KR20210069054A - 리필 동안 저장 호퍼의 벌크 재료를 위한 계량 분배 유닛의 중량측정 제어 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 계량 분배 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 방법은, 리필 동안 중량측정 계량 분배 유닛(1)의 벌크 재료의 중량 계량을 계속하고, 재료 충전 동안에 리필 용기(3)를 이용하여 리필된 벌크 재료의 질량을 결정하며, 이를 목표 질량 흐름으로 조절하기 위하여 리필 동안 배출되는 실제 질량 흐름을 실시간으로 또는 평균적으로 결정하는 방법을 제공한다.

Description

리필 동안 저장 호퍼의 벌크 재료를 위한 계량 분배 유닛의 중량측정 제어 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 계량 분배 유닛

본 발명은 청구항 제1항에 따른 벌크 재료를 위한 계량 분배 유닛의 질량 흐름을 제어하는 방법 및 청구항 제12항에 따라 상기 방법을 수행하기 위한 계량 분배 유닛에 관한 것이다.

중량측정 계량 분배 유닛은 중량 손실 로드 셀이라고 알려져 있으며, 가능한 많은 재료가 중량측정 계량 분배 유닛을 통과할 수 있는 한, 모든 가능한 유동 재료, 가령, 예를 들어, 벌크 재료에 대해 광범위하고 많은 산업 분야에서 사용된다. 자유 유동 재료는 저장 호퍼에 부어지고 출력 컨베이어를 통해 계량된 분량으로 배출된다. 계량 분배 유닛은 로드 셀에 위치하며, 로드 셀에 기록된 중량은 총 중량, 즉 계량 분배 유닛(용기)의 구성 요소의 일정한 중량 및 저장 호퍼에 현재 존재하는 벌크 재료의 가변 중량을 더한 값(순 중량)이다.

이러한 방식으로, 로드 셀은 계량 분배 유닛이 작동하는 동안 전체 계량 분배 유닛의 중량 감소를 지속적으로 기록하고, 계량 분배 유닛의 일정한 중량 및 저장 호퍼의 중량 감소로 인해, 계량 분배 유닛의 컨트롤러는 중량 감소로부터 자유 유동 재료의 실제 배출된 질량 흐름을 결정할 수 있으며 미리 정해진 목표 질량 흐름과 비교하여 출력 컨베이어를 적절하게 제어하여 실제 질량 흐름과 목표 질량 흐름 간의 차이를 최소화한다.

이와 동시에, 예를 들어, 약제 부문에서 또는 산업용 제조에서 착색 안료를 함께 혼합해야 하는 경우에, 배출되는 질량 흐름을 매우 정밀하게 제어해야 할 필요가 있다. 더욱이, 목표 질량 흐름은, 예를 들어, 전술한 착색 안료의 경우에서 및 의약품 제조에서 매우 작을 수 있거나, 혹은 예를 들어, 플라스틱 생산 및 채광에서와 같이 클 수도 있다.

계량 분배 유닛에서 배출되는 질량 흐름이 중단 없이 지속되게 하려면, 계량 분배 작업이 진행되는 동안 저장 호퍼를 주기적으로 보충해야 한다. 리필 스테이션은 중량측정 수단에 의해(즉, 저장 호퍼의 중량 감소를 통해) 미리 정해진 낮은 충전 레벨이 감지되자마자 호퍼에 벌크 재료를 채우고, 저장 호퍼에서 충전 중량에 도달했거나 또는 계량된 분량이 리필 용기의 충전 레벨에 의해 표시된 대로 저장 호퍼로 배출되자마자, 리필 작업을 중지한다. 리필 스테이션은 일반적으로 저장 호퍼 위에 위치되며, 저장 호퍼와 리필 스테이션 사이의 라인에 있는 그 밖의 다른 디자인의 밸브 또는 슬라이더가 리필을 위해 다시 개방되거나 닫힐 수 있다.

