspricht die Abfüllmenge nicht der auf dem Behältnis angegebenen Mindestmenge, so drohen dem Betreiber der Prozessanlage gesetzliche Strafen; liegt hingegen die Abfüllmenge über der abzufüllenden Menge, hat der Abfüller möglicherweise erhebliche finanzielle Einbußen.
Ein entsprechendes Verfahren zum Abfüllen einer definierten Menge eines Mediums in einen Behälter ist aus der Offenlegungsschrift DE 10149473 bekannt geworden. Dort wird die Vorlaufmenge und/oder die Nachlaufmenge des Mediums bestimmt und das Öffnen und/oder das Schließen des Ventils wird so gesteuert, dass die definierte Abfüllmenge des Mediums in das Behältnis eingefüllt wird. Auch in der Offenlegungsschrift DE 102005008041 ist ein Verfahren zum dosierten Abfüllen eines fließfähigen Mediums bekannt geworden. Dabei wird die geräte- und mediumspezifische Nachlaufmenge festgestellt und diese bei den nachfolgenden Abfüllungen als Korrektur berücksichtigt, so dass die Abfüllistmenge der Abfüllsollmenge entspricht.
Ebenso ist in der Offenlegungsschrift DE 102008018089 ein Verfahren zum Abfüllen eines Mediums bekannt geworden, bei dem in Abhängigkeit einer gemessenen
Temperatur die Fließgeschwindigkeit des Mediums eingestellt wird. Zudem ist es aus der Offenlegungsschrift DE 102005052197 bekannt geworden zum sicheren Abfüllen einer ventilgesteuerten Abfüllanlage Luftblasen zu detektieren.
In der Offenlegungsschrift DE 2831624 wird von Michael Ziesemer und Peter Haug ein Verfahren zum Dosieren von strömenden Medien vorgeschlagen, bei dem ein die Strömung des Mediums repräsentierendes Impulssignal einem Zähler zugeführt wird und bei Erreichen eines Vorwahlwerts ein Signal zur Beendigung des Dosierungsvorgangs erzeug wird.
Auch in der Patentschrift DE 10306751 ist ein Verfahren zum Abfüllen eines Mediums bekannt geworden, bei dem anhand eines Drucks pK ein Korrekturfaktor K ermittelt wird, durch welchen Korrekturfaktor die Zeit für das Abfüllen einer einstellbaren Menge bestimmt wird.
In der Praxis hat sich aber herausgestellt, dass die vorgenannten Abfüllverfahren immer noch zu ungenau sind, da bspw. das Problem auftritt, dass das Schließverhalten des Ventils von Dosierzyklus zu Dosierzyklus nur gleich ist, wenn sich der Volumen-oder Massefluss nicht verändert. Dies kann sich jedoch bspw. durch höheren Druck im Vorratstank ergeben oder wenn nur ein Teil der Ventile in der Abfüllanlage geöffnet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Abfüllen einer definierten Abfüllmenge vorzuschlagen. Die Erfindung wird durch ein Verfahren, eine Abfüllvorrichtung und ein Computerprogramm bzw. ein Computerprogrammprodukt gelöst.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum ventilgesteuerten Abfüllen einer definierten Abfüllmenge eines Mediums in einen Behälter gelöst, wobei während eines Abfüllvorgangs anhand eines eine Durchflussmenge (total flow) repräsentierenden Messsignals, vorzugsweise eines Impulssignals, eine Durchflussrate (flow rate) des Mediums ermittelt wird, und anhand einer Änderung der Durchflussrate während des Abfüllvorgangs ein Zeitpunkt zum Schließen eines Ventils, das zum Abfüllen dient, während des Abfüllvorgangs, vorzugsweise in Abhängigkeit der Änderung der Durchflussrate, korrigiert wird.
Wie bereits beschrieben sind Verfahren zum ventilgesteuerten Abfüllen einer definierten Abfüllmenge aus dem Stand der Technik bekannt. Während im Stand der Technik jedoch von einer konstant bleibenden Durchflussrate während des Abfüllvorgangs (zumindest nach vollständiger Öffnung des Abfüllventils) ausgegangen wird, wird erfindungsgemäß die Durchflussrate während des Abfüllvorgangs, vorzugsweise nach der vollständigen Öffnung des Abfüllventils, berücksichtigt, bspw. indem die Durchflussmenge und/oder die Durchflussrate vermittels einer Steuereinheit erfasst und ausgewertet wird, um den Zeitpunkt zum Schließen des Abfüllventils zu steuern bzw. zu korrigieren. Abfüllvorgang bezeichnet dabei das Füllen als auch den Zeitraum des Füllens des Behälters mit dem dafür vorgesehenen Medium.
