JP6454085B2 - 粒状材料の空気輸送システムおよびそのようなシステムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明の目的は、粒状材料の輸送システムおよびそのようなシステムの制御方法である。特に、このシステムは、粒状塑性材料（粒状プラスチック材料、粒状ビニール材料、粒状樹脂材料）を製造することを目的としている。

粒状塑性材料を製造することと、粒状塑性材料を変形することの少なくとも一方を行うためのシステムにおいて、粒状材料は、好ましくは真空下で動作する運搬システムまたは空気輸送システムによって、貯蔵容器から１以上の製造機へ輸送される。ここで、通常、これらの製造機は、射出または熱成形を担っている。

真空空気輸送システムは、製造機と直接やりとりする、少なくとも１台の粒状材料の積み込み装置と、この積み込み装置に粒状塑性材料の貯蔵容器を接続するダクトと、少なくとも１つの真空源とを備えている。上記貯蔵容器から上記積み込み装置までの粒状材料の輸送は、例えば、送風機や真空ポンプといった上記真空源のダクトの中で生成された真空によって行なわれる。

この技術分野の専門用語では、上記積み込み装置は、真空源が積み込み装置自体に統合されている場合、「供給機（フィーダー）」と呼ばれる。この手法は、「ローカル」型の空気輸送システムの場合に採用される。ここで、この「ローカル」型は、近くに位置している各装置に粒状材料の単一の貯蔵容器をやりとりさせるシステムである。他方、上記積み込み装置は、真空源が積み込み装置から切り離されている場合、「受取機（レシーバー）」と呼ばれる。この後者の手法は、「集中」型の空気輸送システムの場合に採用される。ここで、「集中」型は、異なる時間において、同じ機械（上記積み込み装置を有する）を異なる貯蔵容器に流体的に接続し、それら異なる貯蔵容器が、１００メートルも離れて配置されているときでさえ、同じ機械を異なる貯蔵容器に流体的に接続する。

真空源の動作の下、上記粒状材料は、上記貯蔵容器から後の領域に吸い込まれ、上述した（吸引または運搬といわれる）ダクトに吸引された空気によって輸送され、上記積み込み装置の収集タンクから、タンクの積み込みが完了した時点で、製造機に入れられる。他方、輸送空気は、積み込み装置によって、真空源の方へ運搬されるために吸い込まれる（受取機の場合）か、または、直接外に放出される（供給機の場合）。上記積み込み装置の収集タンクと真空源との間には、ほとんどの粒状材料から分離されたばかりの空気をろ過することに適したフィルターが、真空源の前に配置されている。一般に、上記フィルターは、供給機または受取機であるところの上記積み込み装置に組み込まれている。

輸送システムの制御は、基本的に、積み込み装置の収集タンクの充填、すなわち、製造機に供給される粒状材料の量の調節に向けられている。一般に、収集タンクの充填高さ（したがって、積み込んだ物質の量）を評価し、タンクの充填時間を最適化するように制御する。

「ローカル」型の空気輸送システムの場合には、充填ステップを、吸引ステップと同時に行う。集中型の空気輸送システムの場合には、充填ステップが、吸引すなわち充填ステップ（すなわち、上記貯蔵容器から物質を直接引き出すステップ）と、ダクト洗浄ステップとを備える。

集中型の空気輸送システムの場合（この場合、上記運搬ダクトは１００メーターもの長さを有するかもしれない）には、粒状材料がダクトに沿って（例えばカーブにおいて）蓄積して、しばしばシステムの停止をもたらす障害物を形成するリスクが、実際にある。したがって、各充填サイクルにおいて、吸込ダクトを清掃するのが、都合が良い。その結果、物質の障害物の形成を回避できるだけでなく、異なる物質が、あるサイクルから別のサイクルまで作動する同じ機械に供給される場合に、異なる物質間の如何なる汚染も回避できるからである。上記ダクトの洗浄ステップ中に、ダクトに蓄積した粒状材料は、タンクへ送られ、吸引ステップの間にもう既にタンクに運搬された粒状材料を増大する。

従来のシステムでは、操作者は、手動でパラメータを設定し、上記空気輸送システムの運転を最適化する。

充填サイクルの期間は、上記吸引とダクトの清掃時間の合計が受取機の最適化された充填のための合計時間に相当するように、通常、操作者によって設定される。これは、過度の積み込み、または、その逆で受取機が完全に積み込まれていないために、物質の吸込ダクトが粒剤で詰まり、効率を減少させるのを回避するために行われる。洗浄ステップがない場合、充填サイクルの期間は、吸引時間の合計が受取機の最適化された充填のための合計時間に相当するように、通常、設定される。

前述の時間の価値、すなわち、吸引時間（および、もしあれば、清掃時間）の評価は、システム立ち上げ時に操作者によって実行される一連の経験的なテストによって行われが、これは、結果として、材料の浪費と時間の浪費とをもたらす。

更に、注目すべきは、材料の変更がある場合、操作者は、更なるテストに基づいて、時間を変更することによって、吸引およびクリーニングのサイクルのパラメータを再び変更する必要があることである。

さらに、受取機／供給機とやりとりする製造機による材料の要求必要量が、例えば、時間当たりの生産の減少により、システム始動中に設定された要求必要量よりも低い場合、操作者は、システムパラメータを再び修正する必要がある。

