DE3877815T2

DE3877815T2 - Verfahren und vorrichtung zum messen von fluessigkeit.

Info

Publication number: DE3877815T2
Application number: DE8888106920T
Authority: DE
Inventors: Ltd Higuchi; Ltd Kobayashi; Ltd Matsui; Ltd Yamaguchi
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1987-05-01
Filing date: 1988-04-29
Publication date: 1993-05-27
Anticipated expiration: 2008-04-30
Also published as: EP0290889A1; CN88103592A; US4872763A; DE3877815D1; CN1016116B; EP0290889B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Messen einer Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen einer Flüssigkeit, bei dem Fuzzy-Schlußfolgerung und Regeln verwendet werden, denen eine beobachtete oder gemessene Größe zugrundeliegt und/oder eine Größe, die von der gemessenen Größe abgeleitet ist, und die Erfindung betrifft eine Verbesserung der Meßgenauigkeit, der Erweiterung eines Meßbereiches und einer Abnahme der Meßzeit, indem sequentiell eine Strömungsgeschwindigkeit eines zu messenden Stoffes verändert wird, indem die Fuzzy- Schlußfolgerung verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung zum Erzeugen einer neuen, Mischflüssigkeit, indem eine Vielfalt Ausgangsflüssigkeiten nach dem Messen dieser Flüssigkeiten vermischt wird.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung allgemein eine Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung zum Einstellen einer neuen Mischflüssigkeit, indem mehrere Ausgangsflüssigkeiten nach dem Messen der Ausgangsflüssigkeiten vermischt werden, und insbesondere eine Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung, um genau und wirkungsvoll die Ausgangsflüssigkeiten über einen weiten Meßbereich zu messen und zu vermischen.
Ein Erfassungsverfahren beim Messen einer Flüssigkeit umfaßt die Verwendung eines Wägesystems (beispielsweise eine Wägezelle), ein Drucksystem (beispielsweise eine Differenzdruckübertragungseinrichtung), ein Volumensystem (beispielsweise ein Ovaldurchflußmesser, und eine Vielzahl anderer Systeme. Bei allen diesen Systemen wird jedoch die Meßsteuerung unter der Bedingung durchgeführt, daß die Strömungsgeschwindigkeit unveränderbar ist. Das Meßsteuerungssystem mit Regelschleife, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit aufeinanderfolgend verändert wird, fällt nicht unter den obenbeschriebenen Grundgedanken.
Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, sind bisher die folgenden Techniken verwendet worden.
(1) Die erste Technik (beispielsweise wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 148019/1981 gezeigt) ist wie folgt: Die Strömungsgeschwindigkeit ändert sich an zwei Stufen und die Messung wird durch Umschalten zu der langsameren Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe des Sollmeßwertes durchgeführt.

BEISPIEL 1).

Zwei Arten von Vorrichtungen mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten werden vorgesehen, wobei der Wechsel durchgeführt wird, wenn die Abweichung zwischen dem Sollmeßwert und dem tatsächlichen Meßwert einen bestimmten Bedingungswert erreicht.

BEISPIEL 2).

Eine einzelne Vorrichtung für den Wechsel der Strömungsgeschwindigkeit zu zwei Arten festgelegter Bedingungen ist vorgesehen, und das Umschalten wird ausgeführt wie beim Beispiel 1, wenn die Abweichung den gegebenen Bedingungswert erreicht.

BEISPIEL 3).

Auf der Grundlage der Inhalte der Beispiele 1) und 2) wird der Bedingungswert zum Befehlen des Wechsels aufgrund des Ergebnisses der vorhergehenden tatsächlichen Messung abgeändert, indem eine Lernfunktion hinzugefügt wird, die als eine Software-Funktion gekennzeichnet ist.
(2) Die zweite Technik (beispielsweise wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 29114/1982) gezeigt ist wie folgt: Es gibt eine Zuflußgröße (auch als Kopfgröße bezeichnet), die als eine Meßanhaltebedingung arbeitet und die Meßtechnik ist derart, daß die Messung vorhergehend in Vorwegnahme der Zuflußgröße angehalten wird.

BEISPIEL 1).

Die Messung wird angehalten, wenn die Abweichung zwischen dem Sollmeßwert und dem tatsächlichen Meßwert die gegebene Bedingung erreicht.

BEISPIEL 2).