Unter Durchflussmenge wird dabei die bspw. vermittels eines Durchflussmessgerätes erfasste Masse, bspw. in kg, bzw. das erfasste Volumen, bspw. in m3, verstanden. Als
Messsignal kann dabei oben erwähntes Impulssignal dienen. Dabei kann ein Impuls einer vorgegebenen Menge von bspw. 2ml entsprechen. Die gesamte Durchflussmenge kann dann wiederum durch Erfassen der Anzahl der Impulse bestimmt werden. Die
Durchflussrate andererseits bezeichnet eine Volumen oder eine Masse die pro Zeiteinheit durch eine bestimmte Oberfläche strömt, d.h. dM/dt bzw. dV/dt und üblicherweise in kg/s bzw. m3/s angegeben wird.
Anhand der Abfolge der Impulse, d.h. bspw. anhand eines zwischen zwei Impulsen liegenden Zeitraums, kann die Durchflussrate bestimmt werden. Im Fall einer Änderung der Durchflussrate wird sich insbesondere auch die Nachlaufmenge, d.h. die
Durchflussmenge, die zwischen Absetzen des Signals zum Schließen des Ventils (Schließbefehl) und dem tatsächlichen Zeitpunkt, zu dem das Ventil tatsächlich geschlossen ist, in den Behälter gelangt, ändern. Trotzdem eine Nachlaufkorrektur an sich beim ventilgesteuerten Abfüllen bekannt ist, ist dabei eine sich ändernde Durchflussrate während des Abfüllvorgangs (nach der vollständigen Öffnung des Abfüllventils) bislang nicht zur Bestimmung bzw. zur Korrektur des Zeitpunkts zum Schließen des Ventils während desselben Abfüllvorgangs bekannt geworden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird im Fall einer Änderung der Durchflussrate während des Abfüllvorgangs, welche Änderung oberhalb eines vorgegebenen
Schwellenwertes liegt, der, insbesondere vorgegebene Zeitpunkt zum Schließen des Ventils während des Abfüllvorgangs korrigiert. Eine Korrektur kann somit bspw. nur dann vorgenommen werden, wenn eine Änderung der Durchflussrate einen Schwellenwert überschreitet. Bspw. kann ein Toleranzband in Form von einem ersten und einem zweiten Schwellenwert, bspw. oberhalb bzw. unterhalb einer vorgegebenen Durchflussrate, vorgesehen sein, um den Zeitpunkt zum Schließen des Ventils im Fall einer steigende bzw. fallenden Durchflussrate während des Abfüllvorgangs zu korrigieren.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Zeitpunkt zum Schließen des Ventils so korrigiert, dass die definierte Abfüllmenge in den Behälter abgefüllt wird. Um stets die gewünschte Abfüllmenge in einen Behälter abzufüllen, wird der Zeitpunkt zum Schließen des Ventils derart gewählt, bspw. indem von der Steuereinheit einer
Abfüllanlage ein entsprechendes Signal (Schließbefehl) zum Schließen des Ventils erzeugt wird, dass die aufgrund der geänderten Durchflussrate zu erwartende
Nachlaufmenge und die bis zum Zeitpunkt des Erzeugens des Signals zum Schließen des Ventils bereits, bspw. von der Steuereinheit, erfasste Durchflussmenge der gewünschten Abfüllmenge entsprechen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Zeitpunkt, zum Schließen des Ventils anhand der Änderung bzw. anhand einer Änderungsrate der Durchflussrate ermittelt. Anstatt die erwartete Nachlaufmenge zu berechnen, und anhand dieser Berechnung den Zeitpunkt zum Schließen des Ventils zu korrigieren, kann auch direkt anhand der geänderten Durchflussrate der Zeitpunkt zum Schließen des Ventils korrigiert werden. Dies kann bspw. vermittels hinterlegter Korrekturwerte, die bspw. auf einer Kalibrierung basieren. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Zeitpunkt zum Schließen des Ventils, durch einen Sollwert bestimmt, welcher Sollwert der definierten Abfüllmenge abzüglich einer Nachlaufkorrektur entspricht. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens entspricht der Sollwert einem Wert eines Messsignal bzw. einer Anzahl an Messsignalen, besonders bevorzugt einer Anzahl von Impulsen. Die Erfassung der Messsignale kann bspw. in der Steuereinheit der Abfüllanlage erfolgen. In dieser Steuereinheit kann auch der Sollwert hinterlegt sein, bzw. der Sollwert vermittels der Steuereinheit an die geänderte Durchflussrate angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Sollwert während des Abfüllvorgangs im Fall einer Änderung der Durchflussrate korrigiert, insbesondere vergrößert, falls die Durchflussrate ansteigt und/oder verkleinert wird, falls die