したがって、収集タンクの充填時間の最適化は、搬送ダクトを介する粒状プラスチック材料の空気輸送において、実行するのが最も難しい問題の１つである。

上述のように、この問題は、空気圧伝送システムを取り巻く条件の変動性によって、さらに複雑になる。実際、時間の経過とともに、例えば、フィルターの目詰まりの度合いや、材料の流動化や、粒度や、レオロジー特性が、変動する可能性がある。従って、空気輸送システムの最適化のために操作者によって設定されるパラメータは、試行錯誤によって再び変更される必要がある。

先行技術では、受取機／供給機の収集タンクの内部に配置されて、予め定められた充填レベルの到達を検出する光レベル装置が、もう既に公知となっている。このような光レベル装置は、システム立ち上げのステップで、要求される材料の数量を特定する時間をかなり低減できるが、例えば、時間当たりの生産の変動に結びつく作動変動が発生したときに、充填時間を調整することには適用できない。実際、これらは、固定された位置に配置された光学レベルセンサにすぎないのである。さらに、このような光学レベル装置は、粒剤の色や、輸送された粉末の量によってかなり影響を受け、また、付着物の事象（ファウリングイベント）によっても影響を受ける。全般的に、これらは、特に、信頼性がない。

上記光学デバイスに代えて計量装置が提案されており、計量装置は、例えば、ローディングセルからなり、受取機の土台に配置され、積み込まれた材料の検出荷重に基づいてコンテナの充填レベルを決定する。これらの積み込み装置はどちらも信頼性がなく、とりわけ、検出量が数キログラムである場合に信頼性がない。実際、これらは振動に非常に弱い。材料の空気輸送システムは、振動に継続的にさらされる。粒状材料の種々の積み込みサイクル中に、振動がもたらされると言えば十分である。パイプの内部で、また、特に受取機／供給機で、真空や、受取機／供給機の内側表面上への粒状材料の衝撃によって、収集タンク内に積み込まれた材料数量の正確かつ信頼性のある測定を妨げる非常に強い振動が発生する可能性がある。

結局、注目すべきは、前述の計量装置の動作の生涯過程（ライフサイクル）が制限されることである。実際、時間とともに、空気輸送システムの振動は、このような装置が設けられる歪みゲージに、容易に損害をもたらす傾向がある。

本発明の開示

そこで、本発明の目的は、動作状況が変化したときに、効率的な方法で、１以上の積み込み装置のタンクの充填を自動的に調整できる粒状材料の空気輸送システム、および、このような空気輸送システムの制御方法を提供することによって、上述の先行技術の欠点を取り除くことである。

本発明のさらなる目的は、従来のシステムについて、動作コストを著しく低減できる粒状材料の空気輸送システムおよびそのような空気輸送システムの制御方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、製造が簡単で製造コストの低い粒状材料の空気輸送システムを提供することである。

本発明の技術的特徴は、上記の目的によれば、以下で説明される特許請求の範囲の内容内で明確に見出され、その利点は、添付図面を参照して作られた、次の詳細な説明からより明確に表れるだろう。添付図面は、１つ以上の純粋に例示する非限定的な本発明実施形態を示している。

図１は、本発明に係る真空下での輸送システムを有する粒状塑性材料を、製造（製造には加工も含まれる）するためのシステムの簡略図である。 図２は、本発明に係る集中型の真空下での輸送システムを備えた、多数の粒状材料源および多数の製造機を有する粒状塑性材料を製造するためのシステムの概略図を簡略化した図である。 図３は、図１および２において図示されているシステムの詳細の拡大図であり、粒状材料の搬送ダクトの洗浄弁に関する図である。 図４ａは、図１および図２において図示されているシステムの詳細な断面図であり、粒状材料の積み込みの段取りを示す、本発明の第１特定実施形態に係る輸送システムの積み込み装置（受取機）に関する図である。 また、図４ｂは、図１および図２において図示されているシステムの詳細な断面図であり、粒状材料の放出の段取りを示す、本発明の第１特定実施形態に係る輸送システムの積み込み装置（受取機）に関する図である。 図５は、上部ヘッドなしで図示した図４ａおよび４ｂの積み込み装置の上面図である。 図６は、図１および２において図示されているシステムの詳細の断面図であり、本発明の２つの異なる特定実施形態の１つによる輸送システムの積み込み装置（受取機）に関する図である。 図７は、図１および２において図示されているシステムの詳細の断面図であり、本発明の２つの異なる特定実施形態の１つによる輸送システムの積み込み装置（受取機）に関する図である。 図８は、本発明の作動原理の理解のためのブロック図の概略図である。

詳細な記載

本発明は、粒状材料の輸送システムおよびそのようなタイプのシステムの制御方法に関する。

特に、粒状材料は、塑性材料である。用語「粒状の(granular)」または「粒剤(granules)」は、例えば、厚板(slab)、シート、ホイル、フィルム等、いかなる形態の塑性材料を挽いたり押し潰したりするによって作り出される、粒剤または粉末の形態だけでなく、断片（フレーク：flake)、薄片（スケール：scale）、小さなタブ（tab）または板の形態の材料をも一般に含んでいる。