Die Situation ist nahezu die gleiche wie beim Beispiel 3) der ersten Technik. Jedoch wird der Bedingungswert zum Befehlen des Anhaltens der Messung abgeändert, indem eine Rechnung auf der Grundlage des vorhergehenden, tatsächlichen Meßergebnisses durchgeführt wird.
Bei den obenbeschriebenen Meßsteuerungsverfahren wird das Umschalten durchgeführt, indem die Strömungsgeschwindigkeit konstant gemacht wird oder indem die Geschwindigkeit an zwei Stufen verändert wird. Jedoch ist bei einer solchen Meßsteuerung die Messung innerhalb eines gewissen Bereiches festgelegt. Deshalb sind ihm die folgenden Probleme zu eigen.
(1) Unzuverlässige Meßgenauigkeit: eine Situation, bei der die Genauigkeit nicht sichergestellt ist, ergibt sich aufgrund von Schwankungen bei der Strömungsgeschwindigkeit, die durch Störungen und Änderungen der Flüssigmaterialeigenschaft (Viskosität oder ähnliches) hervorgerufen werden. Im Falle der Schwergewichtsüberführung werden Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit in dem Meßstoff, der herausfließt, in Abhängigkeit von Restmengen (die Restgröße, das heißt der Druckhöhenunterschied) des Meßstoffes erzeugt, der sich in den Vorratsbehältern (oder Tanks) befindet oder den Vorratsbehälter, der sich an einer stromaufwärtigen Seite befindet. Wenn der Druckhöhenunterschied groß ist, übersteigt jedoch die Strömungsgeschwindigkeit einen gewissen Bereich und die Genauigkeit wird dadurch verringert. Diese Wirkung hat auch eine Beschränkung der Variationsbreite der Druckhöhe in dem Behälter zum Ergebnis. Um den Druckhöhenunterschied innerhalb eines vorbestimmten Bedingungsbereiches zu halten, ist es unbedingt erforderlich, daß die Messung angehalten werden muß, oder andererseits, daß der Behälter ordnungsgemäß mit Ausgangsmaterial (Meßsubstanz) versorgt wird, um den Vorrat konstant oberhalb einer vorbestimmten Größe zu halten, was zu einem Verlust des Ausgangsmaterials sowie einer Zunahme bei den Herstellungskosten führt.
(2) Enger Meßbereich: Da die Strömungsgeschwindigkeit beschränkt ist, liegt das Verhältnis eines meßbaren, minimalen Meßwerts zu einem meßbaren, maximalen Meßwert, bei ungefähr 1:5. Bei einem zweistufigen Strömungsgeschwindigkeitseinstelltyp liegt das Verhältnis maximal bei ungefähr 1:10. Der Grund, warum der Meßbereich eng ist, ist wie folgt. Selbst wenn die Messung angehalten wird, gibt es eine Zuflußgröße, die mit einer Ansprechverzögerung des Systems verbunden ist. Diese Zuflußgröße wird durch die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt. Wenn der Sollmeßwert klein ist, überschreitet die Zuflußgröße daher einen garantierten Genauigkeitsbereich, und es folgt, daß der Meßbereich beschränkt ist. Bei Produktionsanlagen, die mit einer großen Vielfalt von Materialien zu tun haben, ist ein solcher Typ eingeschlossen, daß das Verhältnis innerhalb des Meßbereichs ungefähr 1:100 als Maximum in dem Fall desselben Ausgangsmaterials zeigt. Deshalb ist es erforderlich, die Meßeinrichtungen innerhalb eines Bereiches des Sollmeßwertes auszuwählen. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß die zulässige Zuflußgröße sichergestellt wird, indem der Meßbereich unter einer solchen Bedingung enger gemacht wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit konstant ist. Wo dieselbe Art von Flüssigkeiten gemessen wird und/oder wenn die Sollmeßwerte sehr unterschiedlich sind, sind Meßvorrichtungen mit richtigen Meßbereichen erforderlich, was als Anordnung eine Zunahme der Anzahl der Vorrichtungen zum Ergebnis hat.
(3) Fehlen der Steuerung der Meßzeit: Die Meßzeit hängt von dem Sollmeßwert ab. Wenn der Sollmeßwert klein ist, ist die Meßzeit kurz und umgekehrt. Wo der Sollmeßwert klein ist, ist ferner die Betriebszeit des Systems zufällig oder streut, wodurch die Meßgenauigkeit nicht sichergestellt wird. Diese Wirkung führt auch zu einem engeren Meßbereich. Unter dem Gesichtspunkt des gesamten Systems zum Erzeugen neuer Arten, indem mehrere, bereits gemessene Stoffe vermischt werden, wird die Produktionsfähgikeit durch die Meßzeit bestimmt. Besonders ist in einem Produktionssystem mit rohrloser Überführung das Trägervermögen begrenzt. Das heißt, um eine gegebene Produktionskapazität zu erfüllen, sind mehr Meßvorrichtungen wegen eines langen Produktionszyklus erforderlich.
Aus den obenbeschriebenen Gründen umfaßt die herkömmliche Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung eine Vielzahl unabhängig gesteuerter Meßvorrichtungen, die für jeden Vorratsbehälter errichtet sind. Diese Meßvorrichtungen sind auch für eine optimale Meßzeit im Hinblick auf irgendeine Beschränkung des Produktionsvermögens vorgesehen. Als Ergebnis wird das System kompliziert und eine beträchtliche Anzahl Meßvorrichtungen wird benötigt.
Unter den vorgeschlagenen Meßsystemen, wie im Fall eines Ovaldurchflußmessers, wird häufig ein kapazitives Meßsystem verwendet. Während der Verwendung dieses Systems muß die Flüssigkeit das Rohr füllen. Dieses bewirkt eine solche Schwierigkeit, daß ein Verlust an Ausgangsflüssigkeit erzeugt wird.
Um eine höchst genaue Messung zu erreichen, war die Meßeinrichtung, die an der Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung angewendet wurde, bisher auf einen solchen Typ beschränkt, daß eine Strömungsgeschwindigkeit begrenzt ist. Die Meßvorrichtung von einem solchen Typ, daß die Strömungsgeschwindigkeit veränderbar ist, konnte bisher nicht erkannt werden.
Wo Flüssigkeiten von einer Mehrzahl Vorratsbehälter einem einzigen Behälter zugeführt werden, wird eine herkömmliche Art einer Flüssigkeitsmeßvorrichtung benötigt, wobei die Meßvorrichtungen an den einzelnen Vorratsbehältern angebracht sind.
Beispielsweise werden, wenn ein kapazitives Meßsystem, wie in Fig. 16 dargestellt, eingesetzt wird, zwei Meßvorrichtungen c, d für zwei Flüssigkeitsarten verwendet, beispielsweise die Flüssigkeiten A und B in unterschiedlichen Behältern a bzw. b. Um eine voraussagbare Steuerung über eine Zuflußgröße zu einem Mischbehälter e durchzuführen, wird eine Steuerungseinheit f benötigt, die Steuerungsfunktionen unter Verwendung von zwei Schleifen besitzen soll.
Eine "Flüssigkeitseinstellvorrichtung" und ein "Verfahren zum Zuführen von Flüssigkeit" sind in der japanischen Offenlegungsschrift No. 74715/1981 bzw. der japanischen Patentveröffentlichung No. 163426/1988 geoffenbart. Auf der Grundlage des obenbeschriebenen Verfahrens und der obenbeschriebenen Vorrichtung werden die Strömungsgeschwindigkeiten eine Vielzahl von Flüssigkeiten mittels einer gemeinsamen Meßvorrichtung gemessen. Flüssigkeitszuführvorrichtungen zum Regeln der Strömungsgeschwindigkeiten werden mittels unabhängiger Steuerungsschleifen gesteuert.
Die Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeiten unterscheiden sich gemäß den Flüssigkeitsmengen in den Vorratsbehältern (beispielsweise für die Flüssigkeiten A und B), den Strömungsgeschwindigkeitskennlinien des Ventils und der Flüssigkeitsmaterialeigenschaften, und daher kann eine höchst genaue Messung unter einer gemeinsamen Steuerung nicht erwartet werden.
Die Situation ist dieselbe bei einem Tankmeßsystem. Es ist erforderlich, daß Sperrventile von Betätigungseinrichtungen, die an den jeweiligen Systemen befestigt sind, durch Steuerungssysteme mit unabhängigen Schleifen gesteuert werden. (Siehe japanische offengelegte Patentanmeldungsveröffentlichungen Nr. 29114/1982, 163426/1983 und 74715/1981.)
Im Hinblick darauf, eine höchst genaue Messung zu erreichen, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, ein Umschalten in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Meßabweichung durchzuführen, wobei parallele Ventile mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten vorgesehen werden. In diesem Fall jedoch ist die Steuerung von zwei Schleifen erforderlich, um die Steuerungsfunktion durchzuführen.
Der Grund, weil dieser Ausdruck "Steuerungsfunktionen von zwei Schleifen" hier verwendet wird, besteht darin, daß, wenn eine Steuerungseinheit vom Zerstreuungstyp verwendet wird zwei Teile an Steuerungseinheiten nicht erforderlich sind, da der Meßvorgang in der einzigen Steuerungseinheit vorgenommen werden kann. Von der Anzahl der Eingaben und Ausgaben und der Software näher beurteilt, sind jedoch zwei Teile an Steuerungseinheiten erforderlich.
Bei einem Los-Produktionsvorgang, wenn eine Mehrzahl medizinischer Flüssigkeiten verwendet wird, sind ihre Flüssigkeitsmaterialeigenschaften unterschiedlich. Als Ergebnis tritt häufig ein, daß eine sich addierende Messung nicht in demselben Behälter durchgeführt werden kann. Infolgedessen wird ein Produktionssystem verwendet, das in der folgenden Weise ausgestaltet ist: eine Mehrzahl von Flüssigkeitsaufnahmebehältern wird bereitsgestellt; vermischbare Flüssigkeiten werden in demselben Behälter gemessen; und unvermischbare Flüssigkeiten werden in einem anderen Behälter gemessen. Aus diesem Grund muß ein Einstelltank, der für eine Reaktion und eine Einstellung ausgelegt ist, stromabwärts vorgesehen werden.
Bei einem Produktionssystem, bei dem der Einstelltank für die Reaktion und die Einstellung vom festen TYP ist, müssen, wenn Mehrfachflüssigkeiten hergestellt werden, die Ausrüstungen gemäß der Klassifizierung der Flüssigkeiten vorgesehen werden. Insbesondere verlangt die Erfüllung einer höchst genauen Messung, wie es früher beschrieben worden ist, eine Mehrzahl von Meßtanks, den Einstelltank, eine Rohrleitungsmeßvorrichtung, die an dem Einstelltank angebracht ist, die Steuerungseinheit und die angebrachten Ventile. In diesem Fall ergibt sich, daß die Ausrüstungen für einige Arten von Flüssigkeiten verwendet werden, aber nicht für andere Flüssigkeitsarten verwendet werden. Dieses System besitzt eine beträchtliche Zwecklosigkeit, wodurch die Anfangskosten der Ausrüstungen erhöht werden. Es gibt eine zunehmende Nachfrage nach einem Mehrzweck-Produktionssystem. Bei dem festgelegten Produktionssystem jedoch ist es erforderlich, daß eine Abänderung in dem Rohrleitungssystem durchgeführt wird; und eine weitere Abänderung bei der angebrachten Vorrichtung ist ebenfalls notwendig, was ein noch komplizierteres System zum Ergebnis hat.
