DE3887792T2

DE3887792T2 - Einrichtung zum Messen von Flüssigkeitsmengen.

Info

Publication number: DE3887792T2
Application number: DE3887792T
Authority: DE
Inventors: Noboru Fuji Photo Film Higuchi; Yasunori Fuji Photo F Ichikawa; Chuzo Fuji Photo Fil Kobayashi; Keizo Fuji Photo Film C Matsui; Shigeru C O Photo Fi Yamaguchi
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1987-08-21
Filing date: 1988-08-22
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2008-08-23
Also published as: US4976377A; EP0304093A2; EP0304093A3; EP0304093B1; DE3887792D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeits-Meßverfahren und eine zugehörige Vorrichtung. Sie betrifft besonders ein Flüssigkeits-Meßverfahren, bei dem die Steuerung wie Fuzzy-Inferenz ausgeführt wird, entsprechend der Beobachtung von während der Messung erhaltener Daten, und die Fließgeschwindigkeit einer Flüssigkeit oder eines Pulvers, die zu messen sind, allmählich geandert wird, um dadurch die Meßgenauigkeit zu verbessern, den Meßbereich zu vergrößern und eine kurze Meßzeit zu verwirklichen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Flüssigkeits- Zumeß-Mischvorrichtung zum Mischen verschiedener Arten von Rohmaterial-Flüssigkeiten nach Zumessung zum Herstellen eines neuen Flüssigkeits-Gemisches.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zumeß- Mischen und Verteilen von Flüssigkeiten zum jeweiligen Zumessen und Mischen verschiedener Arten von Rohmaterial-Flüssigkeiten zum Herstellen eines Flüssigkeits-Gemisches und zum Zumeß-Verteilen des Flüssigkeits-Gemisches an eine Vielzahl von Tanks.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Flüssigkeits-Meß/ Misch/Abgabe-System zum Messen verschiedener Arten jeweiliger Flüssigkeiten und Pulver als Rohmaterialien, Mischen dieser Rohmaterialien, um neuerdings ein Mischmaterial herzustellen, und Abgeben der Misch-Flüssigkeit an Abgabebehalter. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Flüssigkeits-Meß/ Misch/Abgabe-System zum Messen von Flüssigkeiten und Pulvern als Rohmaterialien mit einem breiten Strömungsraten-Bereich, Mischen dieser Rohmaterialien und Abgeben des Gemisches in genauer und wirksamer Weise.