説明の単純化のために、これから、本発明に係るシステムをまず説明し、後に本発明に係る制御方法を説明する。

本発明に係る空気輸送システム１は、一以上の貯蔵容器Ｔから、より複雑な製造システム内にある一以上の製造機Ｍまで、粒状材料を搬送するようになっている。

本発明の一般的な実施形態によれば、図１および２に示すように、空気輸送システム１は、次のものを備える。

すなわち、空気輸送システム１は、少なくとも１つの、粒状材料の積み込み装置１０を備え、その積み込み装置１０は、粒状材料を製造機に供給するためにその製造機とやりとりし、また、粒状材料の回収タンク２０を有している。

また、空気輸送システム１は、なくとも１つの、粒状材料の搬送ダクト１００を備え、その搬送ダクト１００は、回収タンクを、少なくとも１つの粒状材料の貯蔵容器Ｔに流体的に接続し、そのような材料を上記容器からそのようなタンクに輸送する。

また、空気輸送システム１は、搬送ダクト１００の内部に、容器Ｔから積み込み装置のタンク２０まで粒状材料の流れを生成するための手段１００、３５を備える。

好ましくは、空気輸送システム１は、真空下型である。この場合、流れを生成するための手段は、例えば、送風機または真空圧縮機のような１つ以上の真空生成装置を備える。流れを生成するための手段は、さらに、ダクトに沿って真空の発生や遮断を可能にするように適切に配置された後述の弁手段を備える。特に、真空を発生させるための手段は、以下で説明されるように、１つ以上の真空遮断弁３５を備えてもよい。

さらに、加圧下にあるシステムを、実施形態として提供することもできる。

輸送システム１は、１つの製造機を１つの貯蔵容器に接続するように構築された「ローカル」型、および、特に、図２に示すように、２つ以上の製造機を２つ以上の貯蔵容器に接続するように構築された「集中」型の両方であってもよい。

積み込み装置１０は、供給機と受取機とで構成されても良い。

記述を網羅する目的のために、粒状材料の製造システムの２つの例が、以下で詳細に説明され、そこでは、本発明の各実施形態にしたがって、真空下での空気輸送システムが、統合されて、構築される。

図１に示すように、製造システムは、製造機Ｍに移される粒状材料Ｇの貯蔵容器Ｔを備える。空気輸送システム１は、材料の粒剤を捕らえて空気と混合することを目的として、粒状材料Ｇを吸い込む液化ランス(fluidifying lance)２を備え、液化ランス２は、例えば、略硬質管からなっている。ランス２は、搬送ダクト１００の末端に流体連通している。搬送ダクト１００は、剛性型でも可撓性型でも良い。搬送ダクト１００の末端は、しっかりと密封された積み込み装置１０（この特別な場合では、受取機）の中間部分を貫通しており、排出出口を画定している。積み込み装置１０の内部で、排出出口の高さよりも低い高さの部分に、粒状材料の回収タンク２０が取り付けられている。

好ましくは、タンク２０は、低い排出出口を備える投与ホッパからなっており、排出出口は、水平軸の周りを揺動する突出アームによって支持される底面によって、開閉されてもよい。特に図４ａおよび４ｂに示されているように、底部２４および支持アーム２５から作られたスイベル機器(swivel equipment)が、磁石が入っている釣り合いおもり２６と、電磁整列センサ(electro-magnetic alignment sensor)２７とを備える。投与ホッパ２０に粒状材料がない場合、底部は、釣り合いおもり２６と、真空の存在により、自動的にホッパ２０の排出出口を閉じる。釣り合いおもりに入っている磁石は、電気信号を生成する磁気センサ２７と整列しており、その電気信号が電子制御ユニットへ送られる。容器Ｔから来る粒状材料Ｇの輸送空気は、タンク２０内に落下する粒状材料から分離されて、第１フィルター２８を通って、出口２９から吸い込まれる。出口２９は、受取機１０の上部またはヘッド３０に作られており、ダクト１０１の末端と流体連通している。ダクト１０１の他端は、サイクロン濾過組立体(cyclone filtering assembly)３１に通じている。さらなる可撓ダクト１０２は、サイクロン濾過組立体３１から離脱し、可撓ダクト１０２は、典型的には真空ポンプまたは送風機の吸引出口で真空源１１０に接続され、真空源１１０は、ダクト１００、１０１および１０２を通って直接的に外気に吸い込まれる空気の排出を、例えば、ダクト１０３によって行う。

真空ポンプまたは送風機１１０が止まると、真空の不足およびホッパ２０に含まれている粒状材料の重量の影響によって、ホッパ２０の排出出口が開き、粒状材料が、機械Ｍの下部供給ホッパ３４に放出されることを可能にする。

釣り合いおもり２７に含まれている磁石が磁気センサ２６と整列している場合、電気制御信号が生成されて、送風機または真空ポンプの１１０の配電盤３３に送られて、作動した配電盤３３が、粒状材料の新しい供給サイクルを生じさせる。サイクルは、時間が計測され、サイクルは、受取機１０の寸法、容器からの距離、および輸送するべき粒状材料の型のうちの少なくとも一つに応じて、操作者によって修正される。