Um die Konstruktion zu vereinfachen, ist jüngst ein Los-Produktionssystem vom sich bewegenden Typ vorgeschlagen worden, das eine Verringerung in der Anzahl von Meßvorrichtungen erlaubt. Bei diesem Los-Produktionssystem ist der Meßtank oder der Einstelltank als ein sich bewegender Typ ausgestaltet.
Wo dieses System bei einer herkömmlichen Meßvorrichtung jedoch angewendet wird, ändert sich die Meßzeit gemäß der Größe eines Sollmeßwertes. Wenn der eingestellte Meßwert groß ist, benötigt die Messung viel Zeit, mit dem Ergebnis, daß eine Beschränkung für die Zeit der Trägerleistung bei dem Produktionssystem vom sich bewegenden Typ gegeben ist. Aus diesem Grund ist bei dem Produktionssystem nach dem Stand der Technik eine benötigte Anzahl von Meßvorrichtungen so vorgesehen, daß es für die Trägerzeit keine Beschränkung gibt. Diese Anordnung widerspricht dem Vorteil des Produktionssystems vom sich bewegenden Typ. Auf der Grundlage des herkömmlichen Produktionssystems wird eine Wartezeit in der Station als Ergebnis weiter ausgedehnt. (Eine beträchtliche Anzahl von Meßvorrichtungen wird in Größen der Bedingungen benötigt, wie ein Bereich von Meßsollwerten, eine Grenze für die Meßzeit, die Meßgenauigkeit usw. Daher nimmt die Betriebszeit zum Verbinden von Rohrleitungen und anderer Vorgänge zu.)
Bei einem Produktionssystem, das für photographisches, lichtempfindliches Material ausgelegt ist, müssen lichtdichte Eigenschaften wegen der Behandlung des lichtempfindlichen Materials aufrechterhalten werden. Eine Zunahme der Anzahl von verbundenen Bereichen führt zu einer Kompliziertheit des Systems, und Änderungen beim Trägerzyklus üben Einflüsse auf die Leistung der Produkte aus.
Bei der Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung nach dem Stand der Technik wird die Meßsteuerung bei der Bedingung durchgeführt, daß die Strömungsgeschwindigkeit konstant ist. Daher besitzt die herkömmliche Mischvorrichtung Unzulänglichkeiten bei der Meßgenauigkeit, dem Meßbereich und der Meßzeit, die obenangegeben worden sind.
DE-A-23 60 299 beschreibt unterschiedliche Verfahren von Vorrichtungen zum automatischen Messen von Flüssigkeitenn der Getränkeindustrie. Das erste, genannte Verfahren besteht in der Verwendung einer besonderen Pumpe oder eines Zwischenbehälters. Ferner ist geoffenbart, daß eine Flüssigkeit durch eine Durchflußmeßvorrichtung gemessen werden kann. Das andere in dieser Druckschrift erörterte Verfahren besteht darin, die Flüssigkeit mit einem konstanten Druck zuzuführen, wobei eine Düse verwendet wird, und die Zeit zu bestimmen, während der die Düse geöffnet ist. Jedoch wird darauf hingewiesen, daß diese Verfahren zu falschen Werten führen, wenn die Viskosität der Zufuhrflüssigkeit variiert. Um diese Schwierigkeiten zu lösen, ist in dieser Druckschrift vorgeschlagen worden, eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsmessung zu verwenden, die einen geschlossenen Behälter aufweist, und die Zunahme des Luftdrucks innerhalb des Behälters zu messen. Diese Zunahme des Luftdrucks wird als ein Bezugswert für die Menge an dem Behälter zugeführter Flüssigkeit verwendet.
GB-A-2 033 582 betrifft ein Flüssigkeitsmeßverfahren in einer Vorrichtung, die einen Behälter verwendet, der mit einem Auslaßventil verbunden ist. Die aus dem Behälter entleerte Flüssigkeit wird durch Luft ersetzt. Ein Anemometerkreis ist in dem Luftzueinlaß eingebaut und ausgestaltet, die in den Behälter einströmende Luftströmung zu messen. Es ist geoffenbart, daß die Vorrichtung insbesondere für Getränkeaustragsvorrichtungen entworfen worden ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine vorrangige Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, die durch die obenbeschriebenen Umstände angeregt worden ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer Flüssigkeit in einer höchst genauen Weise über einen weiten Meßbereich zu schaffen, ohne durch irgendwelche Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt zu werden, die durch Störungen hervorgerufen werden, wobei die Messung innerhalb einer kurzen Zeit unabhängig von der Größe eines Sollmeßwertes durchgeführt wird.
Diese Zielsetzung wird durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 7.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Es wird hierdurch ein Verfahren zum Messen einer Flüssigkeit mit hoher Genauigkeit über einen weiten Bereich von Messungen in einer kurzen Zeit durch einfaches Einstellen geschaffen, ohne von Systemstrukturen, Ventilöffnungsgrad-Kennlinien und Flüssigkeitsmaterialeigenschaften (Viskosität oder ähnliches) abzuhängen.
Die vorliegende Erfindung zielt nämlich darauf ab, die äußerst genaue Messung auf die Flüssigkeit beschränkt zu erreichen und die folgenden Mängel, die einem Steuerungssystem zu eigen sind, auszuschließen, wie ein Öffnungsregulierventil und eine Erfassungseinrichtung zum Messen einer Strömungsgeschwindigkeit eines zu messenden Stoffes in den biher vorgeschlagenen Meßeinrichtungen.
(1) Eine herkömmliche Meßsteuerung wird mit der Bedingung durchgeführt, daß die Strömungsgeschwindigkeit konstant ist. Die Strömungsgeschwindigkeits-Kennlinien des Ventils variieren in Abhängigkeit von dem Druckhöhenunterschied, den Flüssigkeitsmaterialeigenschaften oder ähnlichem. Als Ergebnis wird die Meßgenauigkeit verschlechtert.
(2) Eine offensichtliche Schwankungsweite wird in einem gewissen Maße in der beobachteten Größe wegen der dynamischen Merkmale der Erfassungseinrichtung erzeugt, wobei somit eine Abnahme der Meßgenauigkeit bewirkt wird.
(3) In Verbindung mit den Strömungsgeschwindigkeits-Kennlinien des Ventils ist es schwierig konstante und lineare Kennlinien zu haben. Die Strömungsgeschwindigkeits-Kennlinien unterscheiden sich gemäß dem Ventiltyp und der Systemstruktur. Aus diesem Grund ist für jede Struktur eine Einstellung erforderlich, um eine hochgenaue Messung mit einem vernünftigen Maß an Gewißheit zu erhalten.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung, die auf der Strömungsgeschwindigkeits-Kennlinien gegen die Öffnungsgrad-Kennlinie des Ventils basiert, derart, daß das Ventil vollständig in der Nähe eines Ventilöffnungsgrades von 0 % geschlossen ist, und die Flüssigkeit in der Nähe von 10 % zu Fließen beginnt. Die Strömungsgeschwindigkeit-Kennlinie schließen im Falle des Überschreitens dieses Wertes eine schnelle Öffnungskennlinie aus.
Die unmittelbar beobachtete (oder gemessene) Größe oder die berechnete Größe (Unterschied zwischen dem Sollwert und einer gemessenen Größe und ihrer Zeitänderung), wobei die Größe oder die Größen durch ein Tiefpaßfilter zum Entfernen von Rauschen geschickt werden können, werden im Hinblick auf die dynamischen Kennlinien der Erfassungseinrichtung für Rechenverarbeitungen verwendet, um einen öffnungsgrad des Ventils zu bestimmen.
Das Steuerungssystem verwendet eine Fuzzy-Steuerung. In Abhängigkeit von der Größe der physikalischen Größen wird das Öffnungsmaß des Ventils bestimmt. Insbesondere wird das Öffnungsmaß bestimmt, indem eine oder mehrere vorbestimmte, empirische Fuzzy-Steuerungsregeln zum Auswählen des Öffnungsmaßes verwendet werden. Die Regel oder die Regeln, die verwendet werden, werden unter Verwendung einer Mitgliedsfunktion oder von Mitgliedsfunktionen ausgewählt, in denen ein Mitgliedswert oder Mitgliedswerte jeweils den Größen der physikalischen Größe oder der physikalischen Größen (beispielsweise der Unterschied oder die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem gemessenen Wert und einer Zeitänderung davon) aufgetragen werden, und die besondere Regel oder die besonderen Regeln, die zu verwenden sind, werden auf der Grundlage des Mitgliedswerts ausgewählt. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die physikalischen Größen halblogarithmisch ausgedrückt. Die Anfangsöffnungsgröße des Ventils wird unter Verwendung einer Fuzzy-Regel auf der Grundlage der Strömungsgeschwindigkeitskennlinien des Ventils und des eingestellten Wertes bestimmt, und dann werden Fuzzy-Schlußfolgerungen, die diese Größen und die obengenannten Größen verwenden, verwendet, um durchgehend oder im wesentlichen fortlaufend die nächste Größe des Ventilöffnens auszuwählen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die verschiedenen Zielsetzungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der untenstehenden, ins einzelne gehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offensichtlich, in denen:
Fig. 1 eine erläuternde Darstellung ist, die eine Flüssigkeitsmeßvorrichtung zeigt, die verwendet werden kann, um eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung einzugliedern;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das das Steuerungsverfahren für die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung darstellt;
Fig. 3 ist ein Strömungsgeschwindigkeitsdiagramm eines sich öffnenden Steuerungsventils;
Fig. 4 ist eine Auftragung einer Mitgliedsfunktion zur Fuzzy-Steuerung;
Fig. 4A ist ein Diagramm, das ein Prinzip der Fuzzy- Steuerung gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 4B ist ein Diagramm, das verwendet wird, die zeitliche Änderung des Öffnungsgrads eines Ventils zu erhalten;
Fig. 4C ist eine Mitgliedsfunktion, um einen Anfangsöffnungsgrad eines Ventils zu erhalten;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das eine kumulative Meßvorrichtung darstellt, bei der die vorliegende Erfindung angewendet wird;
Fig. 6 (a)u. (b) sind Strömungsgeschwindigkeitsdiagramme des Steuerungsventils, das bei einem Experiment zur Bewertung der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, wobei Fig. 6(a) ein Strömungsgeschwindigkeitsdiagramm für ein Ventil mit großer Strömungsgeschwindigkeit zeigt und Fig. 6(b) ein Strömungsgeschwindigkeitsdiagramm für ein Ventil mit kleiner Strömungsgeschwindigkeit zeigt;
Fig.7(a)u.(b) sind Diagramme, die der Fig. 6(a) bzw. 6(b) entsprechen und die Versuchsergebnisse zeigen,