리필 동안, 중량측정 컨트롤러(gravimetric controller)가 블라인드(blind) 되는데, 이는 로드 셀이 더 이상 실제 배출된 질량 흐름에 상응하는 중량 손실을 기록하지 않고 그 대신 상당한 교란(disturbance)을 특징으로 하는 중량 증가를 기록하기 때문이다. 사용되는 로드 셀의 동적 거동(dynamic behaviour)에 따라, 이러한 교란은 리필 작업의 종료 후에 더 짧거나 더 긴 기간 동안 지속되며, 충전 작업이 종료된 후에, 로드 셀이 정지 상태로 회복된 후에만 중량측정 계량 분배를 재개할 수 있다. 블라인드 기간은, 벌크 재료의 특성, 목표 질량 흐름, 계량 분배 유닛 및 사용되는 리필 스테이션에 따라, 약 5초 내지 최대 5분까지 지속될 수 있다.

관련 기술에서는 리필 동안 중량측정 방식으로 계량된 분량을 분배할 수 있는 방법이 없기 때문에, 체적측정 컨트롤러(volumetric controller)가 사용되는데, 즉 출력 컨베이어는 전달되는 벌크 재료의 체적을 통해 제어되며, 벌크 재료의 밀도 또는 압축은 고려되지 않는다. 널리 사용되는 스크루 컨베이어의 예를 들면, 이는, 스크루 속도의 제어가 목표 질량 흐름의 체적, 즉 스크루의 와인딩(winding) 사이의 체적에 따라 조절되며(체적측정 전달) 더 이상 저장 호퍼의 중량 감소(중량측정 전달)에 따르지 않는다는 것을 의미한다.

체적측정 전달의 단점은, 중량측정 제어와는 달리, 리필 및 계량 분배에 의해 이동되는 벌크 재료의 유체-동력학적 거동을 포착할 수 없다는 것으로서, 즉 출력 컨베이어의 작업 속도 또는 스크루 컨베이어 속도의 정밀하지 못한 제어 외에도 벌크 재료의 체적측정 제어된 질량 흐름이 기본적으로 조절 가능하지 않다는 점이다. 하지만, 이동되는 벌크 재료의 거동은 체적측정 생성된 질량 흐름에 결정적인 영향을 미치는데, 예를 들어, 다수는 압력 하에서 상당히 압축되며, 단위 체적당 질량은, 상이한 질량 흐름에서, 체적측정 전달의 경우 충전 레벨에 따라 좌우된다.

2009년의 "K-Tron 스마트 리필 테크놀로지" 책자 2페이지에서, 도 3의 "Dynamics of the refill operation"은, 재료 칼럼의 높이, 즉 저장 호퍼의 충전 레벨로부터 유도된, 스크루 컨베이어의 하단 영역에서 벌크 재료 압축을 고려한 출력 컨베이어를 위한 체적측정 제어 모델을 보여준다. 중량측정 전달 동안, 중량측정 컨트롤러는 높은 충전 레벨(즉 압축된 벌크 재료)에서 스크루 속도를 줄인 다음, 충전 레벨이 낙하하면(즉 압축 감소) 속도를 다시 높인다. 이러한 방식으로, 저장 호퍼가 비워지는 동안 각각의 충전 레벨에 스크루 속도를 할당할 수 있다. 리필을 위해, 리필 스테이션이 다량의 분말(powder)을 저장 호퍼로 신속하게 배출하면, 충전 레벨(일반적으로 직선) 상승에 적합한 곡선이 가정되고, 저장 호퍼를 비우는 동안 감지된 각각의 스크루 속도는 충전 레벨 곡선에 할당되어, 리필 동안 저장 호퍼가 채워질 때까지 그에 상응하게 스크루 속도가 내려간다. 체적측정 전달 동안 오류는 일정한 스크루 속도에 대해 상응하게 감소하지만, 리필 동안 저장 호퍼의 실제 조건을 여전히 알 수 없기 때문에 완전히 제거되지는 않는다.