Durchflussrate sinkt. Zu diesem Zweck kann ein erster Schwellenwert oberhalb und/oder ein zweiter Schwellenwert unterhalb einer vorgegebenen Durchflussrate vorgesehen sein. Dadurch ist bspw. eine Luftblasendetektion möglich. Anstelle einer, insbesondere konstanten, vorgegebenen Durchflussrate kann auch eine variable Durchflussrate, die bspw. aus vorhergehenden Werten, vorzugsweise während desselben Abfüllvorgangs, der Durchflussrate gebildet wird, verwendet werden. Um diese Durchflussrate kann dann der erste und/oder zweite Schwellenwert an diese variable Durchflussrate angepasst werden, insbesondere derart, dass stets ein im wesentlich konstanter Abstand zwischen der variablen Durchflussrate und dem ersten bzw. zweiten Schwellenwert vorhanden ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird somit anhand der Änderung der Durchflussrate während des Abfüllvorgangs, eine Nachlaufmenge bestimmt bzw. aus hinterlegten Werten ermittelt, und eine dahingehende Korrektur des Sollwerts erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird bei Erreichen des Sollwerts, bspw. wenn das Messsignal den Sollwert erreicht oder insbesondere eine Anzahl von Impulsen dem Sollwert entspricht, ein Signal zum Schließen des Ventils erzeugt. Dieser Vergleich zw. einem Sollwert und einer tatsächlich empfangenen Anzahl an
Messsignalen, vorzugsweise Impulsen, kann vermittels der o.g Steuereinheit durchgeführt werden. Die Steuereinheit kann dafür mit dem Durchflussmessgerät und/oder dem Ventil, bspw. über eine Kommunikationsverbindung, vorzugsweise in Form eines Feldbusses, verbunden sein.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Sollwert während eines Abfüllvorgangs mehrfach, insbesondere kontinuierlich, an die ermittelte Durchflussrate angepasst.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird anhand der, bspw. von einer Steuereinheit während des Abfüllvorgangs empfangenen, Messsignale, insbesondere anhand der empfangenen Impulssignale, eine mittlerer Durchflussrate bestimmt wird, anhand welcher mittleren Durchflussrate der Sollwert ermittelt wird.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden zu verschiedenen Zeitpunkten, insbesondere während mehrerer Intervalle, während des Abfüllvorgangs Werte der
Durchflussrate bestimmt, um eine Änderung der Durchflussrate zu bestimmen. Während dieser Intervalle kann jeweils ein oder mehrere Messwerte der Durchflussrate bestimmt werden. Dabei kann es sich um überlappende oder unmittelbar aneinander grenzende Intervalle handeln. Derart können ein oder mehrere Mittelwerte der Durchflussrate gebildet werden, um eine Nachlaufmenge zu bestimmen bzw. vorherzusagen und/oder anhand des zumindest einen Messwertes der Durchflussrate den Zeitpunkt zum
Schließen des Ventils zu korrigieren.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens dient die während des Abfüllvorgangs erfasste Änderung der Durchflussrate zur Ermittlung einer Nachlaufmenge des
Abfüllvorgangs.
Hinsichtlich der Abfüllvorrichtung wird die Aufgabe durch eine Abfüllvorrichtung, insbesondere Steuereinrichtung, zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorherigen Ausführungsformen gelöst. Eine derartige Abfüllvorrichtung kann ein und/oder mehrere Abfüllstellen umfassen, die zum Befüllen jeweils eines oder jeweils mehrere Behälter dienen. Eine Abfüllstelle wiederum kann ein Durchflussmessgerät und ein Ventil umfassen. Ferner kann eine, rechnerbasierte, Steuereinheit Teil der Abfüllanlage sein und mit der einen und/oder den mehreren Abfüllstellen, d.h. dem Durchflussmessgerät und dem dazugehörigen Ventil, über eine gemeinsame oder voneinander getrennte Kommunikationsleitungen verbunden sein.