Beschreibung des Hintergrundes

Für das Messen von Flüssigkeiten wurden verschiedene Erfassungsverfahren wie Gewichts-Erfassungsverfahren (Lastzellen), Druck-Erfassungsverfahren (Differentialdruck-Geber) und Volumen-Erfassungsverfahren (Durchflußmesser) benutzt. Zum Messen von Pulvern wurde meist ein Gewichts-Erfassungsverfahren mit Benutzung einer Lastzelle verwendet.
Bei jedem dieser Erfassungsverfahren ist es eine wichtige Voraussetzung für die Steuerung der Messung, daß die Strömungsgeschwindigkeit konstant ist. Ein Meß-Regelverfahren, (d.h. ein Verfahren mit Rückkopplung der Meßwerte), bei dem die Strömungsgeschwindigkeit kontinuierlich verändert wird, wurde auf diesem Gebiet noch nicht vorgeschlagen.
Um die Meßgenauigkeit zu verbessern, wurden die folgenden Verfahren eingesetzt.
Bei einem ersten Verfahren wird die Strömungsgeschwindigkeit in einem Stromsteuerventil in zwei Schritten so geändert, daß dann, wenn man dem Meßzielwert nahekommt, die Strömungsgeschwindigkeit auf eine geringere Größe umgeschaltet wird (vgl. JP-OS Nr. 148019/1981).
Ein solches Verfahren wird auch in einem Dokument US-A- 4 222 448 verwendet, bei dem das Zuführen der einzelnen Bestandteile zu einem Los-Wiegesystem mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewirkt wird, d.h. zuerst rasch, dann langsam. Die Zuführgenauigkeit wird erreicht durch einen motorgesteuerten Regler, der am Ende jedes Vorratstanks angebracht ist.
Bei einem zweiten Verfahren wird eine Einströmgröße (oder Druckaufbaugröße) als eine Messungs-Ahhaltebedingung festgesetzt, und die Größe wird so vorher festgesetzt daß sie die Messung aussetzt (vgl. JP-OS Nr. 29114/1982). (Der Ausdruck "JP-OS" wird hier zur Bezeichnung einer ungeprüften Veröffentlichung einer Japanischen Patentanmeldung benutzt.)
Bei der üblichen Meßsteuerung ist die Strömungsgeschwindigkeit konstant oder wird in zwei Stufen geschaltet, wie es vorstehend beschrieben wurde. Jedoch wird in einem gewissen Bereich die Messung mit festgelegter Strömungsrate ausgeführt. Deshalb leidet die übliche Meßsteuerung an folgenden Nachteilen.
Der erste Nachteil ist die Meßgenauigkeit. Die Meßgenauigkeit kann wegen der durch Störung oder durch Verändern einer physikalischen Eigenschaft (wie der Viskosität) hervorgerufenen Anderung der Strömungsgeschwindigkeit nicht garantiert werden.
Z.B. beeinflußt bei der Schwerkraftförderung einer Flüssigkeit die in dem zustromseitigen Behälter vorhandene Restmenge der zu messenden Flüssigkeit (in dieser Beschreibung als "Vordruck- Differenz bezeichnet) die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Falls die Vordruck-Differenz sich in hohem Maße ändert, verläßt die Strömungsgeschwindigkeit einen gewissen Bereich und beeinflußt so schädlich die Meßgenauigkeit. Als Ergebnis muß der durch den zustromseitigen Behälter ausgeübte Vordruck begrenzt werden, so daß er in einem engen Änderungsbereich bleibt. Um die Vordruck-Differenz in einem vorbestimmten Bereich zu halten, ist es deshalb notwendig, die Messung auszusetzen oder eine entsprechende Menge von Rohmaterial an den zustromseitigen Behälter zuzuführen, wodurch ein Sekundärverlust an Rohmaterial entsteht.
Der zweite Nachteil ist der Meßbereich. Da die Strömungsgeschwindigkeit begrenzt ist, liegt das Verhältnis von kleinstem zu größtem Meßwert in der Größenordnung von 1:5.
Falls die Strömungsgeschwindigkeit in zwei Schritten geschaltet wird, liegt das Meßverhältnis maximal in der Größenordnung von 1:10.
Der Grund, warum der Meßbereich, wie vorstehend angegeben, eng begrenzt bleiben muß, ist folgender. Auch wenn die Messung ausgesetzt wird, strömt infolge der Ansprechverzögerung des Systems eine Flüssigkeitsmenge nach. Die Größe der Nachströmung wird durch die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt. Deswegen wird dann, wenn der Meßzielwert klein ist, die garantierte Genauigkeitsgrenze überschritten. Dadurch wird der Meßbereich begrenzt.
In einer Anlage, die eine Vielzahl von Lösungen herstellt, ist für ein und dasselbe Rohmaterial ein Meßbereich von höchstens etwa 1:100 verfügbar, und es ist notwendig, eine Meßvorrichtung mit einem entsprechenden Bereich von Meßzielwerten auszuwählen.
Der dritte Nachteil ist die Meßzeit. Die Meßzeit hängt von dem Meßzielwert ab.
Wenn der Meßzielwert klein ist, ist die Meßzeit kurz; und wenn er groß ist, ist die Meßzeit lang.
Wenn der Meßzielwert klein ist, fluktuiert die Betriebszeit des Systems und die Meßgenauigkeit kann nicht garantiert werden, mit dem Ergebnis, daß der Meßbereich vermindert wird.
In einem System zum Mischen einer Vielzahl von gemessenen Lösungen zur Erzeugung einer neuen Lösung hängt die Fertigungskapazität von der Meßzeit ab. Speziell in einem rohrlosen Bewegungs-Herstellsystem ist die Förderkapazität begrenzt.
Die vorbeschriebenen Schwierigkeiten ergeben einen wirtschaftlichen Nachteil bei der Ausbildung der Produktionslinie. Das bedeutet, bisher werden entsprechend den Meßzielwerten eine Anzahl von Flüssigkeits- und Pulvermeßvorrichtungen installiert. Eine derartige Meßvorrichtung ist für jeweils eine optimale Meßzeit vorgesehen, die aus der Begrenzung der Fertigungskapazität bestimmt wird, oder für jedes zu behandelnde Rohmaterial. Damit muß eine große Anzahl von Meßvorrichtungen installiert werden.
In jüngster Zeit hat eine der hier beteiligten Anmelderinnen eine Patentanmeldung entwickelt und eingereicht über die nachfolgend beschriebene Technik, um ein Flüssigkeits- und Pulver-Meßverfahren zu schaffen, bei dem die vorgenannten Schwierigkeiten beseitigt sind. Die Messung wird mit hoher Genauigkeit frei von Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit infolge von Störungen und der Veränderung von physikalischen Flüssigkeits-Charakteristiken (wie Viskosität) und von physikalischen Pulver-Charakteristiken (wie Fluidität) ausgeführt. Ein breiter Meßbereich wird eingerichtet und eine vom Meßzielwert unabhängige Kurzzeitmessung realisiert.
Das bedeutet, die japanische Patentanmeldung 106412/1987, welche einem Prioritätsdokument der EP-A-0 290 889 entspricht, beschreibt ein Flüssigkeits-Meßverfahren mit geschlossener Regelschleife, bei dem ein frei bestimmter Meßzielwert und ein rückgekoppelter aktueller Meßwert benutzt werden, um die Strömungsgeschwindigkeit zu ändern. Bei diesen Verfahren werden die Strömungs-Charakteristik eines Öffnungsgrad-Regelventils zum Regeln der Strömungsrate einer Flüssigkeit und ein Neßzielwert benutzt zur Fuzzy-Inferenz, um einen Anfangswert-Öffnungsgrad vor der Messung zu bestimmen. Die Fuzzy-Regelung des Ventils zum Andern des Ventilöffnungsgrades wird ausgeführt entsprechend tatsächlichen nacheinander erhaltenen Meßwerten.
Weiter beschreibt die JP-Anmeldung 106413/1987 ein Meß-Regelverfahren mit geschlossener Regelschleife, bei dem ein Meßzielwert und ein rückgekoppelter aktueller Meßwert benutzt werden, um die Strömungsgeschwindigkeit zu verändern. Die Differenz zwischen einem Meßzielwert und einem aktuellen Meßwert, der durch einen zum Messen eines zu messenden Materials ausgelegten Detektor ausgegeben wird, und die (zeitliche) Änderung der Differenz werden benutzt, um ein Ausgangssignal an das Betätigungsmittel anzulegen, welches die Strömungsgeschwindigkeit durch Fuzzy-Regelung, lernende Regelung oder Optimal-Regelung verändert, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit optimiert wird. Diese Anmeldung beschreibt auch eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.
Bei dem Flüssigkeits- und -Pulver-Meß-Regelverfahren mit Rückkoppelschleife, bei dem Fuzzy-Regelung, lernende Regelung oder Optimal-Regelung eines Strömungs-Steuermittels ausgeführt wird, ist ein grundsätzlicher Faktor geändert, der die übliche Meßvorrichtung nachteilhaft gemacht hat (d.h. die Bedingung konstanter Strömungsgeschwindigkeit). D.h., die Strömungsgeschwindigkeit wird durch Regelung geändert. Deshalb kann in kurzer Zeit ein breiter Meßbereich erreicht werden ohne Beeinflussung durch die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit infolge von Störungen, und unabhängig von den Meßzielwerten.
Das Verfahren hängt jedoch in hohem Maße von dem benutzten Stromregelventil ab. Das bedeutet, wenn das Stromregelventil von beträchtlicher Größe ist, erfordert die Messung einer kleinen Flüssigkeitsmenge, die schließlich zurückbleibt, eine relativ lange Zeit. Wenn andererseits das Stromregelventil von geringer Größe ist, wird eine lange Zeit verbraucht, um die gesamte Flüssigkeit zu messen.
Deshalb wurden, um die Messungen genau zu machen, Meßeinheiten benutzt, die derartig sind, daß sie unveränderlich die Strömungsrate jeder Flüssigkeit in dem Prozeß der Zumeß-Mischung und -Verteilung der Flüssigkeit begrenzen.
Bei der Flüssigkeits-Meß/Misch/Abgabe-Vorrichtung nach dem Stand der Technik müssen derartige Meßeinheiten jeweils Vorratstanks zugeordnet sein, von denen die Flüssigkeiten, die nach Zumeßgrößen gemischt werden sollen, einem Tank zugeführt werden. Ein bei einem solchen Flüssigkeitssystem zu verwendete Ventilart ist beispielsweise ein Reglerventil, wie es in DD-A-158270 beschrieben ist, mit einer speziellen Form, nämlich einer Kegelform, um eine lineare Betriebs-Charakteristik zu erreichen.
Im Falle der Benutzung einer volumetrischen Meßeinheit, wie sie in Fig. 19 gezeigt ist, müssen zwei Meßeinheiten vorgesehen sein mit zwei Steuerfunktionen zur vorbestimmbaren Strömungsraten-Steuerung entsprechend zwei Arten zugeführter Flüssigkeiten.
Eine Flüssigkeits-Regeleinheit und ein Flüssigkeits-Vorratsverfahren werden beschrieben in den JP-OS Nr. 56-74715(1981) und 58-163426(1983). Nach diesen Veröffentlichungen werden die Strömungsraten von Flüssigkeiten gemessen durch eine gemeinsame Meßeinheit, doch werden die Flüssigkeits-Vorratsmittel zum Begrenzen der Strömungsrate durch jeweils unabhängige Regelschleifen geregelt.
Das geschieht deshalb, weil, im Gegensatz zur Erwartung, hochgenaue Messungen nicht erreicht werden können durch ein und dieselbe Regelfunktion, da die Strömungsraten der Flüssigkeiten sich entsprechend den Flüssigkeitsmengen in den Vorratstanks, den Strömungsraten-Charakteristiken der Ventile, den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeiten usw. ändern.
Das trifft auf den Fall von Meßeinheiten vom Tank-Zumeßtyp zu, bei denen die Betätiger von Schließventilen, die in den jeweiligen Systemen enthalten sind, durch jeweils unabhängige Regelsysteme gesteuert werden müssen.
Um eine hochgenaue Messung zu erzielen, wurde eine Verfahren vorgeschlagen, bei dem Ventile mit unterschiedlichen Strömungsraten parallel zu einander angeordnet sind, um so aufgrund einer vorbestimmten Meßabweichung zugeschaltet zu werden. Auch bei diesem Verfahren sind zwei Regelfunktionen erforderlich.
Der Ausdruck "zwei Regelfunktionen" (zwei Regelschleifen-Funktionen) wird hier aus dem nachfolgenden Grund verwendet. Falls beispielsweise eine verteilte Regeleinheit verwendet wird, sind nicht immer zwei Regeleinheiten erforderlich, da die Messung innerhalb ein und derselben Regeleinheit durchgeführt werden kann. Es kann jedoch gesagt werden, daß eine Regeleinheit im Hinblick auf die Hardware in zwei Regeleinheiten aufgetrennt ist, wenn man sie im Hinblick auf die Anzahl der Ein- und Ausgangs-Signale und die Software betrachtet.
Weiter sind die üblichen Vorrichtungen für das Mischen zugemessener Flüssigkeiten und die Meßverteilungs-Vorrichtungen unabhängig voneinander, ohne Rücksicht auf die Meß- und die Regeleinheit. Weiter war die Meßpräzision nach dem Stand der Technik sehr grob wegen der Benutzung von volumetrischen Strömungsmessern, Ein/Aus-Steuerung der Ventile und dergleichen.
Die herkömmlichen Vorrichtungen zum Mischen von zugemessenen Flüssigkeiten und die Meßverteilungs-Vorrichtung haben die nachfolgenden Nachteile, da die Meß-Regelung auf die Annahme gegründet ist, daß die Strömungsrate im wesentlichen konstant ist.
Ein erstes Problem bei der üblichen Vorrichtung ist die Meßgenauigkeit.
Eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit, die durch Störungen verursacht oder durch eine Änderung der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeiten herbeigeführt wird, führt eine Lage herbei, in der keine Genauigkeit zugesichert werden kann.
Im Fall von Schwerkraft-Transport ändert sich die Strömungsgeschwindigkeit einer aus fließenden Flüssigkeit immer entsprechend der Restflüssigkeitsmenge in jedem Vorratstank. Die Strömungsgeschwindigkeit kann eine gewisse Bedingungsgrenze überschreiten, falls die Änderung der Restmenge zu groß ist, wodurch sich eine Verschlechterung der Genauigkeit ergibt.
Um die Genauigkeit zu verbessern, muß die Flüssigkeitsmenge in jedem Vorratstank auf einen gewissen Bereich begrenzt werden, so daß die Flüssigkeitsmenge über einem vorbestimmten Wert gehalten wird, wodurch sich ein Flüssigkeitsverlust ergibt, der zu einer Erhöhung der laufenden Kosten führt.
Ein zweites Problem bei der herkömmlichen Vorrichtung ist der Meßbereich, da der Meßbereich schmal ist. Das hat den Grund, daß der Flüssigkeits-Zustrom wegen der Ansprechverzögerung des Systems nicht unmittelbar, nachdem die Messung anhält, aufhören kann. Da die Menge der zuströmenden Flüssigkeit durch die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt wird, wird die zulässige Zustrommenge sichergestellt durch Herabsetzen des Meßbereichs unter der Bedingung konstanter Strömungsgeschwindigkeit. Dementsprechend sind auch in dem Fall, daß zwei zu messenden Flüssigkeiten einander gleich sind, Meßeinheiten mit jeweils einem angemessenen Meßbereich erforderlich, so daß sich eine Erhöhung der Anzahl der Einheiten ergibt.
Ein drittes Problem bei der üblichen Vorrichtung ist die Meßzeit, da diese durch den Meßzielwert beeinflußt wird. Wenn der Zielwert kleiner wird, wird die Meßzeit oder Meßdauer geringer, während bei höherem Zielwert die Meßzeit länger wird. Dementsprechend sind dem Herstellzyklus angepaßte, dem Meßwert entsprechende Meßeinheiten erforderlich, so daß sich bei unterschiedlichen Zielwerten eine Erhöhung der Anzahl von Einheiten ergibt.
Da eine infolge der Begrenzung der Fertigungskapazität aus dem erwähnten Grund große Anzahl von unabhängig gesteuerten Meßeinheiten für jeweilige Vorratstanks und Verteilungstanks und für jeweilige optimale Meßzeiten vorgesehen wird, wird das System der üblichen Meßgrößen-Flüssigkeits-Mischungs- und -Verteilungsvorrichtung kompliziert. Kurz gesagt, es ist eine große Anzahl von Meßeinheiten erforderlich, entsprechend der Anzahl von Verteilungstanks.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf derartige Umstände entwickelt, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flüssigkeits-Meß/Misch- und Verteilungs-Vorrichtung zu schaffen, bei der das Verteilungssystem für die Flüssigkeit als ein Folgesystem aufgebaut ist durch Verwendung einer Meß-Regeleinheit, durch die eine hochgenaue Zumessung ohne Beeinflussung durch eine durch Störungen oder durch Veränderung der physikalischen Flüssigkeits-Eigenschaften verursachte Änderung der Strömungsgeschwindigkeit [möglich ist], und mit einer Kurzzeit-Messung zum Sicherstellen eines breiten Meßbereichs ohne Rücksicht auf den festgelegten Meßwert. Ein solches System kann erhalten werden aufgrund einer Fuzzy-geregelten Flüssigkeits-Meß/Misch-Vorrichtung, wie sie in der JP-Patentanmeldung 62-113430(1987) beschrieben ist, die einem Dokument des Standes der Technik EP-A-0290889 entspricht, das durch eine der Anmelderinnen dieser Anmeldung früher eingereicht wurde.
Insbesondere wird eine Meß/Misch-Vorrichtung und eine Meßverteilungsvorrichtung synthetisiert als eine Vorrichtung, mit der eine Erhöhung der Herstellkapazität und eine Herabsetzung der Rohmaterialverluste herbeigeführt weden kann, um die folgenden ökonomischen Wirkungen zu erzeugen:
(1) Eine Herabsetzung der Einsatzkosten infolge der Herabsetzung der Anzahl der Einheiten;
(2) eine Herabsetzung der Wartungshäufigkeit infolge der Herabsetzung der Anzahl von Einheiten;
(3) eine Herabsetzung von Standzeiten infolge einer verbesserten Zuverlässigkeit, die sich durch die Herabsetzung der Anzahl von Einheiten ergibt; und
(4) eine Herabsetzung der laufenden Kosten infolge der Verringerung der Rohmaterialverluste und dergleichen.
Bei Meßgeräten, die für ein übliches Flüssigkeits-Meß/Misch/Abgabe-System anwendbar sind, wurde die Strömungsgeschwindigkeit als Konstante angesetzt, und deswegen war dadurch kaum genaue Messung zu erreichen. Mit anderen Worten, das Meßgerät wurde ausgelegt zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit, begrenzt auf eine Größe, die stattdessen einer festgesetzten Meßströmung entspricht.
In dem Flüssigkeits-Meß/Misch/Abgabe-System herkömmlicher Art, das zum Mischen der von einer Vielzahl von Vorratsbehältern zugeführten Flüssigkeit in einen Mischbehälter und zum Abgeben der Misch-Flüssigkeit in Abgabebehälter ausgelegt ist, ist jeder Vorratsbehälter und jeder Abgabebehälter mit einem daran angebrachten Meßgerät versehen.
Wenn volumetrische Meßgeräte bei einem Flüssigkeits-Meß/Misch/ System verwendet werden, werden beispielsweise, wie in Fig. 20 gezeigt, jeweils zwei Meßgeräte für zwei Vorratsbehälter für eine Flüssigkeit A und ein Pulver B benutzt. Demzufolge ist eine Regeleinheit erforderlich, die eine Doppel-Regelfunktion (Schleifenfunktion) besitzt, um die Menge einer Flüssigkeit bzw. eines Pulvers zu steuern, die zunächst in einen Mischbehälter einströmt.
Mit anderen Worten, da die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit sich mit der Flüssigkeits- oder Pulvermenge in dem Vorratsbehälter der Flüssigkeit A oder des Pulvers B ändert und damit auch die Charakteristiken des Strömungsraten-Reglers und die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit bzw. des Pulvers sich ändern, kann keine genaue Messung von einer einzigen Regelschleifen-Funktion erwartet werden.
Das ist auch der Fall bei einem Tank-Zumeßverfahren, bei dem ein mit einem Betätiger versehenes Absperrventil an jedem System durch ein unabhängig geschleiftes Regelsystem geregelt werden soll.
Es besteht ein Verfahren zum Installieren paralleler Strömungsraten-Regler mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten, wobei die Regler mit einer vorbestimmten Meßvariation geschaltet werden, um genaue Messungen einzurichten. Auch in diesem Fall ist jedoch eine Doppelschleifen-Regelfunktion erforderlich.
Der Grund für die Verwendung eines Ausdruckes "Doppelschleifen-Regelfunktion" in der vorgenannten Weise ist, daß, obwohl die Daten in einer Regeleinheit bearbeitet werden können, vorausgesetzt, es wird eine Schalteinheit oder dergleichen benutzt, z.B. die Notwendigkeit von mehr als einer physikalischen Regeleinheit vermieden werden kann. Nichtsdestotrotz beruht das System immer noch auf zwei wirksamen Regeleinheiten im Hinblick auf die Anzahl der Eingangs/Ausgangs-Klemmen und der Software.
Bei dem Los-Erzeugungsvorgang, bei dem eine Anzahl von Flüssigkeiten benutzt wird, unterscheiden sich die physikalischen Eigenschaften dieser Flüssigkeiten voneinander, und dadurch wird es oft unmöglich, diese kumulativ in ein und denselben Behälter einzumessen. Dementsprechend wird ein Produktionssystem nach Fig. 21 gerechtfertigt. Dieses Produktionssystem ist so ausgelegt, daß eine Vielzahl von Mischbehältern (Meßtrichter und Zumeßtanks) installiert wird. Mischbare Flüssigkeiten und Pulver werden in den gleichen Mischbehälter (Meßtank oder Trichter als erstes Gemisch) eingeführt, während mit dem ersten Gemisch nicht mischbare Flüssigkeiten und Pulver in einem zweiten Behälter, Trichter oder Tank, aufgenommen werden. Ein anderer Mischbehälter (Steuertank) zum Steuern der Reaktion und der Herstellung ist abstromseitig erforderlich, und demzufolge wird das System leicht kompliziert.
In einem Produktionssystem, bei dem ein Mischbehälter (Steuertank) zum Steuern der Reaktion und Herstellung vorgesehen ist, ist eine hohe Anfangsinvestition erforderlich für Anlagen entsprechend dem Inhalt der Produkte, wenn viele Produktarten erzeugt werden. Weiter sind zum Ausführen einer genauen Messung eine Anzahl von Meßtanks und Steuertanks mit Verrohrung, Meßgeräten, Steuereinheiten und zugehörigen daran angebrachten Ventilen erforderlich. In diesem Fall sind die Anlagen für einige Arten von Produkten verwendbar, jedoch für andere nicht einsetzbar, und deshalb wird das System mit einer hohen Anzahl von Anlagen belastet und läßt die Anlageerrichtungskosten anwachsen. Das erfordert die Einführung eines Mehrzweck-Produktionssyystems, aber ein solches Produktionssystem neigt wieder dzau, weiter kompliziert zu werden, da nicht nur das Verrohrungssystem, sondern auch die angebrachten Geräte zu ändern sind, wenn sie von einem festgelegten Typ sind (z.B. nach JP-OS Nr. 74715/81, 155412/81, 72015/82 und 81559/79).
Als Ergebnis wurden in jüngster Zeit ein Bewegungs-LDs-Produktionssystem vorgeschlagen, bei dem ein Mischbehälter (Zumeßtank, Steuertank) bewegbar (verschiebbar) ist, Wenn bei diesem System die herkömmlichen Zumeßgeräte eingesetzt werden, verändert sich jedoch die Meßzeit mit der Größe eines Meß-Zielwertes, und, wenn der Zielwert groß ist, wird viel Zeit in Anspruch genommen, und es wird eine Begrenzung der Zeit erforderlich, um die Behälter in dem Bewegungs-Produktionssystem zu befördern. Aus diesem Grund wird die erforderliche Anzahl von Meßgeräten in dem üblichen Produktionssystem installiert, um dadurch nicht die für das Fördern erforderliche Zeit zu begrenzen. Jedoch kommt diese Anordnung leicht mit den angestrebten Vorteilen des Bewegungs-Produktionssystems in Konflikt. Weiter wird sich die Aufenthaltslänge an einer Station in einem solchen System leicht verlängern. Eine große Anzahl von Meßgeräten ist erforderlich wegen des Bereiches der Meßzielwerte, der Begrenzungen der Meßzeit, der Bedingungen der Meßgenauigkeit usw. Demzufolge wächst die für den Betrieb der Kopplungsröhren erforderliche Zeit an.
Wenn im Verlauf der Herstellung von photographischen Materialien mit lichtempfindlichen Materialien umgegangen wird, muß Licht abgeschirmt werden, und die erhöhte Anzahl von Verbindungen ergibt eine Komplizierung des Systems, während das Verhalten der Produkte leicht durch eine Anderung des Förderzyklus beeinflußt wird.
Darüberhinaus kann der Meß-Abgeber der Misch-Flüssigkeit das Meßsteuersystem nicht gemeinsam mit dem Meß-Mischer benutzen. Daneben wird das an jedem Abgabebehälter angebrachte Meßgerät dazu benutzt, ein einfaches Meß-Steuerverfahren ohne Rückkopplung mittels eines Pegelmaßes oder einer Zeitzumessung zu betreiben.
Wenn eine Meß-Steuerung unter Voraussetzung einer konstanten Zuführ-Strömungsgeschwindigkeit bei dem üblichen Flüssigkeitsoder Pulver-Meß/Misch/Abgabe-System ausgeführt wird, sind die nachfolgenden Nachteile gleichartig denen des Flüssigkeits- Meß/Misch-Systems.
(1) Meßgenauigkeit: Die Meßgenauigkeit ist nicht immer sichergestellt wegen der Fluktuation der Strömungsgeschwindigkeit, die sich aus Störungen und Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeiten oder Pulver ergibt.
Insbesondere hängt die Auswahl eines Förderers von den physikalischen Eigenschaften des Pulvers ab, z.B. wird ein Schieber benutzt, um körniges Pulver zu fördern, da es außerordentlich gute Fluidität zeigt, während zur Förderung von Pulver mit schlechter Fluidität ein Schneckenförderer benutzt wird. Jedoch kann der Fluß des Pulvers nicht genau bestimmt werden, sich aber beispielsweise ändern durch den Raumbedarf oder das Profil des Pulvers und Störungen wie Vibrationen. Wenn Flüssigkeiten oder Pulver durch Schwerkraft gefördert werden, verändert sich die Ausström-Geschwindigkeit von Flüssigkeiten oder Pulvern z.B. je nach der Restmenge von Flüssigkeit oder Pulver in dem Vorratsbehälter. Wenn sich dabei die Restmenge in hohem Maße ändert, verschlechtert sich die Meßgenauigkeit, da die Strömungsgeschwindigkeit den festgesetzten Bedingungsbereich überschreitet.
Das bedeutet, daß die Menge von Flüssigkeit oder Pulver in dem Vorratsbehälter auf einen gewissen Bereich begrenzt werden muß, so daß mehr als eine festgesetzte Menge von Flüssigkeiten oder Pulvern in dem Behälter sichergestellt wird. Sonst erhöht der sich aus den restlichen Flüssigkeits- oder Pulvermengen in dem Vorratsbehälter ergebende Verlust die laufenden Kosten.
(2) Meßbereich ist eng.
Der Grund dafür ist, daß infolge der Ansprech- Verzögerung des Systems auf eine Aussetzung der Messung ein Nach-Zustrom bleibt. Im Hinblick auf diese Tatsache wird der zulässige Nach-Zustrom sichergestellt durch Verengen des Meßbereichs unter der Bedingung, daß die Strömungsgeschwindigkeit konstant ist, da der Einfluß bestimmt ist durch die Zufuhr- Strömungsschwindigkeit. Meßgeräte mit jeweils angemessenen Meßbereichen sind erforderlich, wenn die festgesetzten Meßzielwerte sich in hohem Maße voneinander unterscheiden, auch wenn die gleiche Flüssigkeit oder das gleiche Pulver zu messen ist.
Demzufolge erhöht sich die Anzahl der zu installierenden Meßgeräte.
(3) Meßzeit: Die Meßzeit oder -Dauer wird beeinflußt durch den festgesetzten Meßzielwert. Je größer der festgesetzte Zielwert, umso kürzer wird die Meßzeit und umgekehrt. Dementsprechend hat das Meßgerät angemessene Meßzeiten im Hinblick auf den Produktionszyklus proportional zu dem festgesetzten Zielwert zu zeigen. Die Anzahl der Meßgeräte steigt auch in diesem Fall.
Aus den vorbeschriebenen Gründen wird für die Vorratsbehälter eine Anzahl von einzeln gesteuerten Meßgeräten vorgesehen, jeweils an optimalen Meßintervallen unter den Begrenzungen der Produktionskapazität bei dem üblichen Flüssigkeits-Meß/Misch/ Abgabe-System. Dementsprechend wird das System von kompliziertem Aufbau, wobei die Aufnahme einer großen Anzahl von Meßgeräten in die Produktionsanlagen erforderlich ist. Bei der Abgabe ist das System zur hohen Meßgenauigkeit unfähig vergrößert den Abfall von Flüssigkeit und benötigt auch verlängerte Zeit zur Messung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es ein Ziel dieser Erfindung, ein Flüssigkeits- und Pulver-Meßverfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu schaffen, bei dem und in der ein neuartiges Stromregelventil mit außerordentlich gutem Verhalten benutzt wird, so daß die Messung mit großer Genauigkeit in kurzer Zeit erzielt und ein breiter von der Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit infolge von Störung unbeeinflußter Meßbereich erhalten werden kann. Weiter soll die Vorrichtung von einfachem Aufbau sein. Das vorstehende Ziel der Erfindung wurde erreicht durch Vorsehen einer Regelvorrichtung (mit geschlossener Regelschleife), welche die in Anspruch 1 beschriebenen Merkmale aufweist.
Die Regelvorrichtung (mit geschlossener Regelschleife) nach der vorliegenden Erfindung ist von der Art, bei der die Strömungs- Charakteristik eines Stromregelventils zum Einstellen der Strömungsrate einer Flüssigkeit und ein frei bestimmter Meßzielwert zur Ausführung von Fuzzy-Inferenz, lernender Regelung oder Optimal-Regelung benutzt werden, um vor der Messung einen Anangs-Ventilöffnungsgrad zu bestimmen. Fuzzy-Regelung des Stromregelventils wird ausgeführt entsprechend aktuellen Meßwerten, die nacheinander erfaßt werden. Erfindungsgemäß ist das Stromregelventil ein motorgesteuertes Stromregelventil, das eine Strömungsrate mit kleiner und linearer Änderungs-Geschwindigkeit über dem Ventilhub und große maximale Strömungsrate aufweist.
Bei der Fuzzy-Inferenz nach der Erfindung werden die direkt beobachteten oder errechneten Daten und die Tiefpaßfilterung unterworfenen Daten zur Regelbearbeitung benutzt, wobei die dynamische Charakteristik eines Meßdetektors berücksichtigt wird.
Bei dem Regelverfahren wird Fuzzy-Regelung benutzt und mit Bezug auf die Membership-Funktion der Fuzzy-Inferenz wird die Achse für die physikalischen Daten halblogarithmisch ausgelegt.
Der Anfangs-Ventilöffnungsgrad wird bestimmt durch die Fuzzy- Inferenz, die entsprechend der Strömungs-Charakteristik des Ventils und dem gesetzten Meßwert ausgeführt wird. Dann wird die Operationsgröße durch das Fuzzy-Regelverfahren errechnet und an das Operationsterminal ausgegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Fuzzy-Regelung bei der Modellierung des Meßsystems nicht linear und kann deswegen nicht durch ein Regelsystem wie das übliche einfache PID-Regelsystem realisiert werden.
Deshalb wird nach dem bei der Erfindung benutzten Regelverfahren die Differenz zwischen einem Meßzielwert und einem aktuellen Meßwert und die Veränderung der Differenz über der Zeit zum Berechnen einer optimalen Betriebsgröße benutzt. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit in der für die Meßregelung besten Weise kontinuierlich oder im Aussetzbetrieb geändert.
Bei der Erfindung beobachtet der Detektor die Veränderung des Meßwertes über der Zeit. Er kann ein Lastzellen- oder Differentialdruckgeber sein, der Meßwerte überwachen kann. Bei der Erfindung hängt der Meßbereich von der statischen Genauigkeit des erfaßten Wertes ab.
Bei der Erfindung sind die Meßtanks zur Aufnahme von Flüssigkeit bzw. Pulver so, daß die Tanks jeweils Flüssigkeit bzw. Pulver aufnehmen oder jeder Tank sowohl Flüssigkeit die auch Pulver aufnimmt, je nachdem, wie der Fall liegt. Zur Vereinfachung der Ausrüstung kann ein Verfahren zur Benutzung eines Meßtanks zur Aufnahme sowohl von Flüssigkeit als auch von Pulver benutzt werden, wenn dies das Produkt nicht schädlich beeinflußt.
Der vorstehen beschriebene Detektor ist fest oder abnehmbar mit dem Meßtank gekoppelt.
Bei der Erfindung wird das motorgeregelte Stromregelventil, das eine kleine und mit linearer Änderungs-Geschwindigkeit versehene Strömungsrate über dem Ventilhub und große maximale Strömungsrate besitzt, wie folgt ausgelegt. Ein Elektromotor wird zur Betätigung des Ventils benutzt. Die Drehung des Motors wird mittels einer Stellspindel und einer Kupplungsleiste in eine Linearbewegung gewandelt. Die Kupplungsleiste ist mit der Ventilwelle verbunden, so daß die Kupplungsleiste und die Ventilwelle miteinander als eine Einheit bewegt werden. Das Ventil besitzt ein Gehäuse, längs dessen Mittelachse sich die Ventilwelle erstreckt. Das Gehäuse besteht aus einem oberen Endabschnitt, nämlich dem einlaßseitigen Gehäuse, und einem unteren Endabschnitt, nämlich dem auslaßseitigen Gehäuse, das in das einlaßseitige Gehäuse übergeht. Ein zylindrischer oder konischer Ventilkopf ist an einer Arbeitsfläche ausgebildet, die als Kreiskegelstumpf gebildet ist und sich zum Auslaß des Ventils hin so verjüngt, daß der Ventilkopf innerhalb des auslaßseitigen Gehäuses angeordnet ist. Der Ventilkopf ist so geformt, daß mit Bezug auf den durch die Oberfläche des Ventilkopfes und den Ventilsitz definierten Ventilöffnungsgrad die Änderungsrate der Strömungsgeschwindigkeit über dem Ventilhub klein ist und linear verläuft, und daß der Ventilhub zum vollständigen Öffnen des Ventils in dem einlaßseitigen Gehäuse vorgesehen ist.
Obwohl das vorher angeführte Ziel der vorliegenden Erfindung allgemein durch eine vorhergehende Erfindung gelöst war, die durch die Anmelderin dieser Patentanmeldung in der JP-Anmeldung Nr. 62-110857 vorgeschlagen war, wurde die vorliegende Erfindung, die weitere Auswirkungen erzielt, als Ergebnis einer danach angestellten Untersuchung erreicht.
Das bedeutet, die Flüssigkeits-Zumeßmischvorrichtung mißt und mischt kumulativ eine Vielzahl von Flüssigkeiten, um ein Flüssigkeitsgemisch durch ein Flüssigkeits-Zumeß-Regelverfahren herzustellen, bei dem sich die Strömungsgeschwindigkeit ändern kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Vielzahl von Vorratstanks, die jeweils mit Flüssigkeiten als Rohmaterialien gefüllt sind, einen Flüssigkeits-Aufnahmetank zum Mischen der von den Vorratstanks abgenommenen Flüssigkeiten, eine Vielzahl von Stromregelventilen, die jeweils den Vorratstanks zugeordnet sind, einen Detektor, der an dem Flüssigkeits-Aufnahmetank zum Messen der Flüssigkeit angeordnet ist, eine Meß-Regeleinheit zur Durchführung von Fuzzy-Regelung aufgrund der aktuellen durch den Detektor gemessenen Werte und willkürlich festgesetzter Zielwerte, um so die Öffnungsgrade der jeweiligen Stromregelventile zu errechnen, und eine Schalteinheit, um das Ausgangssignal der Meß-Regeleinheit auf ein vorbestimmtes Stromregelventil zu schalten. Ein Elektromotor wird als Antrieb zum Einstellen mindestens eines Stromregelventils benutzt. Die Drehung des Elektromotors wird mit einer Stellspindel und einer Verbindungsplatte in eine lineare Bewegung gewandelt. Das mindestens eine Regelventil besitzt einen an der Kopplungsplatte angebrachten Ventilschaft, so daß der Ventilschaft sich entsprechend der Vertikalbewegung der Kopplungsplatte vertikal bewegt. Ein einlaßseitiger Ventilkasten ist um den Ventilschaft angeordnet. Ein auslaßseitiger Ventilkasten ist mit dem einlaßseitigen Ventilkasten verbunden. Eine Ventilfläche besteht in Form eines sich verjüngenden Kreiskegelstumpfes. Ein zylindrischer oder konischer Ventilkopf ist vor der Ventilfläche angebracht und in dem auslaßseitigen Ventilkasten installiert. Ein Ventilsitz ist so angeordnet, daß er eine Ventilöffnungsfläche zwischen dem Ventilsitz und einer Oberfläche des Ventilkopfes bildet. Die Form des Ventilkopfes wird so bestimmt, daß die Änderungsrate der Strömungsgeschwindigkeit klein und, bezogen auf die Ventilanhebung, linear ist, und wird innerhalb des einlaßseitigen Ventilkastens gehalten, bis die Öffnung des Ventilsitzes vollständig geöffnet ist.
Das vorstehende Ziel der vorliegenden Erfindung wird weiter erreicht durch eine Zumeß-Flüssigkeits-Misch- und -Verteilungsvorrichtung, in der die Strömungsgeschwindigkeit von Moment zu Moment geändert werden kann durch Meß-Regeleinheiten mittels einer Regelung, so daß die Meß-Regeleinheiten zahlenmäßig verringert werden können. Die Zumeß-Flüssigkeits-Misch- und -Verteilungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfaßt die nachfolgenden Bestandteile.
(1) Vorratstanks: Tanks zum Speichern von zuzumessenden Flüssigkeiten. Die Kapazität jedes Tanks ist in einem für die Herstellung geeigneten Maße aufgebaut. Bei der vorliegenden Erfindung besteht keine Begrenzung bezüglich der Restmenge der in jedem Tank zurückbleibenden Flüssigkeit. Theoretisch kann die Restmenge in jedem Tank bis auf Null herab gemessen werden. Das Messen der Restmenge wird nicht durch die physikalischen Eigenschaften (wie Viskosität und dergleichen) der Flüssigkeit beeinflußt, so daß die Restmenge bis auf Null herab gemessen werden kann, solange die Flüssigkeit eine ihr das Ausfließen gestattende physikalische Eigenschaft besitzt.
(2) Ein Mischtank: ein Tank mit einer für das Fertigungsmaß geeigneten Kapazität. Der Tank ist zum Mischen mit einem Rührer versehen. Der Tank kann einen Mantelaufbau besitzen, um durch den Umlauf von Warmwasser eine Wärmisolation zu ermöglichen. Es ist jedoch nötig, den Umlauf des Warmwassers anzuhalten, wenn das Gewicht der Flüssigkeit mit einem Gewichtsmaß gemessen wird. Weiter muß die Meß-Regeleinheit eine solche Funktion besitzen, daß das Gewicht automatisch auf praktisch Null als Meß-Ausgangspunkt zurückgestellt werden kann, wenn mit Wiegen begonnen wird.
(3) Verteilungstanks: eine geeignete Anzahl von Tanks, an die eine Misch-Flüssigkeit verteilt wird, ist entsprechend dem Fertigungssystem angeordnet.
(4) Stromregelventile: eine entsprechende Zahl Stromregelventile, jeweils für die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit durch Ändern seines Öffnungsgrades eingerichtet, ist entsprechend der Anzahl von Vorratstanks und der Anzahl der Verteilungstanks vorgesehen. Jedes Ventil hat einen solchen Aufbau, daß das Ventil geschlossen ist mit einem Öffnungsgrad in der Nähe von 0%, während das Ventil geöffnet ist zum Durchlas sen von Flüssigkeit bei dem Öffnungsgrad in der Nähe von oder über etwa 10%. Wenn der Öffnungsgrad über 10% liegt, besitzt das Ventil eine andere variable Strömungsraten-Charakteristik als eine Schnellöffnungs-Charakteristik. Das Ventil kann durch eine Antriebsquelle wie einen Wechselstrom-Servomotor oder dergleichen betätigt werden.
(5) Ein Detektor: der Detektor ist ein an dem Mischertank für den doppelten Zweck des Messens der von dem Mischertank aufgenommenen Flüssigkeitsmengen und zum Messen der von dem Mischtank verteilten Flüssigkeitsmengen angeordnetes Gerät. Falls Flüssigkeiten gemischt werden können, können die Flüssigkeiten kumulativ durch ein und denselben Flüssigkeitsaufnahmetank gemessen werden.
(6) Eine Meß-Regeleinheit: diese Einheit ist eine genaue Meß-Regeleinheit zum Ausführen von Regelung zum Ändern der Strömungsgeschwindigkeit. Die Messung und Verteilung von jeweiligen Flüssigkeiten wird durch ein und dieselbe Meß-Regeleinheit ausgeführt. Der Öffnungsgrad jedes öffnungsgeregelten Ventils ist durch ein Regelsystem nach der Fuzzy-Inferenz variabel gemacht. Das bedeutet, der Anfangsöffnungsgrad des Ventils wird durch den Strömungsraten-Charakteristik-Zielwert des Ventils bestimmt. Nach der Anfangsöffnung wird der Öffnungsgrad des Ventils entsprechend der Fuzzy-Inferenz aufgrund des aktuellen Wertes und des Zielwertes geregelt. Wenn die Regeleinheit eine Funktion einer additiven Messung ausführt (eine Funktion des Messens von Flüssigkeiten, während sie erhalten werden), können die Flüssigkeiten von den Vorratstanks gemessen werden. Wenn die Regeleinheit eine Funktion der subtraktiven Messung ausführt (eine Funktion des Messens von Flüssigkeiten während ihres Transports), kann die Flüssigkeit an die abstromseitigen Tanks proportional zu entsprechenden Quantitäten verteilt werden. Eine Vielzahl von Flüssigkeiten kann zur Verringerung der Anzahl der Meßeinheiten durch Benutzung eines und desselben Tanks und einer und derselben Meßeinheit gemessen werden.
(7) Eine Schalteinheit: eine Einheit zum Schalten des Ausgangssignals der Meß-Regeleinheit auf entsprechend ein oder mehrere öffnungsgeregelte(s) Ventil(e) in dem Flüssigkeits-Zuliefersystem und in dem Mischflüssigkeits-Verteilungs- System.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung beruht darauf, daß eine rückgekoppelte Meß-Regeleinheit benutzt wird zur Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit und Ausführung einer auf Fuzzy-Inferenz gegründeten Regelung.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das im Hinblick auf die erwähnten Nachteile der üblichen Geräte gesetzt wurde, die eine Beseitigung verlangen, ist, ein Meß/Misch/Abgabe-System für Flüssigkeiten und Pulver zu schaffen, das ökonomisch die Auswirkung der Reduzierung hat:
(1) der Anfangskosten durch Vermindern der Anzahl von Meßgeräten;
(2) der Wartungsaufenthalte durch Vermindern der Anzahl der Geräte; und
(3) der Betriebskosten durch Reduzieren des Rohmaterialverlustes.
Die genannten Ziele werden dadurch erreicht, daß eine Flüssigkeits-Meß/Misch/-Vorrichtung unter Fuzzy-Regelung benutzt wird, wie sie durch die gleichen Anmelder in der JP-Anmeldung 115894- 87 angewendet wurde. Dieses Verfahren sorgt für Präzisionsmessungen, die nicht durch Strömungsgeschwindigkeits-Fluktuationen infolge von gemessenen Störungen beeinflußt werden. Es stellt einen breiten Meßbereich sicher und erreicht Kurzzeitmessungen, die nicht durch die Größe des festgesetzten Meßzielwertes beeinflußt werden. Es bildet weiter das Meß/Misch/Abgabe-System für Flüssigkeiten und Pulver zu einem konsistenten System aus mit Vereinfachung der Herstellanlagen und Verbesserung der Produktionskapazität bei gleichzeitiger Herabsetzung der Rohmaterialverluste.
Mit der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Ansprüchen dargelegt ist, wird ein Flüssigkeits-Meß/Misch/Abgabe-System zum kumulativen Messen von Flüssigkeiten geschaffen, die jeweils von einer Vielzahl von Vorratsbehältern zugeliefert werden. Die davon erhaltenen Flüssigkeiten werden in einem Mischbehälter gemischt und eine Misch-Flüssigkeit wird von dem Mischbehälter an eine Vielzahl von Abgabebehältern abgegeben. Das System umfaßt Strömungsraten-Regler, die an Zuführverrohrung angebracht werden, welche sich von den Vorratsbehältern her erstreckt und an einer Abgabeverrohrung, die sich von den Abgabebehältern erstreckt. Ein Meßgerät mißt in jedem Strömungsraten-Regler die von den Vorratsbehältern zugeführten Flüssigkeiten oder Pulver und die von dem Mischbehälter dem Abgabebehälter zugeführte Misch-Flüssigkeit. Das Meßgerät ist an dem Mischbehälter angebracht. Eine Meß-Regeleinheit mißt eine Strömungsrate und regelt (mit geschlossener Regelschleife), indem die Strömungsrate mit Fuzzy-Logikinferenz zur Änderung gebracht wird, proportional zu jedem gemessenen Zuführwert und jedem gemessenen Abgabewert. Eine Bewegungseinheit bewegt den Mischbehälter.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNLINGEN

