AMTMANN, Karlheinz (Willmersbach Steige 1a, Gerhardshofen, 91466, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Materialflussüberwachung durch kontinuierliche Wägung eines Materialbehälters, mit folgenden Schritten: a) das Gewicht des Materialbehälters wird wiederholt gemessen, die gemessenen Gewichtswerte werden gefiltert und mit Gewichtswerten, die aufgrund eines Durchflusswertes als Basis (pβasis) vorausberechnet wurden, unter Berück- sichtigung eines Toleranzbandes verglichen, b) der Vergleich erfolgt in aufeinander folgenden Zeitabschnitten mit einem jeweils eigenen Toleranzband für die vorausberechneten Gewichtswerte, dessen Lage und Verlauf jeweils ausgehend von einem gemessenen, gefilterten Ge- wichtswert und einem Durchflusswert bestimmt werden, die aus einem davor liegenden Zeitabschnitt ermittelt wurden, c) für die Zeitabschnitte ist jeweils ein eigenes Kontinuitätsfenster (K) mit einem Toleranzband für die vorausberechneten Gewichtswerte zum Vergleich mit den gemessenen, gefilterten Gewichtswerten (G) vorgesehen, d) ausgehend von den gemessenen, gefilterten Gewichtswerten (G) wird ein erster (DFFl) und ein zweiter Durchflusswert (DFF2) mit unterschiedlich starker Filterung abgeleitet, e) solange die gemessenen, gefilterten Gewichtswerte (G) im Toleranzband des Kontinuitätsfensters (K) liegen, wird der stärker gefilterte Durchflusswert (DFF2) für die Vorausberechnung verwendet, f) liegen die gemessenen, gefilterten Gewichtswerte (G) länger als eine vorbestimmte Zeit außerhalb des Toleranzban- des für die vorausberechneten Gewichtswerte eines Kontinuitätsfensters (K) , so wird der weniger stark gefilterte Durchflusswert (DFFl) für die Vorausberechnung der Gewichtswerte verwendet. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vorausberechnung der Gewichtswerte des nächsten Kontinuitätsfensters (K) der zuletzt ermittelte Durchflusswert (DFF2) verwendet wird, solange die gemessenen, gefilterten Gewichtswerte (G) im Toleranzband des aktuellen Kontinuitätsfensters (K) liegen. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vorausberechnung der Gewichtswerte des nächsten Kontinuitätsfensters (K) ein Prädiktor vorgesehen ist. |
Verfahren zur Materialflussüberwachung für kontinuierliche Wägungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Materialflussüberwachung für kontinuierliche Wägungen eines Materialbehälters.
Bei kontinuierlichen Waagen liegt ein stetiger Wägegutstrom vor, der üblicherweise gravimetrisch, d.h. durch die Differenzbildung zeitlich aufeinander folgender gemessener Gewichtswerte ermittelt wird. Die Ausgabe erfolgt anschließend als nominierter Durchfluss bzw. als Förderstärke, z.B. in kg/h.