상기 책자의 4 페이지에 있는 도 4의 "refilling frequency"에서는 리필 빈도를 시간당 최대 60회까지 증가할 것을 제안한다. 이것의 효과는 개별 리필 시간을 단축시키는 것으로서 즉, 체적측정 제어 모델을 이용하여 작업하는 동안 계량 분배 오류(metered dispensing error)가 커질 수 없다. 시간당 총 리필 시간은 리필 빈도에 관계없이 일정한 상태로 유지되는 것을 가정할 수 있다. 하지만, 사실은 장기간의 리필 작업에서 목표 값과 실제 값 간의 차이가 점진적으로 증가하며 즉, 계량 분배 오류는 점점 더 심각해진다. 대부분의 응용 분야에서, 더 빈번하지만 작은 계량 분배 오류는 사양(specification)에 남아 있기 때문에 허용되는 반면, 덜 빈번하지만 큰 계량 분배 오류는 사양에 있지 않은 값들로 이어지기 때문에 허용할 수 없다. 높은 리필 빈도와 함께 이전의 저장 호퍼 비우기 사이클로부터의 데이터를 기반으로 압축을 고려하는 체적측정 제어 모델은, 리필 동안 특정 응용 분야에서 상대적으로 우수한 정량 분배(metered quantity dispensing)를 가능하게 한다. 하지만, 압축을 고려하는 제어 모델의 단점은, 리필 동안 상당한 계량 분배 오류, 즉 중량측정 전달 동안 발생하는 오류보다 큰 계량 분배 오류가 여전히 발생한다는 점이다. 여기서, 특별한 단점은, 더 큰 리필 빈도를 가진 체적측정 제어 모델을 이용하여 크기를 줄일 수 있지만, 계량 분배 오류 자체는 여전히 알 수 없다는 점이다. 정량화되지 않은 계량 분배 오류가 존재하는 것만으로도, 예를 들어, 의약 부문에서 또는 색상을 혼합할 때(위의 내용 참조) 품질 문제가 발생할 수 있지만, 분배 오류 자체는 허용될 수 있다.

WO 2013/182869의 7 페이지에는, 리필 동안 데이터를 저장하고, 각각의 리필 작업 동안 동일한 분량의 분말을 저장 호퍼로 배출하고, 이전 리필 작업 동안 저장된 데이터를 기반으로 출력 컨베이어를 작동하는 방법이 제안된다. 여기서, 동일한 리필 조건으로 인해, 계량 분배 유닛의 출구에서 데이터를 수집하고 그에 따라 출력 컨베이어의 속도를 제어할 수 있다고 기술하고 있다. 하지만, 그러한 데이터가 무엇인지에 대한 언급은 없으며, 처음에 계량 분배 유닛으로부터 출구에서 어떻게 데이터를 수집할 수 있는지에 대한 설명도 없다. 뿐만 아니라, 중량측정 계량 분배의 원리는 배출되는 벌크 재료 흐름에서 kg/h 단위의 처리량을 측정하기가 상당히 어려운 문제를 해결해야 하는데 이는 추가 측정 스테이션이 계량 분배 유닛 뒤에 제공되어야 하는 것을 의미한다. 또한, 계량 분배 유닛의 출구에서 데이터를 수집할 수 있다면, 후속 리필을 위한 제어 모델을 어떻게 설계해야 하는지도 명확하지 않다.

따라서, 본 발명의 목적은 리필 동안 계량 분배 오류(metered dispensing error)의 결정을 가능하게 하는 벌크 재료를 위한 계량 분배 유닛(metered dispensing unit)을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 제1항의 특징을 갖는 방법 또는 청구항 제14항의 특징을 갖는 계량 분배 유닛으로 구현된다.

저장 호퍼의 리필 동안 배출되는 벌크 재료(bulk material)의 중량이 리필 스테이션(refilling station)에서 포착되기 때문에, 리필 동안 계량 분배 유닛에서 발생하는 교란(disturbance)에 관계 없이 결정될 수 있다. 리필 동안 저장 호퍼의 벌크 재료의 중량 증가가 결정되기 때문에, 리필 벌크 재료의 중량에 관한 차이로부터 출력 컨베이어를 통과한 벌크 재료의 중량의 실제 질량 흐름(actual mass flow)을 계산할 수 있다. 저장 호퍼에서 벌크 재료의 중량의 증가만 측정하면 되기 때문에, 리필 동안 발생하는 상기 측정에 관한 실질적인 교란에 대해서 아래에 설명된 대로 적절하게 상쇄될 수 있다.