上記で説明された型の空気輸送システムを用いて、多数の粒状塑性材料の製造機にさえ、２００ｍの距離まで、粒状材料の輸送を行なうことが可能である。したがって、そのようなシステムを、集中型の輸送システムを製造するために使用してもよい。

図２に、真空下で集中輸送システムを用いる製造システムの例を示している。ｎ個の製造機Ｍ１−Ｍｎが設けられ、それぞれが、（受取機からなっている）積み込み装置１０と、異なる粒状材料を備えることができる複数の材料の貯蔵容器Ｔ（例えばサイロ）とを、備えている。単一の吸引ユニット（ポンプまたは送風機）１１０と、吸引ユニット１１０の上流に位置するサイクロン濾過組立体１１１とが設けられている。各受取機１０は、専門用語で「真空ライン」と呼ばれる共通ダクト１０２により、濾過組立体１１１と流体連通している。各受取機１０は、搬送ダクト１００により、異なる貯蔵容器と流体連通している。システムは、搬送ラインの切換装置を備えており、その結果、受取機の搬送ラインを異なる貯蔵容器に接続することが可能である。

好ましくは、受取機１０はそれぞれ、それぞれのヘッド１０内に位置している（真空遮断器と呼ばれる）開閉弁３５を備える。上述のように、真空遮断弁３５は、真空を生成するための上述の手段の一部であり、積み込み装置１０に向かう材料の流れを実現するか、または、中断するように、真空源１１０（送風機またはポンプ）に結合されるか、または、真空源１１０の替わりとして、操縦されても良い。真空遮断弁３５は、それぞれの電気空気圧弁ＶＥ１−ＶＥｎによって操縦されても良い。電気空気圧弁ＶＥ１−ＶＥｎは、（図示せぬ）適切な電子制御ユニットによって制御される。電子制御ユニットは、システムの各領域を管理することを目的とし、特に、１つの受取機を作動し、それから動作要件に応じて他の受取機を作動させる。

各サイクルでは、搬送ライン１００は、所定量の空気と、所定量の粒状材料にとよって影響を受け、各サイクルの終わりに、各受取機に設けられ、「ダクト洗浄弁」と呼ばれる遮断装置Ｖｐ１−Ｖｐｎによって、粒状材料が完全に放出される。その結果、吸引ユニット１１０が止まるか、所望の受取機のために真空遮断弁２５が作動されると、搬送ライン１００は空になる。図３は、ＶＰ１と呼ばれる典型的な洗浄弁を示す。その洗浄弁は、受取機１０の搬送ダクト１００内に挿入されている。そのような真空遮断弁の構造および動作は、当業者によく知られている。したがって、詳細な説明は行わない。

本発明によれば、空気輸送システム１は、受取機または供給機である各積み込み装置１０のために、積み込み装置１０に積み込まれる材料によってもたらされる振動を検出するための少なくとも１つのセンサ５１、５２を備える。

図４、６および７に特に示されるように、そのような少なくとも１つのセンサ５１、５２は、積み込み装置１０に配置されている。センサ５１、５２は、積み込み装置１０に積み込まれる粒状材料によって積み込み装置にもたらされる振動を検知できるならば、積み込み装置１０の近くに配置されてもよい。

そのようなセンサ５１、５２は、振動の時間信号を生成する。時間信号は、本発明に係る方法を説明することによって、以下で説明される。時間信号は、回収タンク２０に次第に積み込まれる粒状材料の質量に関連づけられてもよい。

そのようなセンサ５１、５２は、代わりに、粒状材料で次第に満たされていく回収タンク２０の容量に関連づけられてもよい振動の時間信号を生成する。

好ましくは、輸送システム１は、（添付図面に図示されていない）少なくとも１つの電子制御ユニットを備える。電子制御ユニットは、少なくとも１つのセンサ５１、５２に接続され、少なくとも１つのセンサ５１、５２で生成される振動の時間信号を受け取っている。

電子制御ユニットは、積み込み装置の回収タンク２０の充填高さを経時的に評価（推定）し、回収タンク２０に積まれた粒状材料の質量を、上述の信号のモデル解析の手段によって、上述の信号に関連づける。このことは、以下に説明する。

代わりに、電子制御ユニットは、積み込み装置の回収タンク２０の充填高さを経時的に評価し、序々に粒状材料で充填される回収タンク２０の体積を、上述の信号に関連づけ、その関連づけは、そのような信号の周波数の変動および振幅の変動のうちの少なくとも一つに応じて行われる。

特に、電子制御ユニットは、タンクの概算充填高さに応じて積み込み装置に向かう材料の流れを生成するか、または、遮断するために、流れ生成手段１１０、３５を制御し、その結果、タンクの充填時間を最適化する。

輸送システムが搬送ダクトの洗浄工程を必要とする場合、電子制御ユニットは、好ましくは、タンク２０の充填時間を最適化し、充填時間を、粒状材料の１つ以上の積み込み工程と、搬送ダクト１００の１つ以上の洗浄工程とに分割する。ここで、積み込み工程において、タンクに運ばれる材料は、貯蔵容器Ｔから直接的に得られる。また、洗浄工程において、タンクに搬送される材料は、搬送ダクト内に残る任意の残留物からなっている。