Bei derartigen kontinuierlichen Wägevorgängen, wie sie vorzugsweise bei Differenzial-Dosierwaagen vorliegen, ist eine effektive Materialflussüberwachung zur Erkennung von Störungen bedeutsam. Kurzzeitige, temporäre Störungen, die in der Regel auf keine Änderung im Materialstrom zurückzuführen sind, sollen gewöhnlich unterdrückt werden, hingegen anhaltende Störungen, die durch Änderungen im tatsächlichen Materialstrom entstehen, müssen detektieren werden, um angemessene Reaktionen abzuleiten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der oben genannten Art vorzuschlagen, das die Detektion von Störungen bei der Materialflussüberwachung auf besonders effektive Weise ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dabei sind folgende Schritte vorgesehen:
a) das Gewicht des Materialbehälters wird wiederholt gemes- sen, die gemessenen Gewichtswerte werden gefiltert und mit Gewichtswerten, die aufgrund eines Durchflusswertes als Basiswert vorausberechnet wurden, unter Berücksichtigung eines Toleranzbandes verglichen, b) der Vergleich erfolgt in aufeinander folgenden Zeitabschnitten mit einem jeweils eigenen Toleranzband für die vorausberechneten Gewichtswerte, dessen Lage und Verlauf jeweils ausgehend von einem gemessenen, gefilterten Ge- wichtswert und einem Durchflusswert bestimmt werden, die aus einem davor liegenden Zeitabschnitt ermittelt wurden, c) für die Zeitabschnitte ist jeweils ein eigenes Kontinuitätsfenster mit einem Toleranzband für die vorausberechneten Gewichtswerte zum Vergleich mit den gemessenen, ge- filterten Gewichtswerten vorgesehen, d) ausgehend von den gemessenen, gefilterten Gewichtswerten wird ein erster und zweiter Durchflusswert mit unterschiedlich starker Filterung abgeleitet, e) solange die gemessenen, gefilterten Gewichtswerte im ToIe- ranzband des Kontinuitätsfensters liegen, wird der stärker gefilterte zweite Durchflusswert für die Vorausberechnung verwendet, f) liegen die gemessenen, gefilterten Gewichtswerte außerhalb des Toleranzbandes für die vorausberechneten Gewichtswer- te eines Kontinuitätsfensters, so wird der weniger stark gefilterte erste Durchflusswert für die Vorausberechnung der Gewichtswerte verwendet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran- Sprüchen zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 die Überwachung des Verlaufs einer kontinuierlichen Wägung mit einer überlagerten Störung, FIG 2 ein Kontinuitätsfenster und FIG 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Ablaufs in FIG 1.
FIG 1 zeigt ein Diagramm, in dem der grundsätzliche, erfindungsgemäße Ablauf zur Überwachung einer kontinuierlichen Wägung mithilfe eines Kontinuitätskriteriums dargestellt ist. Ausgehend von einem bestimmten Durchflusswert eines Material- flusses nehmen die zeitlich aufeinander folgenden gemessenen Gewichtswerte des Materialbehälters mit der Zeit kontinuierlich ab. Die gemessenen Gewichtswerte weichen von dem theoretischen Gewichtsverlauf mehr oder weniger ab, das heißt sie streuen auch bei normalem, d.h. ungestörtem Materialfluss . Daher werden die gemessenen Gewichtswerte gefiltert und es wird überwacht, ob diese gefilterten Gewichtswerte G für einen bestimmten Zeitraum innerhalb eines Toleranzbandes liegen .
In FIG 1 sind die gefilterten Gewichtswerte G über der Zeit t dargestellt .
Gemäß dem erfindungsgemäß angewendeten Kontinuitätskriterium wird der Zeitraum für diese Überwachung durch ein Kontinuitätsfenster K gemäß FIG 2 mit einer vorgegebenen Kontinuitätszeit t κ und die Breite des Toleranzbandes durch einen Kontinuitätswert W κ festgelegt.
FIG 1 ist die Aneinanderreihung von mehreren solchen Kontinuitätsfenstern K zu entnehmen, die bedingt durch die Streuung etwas gegeneinander versetzt sind. Es wird in jedem Kontinuitätsfenster K jeweils zum Zeitpunkt, zu dem die Kontinuitätszeit t κ abläuft, überprüft, ob die gefilterten Gewichtswerte G innerhalb des Kontinuitätsfensters K lagen. Trifft dies zu, so liegt Kontinuität vor und der aktuelle Gewichtswert G wird in einem Prädiktor, d.h. einer Einheit für die Vorausberechnung der zu erwartenden Gewichtswerte, für die Lage des folgenden Kontinuitätsfensters K als Basiswert gespeichert. Dies ist dem in FIG 3 dargestellten vergrößerten Ausschnitt des Ablaufs in FIG 1 zu entnehmen.