청구항 제2항 및 제15항에 따른 본 발명의 추가 실시예에서, 상기 언급된 목적의 한계를 넘어서, 호퍼가 리필되는 동안 실제 배출 질량 흐름의 제어를 추가로 허용하는 벌크 재료에 대한 계량 분배 유닛이 제공된다. 따라서, 계량 분배 유닛에는, 리필 단계 동안에도, 배출된 벌크 재료의 분량에 대한 컨트롤러가 제공되며, 여기서 선택적으로는 계량 분배 오류(컨트롤러에 의해 최소화됨)는 제어 뿐만 아니라 출력될 수도 있다.

추가로 바람직한 실시예는 종속항들의 특징을 포함한다.

하기에서, 본 발명은 첨부도면들을 참조하여 보다 상세하게 기술될 것이다.
도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 계량 분배 유닛의 개략도,
도 2a는 리필 동안 도 1의 계량 분배 유닛으로부터 배출된 질량 흐름에서 분배 에러를 결정하기 위한 플로차트,
도 2b는 리필 동안 도 1의 계량 분배 유닛으로부터 배출된 질량 흐름을 조절하기 위한 플로차트,
도 3은 도 1의 계량 분배 유닛의 저장 호퍼 내에서 벌크 재료의 조절된 중량을 계산하기 위한 플로차트,
도 4는 도 1의 계량 분배 유닛의 저장 호퍼 내에서 증가된 중량을 위한 시간 오프셋을 결정하기 위한 다이어그램, 및
도 5는 리필 동안 도 1의 계량 분배 유닛으로부터 배출된 질량 흐름의 조절의 추가 실시예를 위한 플로차트.

도 1은 계량된 분량으로 운반되고 분배될 벌크 재료를 위한 리필 용기(3)를 포함하는 리필 스테이션(2)을 갖는 본 발명에 따른 계량 분배 유닛(1)의 개략도를 도시한다. 계량 분배 유닛(1)은 벌크 재료를 위한 저장 호퍼(4) 및 벌크 재료를 위한 출력 컨베이어(여기서는, 스크루 컨베이어로 구현됨)를 가진다. 컨베이어는 여기에서 절단면으로 표시되어, 운반 나사(6)가 보인다. 여기서, 그 외의 다른 출력 컨베이어, 가령, 디스크 컨베이어 또는 진동 컨베이어도 본 발명의 범위에 속한다는 점에 유의해야 한다.

벌크 재료는 리필 용기(3)와 저장 호퍼(4) 사이의 연결 덕트(7)를 통해 보충될 수 있으며, 그런 다음 모터(8)에 의해 구동되는 스크루 컨베이어(6)에 의해 배출 출구(9)를 통해 균일하게 계량된 질량 흐름으로 배출된다. 이러한 목적으로, 모터(8)는 컨트롤러(10)에 의해 제어된다. 이 컨트롤러는 계량 분배 유닛(1)에 반드시 배치될 필요는 없고, 예를 들어, 라인 컨트롤러와 같은 제조 라인의 어느 곳에나 위치될 수 있다. 리필 스테이션(2)과 계량 분배 유닛(1)의 관련 구성 요소들과 컨트롤러 사이를 통과하는 컨트롤러를 작동하는 데 필요한 데이터 라인은 도면에서 불필요한 세부 사항을 제거하기 위해 생략되었다.