Fig. 1 ist ein erklärendes Schaubild für eine Beschreibung einer Flüssigkeits-Meßvorrichtung bei einer Ausführung dieser Erfindung.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild für eine Beschreibung eines Regelvorganges in der Vorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 3(a) und 3(c) sind graphische Darstellungen, welche die Kennlinien von Stromregelventilen zeigen.
Fig. 3(b) ist eine graphische Darstellung, welche die Kennlinien des Stromregelventils (a) nach der Erfindung und eines üblichen Stromregelventils (a') zeigt.
Fig. 4 ist ein Schaubild zur Erklärung der Membership- Funktion der Fuzzy-Regelung.
Fig. 5 ist eine Schnitt-Seitenansicht eines Stromregelventils in der Erfindung.
Fig. 6(a) und 6(b) sind Seitenansichten, die Ausführungsbeispiele des Ventilkopfes des Stromregelventils nach Fig. 5 zeigen.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung zum Vergleichen der Ergebnisse von Messungen, bei denen verschiedene Arten von Strom-Regelventilen mit der Ausführung der Erfindung nach Fig. 1 benutzt werden.
Fig. 8 ist ein Strömungsbild, das eine zweite Ausführung eines Flüssigkeits-Meßsystems zeigt, mit dem Flüssigkeits- und Pulver-Meß-Regelverfahren nach dieser Erfindung ausgeführt werden können.
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das das Regelverfahren nach der Erfindung zeigt, das mit der Vorrichtung der Fig. 8 benutzt wird.
Fig. 10 ist auch eine graphische Darstellung, die die Kennlinien zeigt, aufgetragen mit den Ergebnissen von Untersuchungen, die entsprechend dem erfindungsgemäßen und einem üblichen Verfahren ausgeführt wurden.
Fig. 11 ist ein Schaubild einer Zwei-Flüssigkeits- Zumeß/Misch-Vorrichtung als einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 ist ein Blockregelschaltbild zum Erklären einer Mehr-Flüssigkeits-Meß/Misch-Vorrichtung nach Fig. 11 nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 ist ein Schaubild einer Vorrichtung, die eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 11 darstellt.
Fig. 15 ist eine Flußkarte einer Flüssigkeits-Meß/ Misch- und -Verteilungsvorrichtung als einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 ist ein Blockschaltbild eines bei der Ausführung nach Fig. 15 der vorliegenden Erfindung benutzten Regelsystems.
Fig. 17 ist eine graphische Darstellung der Meßabweichung und des Ventilöffnungsgrades über der Meßzeit bei einem Ausführungsbeispiel einer additiven Messung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 18 ist eine graphische Darstellung der Meßabweichung und des Ventilöffnungsgrades über der Meßzeit bei einem Ausführungsbeispiel einer subtraktiven Messung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 19 ist ein Flußdiagramm einer üblichen Flüssigkeits-Meß/Misch- und Verteilungsvorrichtung.
Fig. 20 ist ein Ablaufplan, der ein weiteres Flüssigkeits/Pulver-Meß/Misch/Abgabe-System darstellt.
Fig. 21 ist ein Ablaufplan, der ein Flüssigkeits/Pulver-Meß/Misch/Abgabe-System der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 22 ist ein Blockschaltbild einer Regelung nach der vorliegenden Erfindung, die auf die Vorrichtung nach Fig. 21 anwendbar ist.
Fig. 23 bis 26 sind graphische Darstellungen, die zu einer Erklärung der Regelung durch Fuzzy-Inferenz benutzt werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Eine erste Ausführung dieser Erfindung wird mit Bezog auf Fig. 1-7 beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Flüssigkeits-Meßvorrichtung, die bei dieser Ausführung der Erfindung benutzt wird. Sie wird gemäß einem Subtrakations-Meßverfahren betätigt beim Beobachten der Menge der aus einem Meßtank ausströmenden Flüssigkeit.
Fig. 1 zeigt ein Meß-Steuer- oder Regelgerät 1. Eine Lastzelle 2 mißt das Gewicht des in dem Meßtank 8 zurückbleibenden Rohmaterials. Ein Gravimeter-Verstärker 3 verstärkt das Signal von der Lastzelle 2. Eine Servoansteuerung 4 wird durch das Meß-Regelgerät 1 geregelt. Ein Servomotor 5 wird durch die Servoansteuerung 4 angesteuert zur Betätigung eines (später zu beschreibenden) Stromregelgerätes 6. Das Stromregelgerät 6 stellt die aus dem Meßtank 8 ausfließende Flüssigkeitsmenge ein. Ein durch das Meß-Regelgerät 1 geregeltes Absperrventil 7 sperrt das Ausströmen von Flüssigkeit. Die Strömungs-Kennlinie des Stromregelventils 6 ist linear, wie in Spur (c) der Fig. 3(a) dargestellt.
Es wird nun ein Flüssigkeits-Meßverfahren nach der Erfindung beschrieben.
Fig. 2 zeigt einen Regelvorgang, der sich auf das erfindungsgemäße Flüssigkeits-Meßverfahren bezieht.
Wenn dem Meß-Regelgerat 1 ein Meßzielwert eingegeben wird, errechnet das Regelgerät aus der in Fig. 3 dargestellten Ventilströmungs-Kennlinie mittels Fuzzy-Inferenz einen anfänglichen Ventilöffnungsgrad. Fuzzy-Inferenz wird sowohl für die Anfangseinstellung wie auch für die Einstellungen während nachfolgender Meßzyklen am Ende dieser Beschreibung dargelegt. Nach Beginn der Messung legt das Meß-Regelgerät 1 durch die Servoansteuerung 4 an den Servomotor 5 des Stromregelventils 6 eine Anfangs-Ventilöffnungs-Einstellung an, und als Ergebnis davon ändert sich die aus dem Meßtank 8 ausströmende Flüssigkeitsmenge und der aktuelle Gewichtswert der Lastzelle 2. Andererseits wird ein durch den Gravimeter-Verstärker 3 ausgegebener aktueller Gewichtswert mit einer vorbestimmten Regelperiode durch das Meß-Regelgerät 1 gemessen. Ein Fuzzy-Arithmetik-Abschnitt 1-1 in dem Meß-Regelgerät 1 errechnet eine Differenz zwischen einem Meßzielwert und einem aktuellen Gewichtswert von den Lastzellen und errechnet auch eine Änderungsgröße (über der Zeit) der Diferenz. Es errechnet dann eine Beobachtungsgröße, die dadurch erhalten wird, daß diese Daten einer Tiefpaßfilterung unterworfen werden, um dadurch eine Inferenz-Operation für einen Ventilöffnungsgrad nach einer vorbestimmten Fuzzy-Regel auszuführen. In diesem Fall ist die Membership-Funktion für Fuzzy-Inferenz so, wie in Fig. 4 dargestellt, in der die den vorher beschriebenen Unterschiedsgrößen zwischen dem Meßzielwert und dem aktuellen Gewichtswert und der (zeitlichen) Größenänderung derselben, nämlich den physikalischen Daten entsprechende Achse so unterteilt wird, daß die Intervalle für kleine physikalische Daten dein gemacht werden. Z.B. ist die Achse halblogarithmisch eingeteilt. Das geschieht, um die Meßgenauigkeit zu verbessern und die Meßzeit zu verringern. Wenn die Differenzgröße groß ist, ist nicht immer eine enge Regelkennlinie nötig, aber wenn die Differenzgröße gering ist, ist es notwendig, die Regelgenauigkeit zu verbessern. Das ist auf die primäre Filterfunktion zu. Falls die Differenzgröße gering ist, wird die Differenzgröße des Primärfilters benutzt, um die Dynamik des Meßdetektors zu lösen und dadurch die Meßgenauigkeit zu verbessern.
Fig. 5 ist eine Seitenschnittansicht, welche ein Beispiel des bei der Erfindung benutzten Stromregelventils zeigt.
Wenn sich der Servomotor 5 dreht, wird eine Stellspindel 12 gedreht, die eine Kupplungsplatte 13 bewegt. Eine Ventilwelle 14 ist an der Kupplungsplatte 13 befestigt. Deshalb werden die Ventilwelle 14 und die Kupplungsplatte 13 in Vertikalrichtung als eine Einheit bewegt.
Der hier benutzte Ausdruck "Servomotor" soll nicht begrenzend wirken, sondern alle Elektromotorarten wie einen Wechselstrom- Servomotor, Gleichstrom-Servomotor und einen Schrittmotor (oder Impulsmotor) überdecken, welche mechanische Positionen, Richtungen, Winkel und Drehzahlen (U/min) einstellen können.
Ein zylindrischer oder konischer Ventilkopf 16 ist an einer kreiskegelstumpfförmigen Ventilfläche 15 ausgebildet, und verjüngt sich zu dem Auslaß des Stromregelventils in solcher Weise, daß er in einem unteren Endabschnitt 17 eines Ventilgehäuses sitzt (das von hier ab als ein auslaßseitiges Gehäuse 17 bezeichnet wird). Der Ventilkopf 16 ist so ausgebildet, daß die Änderungsrate der Strömungsgeschwindigkeit, bezogen auf einen Ventilhub H, definiert durch die Oberfläche des Ventilkopfes 16 und den Ventilsitz 18 klein und linear ist, wie durch die Kennlinienkurve (c) in Fig. 3(a) oder 3(c) oder durch die Kurve (a) der Fig. 3(b) angezeigt.
Der Ventilhub 19 zum vollständigen Öffnen des Ventils wird in einem oberen Endabschnitt 20 des Ventilgehäuses (von hier ab als "ein einlaßseitiges Gehäuse 20" bezeichnet) aufgenommen. Der Servomotor 5 wird benutzt, um den Ventilkopf 16 zu bewegen.
Obwohl die Kombination des Motors mit der Stellspindel hier als Verfahren zur Bewegung des Ventils beschrieben ist, können auch andere Verfahren benutzt werden, solange nur ein elektrisches Signal in eine Linearbewegung gewandelt wird. Beispielsweise kann ein Servo-Luftzylinder benutzt werden, um die Kupplungsplatte 13 direkt zu bewegen.
Der Ventilkopf 16 ist gemäß Fig. 6(a) konisch oder, wie in Fig. 6(b) gezeigt, zylindrisch. Das bedeutet, er ist so geformt, daß die Änderungsrate der Strömungsgeschwindigkeit, bezogen auf den Ventilhub, klein und linear ist, wie in Fig. 3 gezeigt.
Jeder Ventilkopf 16 nach Fig. 6(a) bzw. 6(b) ist so ausgebildet, daß die Beziehung der Ventilöffnungsgrad-Differenz (h) zu der Ventilöffnungsfläche (a) linear ist. Eine solche Auslegungsregel kann theoretisch realisiert werden in dem Ventilköpfen 16 nach Fig. 6(a) wie nach Fig. 6(b). Jedoch lieben praktische Schwierigkeiten vor.
Deswegen können die in Fig. 6(a) und 6(b) gezeigten Ventilköpfe mit einer Annäherungskurve ausgebildet werden, oder, falls die Flächenänderung pro Änderung der Ventilöffnung (h) gering gehalten werden kann, können sie mit einer oder mehreren angenäherten geraden Linie(n) gebildet werden.
Wenn in diesem Fall das Ventil im wesentlichen voll geöffnet ist, geht die Linearität leicht verloren. Deswegen kann in diesem Fall der Linearitätsbereich etwas mehr als der theoretisch notwendige Bereich vergrößert werden durch Erhöhen der Länge des Ventilkopfes und des Durchmessers des Ventilgehäuses, um dadurch den notwendigen Linearitätsbereich für die Strömungsgeschwindigkeit sicherzustellen. Auch kann das Ventilgehäuse mit größerem Durchmesser versehen werden, so daß das Ventil im Dimensionsrandbereich etwas groß ist, so daß die Linearität über einen größeren Bereich als erforderlich erhalten wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird der zylindrische oder konische Ventilkopf an der kreiskegelstumpfförmigen Arbeitsfläche ausgebildet, die zum Auslaß des Ventils hin verjüngt ist, in solcher Weise, daß der Ventilkopf innerhalb des auslaßseitigen Gehäuses sitzt. Der Ventilkopf ist so geformt, daß mit Bezug auf den durch die Oberfläche des Ventilkopfes und des Ventilsitz definierten Ventilöffnungsgrad die Änderungsrate der Strömungsgeschwindigkeit über dem Ventilhub klein und linear ist. Deshalb kann bei dem erfindungsgemäßen Stromregelventil die Strömungsrate über den gesamten Strömungsraten-Bereich feingeregelt werden.
Weiter ist der Ventilhub zum vollständigen Öffnen des Ventils in dem einlaßseitigen Gehäuse vorgesehen. Wenn so das Fluid von dem Einlaß des Ventils zu seinem Auslaß strömt, ist der Widerstand gering und der von dem Ventil beherrschte Strömungsraten- Bereich kann beispielsweise auf 1:50 erhöht werden.
Für den zur Betätigung des Ventils benutzten Elektromotor kann (Rückkopplungs-)Regelung verwendet werden, und deshalb kann die Regelauflösung und die Ansprech-Kennlinie sehr verbessert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann jedes entsprechende Material für das Ventil und das Ventilgehäuse Verwendung finden. Vorzugsweise können sich das Material und insbesondere die Härte des Ventilgehäuses (einschließlich des einlaßseitigen Ventilgehäuses, des auslaßseitigen Ventilgehäuses und des Ventilsitzes) von dem/der des Ventils (einschließlich der Ventilwelle und des Ventilkopfes) unterscheiden, um die Fertigungsgenauigkeit zu erhöhen und um ein Verbeißen (Fressen) des Ventilgehäuses min dem Ventil infolge der darauf abgelagerten Verunreinigungen zu verhindern. Vorzugsweise werden die Materialien entsprechend aus den nachfolgenden Kombinationen ausgewählt: Eisen/Edelstahl, Edelstahl/Edelstahl (Hartchrombeschichtet), Keramik/ Edelstahl und dergleichen.
Der Ausdruck "Elektromotor", wie er in dieser Beschreibung benutzt wird, bedeutet einen solchen Motor, bei dem die mechanische Position, der Winkel, die Umdrehungszahl und dergleichen entsprechend einem Eingangssignal geregelt werden kann, z.B. und insbesondere einen Wechselstrom-Servomotor, einen Gleichstrom-Servomotor, einen Schrittmotor (Impulsmotor) und dergleichen.
Bei einem Flüssigkeits-Regel-Meßverfahren, bei dem Fuzzy-Regelung ausgeführt wird, wird erfindungsgemäß ein motorgesteuertes Stromregelventil mit kleiner und linearer Änderungsrate der Strömungsgeschwindigkeit über dem Ventilhub und mit kleiner maximaler Strömungsgeschwindigkeit eingesetzt.
Deswegen kann es während der Anfangsmeßzeit die Strömungsrate so groß sein, wie in dem Fall, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, und die Meß-Geschwindigkeit kann entsprechend erhöht werden. Auch wenn die Ventilöffnung bei Annäherung an den erwünschten Meßwert vermindert wird, kann der Ventilhub ziemlich gut eingestellt und die Strömungsgeschwindigkeit mit großer Genauigkeit geregelt werden. Deswegen wird auch in der abschließenden Meßzeit die Meß-Geschwindigkeit erhöht, und die Strömungsrate kann mit großer Genauigkeit geregelt werden. So kann bei einem Vergleich der Fuzzy-Regelung mit dem üblichen Stromregelventil die Fuzzy-Regelung die Strömungsgeschwindigkeit von der Anfangsmeßzeit bis zu der abschließenden Meßzeit rasch mit hoher Meßgenauigkeit regeln.