Im nächsten und allen folgenden Kontinuitätsfenstern K wird anhand des gegenwärtigen Durchflusswerts der zu erwartende absolute Gewichtswert im Prädiktor berechnet. In einem
Vergleicher wird unter Berücksichtigung eines parametrierba- ren Toleranzbandes der aktuelle gefilterte Gewichtswert G mit dem vorausberechneten Gewichtswert verglichen. Solange der gefilterte Gewichtswert G im Toleranzband des Kontinuitätsfensters K liegt, bleibt das Kontinuitätskriterium KK gesetzt. Nach Ablauf der Kontinuitätszeit t κ wird aber dennoch ein neuer Basiswert für das nächste Kontinuitätsfenster K ge- bildet, um ein langsames Auseinanderdriften zwischen den daraus berechneten und den realen Werten abzufangen. Wird das Toleranzband jedoch verlassen, wird das Kontinuitätskriterium zurückgesetzt, der aktuelle Gewichtswert als neuer Basiswert gespeichert und die Kontinuitätszeit neu getriggert. Erst wenn über die gesamte Kontinuitätszeit der permanente Vergleich zwischen dem jeweils aktuellen Behältergewicht und dem dazugehörigen vorausberechneten zu erwartenden Gewichtswert unter Berücksichtigung des Toleranzbandes positiv ausfällt, wird das Kontinuitätskriterium KK wieder gesetzt.
Um Störspitzen auszublenden, kann ein kurzzeitiges Verlassen des Toleranzbandes für wenige Gewichtswerte G toleriert werden, wenn eine Mindestanzahl der zurückliegenden Vergleiche zwischen den gemessenen mit den vorausberechneten Gewichts- werten unter Berücksichtigung des Toleranzbandes positiv war.
Für die Überwachung der Kontinuität des Materialflusses werden zwei verschieden stark gefilterte Durchflusswerte durch Differentiation der oben genannten gemessenen, gefilterten Gewichtswerte G als Basis Pβasis gebildet.
Dies ist zum ein weniger stark gefilterter erster Durchflusswert DFFl, der sehr schnell Materialflussänderungen folgen kann, aber dafür etwas mehr Unruhe im Ausgangssignal beinhal- tet und zum anderen ein stark gefilterter zweiter Durchflusswert DFF2, der einen sehr stabilen Ausgangswert liefert, aber dafür verzögerter den Materialflussänderungen folgt, wie in FIG 3 dargestellt.
Im stabilen Zustand, d.h. solange die gefilterten Gewichtswerte G innerhalb des Kontinuitätsfensters K liegen, wird der zweite Durchflusswert DFF2 als Basis Pβ as i s für den Prädiktor verwendet. Wird das Kontinuitätskriterium KK jedoch über ei- nen längeren Zeitraum, die so genannte Störungsduldungszeit SDT nicht erreicht, aber kein Stillstand im Gewichtswert vorliegt, ist anzunehmen, dass der tatsächliche Materialfluss vom angenommenen stark abweicht oder dass das Toleranzband aufgrund einer Störung S zu schmal ist wie in FIG 1 dargestellt. Im ersten Fall wird der Prädiktor mit dem schnelleren, etwas unruhigeren ersten Durchflusswert DFFl gesetzt. Sobald mit diesem ersten Durchflusswert DFFl wieder Kontinuität gefunden wird, wird für die weitere Überwachung der Kon- tinuität wieder der Durchflusswert DFF2 als Basis Pβ as i s verwendet, der mit DFFl initialisiert wird, wie in FIG 3 mit Ereignis Init dargestellt. Während der Störduldungszeit SDT wird der Anzeigewert DFA eingefroren, wie aus FIG 3 im Zustand freeze ersichtlich. Wird das Kontinuitätskriterium KK noch innerhalb dieser Zeit wieder erreicht, wird der vor der Störung S zuletzt aufgetretene, gut gefilterte zweite Durchflusswert DFF2 weiterhin herangezogen, so dass die Störung S vollständig ausgeblendet wird. Für den Fall, dass das Toleranzband zu schmal ist, müssen die Parameter für das Kontinu- itätskriterium KK angepasst werden.