계량 분배 유닛(1)은 복수의 중량측정 로드 셀(11)(즉, 중량측정에 의해 계량 분량 분배를 위해 구성됨)을 기반으로 하며(하지만, 오직 하나의 중량측정 로드 셀만 제공하는 것도 가능함), 이는 제조 라인의 프레임(13) 상에서 지지 빔(12)을 따라 배열된다. 여기에 표시된 실시예에서, 본 발명에 따르면, 리필 용기(3)는 프레임(13) 상에 배열된 리필 로드 셀(14)에 따른다. 상기 실시예에서, 연결 덕트(7)는 리필 저장 호퍼(4)를 위해 개방될 수 있으며 호퍼가 비워지는 동안 닫힌 상태로 유지되는 슬라이더(15)를 구비한다. 그 밖의 다른 폐쇄 요소, 가령, 로터리 밸브도 제공될 수 있다. 벨로우즈(16)도 제공되며, 이는 저장 호퍼(4)(및 그와 함께 계량 분배 유닛(1))를 리필 스테이션(2)으로부터 기계적으로 분리하여, 중량측정 로드 셀(11)이 계량 분배 유닛(1)의 중량 만을 감지한다. 이러한 벨로우즈(16)는 또한 벌크 재료의 균일하게 분배된 질량 흐름을 앞으로 운반하는 라인(9)의 앞에 제공된다.

위에서 설명된 이러한 배열의 구조는 원칙적으로 당업자에게 알려져 있으며, 그 기능을 수행하는 두 가지 작동 모드가 제공되는데, 우선, 저장 호퍼가 비워지는 중량측정 작동 모드 및 계량 분배 유닛(1)에 의한 중량 손실은 벌크 재료의 실제 질량 흐름에 상응하며(계량 분배 유닛(1) 자체의 중량이 일정하기 때문에), 컨트롤러(10)의 중량측정 제어 모델은 목표 질량 흐름에 대해 스크루 컨베이어(6)의 전달 출력을 조절한다. 그 다음은, 저장 호퍼가 중량측정 제어 블라인드(blind)로 다시 채워지는 체적 작동 모드이다. 그런 다음, 체적측정 제어 모델이 폐쇄 루프 제어를 이어받으며, 위에서 설명한 바와 같이, 중량측정 작업 동안에 피드백 제어 데이터에 좌우되는 것이 바람직하지만, 앞에서 언급한 바와 같이, 제어할 수 없는 실제 질량 흐름은 중량측정 모드의 경우보다 리필 동안에 목표 질량 흐름으로부터 큰 편차를 보여준다.

도 1은 저장 호퍼(4)에 있는 내부 압력에 대한 압력 센서(20)를 추가로 도시한다. 저장 호퍼의 리필 동안, 어느 정도 한꺼번에 발생하는 경우, 내부의 공기 압력은 그에 상응하게 증가한다. 리필 후 중량측정 작업이 재개되면, 저장 호퍼(4)가 외부 환경으로 개방되지 않은 폐쇄 시스템에서, 압력은 상승된 상태로 유지된다. 이는 저장 호퍼(4)와 리필 용기(3) 사이에 과압 채널이 제공되는 경우에도 종종 발생하는데, 그러한 채널(또는 채널의 상류 라인)은 종종 팽창 용기의 기능을 수행할 수 없기 때문이다. 이는, 체적측정 모드로부터 중량측정 모드로 전환할 때, 중량측정 로드 셀(11)에 의해 기록된 중량이 저장 호퍼(4)에 존재하는 벌크 재료에 해당하는 값보다 여전히 더 크다는 것을 의미한다. 그 이유는, 리필 스테이션(2)의 슬라이더(15)가 리필 용기(3) 위의 프레임(13) 상에서 부유되며(반드시), 그 결과, 연결 덕트(7)의 단면적과 현재 과압의 곱이 중량측정 로드 셀(11)에 추가 왜곡력(distorting force)을 돌아오게 한다. 당업자는, 중량측정 모드가 시작될 때 압력 센서(20)를 통해 저장 호퍼(3) 내의 증가된 공기 압력이 감지되어야 하며, 그 정도로, 부정확한 중량측정 투여가 방지된다는 것을 알고 있다.

압력 센서(21)가 또한 배출 출구(22)에 도시되어 있으며, 이에 의해 배출 출구의 압력 변동이 포착되고 저장 호퍼(4)의 압력 변동과 유사한 방식으로 컨트롤러(10)에 의해 처리될 수 있다.

본 출원인은 저장 호퍼(4)의 압력 변동 이외에도 리필 동안 추가 교란(disturbance)이 발생하고, 이는 리필 동안 배출되는 질량 흐름에 부정적인 영향을 미친다는 것을 발견하였다.