Typisches Beispiel 1

Drei Arten von Stromregelventilen mit hoher Durchströmungsrate, deren Kennlinien so sind, wie die Kurven (a), (b) und (c) in Fig. 3(a) bezeichnen, wurden benutzt, um 1000 g Flüssigkeit zu messen. Insbesondere das erste (a) der drei Stromregelventile hatte eine Kennlinie, die im wesentlichen gleichartig zu der eines üblichen Stromregelventils vom gleichen Prozenttyp war, das zweite (b) war ein konventionelles Lineartyp-Stromregelventil und das dritte (c) war ein Lineartyp-Stromregelventil nach der Erfindung.
Bei den Meßvorgängen mit den drei Stromregelventilen wurde Fuzzy-Regelung benutzt. Bei dem Stromregelventil (a) wurde die Messung, in Fig. 7 durch nicht ausgefüllte Quadrate ( ) gezeigt, in sechzig (60) Sekunden fertiggestellt. Mit dem Strömungs-Regelventil (b) wurde die Messung, in Fig. 7 mit (X) gezeigt, in einundfünfzig (51) Sekunden fertiggestellt. Mit dem Stromregelventil (c) wurde die Messung, in Fig. 7 mit (o) gezeigt, in vierzig (40) Sekunden erreicht. Bei jedem Stromregelventil betrug die Meßgenauigkeit ± 1,0 g oder besser. Es wurde jedoch bemerkt, daß das Strömungsregelventil (c) bezüglich Meßgenauigkeit den anderen beiden Stromregelventilen (a) und (b) überlegen war. Es trifft zu, daß die Fuzzy-Regelung ein exzellentes Regelverfahren darstellt. Jedoch ergibt sich aus den angegebenen Meßergebnissen, daß die Meßzeit in hohem Maße von dem benutzten Stromregelventil abhängt.
Wie sich aus der vorangehenden Beschreibung ergibt, wird die Auswirkung des Stromregelventils bei der Erfindung der der Fuzzy-Regelung hinzugefügt.
Das bedeutet, zusätzlich zu (1) der hochgenauen störungsfreien Messung, (2) dem breiten Meßbereich mit einem breiten Bereich von Meßzielwerten und (3) der Kurzzeitmessung, die nicht von dem Meßzielwert abhängt, können durch die Auswahl des Stromregelventils (4) eine kurze Meßzeit und ausgezeichnete Meßgenauigkeit erzielt werden.
Dementsprechend kann die Messung in viel kürzerer Zeit mit dem Flüssigkeits-Meßverfahren nach der Erfindung erhalten werden als bei einem Fuzzy-Regelverfahren, das das übliche Stromregelventil benutzt. So kann die Benutzung des Flüssigkeits-Meßver fahrens nach der Erfindung die Wirksamkeit der Meßtätigkeit in hohem Maße verbessern und trägt sehr weitgehend zu der Rationalisierung der Industrie bei, wie auch die Zurichtung der Meßausrüstiing.
Eine andere und zweite bevorzugte Ausführung dieser Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 8 ist ein erklärendes Schaubild, das eine Flüssigkeits- Meßvorrichtung zeigt, die einen Schlüsselpunkt der Erfindung bildet und mit einer (nicht dargestellten) Pulver-Meßvorrichtung versehen ist.
Die Flüssigkeits-Meßvorrichtung wird mit Bezug auf den Fall beschrieben, bei dem, wie in Fig. 8 gezeigt, in einem zustromseitigen Tank 31 eingefülltes Material zu einem abstromseitigen Tank 32, der ein Meßtank ist, befördert wird. Das Material wird mit einer mit dem abstromseitigen Tank gekoppelten Lastzelle 34 gewogen.
Ein Stromregelventil FCV (flow control valve) 37 zum Verändern der Strömungsgeschwindigkeit, ein Ablaßventil DRV (drain valve) 39, ein Absperrventil SPV (stop valve) 38 und ein Reinigungsablaßventil CDV (cleaning drainage valve) 40 sind in der Rohrleitung zwischen dem zustromseitigen Tank 31 und dem abstromseitigen Tank 32 vorgesehen. An dem abstromseitigen Tank 32 ist die Lastzelle 34 angebracht, die als Detektor zum Erfassen eines zu messenden Materialgewichts dient. Die Lastzelle 34 ist über einen Lastellen-Verstärker 35 an einem Meß-Regelgerät 33 angeschlossen. Die Regelung ist mit Betätigungsmitteln, d.h. einem Servoantrieb 36 und dem FCV 37 verbunden.
Die so aufgebaute Flüssigkeits-Meßvorrichtung führt die Messung des zu messenden Materials in folgender Weise als. Die Messung wird begonnen, wenn ein Meßzielwert dem Meß-Regelgerät 33 eingegeben wird, und zur gleichen Zeit, werden das DRV 39 und das CDV 40 so geschaltet, daß das Entleeren der Meßleitung beendet wird. Wenn das Meß-Regelgerät 33 meßbereit wird, wird das SPV 38 geöffnet, und das Meß-Regelgerät 33 legt einen Positionsbefehl an die Servoransteuerung 36 an, so daß das FCV 37 auf eine vorbestimmte Öffnung eingestellt wird. Das bedeutet, ein Servomotor 41 wird so angesteuert, daß er den Ventilkopf des FCV 37 auf eine vorgesehene Position stellt, und dadurch den Öffnungsgrad einstellt. So kann das Rohmaterial, d.h. Flüssigkeit von dem zustromseitigen Tank 31 zum abstromseitigen Tank 32 strömen.
Die Lastzelle des abstromseitigen Tanks 32 erfaßt das Gewicht des so in den Tank hinein bewegten Rohmaterials und gibt diesen Wert durch den Lastzellenverstärker 35 zurück zu dem Meß-Regelgerät 33.
Das Meß-Regelgerät 33 errechnet die Differenz zwischen dem aktuellen Gewichtswert und dem Zielwert und die Änderurigsgröße (über der Zeit) der Differenz. Es errechnet einen Ventilöffnungsgrad-Befehl (oder Positionsbefehl), der eine entsprechende Strömungsgeschwindigkeit nach der Fuzzy-Regelung, lernenden Regelung oder Optimal-Regelung ergibt, um so einen neuen Ventilöffnungsgrad-Befehl (oder Positionsbefehl) an das FCV 37 anzulegen und dadurch die Strömungsgeschwindigkeit zu ändern.
So wird der Ventilöffnungsgrad des FCV 37 entsprechend den durch die Lastzelle 34 erfaßten Daten geregelt in einer Regelschleife (Fig. 9), so daß dieser Öffnungsgrad kontinuierlich oder mit vorbestimmten Zeitabständen angenähert wird. Wenn die Meßdifferenz gering wird, wird der Öffnungsgrad des FCV 37 vermindert, und dementsprechend auch der Strömungsgrad des FCV 37 vermindert und dementsprechend nimmt die Strömungsgeschwindigkeit auch ab. Deswegen ist nach Aussetzen der Messung die Größe der Resteinströmung gering und die Meßgenauigkeit wird dadurch verbessert, da sie nicht durch Veränderungen der Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt wird, die durch Störungen wie z.B. Druckhöhen der Menge der in dem zustromseitigen Tank 31 vorhandenen Flüssigkeit verursacht werden.
Obwohl das Verfahren zum Regeln des Öffnungsgrades eines Ventils hier als Verfahren zum Regeln einer Strömungsgröße beschrieben wird, kann auch ein Verfahren zur Druckregelung, bei der ein Druckmittel an der Seite des Vorratstanks benutzt wird, Verwendung finden.
Bei dem Meß-Regelgerät 33 nach der Erfindung hängt die Steuerung des FCV 37 von einem Meßzielwert ab, der für das Bearbeitungssystem festgesetzt wurde, solange er innerhalb des Meßbereichs bleibt. Deswegen kann eine und dieselbe Meßvorrichtung für eine Vielzahl von Meßzielwerten Verwendung finden.
Das bedeutet, der Meßbereich wird erhöht, solange die statische Genauigkeit des Detektors beobachtet wird. Weiter wird während der Messung das Betätigungsmuster des FCV 37 geändert. Deswegen können bei einer Vielzahl von Meßzielwerten die Messungen im wesentlichen in der gleichen geringen Zeitlänge erreicht werden.
Das Flüssigkeits-Stromregelventil nach der Erfindung ist ein motorgesteuertes Stromregelventil (FCV), das eine kleine und lineare Änderungsrate der Strömungsgeschwindigkeit über dem Ventilhub besitzt und eine große maximale Strömungsgeschwindigkeit. Ein Beispiel eines solchen Stromregelventils (FCV) ist mit Bezug auf Fig. 3, 5, 6(a) und 6(b) beschrieben worden.
Bei dem Flüssigkeits- und Pulver-Meß-Regelverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird die Differenz zwischen einem frei bestimmten Meßzielwert und einem aktuellen Meßwert durch einen Detektor ausgegeben, der zum Messen eines zu messenden Materials ausgelegt ist.
Die (zeitlichen) Veränderungen der Differenz werden für die Fuzzy-Regelung, lernenden Regelung oder Optimal-Regelung des Flüssigkeits- oder Pulver-Strömungsregelmittels benutzt. Dabei wird das motorgesteuerte Stromregelventil mit kleiner und linearer Änderungsrate der Strömungsgeschwindigkeit Ober dem Ventilhub und großer maximaler Strömungsgeschwindigkeit als Flüssigkeitsstrom-Regelmittel benutzt. Bei dem Meß-Regelverfahren und bei der Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens wird während der Meßvorgangs-Einleitungszeit die Ventilöffnung so eingestellt, daß sich eine große Öffnung ergibt, um die Messung mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durchzuführen. Dann wird das Ventil allmählich im Laufe der Zeit geschlossen, so daß die Strömungsgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit geregelt wird. Deswegen ist der Meßbereich beträchtlich breit und die Meßzeit kann reduziert werden.