Insbesondere im Fall mehrerer Abfüllstellen kann das vorgeschlagene Verfahren für sämtliche dieser Abfüllstellen oder nur einen Teil der Abfüllstellen ausgeführt werden. Insbesondere können der Abfüllvorgang an den Abfüllstellen zeitgleich zueinander ausgeführt werden. Andererseits ist es auch möglich, den Abfüllvorgang an einer
Abfüllstelle zeitlich versetzt zu dem Abfüllvorgang an einer anderen Abfüllstelle auszuführen. Außerdem ist es möglich Korrekturwerte einer Abfüllstelle zur Steuerung bzw. Korrektur des Abfüllvorgangs an einer anderen, insbesondere nachfolgenden, vorzugsweise unmittelbar nachfolgenden, Abfüllstelle zu verwenden, vorzugsweise derselben
Abfüllvorrichtung. Hinsichtlich des Computerprogramms bzw. des Computerprogrammprodukts wird die Aufgabe durch ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt mit
Programmcodemitteln gelöst, die wenn sie Ausgeführt werden, dazu dienen, das
Verfahren nach einer der vorgenannten Ausführungsformen auszuführen. Bei dem Computerprogrammprodukt kann es sich um einen flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Datenträger handeln. Die Programmcodemittel können in einer Programmiersprache insbesondere einer Logik vorliegen. Insbesondere kann das Computerprogrammprodukt einen Prozessor aufweisen, der zur Ausführung der Programmcodemittel dient. Das Computerprogramm bzw. das Computerprogrammprodukt kann insbesondere auf einer Steuereinheit einer Abfüllanlage hinterlegt sein oder dort ablauffähig sein.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Abfüllanlage,
Fig. 2: eine Abfüllkurve mit konstanter bzw. sich während des Abfüllvorgangs ändernder Durchflussrate, und
Fig. 3: den Verlauf L1 der Durchflussrate während des Abfüllvorgangs, den Verlauf L2 der mittleren Durchflussrate, den Verlauf L3 des Korrekturwerts zur Bestimmung des
Schließzeitpunkts des Abfüllventils, den Verlauf L4 der Durchflussmenge während des Abfüllvorgangs, den Verlauf L5 des Öffnungssignals für das Abfüllventil, den Verlauf L6 der Messsignalerfassung während des Abfüllvorgangs, den Verlauf L7 des Steuersignals zur Korrekturwertbildung.
In Fig. 1 ist eine Abfüllvorrichtung 1 , wie sie in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt wird, dargestellt. Das fluide Medium P wird in einem Vorlagebehälter 40 bereitgestellt. Der Vorlagebehälter 40 ist über eine zentrale Zufuhrleitung 50 mit den einzelnen Abfüllstellen, die als Linie 1 bis Linie 6 bezeichnet sind, verbunden. Der Übersichtlichkeit wegen ist nur eine Abfüllstelle L1 mit Bezugszeichen versehen. Jede der Abfüllstellen weist ein Durchflussmessgerät 52 und ein Abfüllventil 54 auf. Über das Ventil 54 wird das Medium P in die Abfüllbehälter 60 eingefüllt. Die Abfüllbehälter werden hier über ein Transportband 70 zu den einzelnen Abfüllstellen geführt. Die
Durchflussmessgeräte 52 und die Abfüllventile 54 sind über Signalleitungen 16 und Steuersignalleitungen SL mit einer Steuereinheit 10 verbunden.
Die Steuereinheit 10 ist modulartig aufgebaut. Sie besteht bspw. aus einem Netzteil, einer zentralen Recheneinheit, Feldbus-Kommunikationseinheit, einer digitalen Impuls- Eingangs-Einheit, bspw. mit mehreren Eingängen, einer digitalen Impuls- Ausgangseinheit, ebenfalls mehrfach, und einer 4-20 mA Einheit, ebenfalls mehrfach.
Über eine Busverbindungsleitung 22 ist die Dosiersteuereinheit 10 mit einer zentralen Steuerung 20 verbunden. Die Kommunikation zwischen der Dosiersteuerungseinheit 10 und der zentralen Steuerung 20 erfolgt bspw. nach dem Profibus DP Standard, wobei die Dosiersteuerungseinheit 10 als Slave und die Steuerung 20 als Master fungiert. Die Steuerung 20 steuert die gesamte Zuführung und Abfuhr der Abfüllbehälter 60 zu den einzelnen Abfüllstellen Der gesamte Abfüllzyklus für jeweils die Abfüllbehälter dauert dabei bspw. 5 Sekunden.
Die Dosiersteuereinheit 10 ist weiterhin mit einer lokalen Anzeigeeinheit 30, die bspw. als Touchscreen ausgebildet ist, verbunden über die die Konfigurierung der Abfüllanlage erfolgt. Die Steuereinheit 10 und/oder 20 kann natürlich auch kompakt ausgeführt sein und innerhalb eines Gehäuses angeordnet sein.