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer dualen Flüssigkeitsmeßvorrichtung ist, die eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erf indung zeigt;
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerungssystem für die Mehrfachflüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung der Fig. 8 darstellt;
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das eine abgeänderte Form der Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 11 ist ein Diagramm, das eine andere Ausführungsform einer Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer Regelschleifensteuerung für die Ausführungsform der Fig. 11.
Fig. 13 u. 14 sind Diagramme, die weitere Abänderungen der vorliegenden Erfindung darstellten;
Fig. 15 ist ein Diagramm zur Darstellung einer weiteren Abänderung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 16 ist ein Diagramm einer herkömmlichen Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es wird sich nun der Fig. 1 zugewandt, in der eine Flüssigkeitsmeßvorrichtung für eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Beschreibung im Bezug auf eine Messung vom Subtraktionstyp, bei der eine aus einem Meßtank fließende Flüssigkeitsmenge beobachtet wird.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Meßsteuerungseinheit; 2 stellt eine Wägezelle zum Messen eines Gewichtes eines Ausgangsmaterials dar, mit dem ein Meßtank (oder Behälter) 8 beschickt ist; 3 bezeichnet einen Schweremesser/Verstärker (AMP); 4 steht für einen Servoantrieb (Treiber), der von der Meßsteuerungseinheit 1 gesteuert wird; 5 stellt einen Servomotor dar, der von dem Servotreiber 4 getrieben wird, um den Öffnungsgrad eines Regulierventils 6 zu ändern. Das Öffnungsreglierventil 6 ist vorgesehen, um eine aus dem Meßtank 8 fließende Flüssigkeitsmenge einzustellen. Ein Absperrventil 7, das durch die Meßsteuerungseinheit 1 gesteuert wird, ist vorgesehen, um das Ausströmen von Flüssigkeit anzuhalten. Das Öffnungsregulierventil 6 besitzt Strömungsgeschwindigkeits-Kennlinien, die als eine Kennlinie mit gleichem Prozentsatz klassifiziert sind und in Fig. 3 als Kurve (1) dargestellt sind.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Messung einer Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 2 zeigt ein Steuerungsverfahren in bezug auf das Flüssigkeitsmeßverfahren der vorliegenden Erfindung.
Es wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen; wenn ein Sollmeßwert (er gibt die erwünschte Flüssigkeitsmenge an) der Meßsteuerungseinheit 1 eingegeben wird, wird ein Anfangsöffnungsgrad des Ventils berechnet, indem eine "Fuzzy"-Schlußfolgerung aus den Strömungsgeschwindigkeits- Kennlinien des Ventils, die in Fig. 3 dargestellt sind, in einem Steuerungsteil 1-2 der Steuerungseinheit 1 auf der Grundlage des Sollwertes berechnet wird. Gleichzeitig gibt beim Anfangen mit der Messung die Steuerungseinheit 1 eine Anzeige des Anfangsöffnungsgrades durch den Servotreiber 4 an den Servomotor 5 des Regulierventils 6, so daß die Flüssigkeit aus dem Tank 8 herausfließt. Der aktuelle Gewichtswert an der Wägezelle 2 wird sich dann ändern. Die Steuerungseinheit 1 erhält wiederholt die aktuellen Gewichtswerte, die von der Wägezelle zu der Einheit 1 über den Schweremesser/Verstärker 3 mit einem vorbestimmten Zyklus übertragen werden. Ein in der Steuerungseinheit 1 vorgesehener Rechenteil 1-1 dient dazu, eine Abweichung zwischen dem Sollmeßwert und dem tatsächlichen Gewichtswert und die Zeitänderungsgröße der Abweichung zu berechnen, und berechnet ferner eine beobachtete Größe oder Größen, die erhalten werden, indem die vorgenannten Größen durch ein Tiefpaßfilter geschickt werden, um Rauschen zu entfernen. Der Steuerungsteil 1-2 leitet dann arithmetisch den Öffnungsgrad des Ventils ab, wobei eine vorbestimmte '"Fuzzy"-Regel oder Regeln verwendet wird bzw. werden, die empirisch entwickelt werden können. Solche Fuzzy-Regeln werden allgemein in der folgenden Weise ausgedrückt: "Wenn e gleich A ist und δe gleich B ist, dann ist δu gleich C." Hier ist e die Abweichung, δe deren Zeitänderung und δu ist die Zeitänderung des Öffnungsgrades des Ventils. A und B werden empirisch ausgewählt und können einen vorgegebenen Bereich von Werten darstellen, und C ist eine vorgegebene Größe oder ein vorgegebener Bereich. Somit basiert die Auswahl der richtigen Fuzzy-Regel oder -Regeln auf den Werten e und δe, wobei die Regeln ausgewählt werden, die Strömungsgeschwindigkeit (Zeitänderung der Abweichung) und die Abweichung im Ausgleich (Fig. 4A, in der die durch die unterbrochenen Linien gebildeten Rechtecke Ausgleichsflächen darstellen) zu halten, so daß die Strömung gesteuert wird, die Abweichung allmählich auf Null zu bringen.
Dieser Auswählvorgang kann durch eine Mitgliedsfunktion dargestellt werden, wie die in Fig. 4 gezeigte, in der die X-Achse die Abweichung und die Y-Achse ein Mitgliedswert (Gewichtsfaktor) ist. Wenn die Abweichung e bestimmt wird, wird sie entweder allein in einen der vorbestimmten Bereiche "klein", "mittel", usw. fallen und der Faktor wird somit den Wert "1" annehmen oder einen Wert zwischen "0" und "1", oder sie fällt in einen Überlappungsbereich und der Gewichtsfaktor wird zwischen "0" und "1" sein. Wenn die Abweichung nur in einen Bereich fällt, kann die Regel für den vorbestimmten Bereich verwendet werden. Wenn die Abweichung in einen Überlappungsbereich fällt, kann eine Kombination, wie durch Interpolation, der Regeln verwendet werden. Eine ähnliche Mitgliedsfunktion kann für die Zeitänderung der Abweichung e verwendet werden. Fig. 4B zeigt ein Diagramm, das verwendet wird, um die Zeitänderung des Ventilöffnungsgrades δu zu erhalten. Es sei beispielsweise angenommen, daß e einen Mitgliedswert von 0,8 in dem kleinen Bereich und δe einen Mitgliedswert von 0,6 in dem großen Bereich und einen Wert von 0,7 in dem mittleren Bereich aufweist. Ferner sei angenommen, daß die "Fuzzy"-Regeln sind (1) e ist klein und δe ist groß, dann ist u negativ groß, und (2) e ist klein und δe ist mittel, dann ist δu negativ mittel. In diesem Fall wird ein Mitgliedswert δu bei dem kleineren der Werte von e und δe bestimmt (eine andere Auswahl ist möglich). Dem gemäß ist der Mitgliedswert von δu gleich 0,6, wenn die Regel (1) verwendet wird und 0,7, wenn die Regel (2) verwendet wird. Aus den Mitgliedswerten wird δu durch Berechnung von beispielsweise dem Schwerpunkt der in Fig. 4B schaffierten Fläche erhalten.
Bei den Mitgliedsfunktionen werden die Bereiche für kleinere Abweichungen (oder deren Zeitänderung) fortschreitend kleiner als die Bereiche für größere Abweichung gemacht. Diese Ausgestaltung ist bestrebt, die Meßgenauigkeit zu erhöhen und eine Messung innerhalb einer kurzen Zeit zu erhalten, indem der Ventilöffnungsgrad genauer für kleinere Abweichungsgrößen als für größere bestimmt wird. Dieses Prinzip kann auf den Tiefpaßfiltervorgang angewendet werden. Wenn die Abweichungsgröße klein ist, wird die Meßgenauigkeit verbessert, indem die dynamische Kennlinie der Meßerfassungseinrichtung schmaler gemacht wird, indem die Abweichungsgröße von dem Tiefpaßfilter verwendet wird. Anders ausgedrückt, der Steuerungsvorgang der Erfindung ist derart, daß, wenn die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem tatsächlich gemessenen Wert groß ist, beispielsweise während einer ersten Stufe von Fluidfluß durch das Ventil, die Zeitänderung groß sein kann, das heißt die Mitgliedsfunktion bzw. -funktionen und Fuzzy-Regel bzw. -Regeln müssen nicht so genau sein. Jedoch nimmt mit der Zeit die Abweichung ab, so daß der Fluidfluß genauer gesteuert werden muß. Die Mitgliedsfunktion/-funktionen und die Fuzzy-Regel/-Regeln, die verwendet werden, werden somit genauer gemacht, und eine größere Steuerung wird auch dadurch erreicht, daß die Zeitänderung der Abweichung verringert wird, um einen relativ konstanten, geringen Fluß zu erreichen.
Unmittelbar nach Beginn der Messung wird das Ventil 6 gesteuert, um einen angemessenen Öffnungsgrad zu erhalten. Da die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem gemessenen Wert nach und nach abnimmt, wird der Öffnungsgrad des Ventils 6 ebenfalls nach und nach verringert, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit abnimmt. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn das Ventil 6 die in Fig. 3 gezeigte Strömungsgeschwindigkeits- Kennlinien aufweist, eine Verschiebung erzeugt, die einem Öffnungsgrad von 10% oder in etwa von dieser Größe in der Nähe einer Nullabweichung auf der Grundlage der Fuzzy-Arithmetik entspricht. Infolgedessen werden, selbst wenn ein mechanisches Spiel in dem Ventil vorliegt, deren Einflüsse von einer Totzone und dem Steuerungssystem aufgenommen, wodurch die Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wird die vorliegende Erfindung ferner bei einem kumulativen Meßsystem angewendet, bei dem eine Wägezelle 2a Stoffe mißt, nachdem die von einer Vielzahl von einer Vielzahl von Tanks zugeführten Stoffe in einem einzelnen Meßtank 18 vermischt worden sind. In Fig. 5 sind Öffnungsregulierventile 13 und 14 an dem ersten bzw. zweiten Tank 11, 12 (Tank 1 und 2) angebracht, die stromaufwärts der Ventile 13, 14 angeordnet sind. Wo die Strömungsgeschwindigkeitskennlinie der Öffnungsregulierventile 13, 14 unterschiedlich sind, unterscheidet sich das Verhalten der Ventile nach Beginn der Messung. Jedoch ist das Verhalten der Ventile 13, 14 unmittelbar vor Beendigung der Messung im wesentlichen das Gleiche, wenn sich die Kennlinien in der Nähe der Totzone, die in Fig. 3 dargestellt ist, sich nicht stark ändern. Es ist deshalb möglich, die Messung auf der Grundlage derselben Mitgliedsfunktion und der Fuzzy-Regel durchzuführen.
Daher kann ein großer Meßbereich ohne weiteres mit hoher Genauigkeit innerhalb einer kurzen Zeitdauer durchgeführt werden, ohne von den Unterschieden zwischen den Systemstrukturen, den Ventilkennlinien und den Flüssigkeitsmaterialeigenschaften abzuhängen.
Als nächstes wird die Beschreibung auf die Ergebnisse eines Versuches konzentriert, der gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde.