이러한 추가 교란은 예를 들어 리필 용기(3)의 높이로부터 저장 호퍼(4)의 바닥으로 낙하하는 벌크 재료의 운동량(momentum)을 포함하며, 이러한 교란은 다양한 종류일 수 있다. 첫째로, 운동량은 저장 호퍼(4)에 힘을 발생시키고, 이는 중량측정 로드 셀(운동량을 통한 중량)에 의해 중량으로서 감지될 수 있으며, 그 결과 컨트롤러(10)는 저장 호퍼(4)에서 부정확한 벌크 재료 질량을 감지한다. 둘째, 운동량은, 벌크 재료 아래에 위치된 벌크 재료가 그 위에 낙하하는 벌크 재료가 추가로 압축되도록 하는데 즉, 충전 레벨에 해당하는 압축(운동량을 통한 압축)보다 더 많이 압축되게 한다. 셋째, 벌크 재료는 회전 나사를 통해(또는 상이하게 구성된 출력 컨베이어를 통해), 운동량에 의해 이송 방향으로 더 큰 속도(운동량을 통한 이송 속도 증가)로 구동될 수 있다. 반대로, 벌크 재료가 저장 호퍼(4)로 낙하할 때 난류가 발생하여 운동량이 변하고 저장 호퍼(4)의 벌크 재료가 유동화(fluidization)될 수도 있다(유동화를 통한 전달 속도 감소). 마지막으로, 저장 호퍼(4)와 리필 용기(3) 모두에서 리필 작업이 여전히 진행되는 동안, 벌크 재료의 단기 브릿지 형성(bridge formation)이 발생할 수 있으며, 그에 따라 먼저 브릿지가 형성될 때, 그리고, 무너질 때(부정확한 재료 흐름으로 인해 전달 속도가 변경됨) 리필 분량에 영향을 미친다.

재료에 따라, 이러한 모든 교란은 리필 단계 또는 전체 리필 기간에 걸쳐 발생하며, 강도가 같거나 다를 수 있고, 단독으로 또는 조합하여 발생할 수 있으며, 이 경우 서로를 강화하거나 부분적으로 간헐적으로 취소할 수 있다. 주변 조건은, 이러한 교란들, 예를 들어, 온도, 공기 압력 또는 대기 습도에 영향을 미칠 수 있으며, 그 결과 예를 들어 벌크 재료의 계량 질량 흐름의 추가 드리프트(drift)가 하루 중 다른 시간에 발생한다.

이 경우, 도 1의 본 발명의 실시예는 로드 셀(14)로서 구현된 리필 스테이션(2)의 배출된 리필 질량에 대한 파라미터를 위한 센서가 장착된 것으로 도시된다. 리필 용기(3)는 리필 로드 셀(14)을 지탱한다. 이 로드 셀들은 리필 작업을 위해 저장 호퍼(4)로 배출되는 벌크 재료의 총 중량을 결정할 수 있을 뿐만 아니라, 또한 리필 작업 자체 동안 벌크 재료의 질량 흐름을 결정하는 기능을 수행할 수도 있다. 본 출원인은, 저장 호퍼(4)에서 발생하는 교란이, 리필 동안 포착될 수 있고, 저장 호퍼(4)로 배출되는 벌크 재료 중량이 아니라 리필 용기(3)로부터 배출된 벌크 재료 중량이 리필 작업 동안에 포착되면, 제거되거나 또는 계산에 있어서 현저하게 감소될 수 있음을 발견하였는데, 이는 본 명세서의 뒷부분에서 자세히 설명된다.