好適には、電子制御ユニットは、各充填サイクルのために、回収タンクの全充填時間、積み込み工程の時間および洗浄工程の時間のうちの少なくとも一つを保管するようになっており、それに基づいて、一連の統計パラメータを作成するようになっている。また、制御ユニットは、特定のサイクルにおける充填時間、積み込み時間および洗浄時間の少なくとも１以上が上記統計パラメータの範囲内にない場合はいつでも、警報信号を発生するようになっている。

上記少なくとも１つのセンサ５１、５２は、上述のように、積み込み装置１０か、または、その近傍の任意の位置に配置される。

好ましくは、センサ５１、５２は、粒状材料によって直接衝突されるのを防止するため、回収タンクの内部ではなく外部に配置される。このことは、その測定精度を低下させるかもしれない。

特に、上記少なくとも１つのセンサ５１、５２は、積み込み装置の回収タンク２０の封じ込め壁２１に接続され、例えば、円筒形状の側壁に接続される。

センサはまた、積み込み装置の電子制御ボードに直接に組み込まれる。

好適には、積み込み装置１０は、回収タンクを閉止する上蓋２２を備える。このような蓋は、回収タンクを、積み込み装置の上部（専門用語において上部ヘッドとして知られ、図において３０と示された）から分離可能とする。特に、このような蓋は、フィルター２８を搬送するかもしれない。図４ａ、４ｂ及び５に示されるように、上記少なくとも１つのセンサ５１、５２は、蓋２２に接続されている。好ましくは、センサ５１は、ヘッド３０によって画定された容積内で、ヘッド３０に面する蓋２２の側面に配置される。

好適には、積み込み装置１０は、搬送ダクト１００との接続を可能とする管状要素２３を備える。このようなコネクタ要素２３は、特に、回収タンク２０の壁を通過し、回収タンク２０に取り付けられる。図６に示されるように、上記少なくとも１つのセンサ５２は、このような管状コネクタ要素に接続されており、好ましくは、タンクの壁に出来るだけ接近している。

図７に示される、特定の実施形態の解決方法によれば、輸送システム１はまた、単一の積み込み装置に対して、振動を検知する２以上のセンサ５１及び５２を備え、その２以上のセンサ５１，５２は、積み込み装置および積み込み装置に隣接する位置（積み込み装置の近傍の位置）の範囲のうちの異なる位置に配置される。２以上のセンサの使用は、多重信号を相互に関連づけることによって、許容誤差を低減する。

第１実施形態によれば、上記センサ５１および５２のうちの少なくとも一つは、加速度計である。加速度計は、任意の適切なタイプである。また、特に、センサ５１および５２のうちの少なくとも一つは、容量タイプであるかもしれず、その容量タイプは、センサ５１および５２のうちの少なくとも一つの電機子間の距離の変化におけるコンデンサの電気容量の変化を利用する。これらの加速度計において、大部分は電機子からなり、一方、その他は、大部分の近傍にある装置の固定構造である。

第２実施形態によれば、上記少なくとも１つのセンサ５１又は５２は、速度計である。

第３実施形態によれば、上記少なくとも１つのセンサ５１又は５２は、電気機械タイプの変換器、好ましくは、マイクロホンである。

既に述べたように、粒状材料の空気輸送システムの制御方法の提供が、本発明の別の目的である。方法の記載において、既に述べられた輸送システム１の構成が言及されるが、記載を単純化するため、同じ参照番号を使用する。

一般的な実施形態によれば、そのような制御方法は、次の複数のものを準備するステップａ）を有する。

その１つのものは、製造機Ｍのための粒状材料の少なくとも１つの積み込み装置（loading device）１０であって、粒状材料の回収タンク２０を有する積み込み装置１０である。

また、その１つのものは、粒状材料の少なくとも１つの貯蔵容器Ｔに回収タンクを流体的に接続する、粒状材料の少なくとも１つの搬送ダクト１００である。

また、その１つのものは、上記搬送ダクト１００の内部で、容器Ｔから積み込み装置の回収タンク２０までの粒状材料の流れを生成するための手段１１０，３５である。

上記方法は、さらに、次の複数の動作ステップを有する。

その１つのステップは、容器Ｔからタンク２０まで粒状材料の流れを生成し、粒状材料をタンク２０に供給するステップｂ）である。

また、その１つのステップは、時間信号を生成し、積み込み装置１０の内部に供給される粒状材料により当該積み込み装置１０に誘導される振動を、センサ５１、５２によって検知するステップｃ）である。

また、その１つのステップは、上記信号のモード解析によって、上記振動についての時間信号を、上記回収タンク２０内に供給される粒状材料の質量に関連づけるか、または、上記信号の周波数と信号の振幅とのうちの少なくとも一方の変動に基づいて、上記振動についての時間信号を、粒状材料で連続的に満たされた回収タンク２０の体積に関連づけて、上記回収タンク２０の充填レベルを経時的に連続して評価するステップｄ）である。

また、その１つのステップは、上記回収タンク２０の充填時間を最適化するように、回収タンク２０の推定された（評価された）充填レベルに基づいて、積み込み装置１０への材料の流れを実現させるかまたは停止させるように、上記流れ生成手段１１０，３５を制御するステップｅ）である。