Typisches Beispiel 2

Fig. 10 ist eine graphische Darstellung zum Vergleich des Betriebs eines typischen Beispiels der Vorrichtung der zweiten Ausführung der Erfindung mit dem Betrieb der herkömmlichen Vorrichtung unter Benutzung des üblichen Flüssigkeits-Stromregelventils.
Bei dem Versuch wurde ein Detektor mit einer maximale Wiegefähigkeit von 10 kg benutzt, und die Genauigkeit der Lastzelle betrug 1/5000. Das FCV (Stromregelventil) wurde durch den Servomotor und die vom Meß-Regelgerät ausgegebenen Positionsbefehle positionsgesteuert.
Fig. 10 zeigt Meßkennlinien, die beim Messen von 1000 g mit der üblichen Vorrichtung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschaffen wurden, die bis auf die Flüssigkeits-Stromregelventile von gleichem Aufbau waren. Bei der graphischen Darstellung der Fig. 10 sind Meßdifferenzen und FCV-Ventilöffnungsgrade auf der Vertikalachse aufgetragen und die Meßzeit auf der horizontalen Achse. Wie sich aus Fig. 10 ergibt, wurden in dem (mit "o" markierten) Fall, bei dem das Stromregelventil (a) nach der Erfindung benutzt wurde, die Messungen in 31 Sekunden abgeschlossen, während andererseits in dem (mit "Δ" markierten) Fall, bei dem das herkömmliche Stromregelventil (a') benutzt wurde, die Messung sechsundvierzig (46) Sekunden brauchte. Die Meßgenauigkeit des üblichen Verfahrens betrug ± 1,0 g, während die des erfindungsgemäßen Verfahrens ± 0,5 g betrug.
Das Flüssigkeits- und Pulver-Meß/Regel-Verfahren mit geschlossener Regelschleife nach der Erfindung führt eine Fuzzy-Regelung, lernende Regelung und optische Regelung des Flüssigkeits- und Pulver-Strömungssteuermittels aus. Bei der Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens kann, wie sich aus der JP-Patentanmeldung Nr. 106412/1987 ergibt, die Messung über einen weiten Bereich von Meß-Zielwerten mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, ohne Beeinflussung durch die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit infolge Störungen. Auch kann die Messung in kurzer Zeit fertiggestellt werden, unabhängig von dem Meßzielwert, mit dem Ergebnis, daß die Anzahl von Meßgeräten vermindert werden kann und die Rohmaterialien wirtschaftlich ausgenutzt werden können. Dieses System benutzt das vorher beschriebene spezielle Stromregelventil nach der Erfindung, wodurch die Meßzeit sogar noch weiter verringert werden kann. Deshalb ist es selbstverständlich möglich, daß die vorher beschriebenen Wirkungen in gleicher Weise erzielt und darüberhinaus nach der Erfindung die nachfolgenden Wirkungen erreicht werden können.
Die Einsatzkosten und Wartungskosten werden verringert, da die Anzahl von Meßgeräten, wie vorher beschrieben, vermindert werden kann. Die Vorrichtung besitzt eine hohe Zuverlässigkeit, d.h. sie versagt nur selten. Weiter wird die Menge von restlichem Rohmaterial vermindert und die laufenden Kosten können in diesem Maße vermindert werden.
Eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 11 zeigt eine Ausführung des Zwei-Flüssigkeits-Meß/Misch/ Systems. Dieses System ist so aufgebaut, daß Rohmaterial-Flüssigkeiten von zwei Tanks, die an der Zustromseite angeordnete Vorratstanks sind, zu einem an der Abstromseite angeordneten Flüssigkeits-Aufnahmetank gesendet werden, um dadurch mit kumulativer Zumessung der beiden Flüssigkeiten ein Flüssigkeitsgemisch zu erzeugen.
Die beiden zustromseitigen Tanks 71 und 72 sind mit Rohrleitungsstrecken 71a uftd 72a verbunden, an denen Ablaßventile (DRV) 69 bzw. 77 und Absperrventile (SPV) 68 bzw. 78 angebracht sind. Die DRV 69 und 77 sind mit speziellen Strömungs-Regelventilen (FCV) 67 bzw. 73 versehen, wie sie bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Wie in Fig. 3(c) gezeigt, besitzt jedes Stromregelventil (FCV) 67 und 73 eine solche Strömungsraten-Kennlinie, daß die Änderungsrate der Strömungsgeschwindigkeit gering und mit: Bezug auf den Ventilhub linear ist. Jedes Stromregelventil (FCV) 67 und 73 ist so aufgebaut, wie in Fig. 5, 6(a) und 6(b) gezeigt.
Gemäß Fig. 11 sind die Rohrstrecken 71a und 72a mit einem gemeinsamen Kopplungsrohr 79 verbunden. Das Kopplungsrohr 79 ist mit einem Reinigungs- und Ablaßventil (CDV) 70 versehen, so daß unverfälschte Flüssigkeit zu dem abstromseitigen Tank 62 hin transportiert werden kann. Ein Reinigungs-Einleitventil (CIV) 74 und ein Luftleitungsventil (ADV) 75 sind an der Zustromseite des Kopplungsrohrs 79 angeordnet. Das CIV 74 kann eine Reinigungslösung in das Kopplungsrohr 79 einführen.
Eine Lastzelle 64 wird als Detektor zum Wägen der Flüssigkeit benutzt und ist dem abstromseitigen Tank 62 zugeordnet. Die Lastzelle 64 ist mit der Meß-Regeleinheit 63 über einen Lastzellen-Verstärker 65 verbunden.
Die Meß-Regeleinheit 63 ist mit der Schalteinheit 76 über eine Servoansteuerung 66 verbunden und führt eine Fuzzy-Regelung aufgrund der Strömungsraten-Eigenschaften der FCV 67 und 73, der durch die Lastzelle 64 gemessenen aktuellen Menge der Flüssigkeit und dem Zielwert aus.
Die Schalteinheit 76 ist mit Servomotoren 67a und 73 zur Betätigung der FCV 67 und 73 und der SPV 68 und 78 verbunden, die in den beiden parallelen Flüssigkeits-Zuführwegen 71a bzw. 72a angeordnet sind. Befehle zum Betätigen der Servoansteuerung 66, die durch die Meß-Regeleinheit 63 angesteuert wird, werden von der Schaltereinheit 66 ausgesendet, wodurch einer der beiden Vorräte angewählt wird.
Der Betätigungsvorgang in der so aufgebauten Flüssigkeits-Zumeß/Misch-Vorrichtung wird mit Bezug auf Fig. 11 und auch Fig. 12 beschrieben, die ein Regelungs-Blockschaltbild ist. Die Herstellbedingungen (die Bedingungen bei dem Messen der Flüssigkeit des Vorratstanks 71, dem darauf folgenden Messen der Flüssigkeit im Vorratstank 11 und dergleichen) sind einer Meß-Regeleinheit 63 eingegeben.
Nachdem Meßzielwerte in der Meß-Regeleinheit 73 eingerichtet sind, werden DRV 69 und 77 und ein CDV 70 in eine Meßsystemleitung eingeschaltet. Wenn Befehle zum Meßbeginn gegeben werden, werden Positionsbefehle von der Meß-Regeleinheit 63 zu einer Servoansteuerung 66 gegeben, ein SPV 68 zu öffnen und ein FCV 67 bis zu einem vorbestimmten Öffnungsgrad zu öffnen. Die Servoansteuerung 66 steuert einen Servomotor 67a an, um einen Ventilanschluß des FCV 67 in eine befohlene Stellung zu bringen und dadurch den Öffnungsgrad so einzustellen, daß eine Strömung des Rohmaterials herbeigeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Anfangs-Öffnungsgrad des FCV 67 aus der Strömungsraten-Kennlinie des Ventils und dem Meßzielwert durch einen Fuzzy-Regelabschnitt 302 (Fig. 12) der Meß-Regeleinheit 63 aufgrund von Fuzzy-Inferenz errechnet. Als Ergebnis beginnt der Transport von Rohmaterial von dem Tank 71 zu dem Aufnahmetank 62. Die Lastzelle 64 des Aufnahmetanks 62 erfaßt das Gewicht des transportierten Rohmaterials und speist den erfaßten Wert durch den Lastzellen-Verstärker 65 zu der Meß-Regeleinheit 63 zurück.
Ein Filter-Rechenabschnitt 301 der Meß-Regeleinheit 63 errechnet die Abweichung zwischen dem Meßzielwert und dem zurückgespeisten aktuellen Wert und auch die zeitliche Änderung der Abweichung. Gleichzeitig errechnet er Werte, die durch Anlegen von Tiefpaßfilter-Behandlung daran erzeugt werden. Der Fuzzy- Regelabschnitt 302 zieht eine Inferenz von den errechneten Werten aufgrund von Fuzzy-Regeln, so daß der Öffnungsgrad des Ventils zur Erzeugung einer entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit im nächsten Regelzyklus gefunden werden kann. In diesem Zustand besitzt die durch die Fuzzy-Inferenz benutzte Membership-Funktion die in Fig. 4 gezeigte Form, bei der die den physikalischen Größen der Abweichung und der zeitlichen Abweichungsänderung entsprechende Achse in halblogarithmische Intervalle eingeteilt ist, so daß die kleinen physikalischen Größen entsprechenden Anteile vergrößert und ein Bereich von kleinen physikalischen Mengen im halblogarithmischen Maßstab vergrößert ist. Das erreicht den doppelten Zweck einer Verbesserung der Meßgenauigkeit und einer Verkürzung der Meßzeit. Wenn die Abweichung groß ist, ist gute Regelbarkeit unnötig, während dann, wenn die Abweichung klein ist, es notwendig ist, die Regelgenauigkeit zu verbessern. Diese Regel wird wie folgt auf die temporäre Filterfunktion angewendet. Wenn die Abweichung klein ist, wird die Abweichung im Primärfilter benutzt, um die dynamische Kennlinie des Meßdetektors zu entspannen und dadurch die Meßgenauigkeit zu verbessern.
Wenn die Meßabweichung nach Einleiten der Messung klein wird, wird der Öffnungsgrad des FCV 67 reduziert, um die Strömungsgeschwindigkeit klein zu machen. Wenn die Meßabweichung und die Änderung der Meßabweichung mit der Zeit so klein wird, daß die Meßabweichung nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist, hört die Messung auf, das SPV 68 zu schließen und das FCV 67 in Richtung volles Schließen zu bewegen. In diesem Zustand ist die Strömungsgeschwindigkeit so gering, daß die Menge der Rest-Nachströmung ebenfalls klein ist. Dementsprechend wird, unmittelbar nachdem die Messung aufhört, die Nachströmungsmenge so sehr gering, daß die Meßgenauigkeit unabhängig von der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit verbessert wird. Weiter hängt das FCV 67 mit der Strömungsraten-Kennlinie, wie sie durch die Kurve c der Fig. 3(c) dargestellt wird, von der Fuzzy-Inferenz-Rechnung ab. Dementsprechend kann eine genauere und raschere Messung durch das Fuzzy-Regelverfahren erhalten werden im Vergleich mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik, bei dem übliche Stromregelventile benutzt werden. Weiter kann die Messung durch ein und dieselbe Meßeinheit durchgeführt werden ohne Rücksicht auf den Zielwert, da der Betrieb des FCV 67 sich innerhalb des Meß-Regelbereiches entsprechend dem Meßzielwert oder dem praktischen System in der gleichen Weise ändert, wie die FuzzyRegelung unter Benutzung des üblichen Stromregelventils, so daß der Meßbereich innerhalb der statischen Genauigkeit des Erfassungsendes vergrößert werden kann. Da weiter das Betriebsmuster des FCV 67 sich innerhalb der Meßzeit ändert, kann die Messung während einer vorbestimmten kurzen Zeit ohne Rücksicht auf den Meßzielwert durchgeführt werden.
Als nächstes wird die Messung der Flüssigkeit im Vorratstank 71 gewählt. Ein anderes FCV 73, das für den Vorratstank 71 vorgesehen ist, wird durch die Schalteinheit 76 ausgewählt. Aufgrund des vorbestimmten Meßzielwertes wird die gleiche Meß- Regelung durchgeführt mit Meßstart-Befehlen in der gleichen Weise, wie vorher beschrieben. Die Regelfunktion bei der Regeleinheit ist die gleiche wie vorher beschrieben, nur wird das Ausgangssignal durch die Schalteinheit 76 so geschaltet, daß es zu den FCV 73 und SPV 78 als Betriebsterminale gesendet wird.
Die Flüssigkeit wird zu dem Aufnahmetank 62 durch ein Kopplungsrohr 79 transportiert, das für alle Flüssigkeiten von den Vorratstanks gemeinsam ist. Der Innendurchmesser des Kopplungsrohrs 79 ist so groß, daß irgendein Restteil der Flüssigkeit in dem Rohr auf natürliche Weise abtropfen kann. Um die Meßgenauigkeit zu verbessern, muß die Verrohrungslänge des Kopplungsrohrs 79 so kurz wie möglich sein. Als ein alternatives Verfahren können die Vorratstanks 71 und 72 jeweils getrennt ohne Verwendung des Kopplungsrohrs mit dem Aufnahmetank 62 verbunden sein. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Ausrüstungs-Nachteil, daß die Verrohrung kompliziert aufgebaut wird, wenn eine Vielzahl von Flüssigkeiten aufgenommen wird, da die Größe des Mischtanks 72 begrenzt ist, so daß die Mengen der zu mischenden Flüssigkeiten begrenzt sind. Andererseits beitet das Verfahren den Vorteil von Messungen höherer Genauigkeit, bei denen die Restmenge innerhalb des Kopplungsrohrs 79 ein ernsthaftes Problem darstellt.
Obwohl ein Fall beschrieben wurde, bei dem die Strömungsraten-Kennlinie des FCV 67 gleich der des FCV 73 ist, kann die Messung auch aufgrund von Werten ausgeführt werden mit unterschiedlichen linearen Kennlinien mit ein und derselben Membership-Funktion und ein und derselben Reihe von Fuzzy-Regeln.
Dementsprechend kann eine hochgenaue Messung mit breitem Bereich und in kurzer Zeit erreicht werden ohne Rücksicht auf die Differenz im Aufbau des Systems, der Kennlinie der Ventile und dergleichen.
Es ist ein Beispiel von additiver Zumessung (bei der die im Mischtank aufgenommene Flüssigkeit gemessen wird) nach der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben worden, doch sind DRV 69 und 77, ein CDV 70, ein CIV (Reinigungsstart-Ventil) 74 und Luftleitventil ADV 75 weiter vorgesehen, die Hilfsventile zum Reinigen, Ablassen und dergleichen sind.
Wenn beispielsweise die Messung der Flüssigkeit im Vorratstank 71, die Reinigung und die darauffolgende Messung der Flüssigkeit vom Vorratstank 72 nacheinander ausgeführt werden, verläuft der Betrieb der angeführten Ventile wie folgt. Wenn nur die Verrohrung gereinigt werden soll nach dem Zumessen der Flüssigkeit von dem ersten Vorratstank 71, wird das CDV 70 zur Ablaßseite gedreht, um das CIV 74 zu Reinigungszwecken zu öffnen. Gleichzeitig werden das ADV 75 und die SPV 68 und 78 geschlossen. Nach dem Reinigen während einer vorbestimmten Zeit wird das DIV 74 geschlossen und das ADV 75 geöffnet. Dann wird das ADV 75 zur nächsten Messung der Flüssigkeit von dem zweiten Vorratstank 72 geschlossen.
Obwohl die erwähnte Ausführung den Fall gezeigt hat, bei dem zwei Flüssigkeiten gemessen und gemischt werden, ist zu verstehen, daß die vorliegnede Erfindung nicht auf diese besondere Ausführung beschränkt ist und eine große Anzahl von Flüssigkeiten in ein und denselben Flüssigkeits-Aufnahmetank eingemessen werden kann. Es kann jedoch für das System am besten geeignet sein, daß etwa acht Strom-Regelventile durch ein und dieselbe Meß-Regeleinheit gesteuert werden.
Eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 13 beschrieben.
Diese Abwandlung ist aufgebaut durch eine Kombination eines additiven Meßsystems, bei dem die Flüssigkeitsmenge durch einen dem Flüssigkeits-Aufnahmetank zugeordneten Detektor gemessen wird, mit einem subtraktiven Meßsystem, bei dem die Menge der ausströmenden Flüssigkeit durch einen dem Vorratstank zugeordneten Detektor gemessen wird. Die Beschreibung des additiven Meßsystems wird weggelassen, da die Ausführung der Fig. 13 die gleichen Bestandteile wie die der Ausführung 11 besitzt, die entsprechend bezeichnet sind.
In der Zeichnung ist der N-te Vorratstank 7N mit einer Lastzelle 741 versehen, so daß der Tank als ein Meßtank 7N dient.
Die Ausströmmenge der Rohmaterial-Flüssigkeit von dem Tank 7N wird durch die Lastzelle 741 gemessen, und gleichzeitig wird die Flüssigkeit zu dem Tank 62 gesendet, der als Flüssigkeits-Aufnahmetank dient, und kumulativ durch die Lastzelle 64 gemessen. Die durch das kumulative Meßsystem und das subtraktive Meßsystem erhaltenen Werte werden durch die Lastzellen- Verstärker 65a bzw. 65b zu den Meß-Regelabschnitten 631 und 682 zurückgeführt. Die Meß-Regelabschnitte 631 und 682 errechnen die Abweichung zwischen den aktuellen Werten und den Meßzielwerten und die Änderung der Abweichungen über der Zeit und geben Befehle zur Bestimmung der Öffnungsgrade der Ventile aus aufgrund der Reihe von Fuzzy-Regeln. Die beiden Ausgangssignale der Meß-Regelabschnitte 631 und 682 werden durch eine Regel-Schalteinheit 633 zum Regeln der Servoansteuerung 66 geschaltet.
Gemäß dem vorher erwähnten Aufbau kann der Meßbereich weiter verbreitert werden durch die subtraktive Messung zum Ausführung einer Feinmaßstabs-Messung und die additive Messung zum Ausführen von Großmaßstabs-Messungen mit einem großen festgesetzten Zielwert.
Weiter kann in dem System zur Erzeugung nur einer Lösung Hilfsausrüstung wie ein Rührer, ein Warmwasser-Zirkulator und dergleichen an dem Meßtank vorgesehen werden, so daß das Messen, Mischen, Reagieren und dergleichen in ein und demselben Tank ausgeführt werden kann.
Obwohl die vorerwähnte Ausführung den Fall gezeigt hat, bei dem die Lastzellen als Meßdetektoren benutzt werden können die Lastzellen durch irgendwelche andere Detektoren ersetzt werden. Beispiele der hier benutzten Detektoren sind Druck-Detektoren wie Differential-Übertrager und dergleichen, verschiedene Arten von Pegelmessern und dergleichen. Der Meßbereich verandert sich nach der statischen Genauigkeit des benutzten Detektors.