그 결과, 계량된 양으로 분배되는 벌크 재료를 위한 저장 호퍼를 가지며, 그에 연결된 리필 스테이션이 있는 본 발명에 따른 중량측정 계량 분배 유닛이 저장 호퍼의 벌크 재료를 리필 분량으로 보충하도록 구성되고, 리필 분량에 대한 파라미터를 위한 센서가 장착되며, 저장 호퍼에 작동 가능하게 연결된 하나 이상의 로드 셀과 벌크 재료의 중량측정 계량 분배를 위한 벌크 재료를 위한 출력 컨베이어를 가지고, 체적측정 제어 모델에 따라 리필 단계 동안 컨베이어를 작동시키도록 구성된 출력 컨베이어를 위한 컨트롤러를 가지며, 상기 컨트롤러는 또한 리필 동안 리필 분량에 관한 센서의 신호로부터 리필 스테이션으로부터 배출된 벌크 재료의 중량을 결정하도록 구성되고, 하나 이상의 중량측정 로드 셀로부터의 중량 신호로부터 저장 호퍼 내에 현재 존재하는 벌크 재료의 중량 값을 결정하도록 구성되며, 그로부터의 실제 벌크 재료 흐름을 계산하도록 구성된다.

본 발명에 따른 추가 실시예에서, 컨트롤러는 목표 벌크 재료 흐름과 실제 벌크 재료 흐름 사이의 차이로부터 체적측정 제어 모델을 위한 보정 계수(correction factor)를 결정하고 이 보정 계수를 제어 모델에 적용하도록 구성된다.

도 2a는 저장 호퍼(4)의 리필 동안 계량 분배 유닛(1)(도 1 참조)으로부터 배출되는 질량 흐름의 분배 오류(dispensing error)를 본 발명에 따라 결정하기 위한 플로차트를 도시한다.

단계 30에서, 예를 들어, 로드 셀(11)로부터의 중량 신호가 저장 호퍼(4)의 하부 충전 레벨에 상응할 때, 컨트롤러(10)에 의해 리필 작업이 시작된다. 이는, 단계 31에서 컨트롤러(10)가 앞에서 언급한 체적측정 제어 모델로 전환되게 하며, 이는 컨트롤러에 저장되고, 여기에서는, 슬라이더(15)로 구현된 리필 덕트(7)의 밸브를 개방하여, 벌크 재료의 보충 질량 흐름이 리필 용기로 흐른다. 리필 로드 셀(14)은 이에 상응하여 리필 용기(3)의 중량 감소를 기록하고, 그로부터 단계 32에서 컨트롤러(10)는 저장 호퍼(4)로 배출된 벌크 재료의 질량을 결정한다.

본 발명에 따르면, 컨트롤러(10)는 중량측정 로드 셀(11)의 중량 신호를 추가로 처리하지만, 이러한 신호는 리필 동안 발생하는 교란으로 인해 상당히 왜곡되며 즉, 저장 호퍼(4) 내에 존재하는 벌크 재료를 더 이상 정확하게 반영하지 못한다. 따라서, 단계 33에서, 저장 호퍼(4)에 존재하는 벌크 재료는 교란을 상쇄한 후에 결정되어야 한다(이 주제에 대해서는, 도 3의 설명 참조).

리필 벌크 재료의 중량 및 저장 호퍼(4)에 존재하는 벌크 재료의 중량(실제 또는 거의 실제 중량)이 임의의 주어진 시간에서 알려진 경우(로드 셀(11 및 14)로부터), 이러한 중량 간의 차이(비교 이전 시점의 중량에 비해)는 출력 컨베이어에 의해 배출되는 벌크 재료 중량에 상응한다. 단계 34에서, 시간 경과에 따른 배출은 리필 질량 흐름, 저장 호퍼(4)의 벌크 재료의 질량 변화 및 계량 분배 유닛(1)에 의해 배출된 벌크 재료의 실제 질량 흐름을 돌아오게 한다.

벌크 재료의 실제 질량 흐름에 대한 데이터는 컨트롤러의 데이터 메모리에 저장될 수 있거나 또는 라인 컨트롤러 또는 현재 계량 분배에 대한 데이터가 추가로 처리되는 또 다른 요소에 실시간으로 출력될 수 있다. 이 데이터는 앞에서 설명한 바와 같이 특히 매우 민감한 제조(가령, 제약 또는 그 밖의 다른 응용 분야)에서 특히 중요할 수 있는 리필 동안 "사각 지점(blind spot)" 없이 계량 분배의 중단 없는 추적성을 보장한다.