Beispiel 1

Der Versuch wurde bei der in Fig. 1 dargestellten Meßvorrichtung durchgeführt.
Die Meßvorrichtung, die die obengenannten Ergebnisse lieferte, kann maximal 10 Kilo messen und umfaßte eine Wägezelle mit einer Genauigkeit von 1/5000. Das FCV (Öffnungsregulierventil) wurde durch den Servomotor gesteuert, und ein Steuerungsbefehl, den Öffnungsgrad zu ändern, wurde von der Meßsteuerungseinheit ausgegeben.
Es wird auf die Fig. 6 Bezug genommen, in der die Strömungsgeschwindigkeitskennlinien von zwei Arten von Öffnungssteuerungsventilen dargestellt sind. Die zwei Arten von Öffnungssteuerungsventilen wurden aufeinanderfolgend in dem in Fig. 1 dargestellten System angeordnet, und die Messung wurde ohne Änderung der Steuerungssystems durchgeführt.
Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen die Ergebnisse der Messung von 1000 gr. Fig. 7(a) stellt die Ergebnisse dar, die mit dem Öffnungsregulierventil verbunden sind, das die in Fig. 6(a) gezeigten Kennlinien besitzt. Fig. 7(b) zeigt die Ergebnisse der Fig. 6(b). Wie es aus den Fig. 7(a) und 7(b) offensichtlich ist, ändert sich ein Betriebsmuster des Öffnens des Regulierventils natürlich. Jedoch können hochgenaue Meßergebnisse während nahezu der gesamten Meßdauer erhalten werden.
Bei dem Meßsystem, wie es in den Fig. 6(a) und 6(b) gezeigt ist, unterscheidet sich die Strömungsgeschwindigkeit gegen den Öffnungsgrad in Abhängigkeit von der Restmenge (Druckhöhenunterschied) der Flüssigkeit, selbst wenn der Öffnungsgrad der gleiche ist. Die Restmenge der Flüssigkeit wird an den jeweiligen Pegeln gemessen, jedoch unterscheidet sich natürlich das Betriebsmuster. Nichts destotrotz werden die gleichen Ergebnisse in Bezug auf die Meßzeit und die Meßgenauigkeit erhalten. Eine Genauigkeit innerhalb von 1,0 gr wird innerhalb eines Meßbereiches von 1:100 sichergestellt.
Bei der vorstehend erläuternten Ausführungsform enthält die Meßerfassungeinrichtung die Verwendung der Wägezelle. Jedoch können irgendwelche Arten von Erfassungseinrichtungen, die die Meßwerte eines Differenzdruckübertragers, eines Pegelgebers oder ähnliches anzeigen können, statt der Wägezelle verwendet werden.
Der Servomotor diente als ein Beispiel einer Antriebseinrichtung für das Öffnungsregulierventil. Jedoch kann irgendeine Art einer Einrichtung verwendet werden, die den Ventilöffnungsgrad ändern kann.
Ein Verfahren zum Erhalten des Meßergebnisses, das in Fig. 7(a) gezeigt ist, wird mehr im einzelnen in Größen der Fuzzy-Steuerung beschrieben.
Ein Anfangsöffnungsgrad des Ventils wird durch eine Mitgliedsfunktion bestimmt, wie es in Fig. 4C gezeigt ist. Wenn beispielsweise der Sollwert 1000 gr ist, ist gemäß Fig. 4C ein Mitgliedswert, der dem Sollwert entspricht, 0,5. Der maximale Öffnungsgrad des Ventils wird auf 70,0 mm auf der Grundlage der Strömungsgeschwindigkeitskennlinie des Ventils eingestellt, so daß der Anfangsöffnungsgrad des Ventils auf 70,0 x 0,5 = 35 mm eingestellt wird. Die Fuzzy-Steuerung wird während einer Weile (Verlustzeit) nicht durchgeführt. Da es Zeit braucht, die Flüssigkeit aus einem Vorratstank in einen Meßtank überzuführen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, kann, wenn die Fuzzy-Steuerung unmittelbar nach Meßbeginn durchgeführt wird, der Öffnungsgrad des Ventils übermäßig vergrößert werden. Demgemäß wird die Fuzzy-Steuerung während der unrentablen Zeit, die von 0 bis 9,9 Sekunden beträgt, nicht durchgeführt.
Bei der Messung werden Fuzzy-Regeln wie folgt verwendet:
(1) Wenn die Abweichung e sehr groß ist und die Zeitänderung δe mittel ist, dann ist die Zeitänderung des Öffnungsgrads δu positiv mittel.
(2) Wenn e sehr groß ist und δe groß ist, dann ist δu positiv klein.
(3) Wenn e sehr groß ist und δe sehr groß ist, dann ist δu Null.
(4) Wenn e groß ist und δe sehr groß ist, dann ist δu negativ klein.
(5) Wenn e mittel ist 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 dem Punkt A in Fig. 7(a) oder Fig. 4A wird die FuzzyRegel (1) verwendet, so daß δu erhöht wird. An dem Punkt A&sub1; in Fig. 4 A werden die Fuzzy-Regeln (1) und (2) verwendet, so daß der Öffnungsgrad weiter vergrößert wird. An dem Punkt A&sub2; in Fig. 4A wird die Fuzzy-Regel (2) verwendet. Am Punkt A&sub3; in Fig. 4A werden die Fuzzy-Regeln (2) und (3) verwendet. Am Punkt B in Fig. 7(a) oder Fig. 4A wird die Fuzzy-Regel (3) verwendet, so daß der Öffnungsgrad des Ventils nicht variiert wird. Am Punkt C in Fig. 7(a) oder 4A werden die Fuzzy-Regeln (3) und (4) verwendet, so daß der Öffnungsgrad des Ventils verringert wird. Zwischen den Punkten C und D in Fig. 7(a) oder 4A werden einige Fuzzy-Regeln verwendet, wie zwischen den Punkten A und B. Am Punkt D in Fig. 7(a) oder 4A wird die Fuzzy-Regel (8) verwendet, so daß der Öffnungsgrad des Ventils erhöht wird. In ähnlicher Weise wird die Fuzzy-Steuerung durchgeführt, so daß das Meßergebnis, wie es in Fig. 7(a) gezeigt ist, erhalten wurde.
Wie oben erörtert worden ist, hat die vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen auf der Grundlage derselben Mitgliedschaftsfunktion und der Fuzzy-Regel, ohne von der Strömungsgeschwindigkeitskennlinie des Regulierventils und der Struktur des Meßsystems abzuhängen: (1) Eine hochgenaue Messung kann durchgeführt werden, ohne von den Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt zu werden, die durch Störungen hervorgerufen wird. (2) Ein genaues Meßsystem mit einem weiten Sollwertmeßbereich kann erreicht werden. (3) Messungen können innerhalb einer kurzen Zeitdauer ohne Rücksicht auf die Größe des Sollmeßwertes gemacht werden.
Ferner kann die Produktion ohne weiteres mit der Steuerungseinheit mit der Hilfe eines Speichers durchgeführt werden, der nur eine geringe Kapazität aufweisen muß, was zu einer Abnahme der Kosten der Vorrichtung führt.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 8-11 beschrieben. Es wird auf die Fig. 8 Bezug genommen, in der ein duales Flüssigkeitsmeß-Mischungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform gezeigt ist. Bei dem System werden Ausgangsflüssigkeiten von zwei Tanks 28a, 28b zugeführt, die als Flüssigkeitsaufnahmebehälter dienen und stromaufwärts im Bezug auf Öffnungsregulierventile (FCV) 16a, 16b eines einzelnen Tanks 38 angeordnet sind, der stromabwärts der Ventile 16a, 16b als ein Flüssigkeitsaufnahmetank dient. Ferner erzeugt das System, indem eine kumulative Messung der zwei Flüssigkeiten durchgeführt wird, eine Mischflüssigkeit mit den richtigen Anteilen.
Mit den oberen Tanks 28a, 28b sind Rohrleitungspfade 22a und 22b verbunden, in denen Entleerungsventile (DV) 19a, 19b und Absperrventile (SV) 17a und 17b vorgesehen sind. Die Entleerungsventile 19a, 19b sind mit den Öffnungsregulierventilen (FCV) 16a bzw. 16b verbunden.
Die Regulierventile 16a, 16b besitzen ihre eigenen Strömungsgeschwindigkeiten, die, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, gleichprozentige Kennlinien aufweisen. Die Ventile sind typischerweise vollständig in der Nähe eines Ventilöffnungsgrads von 0% geschlossen, aber die Flüssigkeit strömt in der Nachbarschaft eines Öffnungsgrads von 10%.
Rohrleitungspfade 22a und 22b sind mit einer gemeinsamen Verbindungsrohrleitung 20 verbunden. Die Rohrleitung 20 umfaßt ein Reinigungs-/Ausströmventil (CV) 10, durch das die Flüssigkeit in den unteren Tank 38 überführt werden kann. Stromaufwärts der Verbindungsrohrleitung 20 befindet sich ein Reinigungsbeginnventil (CIV) 25 und ein Entlüftungsventil (ARV) 26. Das Reinigungsbeginnventil 25 ist vorgesehen, so daß eine Reinigungsflüssigkeit (wie Wasser) in die Verbindungsrohrleitung 20 eingeführt werden kann.
Eine Wägezelle 12, die als eine Erfassungseinrichtung zum Messen eines Gewichts der Meßflüssigkeit festgelegt ist, ist in dem unteren Tank 38 eingebaut. Die Wägezelle 12 ist über einen Wägezellenverstärker (AMP) 15 mit der Meßsteuerungseinheit 11 verbunden.
Die Steuerungseinheit 11, die über einen Servotreiber 14 mit einer Umschalteinrichtung (COD) 27 verbunden ist, führt eine abgeschätzte Steuerung auf der Grundlage der Strömungsgeschwindigkeitskennlinien der Öffnungsregulierventile 16a, 16b, eines aktuellen Meßwerts der Flüssigkeit, die von der Wägezelle 12 gemessen wird, und eines Meßsollwertes durch.
Die Umschalteinrichtung 27 ist mit den Öffnungsregulierventilen 16a, 16b, die in den Flüssigkeitszuführpfaden 22a, 22b vorgesehen sind, und ferner mit den Servomotoren 21a und 21b zum Antrieb des Sperrventils 17a bzw. 17b verbunden. Die Umschalteinrichtung 27 gibt einen Antriebsbefehl an den Servotreiber 14 ab, der durch die Einheit 11 gesteuert wird, nachdem ein Umschalten zu einem ausgewählten System ausgeführt worden ist.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der derart konstruierten Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 9, die ein Blockdiagramm des Steuerungsverfahrens ist, sowie auf die Fig. 8 erläutert.
Produktionsbedingungen (wie die gemessenen Mengen der Flüssigkeiten in den Tanks 28a, 28b) werden der Meßsteuerungseinheit 11 angegeben. Der Sollwert (b) wird an die Einheit 11 gegeben. Diesem Schritt folgend werden die Entleerungsventile 19a, 19b (DRV) und das Reinigungsventil (CV) 10 auf der Grundlage eines gegebenen Systemauswählsignals (a) auf ein System umgeschaltet. Bei Angabe des Meßbeginns wird ein Befehl von der Steuerungseinheit 11 an den Servotreiber 19a gegeben, so daß das Sperrventil 17a geöffnet wird, und das Öffnungsregulierventil (FCV) ist so ausgebildet, daß es einen bestimmten Anfangsöffnungsgrad aufweist, wie es unten beschrieben wird. Eine Ventilöffnung des Öffnungsregulierventils 16a wird durch den Servomotor 22a in einer bestimmten Stellung eingestellt, und der Öffnungsgrad wird eingestellt, damit Ausgangsflüssigkeit von dem Tank 28a fließt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Anfangsöffnungsgrad des Öffnungsregulierventils 16a durch den Steuerungsteil 11-2 der Steuerungseinheit 11 auf der Grunlage einer "Fuzzy"-Schlußfolgerung (oder Abschätzung) berechnet, die aus der Strömungsgeschwindigkeitskennlinien des Ventils und dem Meßsollwert abgeleitet wird. Infolgedessen wird damit begonnen, die Ausgangsflüssigkeit in dem Tank 28a in den Tank 38 überzuführen. Die Wägezelle 12 des Tanks 38 erfaßt das Gewicht der über führten Ausgangsflüssigkeit und rückkoppelt diesen Wert über den Verstärker 5 zu der Steuerungseinheit 11.
Ein Filter-Arithmetik-Teil 11-1 leitet rechnerisch eine Abweichungsgröße zwischen dem rückgekoppelten, tatsächlichen Gewichtswert und dem Sollwert und eine Zeitänderungsgröße der Abweichung ab, und gleichzeitig berechnet die Steuerungseinheit 11 einen Wert, der erhalten wird, indem ein Tiefpaßfiltervorgang an den vorgenannten Größen durchgeführt wird. Auf der Grundlage des derart berechneten Werts führt der Steuerungsteil 11-2 die Arithmetik in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Fuzzy-Regel durch und sucht einen Ventilöffnungsgrad, bei dem eine geeignete Strömungsgeschwindigkeit bei dem folgenden Steuerungszyklus erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt werden eine Mitgliedsfunktion oder Mitgliedsfunktionen und die geeignete Fuzzy-Regel oder Fuzzy-Regeln verwendet, um den Ventilöffnungsgrad zu steuern.