Typisches Beispiel 3

Nachfolgend wird das Ergebnis einer durch die Vorrichtung der Fig. 11 nach dem vorher erwähnten Vorgang ausgeführten Zumessung gezeigt.
Die bei diesem Beispiel benutzte Zumeßeinheit ist zu Messungen bis zu 10 kg fähig. Die Genauigkeit der Lastzelle 64 beträgt 1/5000. Die FCV (Strom-Regelventile) werden durch den Servomotor aufgrund von Positionsbefehlen eingestellt, die von der Meß-Regeleinheit 63 ausgesendet werden.
Fig. 3(c) zeigt die Strömungsraten-Kennlinien von drei Arten von Strom-Regelventilen, bei denen Kurven a und b übliche Stromregelventile darstellen und Kurve c ein besonderes Stromregelventil nach der vorliegenden Erfindung darstellt. Nachdem die Ventile in dem System der Fig. 11 angeordnet waren, wurde die Messung ohne Änderung des Regelsystems ausgeführt
Fig. 14 zeigt das Ergebnis der Messung bis zu 1000 g unter den erwähnten Bedingungen.
Selbstverständlich ändern sich die Betriebsabläufe der Öffnungsgrade der Strom-Regelventile je nach Art des Ventils. Das Ventil c nach der vorliegenden Erfindung beendet die Messung in 40 s, während die üblichen Stromregelventile a und b ihre Messung in jeweils 60 s bzw. 51 s beenden.
Die Wirkung wurde abgeschätzt durch einen Versuch, bei dem die gleiche Flüssigkeit in dem erwähnten System unter der Bedingung eingesetzt wurde, daß die Stromregelventile mit unterschiedlichen Strömungsraten-Kennlinien eingerichtet wurden. Weiter wurde ein Versuch ausgeführt, mit der Bedingung, daß die Flüssigkeitsmengen in den zustromseitigen Tanks unterschiedlich waren. Demzufolge konnte eine hochgenaue, einen breiten Bereich überdeckende und kurzzeitige Messung erzielt werden durch ein und dieselben Meß-Regeleinheit und mit den Stromregelventilen nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den üblichen Stromregelventilen.
Weiter ändert sich bei diesem Meßsystem die Strömungsgeschwindigkeit gemäß der Restmenge der Flüssigkeit trotz gleichen Öffnungsgrades. Jedoch wurde die Restmenge der Flüssigkeit bei jedem Pegel gemessen, so daß die Meßzeit und Meßgenauigkeit zufriedenstellend waren ohne Rücksicht auf die unterschiedlichen Betätigungsmuster der Ventilöffnung. Andererseits konnte mit Bezug auf den Meßbereich die Genauigkeit von ± 0,5 g im Bereich von 1:100 erreicht werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann entsprechend der Flüssigkeits-Zumeß/Misch-Vorrichtung unter Benutzung von Fuzzy-Regelung und mit Verwendung der besonderen Stromregelventile nach der vorliegenden Erfindung in einem bemerkenswerten Grad im Vergleich zum Stand der Technik (1) eine Herabsetzung der Anzahl der Meßeinheiten erreicht und (2) Rohmaterialverlust verringert werden durch Verwendung der Meß-Regeleinheit, die nicht durch die Meßzielwerte, Rest-Flüssigkeitsmengen und physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeiten beeinflußt wird. Dementsprechend kann eine Herabsetzung der Anfangskosten und eine Herabsetzung der Anzahl von Wartungsschritten erhalten werden infolge der Herabsetzung der Anzahl der Einheiten. Weiter kann durch die Herabsetzung von Rohmaterialverlusten eine Herabsetzung der laufenden Kosten erzielt werden.
Eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 15 beschrieben.
Vorratstanks 71 und 72 sind mit Rohmaterialien gefüllt. Ein Mischtank 62 benutzt eine Lastzelle 64 als Detektor. Die Flüssigkeit wird schließlich in zwei Verteilungstanks 91 und 92 verteilt. Nachdem zwei Flüssigkeiten gemessen sind, wird ein Gemisch derselben aufabstromseitige Tanks 81 und 82 verteilt.
Herstellbedingungen (die Bedingungen der Messung der Flüssigkeit des Vorratstanks 71, die darauffolgende Messung der Flüssigkeit des Vorratstanks 92 und dergleichen) werden einer Meß-Regeleinheit 63 eingegeben.
Nachdem Meßzielwerte in der Meß-Regeleinheit 63 eingerichtet sind, werden Ablaßventile (DRV) 69 und 77 und ein Reinigungsund Ablaßventil (CDV) 70 an die Meßsystemleitung angeschaltet. Wenn Befehle zu Beginn der Messung gegeben werden, werden Positionsbefehle von der Meß-Regeleinheit 63 zu einer Servoansteuerung 66 gegeben, ein Absperrventil (SPV) 68 zu öffnen und ein Strom-Regelventil (FCV) 67 auf einen vorbestimmten Öffnungsgrad hin zu öffnen. Die Servoansteuerung 66 steuert einen Servomotor so, daß er einen Ventilanschluß des FCV 67 in eine befohlene Position stellt, um den Öffnungsgrad so einzustellen, daß eine Strömung des Rohmaterials herbeigeführt wird. Infolgedessen beginnt der Transport des Rohmaterials vom Vorratstank 71 zum Mischtank 62.
Die Detektor-Lastzelle 64 des Mischtanks 62 erfaßt cas Gewicht des transportierten Rohmaterials und führt den erfaßten Wert durch einen Lastzellen-Verstärker 65 zu der Meß-Regeleinheit 63 zurück.
Die Meß-Regeleinheit 63 errechnet eine Abweichung zwischen dem aktuellen Wert und dem Zielwert, wie auch eine Änderung der Abweichung im Zeitverlauf usw. Nach dem Rechenvcrgang gibt die Meß-Regeleinheit 63 Öffnungsbefehle (Positionsbefehle) aufgrund eines Fuzzy-Regelsystems, um die Strömungsgeschwindigkeit zu ändern.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Öffnungsgrad des FCV 67 durch eine Regelschleife geregelt, die in einem vorbestimmten Regelungszyklus aufgrund des durch die Detektor-Lastzelle 64 erfaßten Wertes arbeitet, so daß die Strömungsrate in einem nahezu kontinuierlich geteilten Maßstab geregelt wird.
Wenn die gemessene Abweichung klein wird, wird der Öffnungsgrad des FCV 67 reduziert, um die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend gering zu machen. Wenn die gemessene Abweichung und die zeitliche Änderung der gemessenen Abweichung so klein wird, daß die gemessene Abweichung nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird die Messung dadurch beendet, daß das SPV 68 geschlossen und das FCV 67 in Richtung volles Schließen bewegt wird. Unter dieser Bedingung wird die Strömungsgeschwindigkeit so gering, daß die Nachströmmenge ebenfalls sehr klein ist. Dementsprechend wird unmittelbar nach Aufhören des Meßvorgangs die Nachströmmenge viel geringer, so dar die Meßgenauigkeit unabhängig von der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit verbessert wird. Da weiter der Betrieb des FCV 67 sich innerhalb des Meßbereichs entsprechend dem Meßzielwert oder den Besonderheiten des Systems ändert, kann die Messung durch ein und dieselbe Meßeinheit vorgenommen werden, ohne Rücksicht auf den Meßzielwert, so daß der Zumeßbereich innerhalb der statischen Genauigkeit des Erfassungssystems vergrößert werden kann. Da sich weiter das Betriebsmuster des FCV 67 innerhalb der Meßzeit ändert, kann die Messung während einer vorbestiinmten kurzen Zeit stattfinden, ohne Rücksicht auf den Meßzielwert.
Als nächstes wird das Messen der Flüssigkeit in dem Vorratstank 62 angewählt. Ein anderes FCV 73, das dem Vorratstank 72 zugeordnet ist, wird durch die Schalteinheit 76 angewählt. Aufgrund des vorbestimmten Meßzielwertes wird die gleiche Zumeß-Regelung ausgeführt mit Meßbeginn-Befehlen in der gleichen Weise, wie vorher beschrieben. Die Regelfunktion in der Regeleinheit 63 ist die gleiche wie vorstehend beschrieben, mit der Ausnahme, daß das Ausgangssignal durch die Schalteinheit 66 so geschaltet wird, daß es zu dem FCV 73 und dem SPV 78 als Operationsterminale gesendet wird.
Die Flüssigkeit wird auf diese Weise durch ein allen Flüssigkeiten von den Vorratstanks gemeinsames Kopplungsrohr 79 zu dem Mischtank 62 transportiert. Der Innendurchmesser des Kopplungsrohrs 79 ist so groß, daß irgendein Restteil der Flüssigkeit in dem Rohr in natürlicher Weise ablaufen kann. Um die Meßgenauigkeit zu verbessern, sollte die Rohrlänge des Kopplungsrohrs 79 so kurz wie möglich sein. Als anderes Verfahren können die Vorratstanks 71 und 72 getrennt jeweils ohne Verwendung eines Kopplungsrohrs 79 mit dem Mischtank 62 verbunden werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Ausrüstungs-Nachteil, daß die Verrohrung von komplizierterem Aufbau ist, wenn eine Vielzahl von Flüssigkeiten aufgenommen wird, da die Größe des Mischtanks 62 begrenzt ist.
Es wurde ein Beispiel einer additiven Zumessung vorstehend beschrieben (bei dem die in dem Mischtank 62 aufgenommene Flüssigkeit gemessen wird), doch sind zusätzlich in der Zeichnung DRV 69 und 77, CDV 70, CIV (Reinigungsmittel-Einlaßventil) 74 und ADV (Belüftungsventil) 75 dargestellt, welche Hilfsventile für die Reinigung, für das Ablassen und dergleichen darstellen. Wenn beispielsweise die Messung der Flüssigkeit im Vorratstank 71 gefolgt wird durch einen Reinigungsstufe und dann durch Messen der Flüssigkeit vom Vorratstank 72f ist die Betätigung der erwähnten Ventile wie folgt. Wenn nur nach dem Zumessen der Flüssigkeit von dem Vorratstank 71 die Verrohrung gereinigt werden soll, wird das CDV 70 auf die Ablaßseite gedreht, um das CIV 74 zum Zwecke der Reinigung zu öffnen. Gleichzeitig wird das ADV 75 und werden die SPV 63 und 73 geschlossen. Nach dem Reinigungsvorgang während einer vorbestimmten Zeit wird das CIV 74 geschlossen und das ADV 75 geöffnet. Dann wird das ADV 75 für die nächste Messung der Flüssigkeit vom Vorratstank 72 geschlossen.
Nachdem die Flüssigkeiten von den Vorratstanks 71 und 72 erhalten wurden, beginnt ein Mischvorgang. Nachdem die Mischbedingungen erfüllt wurden, wird die gemischte Flüssigkeit proportional zu den vorbestimmten Mengen an die abstromseitigen Verteilungstanks 91 und 92 verteilt. Die Betriebsart der Meß-Regeleinheit 63 wird auf die subtraktive Meßfunktion geändert und dann das Bodenstufenventil des Mischtanks 62 geöffnet. Dadurch werden die FCV 87 und 88 mit der Flüssigkeit gefüllt, um dadurch das Gewicht des Mischtanks 62 zu ändern. Dementsprechend beginnt die Meß-Regeleinheit 63 automatisch ihre subtraktive Meßfunktion, nachdem das gegenwärtige Gewicht auf angegeben Null zurückgestellt wird, bevor die Flüssigkeit an die abstromseitigen Tanks 91 und 92 verteilt wird. Die subtraktive Funktion ist im wesentlichen die gleiche wie die additive Funktion. In anderen Worten, der Meßvorgang wird so durchgeführt, daß eine verteilte Menge als Ziel vorgegeben wird. Bei dieser Ausführung wird eine gute Meßgenauigkeit durch Betätigen des FCV 87 für die Messung der Flüssigkeit und Betätigung des FCV 88 für die Verteilung der Restmenge der Flüssigkeit erhalten.
Fig. 16 ist ein Blockscha1tbild der Steuerung.
Bei der vorliegenden Erfindung kann das in einen Mischtank eingemessene Gemisch verschiedene Arten von Flüssigkeiten enthalten. Es kann jedoch für das System am geeignetsten sein, wenn alle Strom-Regelventile durch ein und dieselbe Meß-Regeleinheit beeinflußt werden.
Obwohl die Ausführung für den Fall gezeigt wurde, bei dem ein Kopplungsrohr im System benutzt wurde, ist zu verstehen, daß die vorliegnede Erfindung nicht auf diese besondere Ausführung begrenzt ist und daß, wenn genauere Messung erforderlich ist, um das Problem der Restmenge in der Verrohrung zu lösen, die Vielzahl von Rohren mit einem Anschluß an die jeweiligen Flüssigkeits-Aufnahmetanks versehen werden kann.
Da die geometrische Anordnung von Ventilen für die Verteilung wie in Fig. 15 gezeigt vorhanden ist, muß der Abstand zwischen dem unteren Ventil des Mischtanks und dem jeweiligen Strom-Regelventil so kurz wie möglich sein.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die als Detektor zum Messen benutzte Lastzelle auch durch andere Detektoren ersetzt werden. Beispiele für hier benutzte Detektoren sind Druck-Detektoren wie Differential-Übertrager und dergleichen, verschiedene Arten von Pegelmessern und dergleichen. Der Meßbereich ändert sich entsprechend der statischen Genauigkeit des verwendeten Detektors.