上記時間信号が、連続して供給される粒状材料の質量に関連付けられる特定の場合では、上記積み込み装置と、当該装置内に連続して供給される粒状材料の質量とで与えられる組立体（アセンブリ）は、１以上の固有の周波数を有することが観察される。上記センサにより生成される上記振動の時間信号の周波数及び振幅は、供給される粒状材料の質量の変動に基いて変動する。

上記充填レベルを評価するステップｄ）において、連続して供給される材料の質量は、上記信号の振幅および／または周波数の時間変化に基づいて評価されることが好ましい。上記回収タンクの体積および粒状材料の密度が分かっている場合には、その充填レベルは、供給される粒状材料の質量に関する評価値から計算できる。

「モード解析」という表現の意味、及びその適用（applications）、をより明確にするために、ここで、簡潔に、「固有周波数」の概念を説明することが適切だと思われる。

図８は、弾性定数ｋを有するバネに接続された、質量ｍから成る単純な数学的モデルを示している。その図示のシステムは、強調されるならば、特に、その質量の値、および、そのバネの弾性定数に関係する十分に正確な周波数で振動する。

特に、物体に作用する力は、次の公式で与えられる。

それは、事実上、変位に比例する復元力である。従って、その物体の運動方程式は、

である。これは、従来型の微分方程式、

で記載されることができる。

数理解析は、その一般解が以下のとおりであることを示す。

ここで、ωは、システムの固有振動数であり、

である。

上記質量の移動速度は、明らかに、一般解である

の一次導関数に対応する。一方、その加速（加速度）は、一般解である

の二次導関数である。

実際の対象物（オブジェクト、object）は、ここに図示した単純なシステムよりも複雑であるが、上記したものと同様の挙動（振る舞い）を有する。より具体的には、それらは、１セットの固有周波数であって、各周波数が、相対的な減衰およびその固有のモード（modal form）を有する１セットの固有周波数によって特徴付けられる。

したがって、もし、上記粒状材料の衝撃（衝突）によって生じる内部力が、上記積み込み装置１０の構造（構成）に作用する場合には、それは、これらの周波数の１つに、エネルギーを与える。

この数学的モデルにおいて、その減衰係数は、考慮されておらず、当該減衰係数は、単純化を目的として、省略されている。

既に述べた通り、好ましい実施形態によれば、センサ５１、５２は、加速度計である。
上記一般解の二次導関数は、

であるが、この二次導関数は、その信号の振幅が、受取機と粒状材料とからなる質量に、どのように依存するかを示し、

の関係がある。

したがって、積み込まれた粒状材料の量の変化に基づいて、信号の振幅及び信号の周波数が変化する。効果的に、特定のアルゴリズム（例えば、上述した電気制御ユニットによって実施される）によって、センサにより生成された信号を加工することで、積み込まれている粒状材料の重量を経時的に推定して、それによって、タンクの充填レベルを推定することも可能である。

好適には、制御するための輸送システムがそれを必要とする場合、方法は、搬送ダクト１００の洗浄工程ｆ）を備えてもよい。この工程（上述された）において、タンク２０側へ向けられた空気流は、ダクトの内部で生成され、物質の任意の残留物から影響を受けないようにする。特に、そのような洗浄工程ｆ）は、積み込み工程ｄ）の後に実行される。

洗浄工程が存在する状態では、充填時間は、積み込み工程ｂ）と、ダクトの洗浄工程ｆ）との合計時間として、方法の上記工程ｅ）で最適化される。

好ましくは、方法は、各充填サイクルの間に、回収タンクの合計の充填時間、すなわち、積み込み工程の時間および洗浄工程の時間のうちの少なくとも一方を、記憶する工程ｇ）を備えている。このように、１セットの統計パラメータを作成することは可能である。

好適には、方法は、特定のサイクルにおける１つ以上の充填時間、すなわち、積み込み時間および洗浄時間の少なくとも一方が、上述した統計パラメータの範囲内にないときに警告信号を生成する工程ｈ）を提供してもよい。

本発明は、いくつかの利点が達成されることを可能とし、そのいくつかは既に説明した。

本発明は、空気輸送システムを、作動条件の変化に基づいて自動化された効率的な方法で制御し且つ調整することを可能とする。本発明によって、作業者による如何なる手動操作を用いないで、１つ以上の積み込み装置の回収タンクの充填を、自動化された方法で制御し且つ調整することは、実際に可能である。

本発明によって、タンクの充填レベルをリアルタイムで監視してもよい。これは、システム運用のより大きな最適化を可能にする。作動条件に如何なる変化が起こっても、その変化に基づいて、ほぼすぐにシステム上で運用することは、実際に可能である。

本発明によって、従来のシステムと比較して、運用コストを著しく低減することが可能である。特に、システムの始動工程は、通常、作業者によって手作業で実行される１セットのテストを通常必要とするが、システムによって自動化された方法で、より短時間かつより少ない材料の廃棄で、実行されてもよい。全体的に、システムの休止時間も削減できる。