Nach dem Beginn der Messung verringert, wenn die Meßabweichung abnimmt, das Öffnungsregulierventil (FCV) 16a die Öffnung, wodurch eine sehr kleine Strömungsgeschwindigkeit erhalten wird. Wenn die Meßabweichung und die Zeitänderungsgröße davon sehr klein werden, und wenn die Meßabweichung unterhalb eines gewissen Wertes abnimmt, wird die Messung angehalten. Das Sperrventil 17a wird dann geschlossen. Unmittelbar wird das Öffnungsregulierventil 16a betätigt, um eine vollständig geschlossene Stellung anzunehmen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Strömungsgeschwindigkeit sehr klein und die Zuflußmenge ist ebenfalls äußerst klein. Somit wird die Zuflußmenge, nachdem die Messung aufgehört hat, verringert, während die Meßgenauigkeit verbessert wird, ohne von Schwankungen bei der Strömungsgeschwindigkeit abzuhängen. Da das Strömungsregulierventil 16a die in Fig. 3 dargestellten Strömungsgeschwindigkeitskennlinien aufweist, gibt es eine Verschiebung von 10% oder so des Ventilöffnungsgrads in naher Nachbarschaft zu einer Null-Abweichung auf der Grundlage der arithmetischen Abschätzungsregel. Selbst wenn ein mechanisches Spiel in dem Ventil vorhanden ist, werden die ungünstigen Einflüsse, die durch das mechanische Spiel bewirkt werden, aufgenommen, indem von einer Totzone und dem Abschätzungssteuerungssystem Gebrauch gemacht wird, wodurch eine hochgenaue Messung erhalten wird. Ferner ändert sich die Arbeitsweise des Steuerungsregulierventils 16a gemäß dem Sollmeßwert und dem Verarbeitungssystem in einem Meßbereich. Zusätzlich kann die Messung durch dieselbe Meßeinrichtung ohne Rücksicht auf die Größe des Meßsollwerts durchgeführt werden, was eine Erweiterung des Meßbereiches ergibt. Jedoch befindet sich diese Erweiterung in einer statischen Genauigkeit eines Erfassungsendes. Ein Arbeitsmuster des Öffnungsregulierventils 16a variiert im Bezug auf die Meßzeit, und nahezu kann dieselbe Kurzzeitmessung unabhängig von der Größe des Sollmeßwertes durchgeführt werden.
Nachfolgend wird das Verfahren durch das Systemauswählsignal (a) auf die Messung der in dem Tank 28b vorhandenen Flüssigkeit umgeschaltet. Die Umschalteinrichtung 27 wird auf das Öffnungsregulierventil 16b umgeschaltet. Ein Sollwert (b) wird der Steuerungseinheit 11 zugeführt und die Messung wird ausgeführt, indem dieselbe Steuerung, wie sie oben im Zusammenhang mit einem Meßbeginnbefehl beschrieben wurde, durchgeführt wird. Die Steuerungsfunktion in der Steuerungseinheit ist dieselbe. Ein Ausgangssignal des Steuerungsteils und des Treibers wird lediglich zu dem Sperrventil 17b und dem Öffnungsregulierventil 16b am Betriebsende mittels der Umschalteinrichtung 27 umgeschaltet.
Die Flüssigkeiten werden über die miteinander geteilte Verbindungsrohrleitung 20 zu dem Tank 38 überführt. Die Verbindungsrohrleitung 20 ist derart ausgestaltet, daß deren Durchmesser groß ist, damit die Restflüssigkeit in der Rohrleitung unmittelbar nach unten zu dem Reinigungsventil (CV) 10 und dem Tank 38 fallen kann. Deshalb ist die Länge dieser Verbindungsrohrleitung so kurz wie möglich, um die Meßgenauigkeit zu erhöhen. Wenn aber die Verbindungsrohrleitung 20 nicht verwendet wird, können die Rohranordnungen zu dem Tank 38 einzeln vorgenommen werden. In diesem Fall wird die Flüssigkeitsmenge, die vermischt wird, durch die Größe des Tanks 38 beschränkt.
Wo ferner eine Mehrzahl von Flüssigkeiten aufgenommen wird, ist die Rohrleitungsanordnung schwierig, und deshalb bildet sie ein Problem in Größen, die Ausrüstung bereitzustellen. Jedoch sind kurze und einzelne Rohrleitungen von Vorteil, um Messungen mit einer Höchstgenauigkeit zu erhalten, um Ungenauigkeiten zu vermeiden, die durch irgendwelche Restmenge an Flüssigkeit in der Verbindungsrohrleitung bewirkt wird.
Die Beschreibung wurde unter der Annahme vorgenommen, daß die Strömungsgeschwindigkeitskennlinien des Öffnungsregulierventils 16b die gleichen wie die des Öffnungsregulierventils 16a ist. Selbst wenn die jeweiligen Strömungsgeschwindigkeitskennlinien zueinander unterschiedlich sind, bleibt das Verhalten der Öffnungsregulierventile 16a, 16b unmittelbar vor Abschluß der Messung im wesentlichen gleichbleibend, wenn die Kennlinien in der Nachbarschaft der Totzone nicht sehr unterschiedlich sind. Selbst wenn sich das Verhalten der Ventile 16a, 16b nach Meßbeginn unterscheidet, ist die Messung durchführbar, wobei dieselbe Mitgliedfunktion und Fuzzy-Regel verwendet werden.
Eine äußerst genaue Messung kann ohne weiteres in einer kurzen Zeit über einen weiten Sollwertbereich ohne Rücksicht auf die Unterschiede im Systemaufbau und die Ventileigenschaften erhalten werden.
Der Flüssigkeitsmeßmischer nach der vorliegenden Erfindung ist ein Beispiel einer Flüssigkeitsmessung vom Additionstyp (ein System zum Messen der in dem Meßtank bewahrten Flüssigkeit)
In den Figuren sind die Entleerungsventile 19a, 19b, Reinigungsventil 10, Reinigungsbeginnventil (CIV) 25) und Entlüftungsventil (ARV) 26 Zusatzventile für Reinigungs- und Abwassermaßnahmen.
Wenn die Flüssigkeit beispielsweise in dem Tank 28a gemessen wird, wird eine Reinigung durchgeführt. Dann wird die Flüssigkeit in dem Tank 28b gemessen. Im Falle der Reinigung von nur der Verbindungsrohrleitung 20 nach der Beendigung der Flüssigkeitsmessung, wird das Reinigungsventil 10 zur Abwasserauslaufseite umgeschaltet, während das Reinigungsbeginnventil (CIV) 25 zum Reingen geöffnet wird. Zu diesem Zeitpunkt bleiben das Entlüftungsventil 26 sowie die Absperrventile (SV) 17a, 17b geschlossen. Nachdem das Reinigen während einer bestimmten Dauer durchgeführt worden ist, wird das Reinigungsbeginnventil (CIV) 25 geschlossen und das Entlüftungsventil (ARV) 26 wird geöffnet. Anschließend wird das Entlüftungsventil (ARV) 26 geschlossen. Dann geht die Messung zum Tank 28b über.
Bei der oben erläuterten Ausführungsform wurde die Beschreibung für den Fall hervorgehoben, bei dem zwei Flüssigkeitsarten gemessen und gemischt werden. Bei dieser Erfindung kann eine große Anzahl Flüssigkeiten mit denselben Flüssigkeitsaufnahmebehälter gemessen werden. Jedoch ist die Anzahl der Öffnungsregulierventile, die von derselben Meßeinrichtung gesteuert werden, vorzugsweise acht oder etwa so.
Eine abgewandelte Form der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 10 beschrieben.
Eine Kombination des Meßsystems vom Additionstyp zur Flüssigkeitsmessung (indem eine Erfassungseinrichtung in dem Flüssigkeitsaufnahmebehälter angeordnet wird), und ein Meßsystem vom Subtraktionstyp zum Messen einer Menge von ausfließender Flüssigkeit (indem die Erfassungseinrichtung in einem Zuführbehälter angeordnet wird) ist für diese Anordnung bei dieser abgeänderten Form kennzeichnend. Das Meßsystem vom Additionstyp besitzt die gleichen Komponenten wie das bei der obenbeschriebenen Ausführungsform der Fig. 8 und daher wird die Beschreibung hier unterlassen, wobei aber gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet werden.
In Fig. 10 dient ein N-ter Vorratsbehälter als ein Meßtank N, indem er mit einer oberen Wägezelle 42 nahe an ihm versehen wird.
Eine Ausflußmenge an Ausgangsflüssigkeit, die den Tank N füllt, wird durch eine obere Wägezelle 42 gemessen, und wird gleichzeitig dem unteren Tank 38 zugeführt, der als der Flüssigkeitsaufnahmebehälter festgelegt ist. Dann wird die Ausgangsflüssigkeit kumulativ durch eine Wägezelle 12 gemessen. Aktuelle Meßwerte, die durch das kumulative Meßsystem und das Meßsystem vom Subtraktionstyp erhalten werden, werden durch die Wägezellenverstärker 15 und 55 der Meßsteuerungseinheit 31 bzw. 32 zugeführt. Die Steuerungseinheiten 31 und 32 berechnen die Abweichungen zwischen dem aktuellen Meßwert und den einzelnen Sollwerten. Die Steuerungseinheiten 31, 32 berechnen auch Abweichungszeitänderungsgrößen und geben dann Öffnungsbefehle auf der Grundlage von Abschätzungsregeln aus. Die Ausgaben der zwei Steuerungseinheiten 31 und 32 werden mittels einer Steuerungssystem-Umschalteeinrichtung (Steuerung COD) 33 umgeschaltet, um den Servotreiber 14 zu steuern.
Bei der obenbeschriebenen Ausgestaltung wird eine infinitesimale Messung durch beispielsweise das Subtraktionssystem durchgeführt, während die Messung, die einen großen Sollmeßwert enthält, durch das Additionssystem durchgeführt wird. Dies ermöglicht einen noch größeren Meßbereich.
Für ein System mit nur einer Lösung ist der Meßtank mit einer Rührvorrichtung, einer Heißwasserumlaufeinrichtung, usw. ausgerüstet. Der Meßtank wird als ein Steuerungstank festgelegt, und das Messen, ein Mischvorgang und ein Reaktionsvorgang können deshalb in demselben Behälter durchgeführt werden.
Bei der obengenannten Ausführungsform sind die Wägezellen 12, 42 beispielhaft als Erfassungeinrichtungen angegeben. Andere Erfassungseinrichtungen jedoch können verwendet werden. Beispielsweise schließen solche Erfassungseinrichtungen eine Druckerfassungseinrichtung, wie eine Differenzdruckübertragungseinrichtung, und eine Vielzahl von Regelmeßeinrichtungen ein. Es wird darauf hingewiesen, daß sich die Meßgenauigkeit in Abhängigkeit von der statischen Genauigkeit der Erfassungseinrichtung ändert.
Bei der obenbeschriebenen Ausführungsform umfaßt die Antriebseinrichtung für das Öffnungsregulierventil die Verwendung des Servomotors. Jedoch kann irgendeine Art von Einrichtungen verwendet werden, die die Positionssteuerung durchführen kann.
Wie oben erörtert worden ist, schafft die Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, indem Meßeinrichtungen verwendet werden, die nicht von dem Sollmeßwert, der Flüssigkeitsrestmenge und den Flüssigkeitsmaterialeigenschaften abhängen, das Folgende:
(1) eine Verringerung der Anzahl von Meßeinrichtungen und
(2) ein Senken des Verlustes an Ausgangsflüssigkeit.
Daher schafft die vorliegende Erfindung die vorliegenden Wirkungen:
(1) eine Abnahme an Anfangskosten in Verbindung mit der Verringerung der Anzahl der Meßeinrichtungen,
(2) eine Abnahme der Anzahl von Wartungsvorgängen in Verbindung mit der Verringerung der Anzahl von Meßeinrichtungen,
(3) eine Abnahme von Fehlern aufgrund der verbesserten Zuverlässigkeit in Verbindung mit der Verringerung der Anzahl von Meßeinrichtungen, und
(4) eine Verringerung der Betriebskosten in Verbindung mit dem Absenken des Verlustes an Ausgangsflüssigkeit, wobei diese Verringerung erhalten wird, ohne durch die Restmenge (Druckhöhenunterschied) der Ausgangsflüssigkeit im Hinblick auf das Steuern der Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt zu werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 11 gezeigt. Es ist eine erste Anzahl M von Gruppen von Flüssigkeiten vorgesehen, die keinerlei Verunreinigungsschwierigkeit zwischen ungleichen Flüssigkeiten darstellen. Es sei angenommen, daß es eine zweite Anzahl N von medizinischen Flüssigkeiten in jeder der M-Gruppen gibt, und Mehrfachflüssigkeiten zur Produktion vorbereitet werden. Eine Gesamtanzahl jeder Flüssigkeitsart, die verwendet wird, ist kleiner als M x N. Ein herkömmliches Produktionssystem benötigt Vorratsbehälter mit medizinischer Flüssigkeit, die für die Produktionsflüssigkeit geeignet sind, und Meßeinrichtungen 112a, 112b (wie Wägezellen), selbst dann, wenn mit derselben Art medizinischer Flüssigkeiten unabhängig davon, ob das System ein bewegtes oder festes System ist, umgegangen wird, wobei der Meßbereich, die Meßzeit und die Meßgenauigkeit berücksichtigt werden. Die Anzahl an Meßeinrichtungen beträgt M x N oder mehr. Gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch wird eine Meßsteuerungseinheit vom Regeltyp zum Ändern einer Strömungsgeschwindigkeit verwendet, und dieses Steuerungseinheit bewirkt eine Fuzzy-Steuerung. Daher werden der Meßbereich, die Meßzeit und die Meßgenauigkeit alle stark verbessert. Die Anzahl von (M x N) an Vorratsflüssigkeitsbehältern 128 (das heißt 128a1, 128b1... 128n1 und 128aM, 128bM..., 128nM) genügt, während die Anzahl an Meßeinrichtungen 112a, 112b, die von ihrer Leistung bestimmt ist, klein sein kann, wenn es keine Schwierigkeit im Hinblick auf eine Verunreinigung der Flüssigkeiten gibt.
Zwei getrennte Meßelemente oder Meßeinrichtungen 112a und 112b (beispielsweise Wägezellen) sind hier vorgesehen. Die Anzahl an Versorgungsflüssigkeitsbehältern (oder Tanks) 128 kann M x N sein. Jedoch wird die Anzahl an Meßeinrichtungen 112a, 112b durch eine Zeit zum Einstellen der medizinischen Flüssigkeiten und einem Produktionsplan gemäß der Klassifizierung von Flüssigkeiten bestimmt und daher tritt in einigen Fällen ein, daß die erforderliche Anzahl an Versorgungsflüssigkeitsbehältern größer als M x N ist.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm des Steuerungssystem für die erste Gruppe (Gruppe 1) von Flüssigkeitsbehältern 128a1, 128b1..., 128n1, wobei aber die Struktur der Fig. 12 in gleicher Weise auf die Steuerung der anderen Gruppen (Gruppen 2-M) anwendbar ist. Deshalb wird die Steuerungsstruktur für die anderen Gruppen hier nicht im einzelnen dargelegt, um Wiederholungen zu vermeiden.