Um konstante Abfüllbedingungen zu erhalten, wird der Druck D im Vorlagebehälter 40 konstant gehalten. Hierfür ist ein Druckmesser 46 am Vorlagebehälter 40 vorgesehen, der den Druck D im Behälter 40 misst. Über eine Druckluft-Zufuhrleitung 42, in der ein Ventil 44 vorgesehen ist, kann der Druck D eingestellt werden. Die entsprechende Regelung des Kopfdrucks erfolgt ebenfalls über die Dosiersteuerungseinheit 10. Hierfür wird der aktuelle Druck D als 4-20 mA-Signal über die Messsignalleitung MSL an die
Dosiersteuerungseinheit 10 übertragen. Über die Steuerungssignalleitung SSL wird das Ventil 44 von der Dosiersteuereinheit 10 entsprechend angesteuert, um dadurch den Druck D im Behälter 40 konstant zu halten.
Dennoch kann es beim Abfüllen zu Druckschwankungen kommen, wenn bspw. nicht sämtliche Ventile der Abfüllanlage öffnen, und dadurch der Durchfluss durch die geöffneten Ventile steigt.
Der Verlauf L0 einer Abfüllkurve mit sich während des Abfüllvorgangs ändernder
Durchflussrate ist in Figur 2 dargestellt. Die Durchflussrate [ml/s] ist dabei gegen die Zeit [s] aufgetragen. Der Abfüllvorgang wird zu einem Zeitpunkt t1 durch ein entsprechendes Signal an ein
Ventil ausgelöst. Anschließend wird das Ventil geöffnet. Dabei öffnet sich das Ventil nach dem Empfang dieses Signals, jedoch steigt die Durchflussrate nicht abrupt sondern kontinuierlich an, so dass erst zu einem Zeitpunkt t2 eine annähernd konstante
Durchflussrate erreicht wird - d.h der Durchfluss sich bei vollständig geöffnetem Ventil eingepegelt hat. Dieses Verhalten nach dem Öffnen des Ventils wird auch als Vorlauf bezeichnet.
Der Verlauf L0 der Durchflussrate bleibt idealerweise in einem auf den Zeitraum nach dem Öffnen des Ventils folgenden Zeitpunkt t2 im Wesentlichen konstant, bis die definierte Abfüllmenge in den Behälter abgefüllt ist bzw. bis ein Signal zum Schließen des Ventils bspw. zu einem Zeitpunkt t3 an das Ventil gesendet wird. Nach Erhalt dieses Signals Schließt sich das Ventil. Da dieser Vorgang ebenso wie das Öffnen des Ventils eine gewisse Zeit erfordert, fließt in diesem Zeitraum zw. den Zeitpunkten t3 und t4, zu dem das Ventil geschlossen ist, eine bestimmte als Nachlauf bezeichnete Menge des Mediums durch das Ventil hindurch und wird in den Behälter abgefüllt.
Bei einer annähernd konstanten Durchflussrate bleibt auch diese Nachlaufmenge immer die gleiche, so dass eine Korrektur des Zeitpunkts zum Schließen des Ventils
vorgenommen werden kann, um die gewünschte definierte Abfüllmeng in den Behälter abzufüllen.
Während des Abfüllvorgangs kann es jedoch zu Schwankungen in der Durchflussrate kommen. Folgt die Durchflussrate bspw. dem in Figur 2 vermittels der gestrichelt gezeichneten Linie dargestellten Verlauf L, erhöht sich also die Durchflussrate nach dem das Ventil vollständig geöffnet ist, erhöht sich auch die Nachlaufmenge, um einen entsprechenden Wert, da während der Zeitspanne, die das Ventil zum Schließen benötigt (diese bleibt in der Regel konstant), nun auch mehr Medium in den Behälter abgefüllt wird.
Um diese erhöhte Nachlaufmenge zu korrigieren, wird vorgeschlagen, nicht nur die Durchflussmenge (total flow) während des Abfüllens zu bestimmen, sondern auch die Durchflussrate (flow rate) zu bestimmen und in Abhängigkeit der Durchflussrate den Zeitpunkt t3 derart festzulegen, dass die gewünschte definierte Abfüllmenge auch tatsächlich abgefüllt wird.