Typisches Beispiel 4

Ein Beispiel des Systems von Fig. 15 wird beschrieben.
Der Mischtank 62 kann bis zu 10 kg zugemessen erhalten. Die Genauigkeit der Detektor-Lastzelle 64 ist 1/5000. Die FCV (Strom-Regelventile) 69, 73, 87 und 88 werden durch den Servomotor gestellt aufgrund von Positionsbefehlen, die von der metrischen Regeleinheit 63 gesendet werden, wenn die jeweiligen Flüssigkeiten zugemessen werden.
Fig. 17 ist eine Meßverlaufs-Auftragung im additiven Meßzustand, bei dem die Flüssigkeit vom Vorratstank 71 aufgenommen wird. Fig. 18 ist eine Meßzeit-Auftragung im subtraktiven Meßzustand, bei dem die Mischflüssigkeit zum Verteilungsdank 91 geschickt wird. In Kürze zeigen die Zeichnungen Ergebnisse für den Fall, daß der Meßbetrieb und der Verteilungsbetrieb ausgeführt wird gemäß dem gleichen Regelsystem durch ein und dieselbe Meß-Regeleinheit. Weiter zeigen die Zeichnungen Ergebnisse für den Fall, daß zwei Arten von Flüssigkeiten von den Vorratstanks 71 und 72 jeweils auf 1000 g gemessen wurden und dann 1000 g des Gemisches derselben in jeden der Verteilungstanks 91 und 92 verteilt wurde.
Selbstverständlich ändern sich die Betätigungsmuster der Öffnungsgrade der FCV 67 und 87, jedoch können hochgenaue Messung und Verteilung in im wesentlichen gleicher Meßzeit erreicht werden.
Die Auswirkung der Unterschiede der Eigenschaften der Flüssigkeiten wurde mittels eines Experiments abgeschätzt, bei dem die gleiche Flüssigkeit in dem vorstehend beschriebenen System unter der Bedingung benutzt wurde, daß die Strömungs-Regelventile 67 und 87 mit unterschiedlicher Strömungsraten-Kennlinie eingerichtet wurden. Weiter wurde ein Experiment ausgeführt unter der Bedingung, daß die Vordruckwerte in den zustromseitigen Tanks entsprechend geändert wurden. Als Folge konnten hochgenaue und kurzzeitige Messungen und Verteilungen mit breitem Bereich erhalten werden durch ein und dieselbe Meß-Regeleinheit und mit nur einer Abwandlung von deren Ausgabeabschnitt zur Verbindung mit den Strom-Regeiventilen.
Die Flüssigkeits-Meß/Misch/Verteilungs-Vorrichtung mißt und mischt eine Vielzahl von Flüssigkeiten kumulativ zur Erzeugung eines Flüssigkeitsgemischs und zur Zumeß-Verteilung des Flüssigkeitsgemischs durch ein Fiüssigkeits-Meßmittel mit geschlossener Schleife, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit sich kontinuierlich ändern kann. Die Vorrichtung umfaßt: eine Vielzahl von Vorratstanks, die jeweils mit Flüssigkeiten als Rohmaterial gefüllt sind; einen Mischtank zum Mischen der von den Vorratstanks erhaltenen Flüssigkeiten; eine Vielzahl von Verteilungstanks, in welche die Mischflüssigkeit aus dem Mischtank verteilt wird; eine Vielzahl von öffnungsgeregelten (Strom-Regel-)Ventilen, die jeweils den Vorratstanks und/oder den Verteilungstanks zugeordnet sind zur Begrenzung der Strömungsraten, wobei jedes Strom-Regelventil eine Totzone besitzt, in der keine Strömungsrate innerhalb eines vorbestimmten Bereiches erzeugt wird; einen Detektor, der an dem Mischer zum Messen von Flüssigkeiten angeordnet ist; eine Meß- Regeleinheit zum Ausführen von Fuzzy-Regelung aufgrund aktueller Werte, die durch den Detektor gemessen wurden, und als erwünscht festgesetzten Zielwerten, um so die Öffnungsgrade der jeweiligen Strom-Regelventile zu rechnen; und eine Schalteinheit zum Schalten des Ausgangssignals der Meß-Regeleinheit zu einem vorbestimmten Strom-Regelventil. Dementsprechend kann die Doppelfunktion einer Zumeß-Misch-Vorrichtung und einer metrischen Verteilungs-Vorrichtung erreicht werden mit ein und derselben Meß-Regeleinheit infolge der Fuzzy-Regelung mit einer geschlossenen Rückkoppelschleife. Gute metrische Verteilung kann erzielt werden mit hochgenauer, sich über einen breiten Bereich erstreckender und in kurzer Zeit vollendeter Messung, so daß die Vereinfachung der Ausrüstung, die Erhöhung der Fertigungskapazität und die Herabsetzung von Rohmaterialverlust erzielt werden kann. Dementsprechend können wirtschaftliche Auswirkungen infolge der Herabsetzung der Einsatzkosten, Wartungskosten und laufenden Kosten erzielt werden.
Nun wird eine detaillierte Beschreibung von Bestandteil-Elementen der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung gegeben.
(1) Vorratsbehälter: Behälter zum Speichern von zu messenden Flüssigkeiten oder Pulvern. Die Kapazität des Behälters sollte in einem Maße vorhanden sein, das für die Produktion geeignet ist. Die Restmenge von Vorratsmaterial, die in dem Vorratsbehälter verbleibt, ist unbegrenzt. Theoretisch kann der Rest bis auf Null herabgemessen werden. Darüberhinaus kann jede Flüssigkeit oder jedes Pulver bis auf Null herabgemessen werden, so lange sie/es eine physikalische Eigenschaftsgröße besitzt, die es zuläßt, daß sie/es ausströmt, und die durch den physikalischen Eigenschaftswert der Flüssigkeit oder des Pulvers unbeeinflußt ist (z.B. Viskosität, Form, Korngröße usw.).
(2) Strom-Regler: es werden so viele Strom-Regler vorgesehen, wie Vorratsbehälter vorhanden sind. Im Falle von Flüssigkeiten ist der Strom-Regler ein Öffnungsregel-(Strömungssteuerungs-)Ventil und ein Strömungsgeschwindigkeits-Reg ler zum Ändern der Strömungsgeschwindigkeit des Vorratspulvers über einen breiten Bereich durch Ändern der Öffnung des Ventils. Für Pulver ist ein Schieber oder ein rotierender Schnekkenförderer als Regler geeignet.
Darüberhinaus ist jede Strömungsraten-Kennlinie des Strom-Reglers so, daß kein Material bei etwa 0% der Drehgeschwindigkeit oder Öffnungsrate ausfließt, jedoch eine Strömungsrate bei etwa 10% der maximalen Einstellung auftreten kann.
Ein Wechselstrom-Servomotor wird beispielsweise zum Ansteuern des Strom-Reglers benutzt.
Für ein Schließventil zum Anhalten der Strömung der Flüssigkeit und des Pulvers wird ein Absperrventil bzw. eine Blendenluke benutzt.
(3) Mischbehälter: ein Behälter mit einer Kapazität, die für den Produktionsmaßstab geeignet ist. Mischbare Flüssigkeit und Pulver werden kumulativ gemessen. Vorausgesetzt, daß jede der übertragenen gemessenen Flüssigkeiten oder Pulver weggewaschen wird, kann eine unmischbare Flüssigkeit oder ein solches Pulver einzeln in den gleichen Behälter eingemessen werden. In diesem Fall werden sie mittels eines Rührers gemischt.
(4) Meßgerät: es ist ein Meßgerät vorgesehen zum Messen der Flüssigkeiten und Pulver, die von der Vielzahl von Vorratsbehältern zugeliefert werden, wie auch, um die von dem Mischbehälter abgegebene gemischte Flüssigkeit zu messen. Das Meßgerät wird an der Seite des Mischbehälters installiert.
Kumulative Messung entweder durch Addition oder Subtraktion ist möglich. Es kann ein Tank-Meßverfahren eingesetzt werden mittels einer Lastzelle, eines Differentialdruck-Gebers, eines Pegelmessers oder dergleichen. Es gibt Fälle, bei denen das Meßgerät in den Mischbehälter eingepaßt oder daran angebracht ist.
(5) Meß-Regeleinheit: eine Meß-Regeleinheit ändert die Strömungsgeschwindigkeit unter Regelbeeinflussung in solcher Weise, daß sie mit der Bearbeitung bei hoher Strömungsrate beginnt, eine Abweichung von dem Meßwert errechnet und eine zeitliche Änderung der Abweichung errechnet und die Strömungsrate durch Regelung in geschlossener Schleife, d.h. Fuzzy-Regelung ändert. Demzufolge wird ein breiter Bereich der Zumessung genau in sehr kurzer Zeit zu Ende geführt. Falls die Regeleinheit mit einem Schaltgerät ausgerüstet ist, kann die Vielzahl von Flüssigkeiten und Pulvern und die sich ergebende Misch-Flüssigkeit kumulativ (durch Addition/Subtraktion) mit einem Meßgerät in ein und demselben Behälter gemessen werden. Die Anzahl von Vorratsbehältern, die dafür angemessen ausgelegt ist, kann bis zu 8 betragen, wenn auch eine geringere Zahl eingesetzt werden kann.
(6) Schaltgerät: ein Schaltgerät ist ausgelegt zur Regelung der Strom-Regler für die Vielzahl der Vorratsbehälter und zum Verteilen an Behälter mit einem Ansteuergerät und bildet einen Teil der Meß-Regeleinheit. Diese Anordnung macht es unnötig, an jeden Strom-Regler ein Meß-Regelgerät und ein Ansteuergerät anzupassen.
(7) Bewegereinheit: eine Bewegereinheit fördert die Mischbehälter. Als ein Fördermittel kann ein unbemanntes Förderfahrzeug, ein Fördergerät oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall kann die Förderfunktion dem Mischbehälter zugeordnet werden oder sonst kann der Mischbehälter an einer getrennt vorgesehenen Bewegungseinheit angebracht und von ihr abgenommen werden.
(8) Verteilerbehälter: Verteilerbehälter empfangen die erforderliche Menge der gemischte Flüssigkeit und eine entsprechende Anzahl davon dem sind je nach dem Produktionssystem vorgesehen.
Die vorstehend beschriebenen Bestandteil-Elemente sind die grundsätzlich notwendigen. Diese Elemente sind hergestellt, um die folgenden Schritte auszuführen nämlich: Benutzen der Meß-Regeleinheit, um die Strömungsgeschwindigkeit unter Regelbeeinflussung variabel zu machen; die Zumeß-Regeleinheit die Fuzzy-Regelung auszuführen zu lassen; die Bewegungseinheit für den Mischbehälter vorzusehen; und die Meßmischung und die Meßabgabe mit ein und derselben Meß-Regeleinheit zu bewirken.
Verschiedene Hilfsgeräte können hinzugefügt werden für Wasch- und andere Zwecke, während die Flüssigkeit und das Pulver nach der vorliegenden Erfindung zugemessen werden. Sprühkugeln werden beispielsweise in die Vorrats- und Abgabebehälter eingepaßt und ein Schaltventil wird in der Mitte der Verrohrung eingesetzt. Zusätzlich wird Warmwasser mit einem Temperatur- Konstantbad zur Wärmeisolation in Umlauf gebracht.
Das Flüssigkeits/Pulver-Meß/Misch/Abgabe-System mißt kumulativ Flüssigkeiten und Pulver, die von jeweils einem aus einer Vielzahl von Vorratsbehältern zugeführt werden, mischt die davon erhaltenen Flüssigkeiten bzw. Pulver in dem Mischbehälter und gibt die gemischte Flüssigkeit von dem Mischbehälter an die Vielzahl von Abgabebehältern ab entsprechend der vorliegenden Erfindung. Das System umfaßt: (1) die Strömungsraten-Regler, die an der Zuführ-Verrohrung angebracht sind, welche sich von den Vorratsbehältern her erstrecken, und an der Abgabe-Verrohrung, welche sich von den Abgabebehältern weg erstreckt; (2) das Meßgerät zum Zumessen der Flüssigkeit oder Pulver, welche von den Vorratsbehältern zugeführt werden und der Misch-Flüssigkeit, welche von dem Mischbehälter für die Abgabebehälter geliefert wird, wobei das Meßgerät an der Seite des Mischbehälters Installiert ist; (3) die Meß-Regeleinheit zum Zumessen einer Strömungsrate in jedem Strom-Regler unter Beeinflussung durch eine geschlossene Regelschleife, indem die Strömungsrate zur Änderung gebracht wird mit der Fuzzy-Logik inferenz proportional zu jedem gemessenen Vorratswert und jedem gemessenen Abgabewert; und (4) die Bewegungseinheit zum Bewegen des Mischbehälters.
Als ein Ergebnis kann, erstens, da kein Kopplungsrohr für das Zuführrohr des Behälters zur Benutzung beim Speichern jeder Vorrats-Flüssigkeit benutzt wird, die Anlage vereinfacht werden. Zweitens erlaubt der bewegbare Mischbehälter (Meßtank oder -Trichter) die Aufnahme von Flüssigkeiten oder Pulvern von allen Vorratsbehältern und die Verteilung von so zugemessenen Flüssigkeiten oder Pulvern an alle Herstellungstanks ohne Fest-Verrohrung, wodurch die Größe des Mischbehälters herabgesetzt werden kann und die Flexibilität der Anlage erhalten wird. Wenn mehrere Produkte hergestellt werden, können dementsprechend unbenutzte Anlagen auf Seite der Mischbehälter beseitigt werden und weiter kann die Hinzufügung von neuen Anlagen bei einer Änderung der Formulierung verringert werden. Drittens kann der Meßzyklus verkürzt werden durch Bewegen des Mischbehälters, so daß zeitweilige Veränderungen durch Vorbereitung in großem Maßstab minimalisiert werden. Viertens kann der Mischbehälter (Meßtank oder -Trichter) als ein Herstellungstank benutzt werden durch Hinzufügen eines Rührers an dem Mischbehälter, der dem Vorratstank zugewendet ist. Fünftens ist es möglich, die Meßgenauigkeit zu verbessern, da die Zumeßabgabe und die Zumeßmischung unter Fuzzy-Regelung mit Benutzung der gleichen Meßregeleinheit ausgeführt wird, so daß die Meßzeit verkürzt, der Verlust von Misch-Flüssigkeit reduziert und die Anlage vereinfacht wird. Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nun die fünfte Ausführung der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben.
Bei dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung wird auf einen Mischbehälter Bezug genommen, der mit einem Meßgerät und einer bewegbaren Einheit vom Mobil-Typ ausgerüstet ist.
Wie in Fig. 21 gezeigt, wird angenommen, daß M Sätze von Vorratsbehältern 102 für flüssige Chemikalien, N Sätze von Vorratsbehältern 104 für pulvrige Chemikalien und L Sätze von Abgabebehältern 106 vorhanden sind. Die in den Vorratsbehältern 102 und 104 gespeicherten Materialien werden als frei von gegenseitiger Verunreinigung angenommen. Auch wenn es viele Formeln für die Herstellung geben kann, beträgt die Gesamtzahl von Chemikalien zur Benutzung bei jeder Formel für die Herstellung nicht mehr als N + M. Bei dem üblichen Herstellsystem ist, unabhängig davon, ob es sich um einen bewegten oder einen festen Behälter handelt, ein chemischer Vorratsbehälter und ein Meßgerät erforderlich für spezielle Verwendung bei jeder Herstellformel im Hinblick auf den Meßbereich, die Meßzeit und die Meßgenauigkeit, auch wenn die Formel die gleiche ist. Demzufolge ist die Anzahl von Sätzen größer als M + N. Es wird jedoch eine Meß-Regeleinheit zum Regeln der Strömungsgeschwindigkeit mit geschlossener Regelschleife benutzt, und die Meß-Regeleinheit wird unter Fuzzy- Beeinflussung nach der vorliegenden Erfindung gesetzt. Dementsprechend brauchen der Meßbereich, die Meßzeit und die Meßgenauigkeit nicht weiter in Betracht gezogen zu werden, so daß M + N Sätze von Vorratsbehältern ausreichen. Vorausgesetzt, daß ein Meßgerät 108 frei von Verunreinigung durch Flüssigkeit oder Pulver ist, kann die Anzahl derselben auf einen extrem geringen Wert gesetzt werden, der durch die Fördermöglichkeiten bestimmt ist.
In diesem Fall wird die Installation eines Mischbehälters 110 und eines Zumeßgeräts 108 (Lastzelle) angenommen. Mindestens M + N Sätze von Vorratsbehältern 102 und 104 werden als ausreichend angesehen, während die Anzahl von mit dem Meßgerät 108 ausgerüsteten Meßbehältern 110 in Hinblick auf die Herstellzeit der Chemikalien und den Produktionsmaßstab der bestimmten Formel bestimmt wird. Demzufolge können mehr als (M + N) Sätze derselben erforderlich sein oder nicht.
Das Meßgerät ist mit einer Meß-Regeleinheit 112 gekoppelt, die einen Regelblock besitzt, dessen Inhalt in Fig. 22 gezeigt ist. Das Ausgangssignal der Meß-Regeleinheit 112 wird wahlweise durch die Betätigung eines Schaltgeräts 114 an eines von einer Vielzahl M von Öffnungs-Regelventilen 116 oder N Schnekkenförderern und L Öffnungs-Regelventilen 120 für die Abgabebehälter angelegt. Insbesondere wird eine Anzahl von Chemikalien und Flüssigkeiten, welche die Chemikalien enthalten, (insgesamt M + N + L) durch den gleichen Regel-Algorithmus in den gleichen Mischbehälter 110 eingemessen.
Strom-Regler 122, welche durch die M Öffnungs-Regelventile 116, die N Schneckenförderer 118 und die L Öffnungs-Regelventile 120 dargestellt werden, besitzen Strömungsraten-Kennlinien, die jeweils so sind, wie sie in Kurve (a) der Fig. 3(c) dargestellt sind, d.h. eine Gleich-Prozent-Kennlinie für die Öffnungs-Regelventile 116 und 120, welche in der Nähe der Ventilöffnung von 0% vollständig abgesperrt sind, während das Ausströmen der Flüssigkeit in der Nähe der Ventilöffnung von etwa 10% begonnen wird.
Die Schneckenförderer 118 können die Pulver-Zuführ-Strömungsgeschwindigkeit in einem weiten Bereich ändern, wenn die Anzahl der Schnecken-Umdrehungen verändert wird.
Die Meß-Regeleinheit 112, welche einen Filter-Rechenabschnitt 122 und einen Fuzzy-Regelabschnitt 124 enthält, führt die Fuzzy-Regelung aufgrund der Strom-Kennlinie der Öffnungs-Regelventile 116 und 120 und der Schneckenförderer 118 aus, und auch aufgrund der gemessenen Werte und des festgesetzten Zielwertes, die von dem Meßgerät 108 erhalten werden, um die Öffnungsgrößen der Öffnungs-Regelventile 116 und 120 und die Umdrehungszahl der Schneckenförderer 118 zu regeln.
Der Betätigungsvorgang des Flüssigkeits/Pulver-Zumeß/Misch- Systems nach der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
Ein Befehl wird durch eine Produktions-Regelvorrichtung in einem höheren Pegel an den mobilen Mischbehälter 110 abgegeben, um den Mischbehälter zu der Position unter dem gewünschten Flüssigkeits- oder Pulver-Vorratsbehälter 102 bzw. 104 zu bewegen (z.B. den zweiten Vorratstrichter 104).
Ein weiterer Befehl wird durch die Produktions-Regelvorrichjung von höherem Pegel über ein Kopplungsgerät wie einem Hilfsgerät des Vorratsbehälters 104 gegeben, um ein zweites Koppungsgerät 124 des zweiten Vorratsbehälters 104 mit einem Kopplungsgerät 126 des Mischbehälters 110 (Zumeßtank) zu koppeln. Ein weiterer Befehl wird dem Meßgerät (Lastzelle 108) gegeben zum Messen der von dem zweiten Speichertrichter 104 als Vorratsbehälter zugeführten Pulver-Chemikalien. Das Schaltgerät 114, das durch ein System-Wahlsignal geschaltet wird, macht den Strom-Regler (Schneckenförderer 118) des so angewählten zweiten Speichertrichters 104 und ein Absperrventil (Sperrklappe 128) durch die Meß-Regeleinheit 112 regelbar.
Wenn die Vorbereitung zur Messung durch die Anfangs-Einstellung dieser Art bestätigt wird, wird ein Befehl zum Meßbeginn von dem höheren Pegel aus gegeben. Unter diesem Befehl zum Meßbeginn wird das Schaltgerät 114 so geschaltet, daß es das anfangs ausgewählte Vorratssystem, d.h. das Pulver-Vorratssystem des zweiten Speichertrichters 104, wie vorstehend beschrieben, und die zweite Sperrklappe 128 öffnet. Ein zweiter Ansteuermotor 132 wird angesteuert und entsprechend dem Befehl gedreht, der die Drehzahl betrifft und durch einen Ansteuerabschnitt 134 der Meß-Regeleinheit 112 abgegeben wurde, so daß der Schneckenförderer 122 das Pulver mit der vorbestimmten Geschwindigkeit übergibt. Der Materialfluß wird so gestartet. Die Drehzahl des Schraubenförderers 122 wird zu diesem Zeitpunkt in dem Fuzzy-Regelabschnitt 124 der Meß- Regeleinheit 112 entsprechend der Strömungsraten-Kennlinie des Schneckenförderers und dem festgesetzten Meßzielwert errechnet. Das Material im Speichertrichter 104 beginnt so, zu dem Misachbehälter 110 übertragen zu werden. Das Meßgerät 108 (Lastzelle) des Mischbehälters 110 erfaßt das Gewicht des übertragenen Materials und meldet diesen Wert zur Meß-Regeleinheit 112 zurück.
Eine Abweichung von dem festgesetzten Zielwert und zeitliche Änderungen der Abweichungen werden aus dem so zurückgemeldeten Vorratspulver-Zumeßwert in dem Filter-Rechenabschnitt 122 der Meß-Regeleinheit 112 errechnet und die durch ein Tiefpaßfilter hindurchgetretene Menge wird weiter darin gerechnet. Eine Inferenz-Rechnung aufgrund der Fuzzy-Regelung wird dann ausgeführt, um die Drehzahl des Schneckenförderers zu erzeugen, die eine angemessene Strömungsgeschwindigkeit für den nachfolgenden Regelzyklus ergibt.
Wenn sich die gemessene Abweichung nach Beginn der Messung verringert, nimmt die Drehzahl des Schneckenförderers ab, um die Strömungsgeschwindigkeit zu minimalisieren. Da die gemessene Abweichung und die Änderung der gemessenen Abweichung sich verringern, wird die Messung eingestellt, wenn die gemessene Abweichung geringer als ein bestimmter Wert wird, und die Sperrklappe 128 bewegt sich in ihre vollständig geschlossene Position. Die Strömungsgeschwindigkeit ist zu diesem Zeitpunkt sehr niedrig und der Nachfluß sehr gering. Demzufolge wird der Nachfluß nach Aufhören der Messung nur sehr klein, während die Meßgenauigkeit sich verbessert, ohne Beeinflussung durch Strömungsgeschwindigkeits-Schwankung Darüberhinaus erlaubt der Übergang des Schneckenförderers 122 mit der Strömungsraten-Kennlinie (a) der Fig. 3(c) eine 10%-Zugabe in der Nähe von Null% Abweichung im Hinblick auf die Drehzahl aufgrund der Errechnung der Fuzzy-Inferenz. Dementsprechend können schädliche Effekte, wie Rückspiel absorbiert werden mittels des Totbereichs und der Fuzzy-Regelung, auch wenn Dreh-Unregelmäßigkeiten und mechanisches Spiel des Schneckenförderers vorhanden sind, und so kann eine genaue Messung erreicht werden. Weiter wird der Betrieb des Strom-Reglers durch den festgesetzten Meßzielwert des Bearbeitungssystems so geändert, so daß der Meßbereich ausgedehnt wird, da das gleiche Meßgerät zum Messen eingesetzt werden kann, unabhängig von der Größe des Zielwertes. Mit Bezug auf die Meßzeit ändert sich das Betriebsmuster des Strom-Reglers so, daß gleichartig kurzzeitige Messungen möglich werden, unabhängig von der Größe des Meßzielwertes.
Es wird nun eine Beschreibung der Messung z.B. der für das Gemisch bestimmten Flüssigkeit gegeben.
Der Mischbehälter 110 bewegt sich zu der Position unter dem Flüssigkeits-Vorratsbehälter 104 (z.B. dem ersten Tank 102), der das für das Gemisch bestimmte Material enthält und gleichzeitig wird das Schaltgerät 114 auf den ersten Tank 102 geschaltet, so daß der Strom-Regler (Öffnungs-Regelventil 122) und ein erstes Absperrventil 130 angewählt werden. Der Zielwert ist vorher eingestellt und wird benutzt zu einer Regelung ähnlich der vorstehend beschriebenen entsprechend dem Meßbeginnbefehl. In anderen Worten, die Regelfunktion in der Regeleinheit ist die gleiche und das an den Schneckenförderer am Betätigungsende angelegte Ausgangssignal sowie das an die angelegte muß nur durch das Schaltgerät 114 zu dem richtigen Öffnungs-Regelventil 122 und dem Absperrventil 130 umgeschaltet werden.
Das durch die Meß-Regeleinheit 112 zu diesem Zeitpunkt angelegte Regelsignal wird von der Drehzahl-Instruktion zu einer Lageinstruktion gewandelt entsprechend der zu schaffenden Öffnung, bevor es ausgesendet wird. Mit anderen Worten, das Ausgangssignal des Fuzzy-Regelabschnitts 124 wird zu einem Positions-Wandelabschnitt 132 gesendet, wo es in ein Positionsbefehlssignal gewandelt wird, bevor es an den Ansteuerabschnitt 134 angelegt wird. Das Positions-Befehlssignal wird benutzt, um einen ersten Ansteuermotor 134 anzusteuern, um so das erste Öffnungs-Regelventil 120 in die angegebene Position zu versetzen zur Regulierung der Öffnung. Die Materialströmung wird so herbeigeführt. In diesem Fall wird der Anfangsöffnungsgrad des Öffnungs-Regelventils 120 in dem Fuzzy-Regelabschnitt 122 so errechnet wie bei der vorgenannte Pulverzumessung, daß er entsprechend der Strömungsraten-Kennlinie des Ventils 120 und dem Meßwert aufgrund von Fuzzy-Regeln errechnet wird. Das Zumeßgerät 108 (Lastzelle), das an dem Mischbehälter 110 angebracht ist, erfaßt das Gewicht des übertragenen Materials und meldet den so erfaßten Wert zu der Meß-Regeleinheit 112 zurück.
Die Abweichung von dem Zielwert und die zeitliche Änderung der Abweichung werden aus dem so zu dem Fuzzy-Regelabschnitt 124 der Meß-Regeleinheit zurückgemeldeten gemessenen Vorrats-Flüssigkeitswert errechnet und die durch das Tiefpaßfilter 122 hindurchgetretene Menge wird weiter darin errechnet. Die Inferenz-Rechnung nach der Fuzzy-Regel wird in dem Fuzzy-Regelabschnitt 124 aufgrund des so errechneten Wertes so ausgeführt, daß eine eine angemessene Strömungsgeschwindigkeit schaffende Öffnung in dem nachfolgenden Zyklus erhalten wird. In diesem Fall sind die Strömungsraten-Kenn1inien des Ventils 116 so, daß wie die bei dem Schneckenförderer 118 es vollständig geschlossen ist in der Nähe von 0% Öffnung, während die Flüssigkeit das Ausströmen in der Nähe von etwa 10% Öffnung beginnt. Aufgrund der Fuzzy-Überlegung ändert sich die Öffnung des Ventils innerhalb eines Bereiches von etwa 10%. Als Ergebnis wird das mechanische Spiel des Ventils so absorbiert, daß eine genaue Zumessung erhalten wird.
Nachdem der genannte Betrieb durchgeführt wurde in Abhängigkeit von dem Inhalt derselben, der die gesamte chemische Zusammensetzung innerhalb des Formelbereichs messen und mischen muß, wird das Gemisch an die abstromseitigen Behälter abgegeben.
Die Vielzahl von L Abgabebehältern 106 ist bei dieser Ausführung mit dem unteren Teil eines Rohrkopplungsgeräts 136 verbunden. Ein Bodenventil 138 des Mischbehälters 110 (Zumeßtank) wird durch ein Fördersteuergerät geregelt. Wenn das Bodenventil 138 geöffnet wird, wird die Mischflüssigkeit durch den Koppler 140 zum Koppler 136 in einem geordneten Vorgang abgegeben, gleichartig zu dem, der bei den Strömungsraten-Reglern benutzt wird. In diesem Fall wird die gleiche Meß-Regeleinheit, wie sie in Fig. 23 gezeigt ist, benutzt, um die Abgabe der Flüssigkeit in genauer Weise während kurze Zeit fertigzustellen.
Obwohl der Mischbehälter 110 (Zumeßtank) mit dem Meßgerät und der mobilen Bewegungseinheit ausgerüstet ist, kann das Meßgerät auch so sein, daß es an einem Meßtisch angebracht ist und während der Förderung durch einen unbemannten Förderer zum Messen einer vorbestimmten Position benutzt wird.
Wenn die Bewegungseinheit von einem Mobiltyp ist, kann es erforderlich sein, ein elektrisches Verbindungsgerät, wie einen Positionssensor, an jede Kopplungsposition als Hilfsgerät anzu passen.
Obwohl auf eine Lastzelle als Erfassungsgerät für Zumeßzwekke verwiesen wurde, wird der gleiche Effekt auch erzielt, wenn ein Detektor von irgendeinem anderen Tankzumeßtyp benutzt wird. Wenn ein Differentialdruckwandler oder dergleichen für den Zumeßtank oder -Trichter benutzt wird, kann der Zumeßbehälter an dem Mobilfahrzeug verankert werden und ist deswegen leichter herzustellen. Er muß nur von Auswirkungen von Vibrationen unbeeinflußt gehalten werden.
Präzisionszumessung in einem weiteren Bereich wird möglich, wenn die Meß-Regeleinheit mit einer subtraktiven Meßfunktion versehen ist durch Anpassung eines zusätzlichen Meßgeräts an den Vorratsbehälter (Speichertrichter oder -tank), zusätzlich zu der additiven Zumessung in den Mischbehältern.
Obwohl bei der vorliegenden Ausführung Flüssigkeiten und Pulver durch einen Aufnahmetank (Zumeßtank) aufgenommen und dort gemessen werden, können Gruppen von Flüssigkeiten und Pulvern getrennt an den jeweiligen Zumeßtank bzw. -trichter abgegeben werden.
Das Flüssigkeits/Pulver-Zumeß/Misch/Abgabe-System mißt kumulativ Flüssigkeiten und Pulver, die von jedem aus der Vielzahl von Vorratsbehältern zugeführt werden, mischt die erhaltenen Flüssigkeiten und Pulver davon in dem Mischbehälter und gibt die gemischte Flüssigkeit von dem Mischbehälter an die Vielzahl von Abgabebehältern anch der vorliegenden Erfindung ab. Das System umfaßt die Strom-Regler, die an der Versorgungs-Verrohrung angebracht sind, die sich von den Vorratsbehältern her erstreckt, bzw. an der Abgabe-Verrohrung, die von den Abgabebehäitern wegführt. Das Meßgerät mißt die Flüssigkeiten oder Pulver, die von den Vorratsbehältern zugelührt werden, und die Misch-Flüssigkeit, die von dem Mischbehälter zu den Abgabebehältern zugeführt wird. Das Meßgerät ist an der Seite des Mischbehälters angebracht. Die Meß-Regeleinheit mißt eine Strömungsrate in jedem Strom-Regler unter Regelung mit geschlossener Rückführung dadurch, daß die Strömungsrate gemäß der Fuzzy-Logikbegründung zum Ändern gebracht wird proportional zu jedem gemessenen Zuführwert und jedem gemessenen Abgabewert. Die Bewegungseinheit bewegt den Mischbehälter. Dementsprechend kann eine genaue Messung ausgeführt werden unbeeinflußt durch Strömungsgeschwindigkeits-Schwankungen infolge von Störungen und Änderungen der physikalischen Eigenschaftswerte der zu messenden Substanzen. Die Meßzeit kann auch über einen breiten Meßbereich verkürzt werden, während das Mischen der gemessenen Substanzen und das Abgeben der gemessenen Substanzen genau und rasch durch eine Meß-Regeleinheit ausgeführt werden kann mit geringsten Flüssigkeitsverlusten. Es wird deshalb möglich, die Herstellanlage zu vereinachen, die Anzahl der Meßgeräte herabzusetzen und die Produktionskapazität zu erhöhen, auch bei großformatigen Anlagen. Gleicheitig wird eine Verbesserung der Produktqualität und eine Herabsetzung der Materialverluste erreicht durch Herstellung in großem Maßstab, wodurch die Herabsetzung der Anfangskosten bewirkt wird, die Herabsetzung der Wartungskosten, die Herabsetzung der laufenden Kosten und die Verbesserung der Zuverlässigkeit.
Es wird nun die Fuzzy-Inferenz beschrieben. Fuzzy-Inferenz, die in einem Fuzzy-Regelsystem benutzt wird, ist dazu bestimmt, die durch eine menschliche Bedienungsperson ausgeführte Regelung nachzugestalten. Wenn die Bedienungsperson beobachtet, daß die Abweichung zwischen einem Zielwert und einem Meßwert groß ist, und daß die zeitliche Veränderung dieser Abweichung klein ist, wird sie die Strömungsrate erhöhen, wodurch die Abweichung rascher abnimmt. Wenn sie andererseits beobachtet, daß die Abweichung klein ist, jedoch die zeitliche Veränderung gewissermaßen groß ist, wird sie die Strömungsrate leicht verringern. Fuzzy-Regelung wird diskutiert durch E.H. Mamdani in einem technischen Aufsatz mit dem Titel "Application of Fuzzy Algorithms for Control of a Simple Dynamic Plant", der in den Proceedings of IEEE, Band 121, 1974 auf Seiten 1585-1588 erschienen ist, und durch L.A. Zadeh in einem Memorandum mit dem Titel "Theory of Fuzzy Sets", Memo No. ERL-M502, Electronic Research Lab., University of California, Berkeley (1975)
In Fig. 23 ist die Abweichung e (hier die Differenz zwischen dem Zielgewicht und dem aktuellen gemessenen Gewicht) als eine Funktion der zeitlichen Veränderung δe (hier der Differenz zwischen der Abweichung e beim gegenwärtigen und dem zuletzt vergangenen Meßzyklus). Falls die gemessene Abweichung e und die gemessene zeitliche Veränderung δe in eine Ausgleichszone fallen (mit gestrichelter Linie umschlossen), ist die gegenwärtige Strömungsrate angemessen im Hinblick auf die gegenwärtige Abweichung, so daß die Ventilöffnung oder dergleichen nicht geändert zu werden braucht. Statt eine exakte arithmetische Rechnung auszuführen, werden die variablen Größen durch "unbestimmte" Variable bezeichnet, wie sehr klein, klein, mittel, groß und sehr groß. Die Ausgleichszone "Null" kann dem Totbereich des Ventils zugeordnet werden.
Falls die Variablen durch diese unbestimmten Variablen und durch Membership-Funktionen bezeichnet sind, und wenn ein Regelverfahren definiert wird durch "if/then (wenn/dann)"-Regeln, wird eine Fuzzy-Meßregelung möglich. Eine Fuzzy-Regel wird allgemein ausgedrückt in Form von: falls (if) e = A und δe = B, dann(then) δu =C. Bei der vorliegenden Erfindung ist e die Abweichung, δe die zeitliche Änderung der Abweichung und δu die zeitliche Änderung (zwischen Regelzyklen) der die Strömung steuernden Größen, wie die Größe der Öffnung des Regelventils. Die Variablen A, B und C in den Regeln werden gleichermaßen durch unbestimmte Variable, d.h. sehr klein, klein, usw. definiert.
Die Membership-Funktionen werden für jede Abweichung e, die zeitliche Veränderung der Abweichung δe und die zeitliche Veränderung der Regelgröße δu definiert. Eine derartige Membership-Funktion für die Abweichung e (in Gramm-Einheiten) ist in Fig. 24 aufgezeichnet. Die vertikale Achse ist der Membership-Wert, wobei eine Membership-Funktion zwischen 0 und 1 variiert. Wenn die gemessene Abweichung 3 g beträgt, ist die Abweichung bei dem gegenwärtigen Meßzyklus als "klein" bestimmt. Gleichartige Membership-Funktionen müssen für δe und δu geschaffen werden.
Für die Fuzzy-Regelung werden zuvor eine Anzahl von Fuzzy- Regeln definiert. Beispielsweise besteht eine erste Regel darin, daß, wenn e klein und δe groß ist, δu negativ groß wird; und eine zweite Regel ist, wenn e klein und δe mittel ist, δu negativ mittel ist. Andere Regeln ergeben sich aus Fig. 23. Wenn e und δe in eine Zone der unbestimmten Variablen fallen, dann wird eine einzige Fuzzy-Regel unter Benutzung dieser unbestimmten Variablen benutzt, um die Operationsgröße δu zu erhalten. Wenn jedoch die beobachtete Größe in zwei Zonen von unbestimmten Variablen fällt, müssen zwei Fuzzy-Regeln für die beobachtete Quantität benutzt werden, wobei die Membership-Werte als Gewichte bei der Kombination der "then(dann)"-Werte der Operationsmengen δu wirken. Beispielsweise stellt Fig. 25 ein zum Ableiten der Regelgröße δu benutztes Diagramm dar. Es sei angenommen, daß e in dem Klein-Bereich einen Membership-Wert 0,8 besitzt, und δe einen Membership- Wert 0,6 in der Groß-Zone und einen Werd 0,7 in der Mittel- Zone besitzt. Weiter wird, vorausgesetzt daß die Fuzzy-Regeln sind (1) wenn e klein und δe groß ist, dann ist δu negativ groß und (2) wenn e klein und δe mittel ist, dann ist δu negativ mittel. In diesem Fall wird ein Membership-Wert für δu bestimmt als der kleinere Wert von e und δe (es sind andere Auswahlmöglichkeiten vorhanden). Dementsprechend ist der Membership-Wert von δu 0,6, wenn Regel (1) benutzt wird, und 0,7, wenn Regel (2) benutzt wird. Von den Membership-Wwerten wird δu beispielsweise durch Errechnen des Schwerpunkts der in Fig. 25 schraffierten Fläche erhalten.
Ein Anfangsöffnungsgrad des Ventils wird durch eine Membership-Funktion bestimmt, wie sie in Fig. 26 gezeigt ist. Der maximale Öffnungsgrad des Ventils wird auf 70,0 mm gesetzt, aufgrund der Strömungsraten-Kennlinie des Ventils, so daß der Anfangsöffnungsgrad des Ventils festgesetzt wird zu 70,0 x 0,5 = 35 mm. Die Fuzzy-Regelung wird anfangs während einer Weile (Abfallzeit) nicht durchgeführt. Da es eine gewisse Zeit braucht, die Flüssigkeit von einem Vorratstank zu-einem Meßdank zu übertragen, könnte, wenn die Fuzzy-Regelung unmittelbar nach Einleiten des Meßvorgangs ausgeführt wird, der Öffnungsgrad des Ventils übermäßig erhöht werden. Dementsprechend wird die Fuzzy-Regelung nicht durchgeführt während der Abfallzeit, die innerhalb von 0 - 9,9 s liegt.
Bei der Messung sind die benutzten Fuzzy-Regeln wie folgt:
(1) Wenn die Abweichung e sehr groß und ihre zeitliche Änderung δe mittel ist, dann ist die Zeitänderung des Öffnungsgrades δu positiv mittel,
(2) Wenn e sehr groß und δe groß ist, dann ist δu positiv klein,
(3) Wenn e sehr groß und δe sehr groß ist, ist δu Null,
(4) Wenn e groß und δe sehr groß ist, dann ist δu negativ klein,
(5) Wenn e mittel und δe sehr groß ist, dann ist δu negativ mittel,
(6) Wenn e mittel und δe groß ist, dann ist δu negativ klein,
(7) Wenn e groß und δe groß ist, dann ist δu Null,
(8) Wenn e groß und δe mittel ist, dann ist δu positiv klein, usw.
An der Stelle A in Fig. 23 wird die Fuzzy-Regel (1) benutzt, so daß δu erhöht wird. An der Stelle A&sub1; in Fig. 23 werden die Fuzzy-Regeln (1) und (2) benutzt, so daß der Öffnungsgrad weiter anwächst. An der Stelle A&sub2; in Fig. 23 wird die Fuzzy-Regel (2) benutzt. An der Stelle A&sub3; in Fig. 23 werden die Fuzzy-Regeln (2) und (3) benutzt. An der Stelle B in Fig. 23 wird die Fuzzy-Regel (3) benutzt, so daß der Öffnungsgrad des Ventils nicht verändere wird. An der Stelle C in Fig. 23 werden die Fuzzy-Regeln (3) und (4) benutzt, so daß der Öffnungsgrad des Ventils vermindert wird. Zwischen den Stellen C und D in Fig. 23 werden einige Fuzzy-Regeln wie zwischen den Stellen A und B benutzt. An der Stelle D in Fig. 23 wird die Fuzzy-Regel (8) benutzt, so daß der Öffnungsgrad des Ventils erhöht wird.