Jede Meßeinrichtung schließt eine Meßsteuerungseinheit 111 ein. Ausgänge der Meßsteuerungseinheit 111 werden durch eine Umschalteinrichtung (COD) 37 umgeschaltet, so daß die Ausgänge selektiv an eine Mehrzahl von Öffnungsregulierventilen 116 (116a1, 116b1,..., 116n1) (1 bis N) ausgegeben und durch denselben Steuerungsalgorithmus in demselben Flüssigkeitsaufnahmebehälter (Meßbehälter) 138A gemessen werden.
Die obengenannten Öffnungsregulierventile 116 weisen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, Kennlinien mit gleichem Prozentsatz als ihre Strömungsgeschwindigkeitskennlinien auf, wobei jedes Ventil voll in der Nachbarschaft eines Ventilöffnungsgrades von 0% geschlossen ist, während die Flüssigkeit in der Nachbarschaft eines Ventilöffnungsgrades von 10% zu fließen beginnt.
Die Meßsteuerungseinheit 111 ist aus einem Filter-Rechen- Teil (FAP) 111-1, einem Fuzzy-Steuerungsteil (FCP) 111-2 und einem Treiber-Steuerungsteil (DCP) 111-1 zusammengesetzt. Die Meßsteuerungseinheit 111 dient dazu, eine Fuzzy-Steuerung auf der Grundlage der Strömungsgeschwindigkeitskennlinien der Steuerungsventile 116 (1 bis N), eines Sollmeßwert es und eines durch die Meßeinrichtung 112 erhaltenen Meßwertes auszuführen, wobei somit die Öffnungsgrade der Steuerungsventile 116 (1 bis N) gesteuert werden.
Als nächstes konzentriert sich die Beschreibung auf die Betriebsweise der Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Von einer Verarbeitungs-Produktionssteuerungseinheit wird eine Angabe, daß der Meßbehälter (Flüssigkeitsaufnahmebehälter 138A) in eine Station A mit einer Wägezelle 112A geladen werden soll, beispielsweise an ein unbemanntes Tragfahrzeug 49 gegeben, das zur Bewegung des Behälters in die Station verwendet wird. Nachfolgend wird eine Angabe, die medizinische Flüssigkeit in einem unterschiedlichen, vorbestimmten der Versorgungsflüssigkeitsbehälter 128 (beispielsweise Tank 12) zu messen, an die Meßeinrichtung 112a gegeben. Die Umschalteinrichtung 37 ist so vorgesehen, daß das Öffnungsregulierventil 116b1 und das Sperrventil 117b1 des Tanks 12, die selektiv durch ein Systemauswählsignal umgeschaltet werden, durch die Steuerungseinheit 111 steuerbar sind.
Von der Verarbeitungs-Produktionssteuerungseinheit wird eine Angabe gegeben, daß eine Kopplungseinrichtung 70b1, die an dem Versorgungsflüssigkeitsbehälter angebracht ist, mit einem Verbindungsglied des Flüssigkeitsaufnahmebehälters 138A (Meßbehälter A) verbunden werden sollte. Bei der Bestätigung von Meßvorbereitungen durch den obenbeschriebenen Anfangszustand gibt die Verarbeitungs-Produktionssteuerungseinheit eine Angabe für den Meßbeginn aus. Das Sperrventil öffnet sich in Antwort auf den Meßbeginnbefehl. Das Regulierventil 116b1 erhält einen Stellbefehl von der Meßsteuerungseinheit, so daß das Ventil einen vorbestimmten Öffnungsgrad aufweist. Eine Ventilöffnung des Öffnungsregulierventils wird auf eine spezifische Stellung durch Betätigung eines Antriebsmotors 122b1 des Behälters 12 eingestellt, wodurch somit ein Fluß an Ausgangsflüssigkeiten bewirkt wird, während der Öffnungsgrad gesteuert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Anfangsöffnungsgrad des Ventils durch den Fuzzy-Steuerungsteil 111-2 der Meßsteuerungseinheit 111 aus den Strömungsgeschwindigkeitskennlinien des Ventils und dem Sollmeßwert auf der Grundlage der Fuzzy-Regel berechnet, wodurch die Ausgangsflüssigkeit aus dem Tank 128b1 anfängt, in den Flüssigkeitsaufnahmebehälter 138A überführt zu werden. Die Meßeinrichtung 112A (Wägezelle A) für den Tank 138A erfaßt das Gewicht der überführten Ausgangsflüssigkeit und rückkoppelt den Wert zu der Steuerungseinheit 111.
Der Fuzzy-Steuerungsteil 111-2 der Steuerungseinheit 111 berechnet eine Abweichung zwischen dem Sollmeßwert und dem derart rückgekoppelten Versorgungsflüssigkeitsmeßwert und auch eine Zeitänderungsgröße der Abweichung. Die Steuerungseinheit 111 berechnet einen Wert, der erhalten wird, indem ein Tiefpaßfiltervorgang bei den obenbeschriebenen Größen vorgenommen wird. Der Fuzzy-Steuerungsteil 111-2 führt eine Abschätzungsarithmetik aus dem derart berechneten Wert durch und es wird ein Öffnungsgrad des Öffnungsregulierventils erhalten, für das eine geeignete Strömungsgeschwindigkeit bei dem nächsten Steuerungszyklus gewonnen wird, indem das Ventil auf diesen Öffnungsgrad geöffnet wird.
Zu diesem Zeitpunkt nehmen eine Mitgliedsfunktion oder Mitgliedsfunktionen für die Fuzzy-Schlußfolgerung beispielsweise eine halblogarithmische Form an, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, in der die X-Achse der Abweichung (Unterschied zwischen dem Meßsollwert und der gemessenen oder der beobachteten Größe) entspricht und die Y-Achse einen Mitgliedswert oder einen Gewichtungsfaktor darstellt.
Eine ähnliche Mitgliedsfunktion für die Zeitänderung der Abweichung wird auch verwendet. Bei den Mitgliedsfunktionen wird die X-Achse so unterteilt, daß Abschnitte mit kleineren, physikalischen Größen klein gemacht werden. Diese Ausgestaltung soll dazu dienen, die Meßgenauigkeit der Einrichtung zu verbessern, und eine Messung in einer relativ kurzen Zeit zu erhalten.
Eine ins einzelne gehende Beschreibung des Fuzzy-Steuerungsvorgangs gemäß der Erfindung wurde bereits hier gegeben, und deshalb wird eine weitere Beschreibung davon aus Gründen der Gestrafftheit unterlassen.
Nach dem Beginn der Messung verringert, wenn die Meßabweichung abnimmt, das Steuerungsventil 116b1 seine Öffnung, was eine sehr kleine Strömungsgeschwindigkeit zum Ergebnis hat. Wenn die Meßabweichung und die Zeitänderungsgröße der Abweichung verschwinden und wenn die Meßabweichung unter einen gegebenen Wert absinkt, wird die Messung angehalten. Das Sperrventil 117b1 bewegt sich in die vollgeschlossene Richtung, wobei zu diesem Zeitpunkt die Strömungsgeschwindigkeit äußerst klein und die Zuflußmenge ebenfalls äußerst klein ist. Daher nimmt die Zuflußmenge nach dem Anhalten der Messung ab, während die Meßgenauigkeit verbessert wird, ohne von Schwankungen bei der Strömungsgeschwindigkeit abzuhängen.
Da das Steuerungsventil die in Fig. 3 gezeigten Strömungsgeschwindigkeitskennlinien aufweist, gibt es eine Verschiebung, die einem Ventilöffnungsgrad von 10% oder so in großer Nähe zu einer Null-Abweichung auf der Grundlage der Abschätzungsarithmetik gleichwertig ist. Selbst wenn es ein mechanisches Spiel in dem Ventil gibt, werden die ungünstigen Einflüsse, die durch das mechanische Spiel hervorgerufen werden, aufgenommen, indem von einer Totzone und dem Abschätzungssteuerungssystem Verwendung gemacht wird, wodurch eine hochgenaue Messung erreicht wird. Ferner ändert sich die Arbeitsweise des Öffnungsregulierventils gemäß dem Meßsollwert oder dem Verarbeitungssystem innerhalb eines Meßbereiches, und die Messung kann durch dieselbe Meßeinrichtung ohne Rücksicht auf die Größe des Meßsollwertes durchgeführt werden, was einen erweiterten Meßbereich zum Ergebnis hat. In Verbindung mit der Meßzeit ändert sich das Arbeitsmuster des Öffnungsregulierventils, und nahezu dieselbe Messung kann in einer kurzen Zeit ohne Rücksicht auf die Größe des Meßsollwertes durchgeführt werden. Alle Arten medizinischer Flüssigkeiten werden gemessen, indem die Arbeitsweise des obenbeschriebenen Inhalts gemäß der Einteilung durchgeführt wird. Diesem Schritt folgend werden die Flüssigkeiten in den Einstelltank 40 überführt, der stromabwärts des Meßbehälters vorgesehen ist.
Unmittelbar wenn ein Bewegungsbefehl von der Verarbeitungs-Produktionssteuerungseinheit an die Überführungsstation C ausgegeben worden ist, bringt das automatische Trägerfahrzeug 49 den Flüssigkeitsaufnahmebehälter 138A (Meßbehälter A) zu der Station C, wobei er an einen oberen Abschnitt 103a einer Einrichtung 103 angekoppelt wird. Wenn der Einstelltank 40 ähnlich dem Behälter A und der Bewegungseinrichtung 49, die in Fig. 11 gezeigt ist, bewegbar angebracht ist, bewegt sich der Einstelltank ebenfalls und wird dann mit einem unteren Abschnitt 103b der Rohrleitungsverbindungseinrichtung 103 gekoppelt. Nach Bestätigung dieser Verbindung wird ein Fußventil des Flüssigkeitsaufnahmebehälters 138A (Meßbehälter A) durch eine Trägersteuerungseinheit gesteuert. Das Ventil wird dann geöffnet und die Flüssigkeit wird dadurch in den Tank 40 übergeführt.
Fig. 11 zeigt eine Anordnung, bei der die Meßeinrichtung 112 (Wägezellen) an den Stationen A und B angeordnet sind, und eine Bewegung der Behälter in eine vorbestimmte Position wird durch ein unbemanntes Tragfahrzeug 49 durchgeführt. Es wird zugelassen, daß der Flüssigkeitsaufnahmebehälter 138A selbst (Meßbehälter), wie es in Fig. 13 gezeigt ist, die Meßeinrichtung 138A und die Tragfunktion bzw. die Räder 100A umfaßt. Bei einer solchen Konstruktion ist die Kopplungseinrichtung nicht an der Station im Gegensatz zu der in Fig. 11 gezeigten Situation festgelegt. Es ist jedoch notwendig, daß eine elektrische Verbindungseinrichtung, wie ein Positionserfassungssensor in jeder Kopplungsposition vorgesehen wird.
Wie es in Fig. 14 dargestellt ist, sind Blätter von entsprechenden Rührern 101A und 101B zu den Flüssigkeitsaufnahmebehältern 338A, 338B hinzugefügt und die Behälter werden zu einer Umrührstation 102 übergeführt. Jeder der Flüssigkeitsaufnahmebehälter 338A, 338B besitzt eine Vermischungs- und Reaktionsfunktion, so daß er auch als Einstelltank dient. Als Ergebnis hiervon kann ein noch effizienteres System erhalten werden.
Bei der obenbeschriebenen Ausführungsform schließen die Meßvorrichtungen 338A, 338B die Verwendung der Wägezellen 312A, 312B ein. Jedoch ist die Situation dieselbe, wenn andere Meßvorrichtungen verwendet werden. Insbesondere ist es möglich, wenn die Differenzdruckübertragungseinrichtung in dem Tank in den Fig. 13 und 14 verwendet wird, den Flüssigkeitsaufnahmebehälter an einem selbstätig fahrenden Fahrzeug anzubringen, was die Herstellung des Flüssigkeitsaufnahmebehälters erleichtert. Infolgedessen haben Schwingungen keinen Einfluß.
Wenn die Meßsteuerungseinheit verwendet wird, die die Funktionen der Additionsmessung bei dem Flüssigkeitsaufnahmebehälter und der Subtraktionsmessung durch Anbringen der Meßvorrichtung an dem Versorgungsflüssigkeitsbehälter besitzt, ist ein wesentlich größerer Meßbereich praktisch durchführbar.
Bei einer Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung, bei der ein Flüssigkeitsaufnahmebehälter eine Mehrzahl von Flüssigkeiten aus einer Mehrzahl von Versorgungsflüssigkeitsbehältern nach dem kumulativen Messen der Flüssigkeiten aufnimmt und dann die Flüssigkeiten darin vermischt werden, ist die verbesserte Flüssigkeitsmeß-Mischvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgestaltet, daß: die Versorgungsflüssigkeitsbehälter Öffnungsregulierventile einschließen, die in den Versorgungsflüssigkeitsrohrleitungen vorgesehen sind; und eine Versorgungsflüssigkeitsmeßsteuerungseinheit als eine Präzisionsmeßsteuerungseinheit einer Steuerung von der Art mit geschlossener Schleife gekennzeichnet ist, die die Öffnungsgrade der Regulierventile auf der Grundlage einer Abschätzung steuert, um dadurch eine Strömungsgeschwindigkeit der Vorratsflüssigkeiten zu ändern, die einzelnen Vorratsflüssigkeitsmeßwerten entspricht, wobei die Steuerungseinheit eine bewegbare Vorrichtung zum Bewegen des Flüssigkeitsaufnahmebehälters einschließt. Bei einem System, bei dem die Steuerungsheit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann eine hochgenaue Messung erreicht werden, ohne Einflüssen aufgrund von durch Störungen erzeugten Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzt zu sein. Ferner kann die Messung innerhalb einer kurzen Zeitdauer über einen weiten Meßwertbereich durchgeführt werden. Die Anzahl von Meßeinrichtungen ist verringert und die erforderliche Ausrüstung wird dadurch vereinfacht. Selbst im Fall eines Systems großen Ausmaßes mit vielen Vorrichtungen wird die Produktionsfähigkeit erhöht. Eine Verstärkung der Produktionsqualität und eine Verlustverringerung von Ausgangsmaterialien kann durch Einstellung im hohen Maße verwirklicht werden. Als Ergebnis ist es möglich, die Anfangskosten, die Unterhaltkosten und auch die Betriebskosten zu verringern. Ferner ist auch die Zuverlässigkeit verbessert.