Im Fall einer während des Abfüllvorgangs (nach dem Vorlauf, d.h. dem vollständigen Öffnen des Ventils) steigenden Abfüllrate L kann bspw. der Zeitpunkt zum Schließen des Ventils gegenüber einem Referenzzeitpunkt, früher erfolgen, und im Fall einer sinkenden Durchflussrate kann der Zeitpunkt zum Schießen des Ventil entsprechend gegenüber einem Referenzzeitpunkt später erfolgen, da die Nachlaufmenge geringer ausfällt. Vor dem Beginn des Abfüllvorgangs zum Zeitpunkt t1 und nach dem Ende des
Abfüllvorgangs zum Zeitpunkt t4 ist kein Durchfluss durch das Ventil vorhanden bzw. wird kein Medium in den Behälter abgefüllt. In Fig. 3 ist der Verlauf L1 der Durchflussrate während des Abfüllvorgangs, der Verlauf L2 der mittleren Durchflussrate, der Verlauf L3 des Korrekturwerts zur Bestimmung des Schließzeitpunkts des Abfüllventils, der Verlauf L4 der Durchflussmenge während des Abfüllvorgangs, der Verlauf L5 des Öffnungssignals für das Abfüllventil, der Verlauf L6 der Messsignalerfassung während des Abfüllvorgangs, und der Verlauf L7 des Steuersignals zur Korrekturwertbildung übereinander dargestellt, so dass gleiche Zeitpunkte
übereinander liegen.
Die Kurve L1 zeigt einen Verlauf der Durchflussrate ganz ähnlich zu demjenigen der Kurve L in Fig. 2, bei dem sich die Durchflussrate während des Abfüllvorgangs ändert. In erhöhter Auflösung zeigt der Verlauf der mittleren Durchflussrate L2, dass sich zu einem Zeitpunkt s1 die Durchfluss rate verringert und anschließend nach und nach wieder auf den ursprünglichen Wert ansteigt. Durch die Verringerung der Durchflussrate zum
Zeitpunkt s1 wird, wie im Verlauf des Zählerwerts L3 dargestellt, der Zählerwert L3 der zur Bestimmung des Schließzeitpunktes dient, erhöht, so dass das Ventil gegenüber einem Referenzwert bzw. Referenzzeitpunkt länger geöffnet bleibt. Mit wieder steigender (mittlerer) Durchflussrate wird auch der Zählerwert wieder erniedrigt, bis er auf den annähernd auf dem Ausgangswert liegt.
Der Verlauf L4 der Summe des Zählers über die Zeit, welcher dem Verlauf der abgefüllten Durchflussmenge entspricht, ist rampenförmig. Der Zähler entspricht dabei der Anzahl der Impulse die von dem Durchflussmessgerät ausgegeben wird. Die Anzahl der Impulse steigt dabei während des Abfüllvorgangs linear an. Dabei können sich in Abhängigkeit von der Durchflussrate verschiedene Abschnitte der Rampe mit unterschiedlichen Steigungen vorlegen.
Ein Vergleich zw. dem Verlauf L5 des Signals zum Öffnen des Ventils und dem Zähler bzw. der Durchfluss rate zeigt, dass es nach dem Senden des Signals ein bestimmte Zeitspanne dauert, bis das Ventil vollständig geöffnet ist und sich der Durchfluss auf ein Niveau stabilisiert. Dies ist an dem verzögerten Ansprechen des Zählers L4 und der Durchflussrate L1 im Vergleich zum Signal zur Öffnung des Ventils L5 zu sehen.
Der Verlauf der Messsignalerfassung L6 während des Abfüllvorgangs beginnt mit dem Senden des Signals zum Öffnen des Ventils und läuft noch eine Zeitspanne nach dem Signal zum Schließen des Ventils, so dass auch die Nachlaufmenge in Form des Messsignals erfass wird und als Impuls an die Steuereinheit übertragen wird, und somit die tatsächliche abgefüllte Menge des Mediums erfasst wird.
Die Erfassung der Durchflussrate zur Korrekturzwecken beginnt erst, wie im Verlauf L7 gezeigt, zu einem Zeitpunkt s2 nach der vollständigen Öffnung des Ventils. Diese
Erfassung des der Durchflussrate beginnt, wenn sich der Durchfluss nach dem Öffnen des Ventils eingepegelt hat. Nachdem ein Mittelwert der Durchflussrate ermittelt wurde, kann auch die Korrektur des Zählerwerts zum Schließen des Ventils erfolgen. Der Zeitraum in dem eine Korrektur des Sollwertes zur Bestimmung des
Schließzeitpunktes des Ventils durchgeführt wird, ist durch den Verlauf L8 dargestellt.
Durch die gezählten Impulse pro Zeiteinheit wird ein Wert für Volumen-oder Massefluss (Einheiten z.B. ml/s oder g/s) generiert. Mit der Anzahl der Impulse wird das Volumen oder die Masse (Einheiten z.B. ml oder g) bestimmt, also die Dosiermenge bzw. die Durchflussmenge.