本発明に係るシステムは、始動及び通常運用の両方で、作業者による如何なる操作なしに、自律的に学習することが可能である。

システムは、空気輸送システムの受取機の全ての充填時間に関連する１セットの統計パラメータを、さらに記憶してもよい。充填サイクルが、制御ユニットに記憶された統計値の範囲内にない、積み込みおよび洗浄の少なくとも一方の時間を有している場合、システムは、輸送ダクトに付随する問題又は材料の欠乏の問題に関する進行中の異常を、例えば、警告の手段で通知する。

全体的に、本発明は、輸送システムに対して本質的な変更を要求しない。したがって、製造することが単純且つ安価であると考えられる。本発明は、したがって、既存のシステムに対して介入して改良するのに適している。

本発明は、それ故考案されており、したがって意図された目的を達成する。

もちろん、その実際の実施形態において、本保護の範囲から逸脱することなく、上述されたものとは異なる形状及び構成を採用してもよい。

さらに、全ての部分は、技術的に均等物で置換えられても良く、使用される大きさ、形状、及び材料は、要求に従うものであればよい。

Claims (16)

1. 一以上の貯蔵容器（Ｔ）から一以上の製造機（Ｍ）に粒状材料を運ぶための粒状材料の空気輸送システムであって、
   製造機（Ｍ）に粒状材料を供給するために製造機（Ｍ）とやりとりする粒状材料の少なくとも一つの積み込み装置（１０）を備え、上記積み込み装置（１０）は、上記粒状材料の回収タンク（２０）を有し、
   また、上記粒状材料を、上記貯蔵容器から上記回収タンクに輸送するために、上記回収タンクと、上記粒状材料の上記少なくとも一つの貯蔵容器（Ｔ）とを、流体的に接続するための粒状材料の少なくとも一つの搬送ダクト（１００）を備え、
   また、上記搬送ダクト（１００）内に、上記貯蔵容器（Ｔ）から上記積み込み装置の上記回収タンク（２０）への粒状材料の流れを生成する手段（１１０,３５）を備え、
   上記各積み込み装置に対し、上記積み込み装置内に積み込まれる粒状材料によって生じる振動を検出する少なくとも一つのセンサ（５１,５２）を備え、
   上記少なくとも一つのセンサ（５１,５２）は、上記積み込み装置に配置されるか、または、上記積み込み装置に隣接して配置され、
   上記少なくとも一つのセンサ（５１,５２）は、上記回収タンク（２０）に積み込まれる粒状材料の質量に関連するかまたは上記粒状材料によって充填される上記回収タンクの体積に関連する振動の時間信号を生成し、
   上記少なくとも一つのセンサ（５１,５２）によって生成された振動の時間信号を受けるために上記少なくとも一つのセンサ（５１,５２）に接続された少なくとも一つの電子制御ユニットを備え、
   上記電子制御ユニットは、上記信号のモード解析によって上記タンクに積み込まれた粒状材料の質量を上記信号に関連づけることによって、あるいは、上記信号の振動数と上記信号の振幅のうちの少なくとも一方の変動を上記粒状材料に充填された回収タンク（２０）の体積に関連づけることによって、上記回収タンクの充填レベルを経時的に評価し、
   上記電子制御ユニットは、上記タンクの充填時間を最適化するために、評価した上記タンクの充填レベルに基づいて、上記積み込み装置への材料の流れを継続するかまたは中断するように、上記流れ生成手段（１１０,３５）を制御し、
   上記電子制御ユニットは、上記タンク（２０）の充填時間を、一以上の上記粒状材料の積み込み段階と、一以上の搬送ダクト（１００）の洗浄段階とに分割することによって、上記タンク（２０）の充填時間を最適化し、
   上記一以上の上記粒状材料の積み込み段階では、上記タンクに運ばれる上記材料は、上記貯蔵容器（Ｔ）から直接運ばれ、
   また、上記一以上搬送ダクト（１００）の洗浄段階では、上記タンクに運ばれる上記材料は、上記搬送ダクト（１００）に残っている残余物からなることを特徴とする粒状材料の空気輸送システム。
2. 請求項１に記載の粒状材料の空気輸送システムにおいて、
   上記電子制御ユニットは、上記信号のモード解析によって上記タンクに積み込まれた粒状材料の質量を上記信号に関連づけることによって、上記回収タンクの充填レベルを経時的に評価することを特徴とする粒状材料の空気輸送システム。
3. 請求項１に記載の粒状材料の空気輸送システムにおいて、
   上記電子制御ユニットは、上記信号の振動数と上記信号の振幅のうちの少なくとも一方の変動を上記粒状材料に充填された回収タンク（２０）の体積に関連づけることによって上記回収タンクの充填レベルを経時的に評価することを特徴とする粒状材料の空気輸送システム。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の粒状材料の空気輸送システムにおいて、
   上記電子制御ユニットは、各充填サイクルに関して、一連の統計パラメータを生成することによって上記回収タンクへの上記充填時間を記憶し、
   上記制御ユニットは、特定のサイクルにおける上記充填時間が、上記一連の統計パラメータの範囲内にないときに警告信号を生成することを特徴とする空気輸送システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の空気輸送システムにおいて、
   上記少なくとも一つのセンサ（５１,５２）は、上記積み込み装置の上記回収タンクの封じ込め壁（２１）に接続されることを特徴とする空気輸送システム。
6. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の空気輸送システムにおいて、