Claims

1. Verfahren, um die Zufuhr einer gewünschten Menge von Flüssigkeit abzu messen und zu steuern, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) Bestimmen eines anfänglichen Öffnungsgrades eines Ventils, um die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit mittels Fuzzy-Steuerung zu steuern, wobei die Fuzzy-Steuerung ausgeführt wird, indem die Strömungsgeschwindigkeit gegen die Öffnungsgrad-Kennlinie des Ventils und ein Anfangswert, der die gewünschte Menge von Flüssigkeit, welche zuzuführen ist, darstellt, in eine Kontrolleinheit eingegeben werden, und indem der anfängliche Öffnungsgrad in Übereinstimmung mit einer von einem Satz von Fuzzy-Regeln bestimmt wird;

(b) Zuführen eines Steuersignals von der Steuereinheit zu einem Servomotor, um das Ventil auf den anfänglichen Öffnungsgrad zu öffnen, um es zu ermöglichen, daß die Flüssigkeit durch das Ventil strömt;

(c) im wesentlichen kontinuierliches Ausführen einer elektrischen Messung von einem aktuellen Meßwert, der der Menge der Flüssigkeit entspricht, welche durch das Ventil geströmt ist, seitdem es anfänglich geöffnet worden ist;

(d) im wesentlichen kontinuierliches Bestimmen eines nächsten Öffnungsgrades des Ventiles unter der Verwendung von Fuzzy-Steuerung in Übereinstimmung mit diesem Satz von vorbestimmten Fuzzy-Regeln, welche auf dem aktuellen Meßwert beruhen und dem vorbestimmten Wert, wobei eine Abweichung und deren Zeit-Änderung zwischen diesem vorbestimmten Wert und diesem aktuellen Meßwert bestimmt und durch einen Tiefpaßfilter geführt wird, wobei die Fuzzy-Steuerung ausgeführt wird, indem Mitgliedswerte der Abweichung und der Zeitänderung, welche auf den Positionen der Abweichung und der Zeitänderung in einer Mitgliedsfunktion basiert, Bestimmen eines Mitgliedswertes einer Zeitänderung des Öffnungsgrades des Ventils unter der Verwendung der Mitgliedswerte der Abweichung und der Zeitänderung und des Satzes von Fuzzy-Regeln, und Berechnen des nächsten Öffnungsgrades des Ventiles unter der Verwendung der Mitgliedswerte der Zeitänderung des Öffnungsgrades dieses Ventils;

(e) im wesentlichen kontinuierliches Zuführen eines Steuersignales von der Steuereinheit zu dem Servomotor, um den Öffnungsgrad des Ventiles zu dem nächsten Öffnungsgrad zu öffnen; und

(f) Schließen des Ventiles, wenn sich dieser aktuelle Meßwert innerhalb einer vorbestimmten Menge dieses vorbestimmten Wertes befindet.

2. Verfahren zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die Kennlinie der Strömungsgeschwindigkeit über den Öffnungsgrad des Ventiles bestimmt und bevor das Ventil geöffnet wird, und wobei der Anfangsöffnungsgrad des Ventils bestimmt wird, bevor das Ventil geöffnet wird.

3. Verfahren zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei die Kennlinie der Strömungsgeschwindigkeit über den Öffnungsgrad des Ventiles bestimmt wird, bevor das Ventil geöffnet wird, und wobei das Ventil einen toten Bereich hat, der einem Bereich des Öffnungsgrades des Ventiles entspricht, in welchem die Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen konstant ist.

4. Verfahren zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 3, wobei die tote Zone von einem Null-Öffnungsgrad bis ungefähr zu einem Öffnungsgrad von 10% reicht.

5. Verfahren zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 1, wobei diese vorbestimmte Fuzzy-Regel derart ist, daß die Zeitänderung präziser berechnet wird und reduziert wird, wenn eine Meßzeit sich erhöht.

6. Verfahren zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 5, wobei die Kennlinie der Strömungsgeschwindigkeit über den Öffnungsgrad des Ventils bestimmt wird, bevor das Ventil geöffnet wird, und wobei das Ventil eine tote Zone aufweist, die einem Bereich des Öffnungsgrades des Ventils entspricht, in dem die Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen Null ist.

7. Eine Vorrichtung zum Abmessen und Steuern der Zufuhr einer gewünschten Menge von Flüssigkeit in eine Flüssigkeitsmischvorrichtung, zum Mischen einer Vielzahl von Flüssigkeiten, wobei die Vorrichtung beinhaltet:

(1) eine Vielzahl von Flüssigkeitsübertragungsvorrichtungen, wobei jede dieser Vorrichtungen enthält:

(a) Behältereinrichtungen (28a, 28b) zum Aufnehmen einer Flüssigkeit dieser Vielzahl von Flüssigkeiten;

(b) Einrichtungen (22a, 22b), um einen Strömungspfad für die Flüssigkeit von diesen Behältereinrichtungen zu schaffen; und

(c) Einrichtungen (21a, 21b), um die strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch diesen Strömungspfad zu regulieren;

(2) Einrichtungen, um entsprechende Mengen von jeder von dieser Vielzahl von Flüssigkeiten aufzunehmen;

(3) Einrichtungen (20), um jeden dieser Strömungspfade mit diesen Aufnahmeeinrichtungen zu verbinden;

(4) Einrichtungen (12), um einen aktuellen Meßwert zu erhalten, welcher einer Flüssigkeitsmenge entspricht, die durch diese Aufnahmeeinrichtung aufgenommen wurde; und

(5) einen Steuermechanismus (11), beinhaltend:

(a) Einrichtungen zum Bestimmen eines Öffnungsgrades von jeder dieser Einrichtungen zum Regulieren, wobei dieser Öffnungsgrad der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch diese Reguliereinrichtungen entspricht, und wobei die Bestimmung auf dem aktuellen Meßwert der Flüssigkeit in diesen Einrichtungen zum Aufnehmen der Flüssigkeit und einem vorbestimmten Wert basiert, wobei dieser vorbestimmte Wert der gewünschten zu bestimmenden Flüssigkeitsmenge entspricht und

(b) Einrichtungen zum Steuern des Öffnungsgrades dieser Einrichtungen zum Regulieren, in Reaktion auf die Bestimmung des Öffnungsgrades;

(c) wobei diese Einrichtungen zum Bestimmen des Öffnungsgrades die Bestimmung mittels einer Fuzzy-Steuerung ausführt, in Übereinstimmung mit einem Satz von vorbestimmten Fuzzy-Regeln, welche auf dem tatsächlichen Meßwert beruhen und einem vorbestimmten Wert, wobei eine Abweichung und ihre Zeitänderung zwischen dem vorbestimmten Wert und dem aktuellen Meßwert beide bestimmt und durch einen Tiefpaßfilter geführt werden, und wobei die Fuzzy-Steuerung ausgeführt wird, indem Mitgliedswerte der Abweichung und der Zeitänderung, welche auf den Positionen der Abweichung und der Zeitänderung in einer Mitgliedswertfunktion basiert, bestimmt wird, Bestimmen eines Mitgliedswertes einer Zeitänderung des Öffnungsgrades des Ventils, unter Verwendung der Mitgliedswerte der Abweichung und der Zeitänderung und des Satzes von Fuzzy-Regeln, und Berechnen des nächsten Grades der Öffnung des Ventils unter Verwendung des Mitgliedswertes der Zeitänderung des Öffnungsgrades des Ventils.

8. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 7, wobei diese ersten Einrichtungen zum Definieren einer Strömungspassage ein damit verbundenes Stoppventil aufweisen, und zwar stromabwärts dieser ersten Einrichtung zum Regulieren, welche in Reaktion auf diesen Steuermechanismus wirksam wird, um eine Strömung der ersten Flüssigkeit zu den Aufnahmeeinrichtungen zu verhindern, und wobei diese zweiten Einrichtungen zum Definieren der Strömungspassage ein zweites Stoppventil aufweisen, welches daran befestigt ist, und zwar stromabwärts dieser zweiten Einrichtungen zum Regulieren, gesteuert durch diesen Steuermechanismus, um zu verhindern, daß die zweite Flüssigkeit zu diesen Aufnahmeeinrichtungen strömt.

9. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 7, wobei diese erste und diese zweiten Einrichtungen zum Definieren der entsprechenden ersten und zweiten Strömungspassagen eine gemeinsame Strömungspassage in einer Position aufweist, stromabwärts von diesen ersten und diesen zweiten Einrichtungen zum Regulieren.

10. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 7, wobei diese Einrichtungen zum Steuern vom Steuern der Menge des Öffnungsgrades von einer dieser Einrichtungen zum Regulieren zum Steuern des Öffnungsgrades von einem nächsten dieser Einrichtungen zum Regulieren umschaltet, nachdem dieser aktuelle Meßwert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches dieses vorbestimmten Wertes für die eine dieser Einrichtung zum Regulieren liegt.

11. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 10, wobei jede dieser ersten und dieser zweiten Einrichtungen zum Regulieren eine tote Zone aufweist, welche einem Bereich des Öffnungsgrades der ersten und der zweiten Einrichtungen zum Regulieren entspricht, in welchen die Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen konstant Null ist.

12. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 7, wobei diese Einrichtungen zum Bestimmen die entsprechenden anfänglichen Öffnungsgrade für diese ersten und zweiten Einrichtungen zum Regulieren berechnet, basierend auf den entsprechenden ersten und zweiten vorbestimmten Weften sowie der Strömungsgeschwindigkeitscharakteristika dieser ersten und zweiten Einrichtungen zum Regulieren.

13. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 7, wobei diese Vielzahl von Flüssigkeitsübertragungsvorrichtungen eine erste Vielzahl von Übertragungsmechanismen aufweist, sowie eine zweite Vielzahl von Übertragungsvorrichtungen, und wobei diese Einrichtung zum Aufnehmen eine erste Einrichtung zum Aufnehmen der Flüssigkeit von dieser ersten Vielzahl von Vorrichtungen aufweist, und eine zweite Einrichtung zum Aufnehmen der Flüssigkeit von dieser zweiten Vielzahl von Vorrichtungen.

14. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 7, wobei diese vorbestimmten Fuzzy-Regeln derart sind, daß diese Zeitänderung präziser berechnet wird, und reduziert wird, wenn die Meßzeit ansteigt.

15. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 11, wobei diese tote Zone zwischen einem Null-Öffnungsgrad dieses Ventils und ungefähr 10% Öffnungsgrad des Ventils liegt.

16. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 7, wobei diese Vorrichtung weiterhin Einrichtungen zum Mischen der aufgenommenen Flüssigkeit aufweist.

17. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 16, wobei diese Vielzahl von Flüssigkeitsübertragungsmechanismen eine erste Vielzahl von Mechanismen aufweist, und eine zweite Vielzahl von Mechanismen, und wobei diese Einrichtungen zum Aufnehmen eine erste Einrichtung zum Aufnehmen der Flüssigkeit von dieser ersten Vielzahl von Mechanismen aufweist, sowie eine zweite Einrichtung zum Aufnehmen der Flüssigkeit von dieser zweiten Vielzahl von Mechanismen.

18. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 17, wobei diese Einrichtung zum Mischen einen Tank aufweist, um die Flüssigkeit von dieser ersten und dieser zweiten Einrichtung zum Aufnehmen aufzunehmen, und wobei jede dieser ersten und dieser zweiten Einrichtungen zum Aufnehmen eine Einrichtung zum Verbinden mit dieser Einrichtung zum Mischen aufweist, um die Flüssigkeit in die damit verbundene eine von dieser ersten und dieser zweiten Einrichtung zum Aufnehmen zu dieser Einrichtung zum Mischen zu übertragen.

19. Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 18, welche weiterhin Einrichtungen aufweist, um diese erste und diese zweite Einrichtung zum Aufnehmen zu bewegen, und Einrichtungen, um diese Einrichtungen zum Mischen zu bewegen.

20. Vorrichtung zum Abmessen von Flüssigkeit gemäß Anspruch 16, wobei diese Einrichtungen zum Mischen auf diesen Einrichtungen zum Aufnehmen montiert sind.