Eine Zählerkarte, die bspw. Teil der Steuereinheit sein kann, zählt die Impulse die im Durchflussmessgerät definiert werden (z.B. 0.02ml/lmpuls). Am Ende des Dosierzyklus werden z.B. 5000 Impulse gezählt, was bei 0.02 ml/Impuls 100ml entspricht. Mit einem
Sollwert wird im einem Programm, das bspw. in der Steuereinheit abläuft, die gewünschte Dosiermenge definiert (z.B. 100ml was im genannten Beispiel 5000 Impulse entspricht). Wenn der Zähler die 5000 Impulse erreicht hat schließt das Ventil. Da jedoch vom Zeitpunkt des Schließbefehls bis zum Zeitpunkt, an dem das Ventil ganz geschlossen ist, noch weiter Medium in den Behälter abgefüllt wird, werden somit am Ende des Dosierzyklus z.B. 5200 Impulse anstatt der gewünschten 5000 gezählt.
Nach dem Dosierzyklus wird der Istwert (Zählerstand) vom Sollwert abgezogen und das Resultat zur Bestimmung des neuen Sollwerts verwendet. Die Differenz ist die
Nachlaufkorrektur. Somit ist der neue Sollwert im o.g. Beispiel 96ml (4800 Impulse).
Der errechnete neue Sollwert wird nur innerhalb des o.g. Programms verwendet. Auf einer einem Benutzer präsentierten Anzeige wird weiterhin 100ml angezeigt. Der Istwert (Zählerstand) wird vor jedem Start eines neuen Abfüllvorgangs auf null gesetzt. Da sich das Schließverhalten des Ventils von Dosierzyklus zu Dosierzyklus grundsätzlich nicht wesentlich verändert, sollte beim nächsten Dosierzyklus genau 100ml dosiert werden, obwohl das Ventil bei 96ml den Schließbefehl bekam. Das Schließverhalten des Ventils ist von Abfüllvorgang zu Abfüllvorgang nur gleich, wenn sich der Volumen-oder Massefluss nicht verändert (z.B. durch höheren Druck im
Vorratstank). Wenn sich nun der Volumen-oder Massefluss jedoch während des nächsten Dosierzyklus verändert, wird trotzdem bei 96ml das Ventil geschlossen. Die
Nachlaufmenge ist aber grösser und somit wird zu viel dosiert. Dies wird zwar im darauf folgenden Dosierzyklus wieder korrigiert, jedoch ist dies zu spät, um in einen Behälter genau die gewünschte Abfüllmenge abzufüllen.
Deshalb muss der Volumen-oder Massefluss dynamisch während eines Abfüllvorgangs überwachen, um den Sollwert dynamisch während des Abfüllvorgangs zu verändern.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird, wie oben beschrieben, der Istwert nach dem Abfüllvorgang vom Sollwert abgezogen und so der neue Sollwert für den nächsten Abfüllvorgang definiert. Jedoch wird nun dynamisch den Volumen-oder Massefluss während des Abfüllvorgangs erfasst und der Sollwert dynamisch um einen Faktor, der durch die Änderung des Volumen-oder Massefluss errechnet wird, korrigiert.
Der Volumen-oder Masseflusswert, der für diesen Faktor verwendet wird, kann dabei wie folgt bestimmt werden: Durch das o.g. Programm, das bspw. auf der Steuereinheit abläuft, wird ermittelt, wann das Ventil ganz offen ist und der Volumen-oder Massefluss sich auf einen vorläufigen Endwert eingepegelt hat (bspw. 100ms nach dem Startbefehl). Dann wird nochmals 100ms gewartet, um eventuell auftretende Anlaufschwankungen nicht zu erfassen. Und danach werden bspw. alle 10ms Volumen- oder Massefluss Werte erfasst und der Durchschnitt dieser Messwerte gebildet, bis der Schließbefehl des Ventils kommt. Dieser Volumen-oder Massefluss Durchschnittswert wird beim nächsten
Abfüllvorgang als Anfangsreferenz verwendet. Also der Sollwert für den nächsten Abfüllvorgang wird mit diesem alten Durchschnittswert im Verhältnis zum neuen
Volumen-oder Massefluss Durchschnittswert verrechnet und somit während des laufenden Abfüllvorgangs der Sollwert dynamisch verändert.