   上記少なくとも一つの積み込み装置（１０）は、回収タンクを閉じる上蓋（２２）を備え、上記少なくとも一つのセンサ（５１,５２）は、上記上蓋（２２）に接続されていることを特徴とする空気輸送システム。
7. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の空気輸送システムにおいて、
   上記少なくとも一つの積み込み装置（１０）は、上記搬送ダクト（１００）と一緒に管状要素２３を備え、
   上記管状要素（２３）は、上記回収タンクの壁を通過して、上記回収タンクに取り付けられ、
   上記少なくとも一つのセンサ（５１,５２）は、上記管状要素（２３）に接続されていることを特徴とする空気輸送システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか一つに記載の空気輸送システムにおいて、
   上記振動を検知する二以上のセンサ（５１，５２）を備え、上記二以上のセンサ（５１，５２）は、上記積み込み装置および上記積み込み装置に隣接する位置の範囲のうちの異なる位置に配置されることを特徴とする空気輸送システム。
9. 請求項１乃至８のいずれか一つに記載の空気輸送システムにおいて、
   上記少なくとも一つのセンサ（５１，５２）は、加速度計であることを特徴とする空気輸送システム。
10. 請求項１乃至８のいずれか一つに記載の空気輸送システムにおいて、 上記少なくとも一つのセンサ（５１，５２）は、速度計であることを特徴とする空気輸送システム。
11. 請求項１乃至８のいずれか一つに記載の空気輸送システムにおいて、
    上記少なくとも一つのセンサ（５１，５２）は、電気機械タイプの変換器であることを特徴とする空気輸送システム。
12. 請求項１１に記載の空気輸送システムにおいて、
    上記少なくとも一つのセンサ（５１，５２）は、マイクロホンであることを特徴とする空気輸送システム。
13. 製造機（Ｍ）のための粒状材料の少なくとも１つの積み込み装置（１０）を準備し、その少なくとも１つの積み込み装置（１０）は、粒状材料の回収タンク２０を有しており、また、粒状材料の少なくとも１つの貯蔵容器Ｔに上記回収タンクを流体的に接続する粒状材料の少なくとも１つの搬送ダクト（１００）を準備し、また、上記搬送ダクト（１００）の内部に、上記容器（Ｔ）から上記積み込み装置の上記回収タンク（２０）までの粒状材料の流れを生成するための手段（１１０，３５）を準備するステップａ）と、
    上記容器（Ｔ）から上記タンク（２０）まで粒状材料の流れを生成して、粒状材料をタンク２０に積み込むステップｂ）と、
    センサ（５１，５２）によって上記積み込み装置１０の内部に供給される粒状材料により上記積み込み装置１０に誘導される振動を検知して、時間信号を生成するステップｃ）と、
    上記信号のモード解析によって、上記振動についての時間信号を、上記回収タンク（２０）内に供給される粒状材料の質量に関連づけるか、または、上記信号の周波数と信号の振幅とのうちの少なくとも一方の変動に基づいて、上記振動についての時間信号を、粒状材料で連続的に満たされた上記回収タンク（２０）の体積に関連づけて、上記回収タンク（２０）の充填レベルを経時的に連続して評価するステップｄ）と、
    上記回収タンクの充填時間を最適化するように、推定された上記回収タンク（２０）の充填レベルに基づいて、上記積み込み装置（１０）への材料の流れを実現させるか又は停止させるように、上記流れ生成手段（１１０，３５）を制御するステップｅ）と
    上記搬送ダクト（１００）を洗浄するステップｆ）とを備え、上記タンク（２０）の方に向けられた空気の流れを上記ダクト内に生成することによって、上記空気の流れが材料の残余物からも影響を受けないようにし、
    上記ステップｆ）は、上記積み込みステップｂ）の後に行われ、上記充填時間を、上記積み込みステップｂ）の時間と、上記ダクトの上記洗浄ステップｆ）の時間との合計として、上記ステップｅ）で最適化することを特徴とする粒状材料の空気輸送システムの制御方法。
14. 請求項１３に記載の空気輸送システムの制御方法において、
    積み込み装置と、その積み込み装置に積み込まれた粒状材料の質量とによるセットは、一以上の固有の周波数を有し、上記センサによって生成された上記振動の上記時間信号の上記周波数および振幅は、積み込まれた粒状材料の変動によって変化し、上記充填レベルを評価するステップｄ）では、積み込まれた上記材料の質量を、上記信号の振幅および上記信号の周波数のうちの少なくとも一方の時間変動に基づいて評価し、上記回収タンクの体積と上記粒状材料の密度とは知られており、上記充填レベルを、上記積み込まれた材料の質量の評価された値から計算することを特徴とする粒状材料の空気輸送システムの制御方法。
    
15. 請求項１３又は１４に記載の空気輸送システムの制御方法において、
    一連の統計パラメータを生成することで各充填サイクル毎に上記回収タンクの充填時間を記憶するステップｇ）を備えることを特徴とする空気輸送システムの制御方法。
16. 請求項１５に記載の空気輸送システムの制御方法において、
    特定のサイクルでの充填時間が、上記統計パラメータの範囲内にない場合、警報信号を生成するステップｈ）を備えることを特徴とする空気輸送システムの制御方法。

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