Claims

1. Eine Meßvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis mit:

einem ein flüssiges Vorratsmaterial enthaltenden Versorgungstank (8);

einem eine Vortriebsschraube (12) enthaltenden Motor (5);

einem einen Flüssigkeitsfluß regulierenden Ventil (6), das an einem Auslaß des Tanks (8) angebracht ist und das ein Ventilgehäuse umfaßt, das eine zentrale Achse, ein einlaßseitiges Gehäuseteil (20) und ein auslaßseitiges Gehäuseteil (17) hat;

einem Ventilkopf (16) mit einer Arbeitsfläche (15) in Form eines kreisförmigen, abgestumpften Kegels zum Eingriff in das Ventilgehäuse in einem Bereich zwischen den einlaßseitigen und auslaßseitigen Gehäuseteilen (17, 20) und mit einem sich verjüngenden Bereich, der sich von der Arbeitsoberfläche in einer Richtung zu dem auslaßseitigen Gehäuseteil erstreckt und eine querschnittsmäßige Verjüngung weg von der Arbeitsoberfläche aufweist, wobei der sich verjüngende Abschnitt innerhalb des auslaßseitigen Gehäuseteils in einer vollkommen umschlossenen Lage des Ventils und innerhalb des eingangsseitigen Gehäuseteils in einer vollkommen offenen Lage des Ventils angeordnet ist; und

einem Ventilschaft (14), der an dem Ventilkopf (16) angebracht ist und sich entlang der zentralen Achse erstreckt, wobei das Ventil einen linearen Hub hat, der durch einen Betrieb des Motors (5) gesteuert wird, um eine Flußrate des Vorratsmaterials durch das Ventil zu schaffen, die sich im wesentlichen linear mit dem Hub ändert;

einer linear geführten Kopplungstafel (13), auf der der Ventilschaft (14) angebracht ist und die durch die Vorschubschraube (12) bewegt wird, wodurch die Kopplungstafel und der Ventilschaft als eine Einheit bewegt werden,

einem Detektor (2) zum Messen einer Menge des durch das Ventil übertragenen Vorratsmaterials; und

einer Steuereinheit, die eine Ausgabe des Detektors (2) und einen Meßzielwert zum Steuern eines Öffnungsgrades des Ventils empfängt, wobei die Steuereinheit gemäß einer unscharfen logischen Ableitung aus der gemessenen Menge und dein Meßzielwert betrieben wird, obei die unscharfe Logikableitung gemäß einem Satz von vorgeschriebenen unscharfen Ableitungsregeln ausgeführt wird, die auf der gemessenen Menge und dem Meßzielwert beruhen, wobei eine Abweichung und ihre Zeitvariation zwischen dem Meßzielwert und der gemessenen Menge bestimmt und durch einen Tiefpaßfilter geführt werden und wobei die unscharfe Steuerung durch Bestimmen von Mitgliedswerten der Abweichung und der Zeitvariation auf der Grundlage der Lage der Abweichung und der Zeitvariation in einer Mitgliedsfunktion ausgeführt wird, wobei ein Mitgliedswert der Zeitvariation des Grades der Öffnung des Ventils unter Verwendung der Mitgliedswerte der Abweichung und der Zeitvariation und des Satzes von Regeln für die unscharfe Logikabweichung bestimmt wird und der nächste Grad der Öffnung des Ventils unter Verwendung des Mitgliedswertes der Zeitvariation des Grads der Öffnung des Ventils berechnet wird.

2. Eine Meßvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 1, wobei das auslaßseitige Gehäuseteil (17) im wesentlichen kreisförmig ist und wobei eine Querschnittsfläche des sich verjungenden Bereichs des Ventilkopfes (16) im wesentlichen linear mit einem Abstand entlang der zentralen Achse von der Arbeitsoberfläche abnimmt.

3. Eine Meßvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 2, wobei der sich verjüngende Bereich kegelförmig ist.

4. Eine Meßvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 3, die weiter umfaßt:

eine Vielzahl von Bersorgungstanks, die jeweilige Vorratsmaterialien aufbewahren;

eine Vielzahl von Motoren;

eine Vielzahl von den Fluß regelnden Ventilen, die durch einen jeweiligen Motor gesteuert werden und eine Flußrate eines jeweiligen Vorratsmaterials durch das Ventil hindurch schaffen, die im wesentlichen linear zu dem Hub eines jeweiligen Ventils ist; und

einen Meßtank, der das durch die Ventile fließende Vorratsmaterial empfängt, und an dem der Detektor angebracht ist; wobei die Steuereinheit jeden der Motoren steuert.

5. Eine Meßvorrichtung mit geschlossenem Regelkreis nach Anspruch 4, wobei jeder der Motoren eine Ausgangsdrehwelle aufweist.

6. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, die für eine Vorrichtung zum Messen in einem geschlossenen Regelkreis, zum Mischen und zum Verteilen geeignet ist, die weiter umfaßt:

eine Vielzahl von Versorgungstanks, die die jeweiligen rohen Materialien enthalten;

einen Mischbehälter zum Empfangen einer Mischung der rohen Materialien aus den Versorgungstanks, um eine Mischung zu bilden;

eine Vielzahl von Auslaßbehältern, die die Mischung aus dem Mischbehälter aufnehmen;

eine Vielzahl von den Flußregelventilen, die in den jeweiligen Flußwegen zwischen den Versorgungstanks und dem Mischbehälter und in den jeweiligen Flußwegen zwischen dem Mischbehälter und den Auslaßbehältern angeordnet sind, wobei jedes Flußregelventil eine Vielzahl von von Null abweichenden Flußraten von hindurchströmendem Material schafft;

einen dein Mischbehälter zugeordneten Detektor zum Feststellen einer Menge des Flusses von Material in den Mischbehälter und aus dem Mischbehälter heraus;

wobei die Steuereinheit eine Ausgabe des Detektors empfängt und auf Zielwerte anspricht, die jedem der Flußregelventile zugeordnet sind, um einen Öffnungsgrad eines jeden Flußregelventile gemäß der unscharfen Logikableitung zu regeln; und

einer Schalteinheit zum Schalten einer Ausgabe der Steuereinheit, um eines der Flußregelventile anzuwählen.

7. Eine Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei jedes der Flußregelventile innerhalb eines Betriebsbereichs eines betreibbaren Teils eines jeden Flußregelventiles einen Totbereich hat, in dem kein Material hindurchfließt.

8. Eine Vorrichtung nach Anspruch 6, die weiter eine Vorrichtung zum Bewegen des Mischbehälters zwischen unterschiedlichen Flußwegen umfaßt.