Um Störsignale oder kurze Peaks beim Volumen-oder Massefluss nicht in den
Durchschnittswert mit einfließen zu lassen, kann mittels eines oder mehreren
Schwellenwerten eine Hysterese definiert sein. Vermittels der Hysterese kann bestimmt werden, welche Abweichung beim soeben erfassten Volumen-oder Massefluss verglichen zum zuvor erfassten Volumen-oder Massefluss für den Durchschnittswert noch toleriert wird.
Die einzelnen Volumen-oder Massefluss Werte werden bspw. alle 10ms erfasst. Also wenn sich innerhalb dieses Intervalls der Volumen-oder Massefluss Werte über oder unter die Grenzen der Hysterese verändert, wird dieser Volumen-oder Massefluss Wert nicht für den Durchschnitt verwendet, Es kann auch noch ein Intervall definiert werden, um die Periode von 10ms zu erhöhen. Dann wird der Durchschnitt der Volumen-oder Massefluss Werte innerhalb eines Intervall gebildet und diese Intervall-Durchschnittswerte werden dann verwendet um die Grenzen der Hysterese zu überprüfen. Dann werden auch die Volumen-oder Massefluss Intervall-Durchschnittswerte verwendet um den Volumen-oder Massefluss Gesamtdurchschnitt zu generieren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum ventilgesteuerten Abfüllen einer definierten Abfüllmenge eines Mediums (P) in einen Behälter (60),
wobei während eines Abfüllvorgangs anhand eines eine Durchflussmenge
repräsentierenden Messsignals (L4), vorzugsweise eines Impulssignals, eine
Durchflussrate (L1 ) des Mediums (P) ermittelt wird, und
wobei anhand einer Änderung (L2) der Durchflussrate (L1 ) während des Abfüllvorgangs ein Zeitpunkt (t3), zum Schließen eines Ventils (54), das zum Abfüllen dient, während des Abfüllvorgangs korrigiert wird.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei im Fall einer Änderung (L2) der Durchflussrate (L1 ) während des Abfüllvorgangs, welche Änderung (L2) oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes (W1 ) liegt, der vorgegebene Zeitpunkt (t3) zum Schließen des Ventils während des Abfüll Vorgangs korrigiert wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der, insbesondere vorgegebene, Zeitpunkt (t3) zum Schließen des Ventils so korrigiert wird, dass die definierte Abfüllmenge in den Behälter abgefüllt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Zeitpunkt (t3) zum Schließen des Ventils (54) anhand der Änderung (L2) bzw. einer Änderungsrate der Durchflussrate (L1 ) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Zeitpunkt (t3) zum Schließen des Ventils, durch einen Sollwert (L3) bestimmt wird, welcher der definierten Abfüllmenge abzüglich einer N achlauf korrektur entspricht.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Sollwert (L3) einem Wert eines Messsignals bzw. einer Anzahl an
Messsignalen, besonders bevorzugt einer Anzahl von Impulsen, entspricht.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Sollwert (L3) während des Abfüllvorgangs im Fall einer Änderung der
Durchflussrate korrigiert wird, insbesondere vergrößert wird, falls die Durchflussrate ansteigt oder verkleinert wird, falls die Durchflussrate sinkt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei anhand der Änderung (L2) der Durchflussrate während des Abfüllvorgangs, eine Nachlaufmenge bestimmt wird bzw. aus hinterlegten Werten ermittelt wird, und eine dahingehende Korrektur des Sollwerts (L3) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei bei Erreichen des Sollwerts, bspw. wenn das Messsignal den Sollwert Erreicht oder insbesondere eine Anzahl von Impulsen dem Sollwert entspricht, ein Signal zum
Schließen des Ventils erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Sollwert (L3) während eines Abfüllvorgangs mehrfach, insbesondere kontinuierlich, an die ermittelte Durchflussrate (L1 ) angepasst wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei anhand der, bspw. von einer Steuereinheit (10) während des Abfüllvorgangs empfangenen, Messsignale, insbesondere anhand der empfangenen Impulssignale, eine mittlerer Durchflussrate bestimmt wird, anhand welcher mittleren Durchflussrate der Sollwert (L3) ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei zu verschiedenen Zeitpunkten, insbesondere während mehrerer Intervalle, während des Abfüllvorgangs Werte der Durchflussrate (L1 ) bestimmt werden, um eine Änderung (L2) der Durchflussrate zu bestimmen.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die während des Abfüllvorgangs erfasste Änderung (L2) der Durchflussrate zur Ermittlung einer Nachlaufmenge des Abfüllvorgangs dient.
14. Abfüllvorrichtung (1 ), insbesondere Steuereinrichtung, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche.
15. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die wenn sie Ausgeführt werden, dazu dienen das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
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