이 시점에서, 가장 간단한 구성에서, 체적측정 제어 모델은 목표 질량 흐름을 위한 미리 결정된 값만 포함하고, 그와 함께, 모터(8)(및 상이하게 구성된 출력 컨베이어를 위한 구동 유닛)에 대한 간단하고 일정한 조절 변수를 포함하며, 목표 질량 흐름에 대해 미리 결정된 값에 의해 출력 컨베이어에 의해 생성된 질량 흐름을 제어할 수 있다. 하지만, 예를 들어, 이전에 설명된 바와 같이, 예를 들어, 이전 중량측정 비우기 작업 동안(또는 또 다른 적절한 원리에 따라) 리필 기간 동안 미리 결정된 방식으로 변경되는 조절 변수를 포함할 수도 있다. 그런 다음, 저장 호퍼가 비워지는 동안, 벌크 재료의 압축에 대한 데이터에 따라, 출력 컨베이어에 의해 생성된 질량 흐름을 제어한다.

단계 36에서, 컨트롤러(10)는 체적측정 제어 모델 및 조절 변수에 대한 현재 보정 계수를 생성하기 위해 실제 질량 흐름을 사용하며, 실제 질량 흐름은 목표 질량 흐름에 적어도 근접하거나 또는 실질적으로 동일하게 된다.

단계 36에서, 컨트롤러(10)는, 예를 들어, 벌크 재료의 리필 질량(로드 셀(14)) 또는 교란을 상쇄하도록 조절된 벌크 재료 중량(로드 셀(11))을 사용하여, 저장 호퍼가 벌크 재료의 목표 리필 분량을 포함하는지 체크하며, 이것이 참이면, 단계 37에서 리필 작업을 종료하고 즉 중량측정 모드로 전환하거나, 혹은 참이 아니면, 리필 작업을 계속하기 위해 단계 31로 돌아간다.

그 결과, 계량 분배 유닛(1)으로부터 리필 동안 배출되는 질량 흐름의 중량측정 결정을 위해 본 발명에 따른 시스템이 제공되며, 계량 분배 유닛은 저장 호퍼 및 출력 컨베이어에 의해 중량측정 계량 분배를 위해 구성되고 저장 호퍼와 연결된 리필 스테이션을 포함하고, 리필 용기는 저장 호퍼를 낮은 충전 레벨 상태에서 충전된 상태까지 벌크 재료로 주기적으로 보충하고, 배출된 리필 분량에 관한 파라미터에 대한 센서가 구비되며, 출력 컨베이어는 리필 동안 체적측정 제어 모델에 의해 작동되고, 리필 동안 저장 호퍼에 추가되는 벌크 재료의 중량은 리필 스테이션으로부터 배출되는 리필 분량에 대한 센서의 데이터 및 리필 동안 저장 호퍼에서 발생하는 벌크 재료 중량의 증가로부터 결정되며, 리필 동안 배출되는 벌크 재료의 실제 흐름은 이 두 중량의 차이에서 계산된다.

도 2b는 리필 동안 도 1의 계량 분배 유닛으로부터 배출되는 질량 흐름을 조절하기 위한 본 발명의 추가 실시예에 대한 플로차트를 도시하는데, 이 조절은 도 2a의 플로차트에 따른 실제 벌크 재료 흐름의 결정에 따른다.

단계 35에서, 컨트롤러(10)는 단계 34에 따른 실제 질량 흐름을 기반으로 체적측정 제어 모델에 대한 현재 보정 계수를 추가로 생성하고(이에 관해, 도 2a 참조), 따라서 조절 변수에 대해 실제 질량 흐름은 목표 질량 흐름과 실질적으로 동일하지 않은 경우 최소한 목표 질량 흐름의 값에 가깝게 된다.

이러한 방식으로, 그리고, 바람직하게는, 체적측정 제어 모델에 대한 보정 계수가 목표 벌크 재료 흐름 및 실제 벌크 재료 흐름 간의 차이로부터 생성되며, 이 보정 계수는 질량 흐름을 추가로 조절하기 위해 체적측정 제어 모델에 적용된다. 물론, 이러한 상황에서, 리필 동안 분배를 추적할 수 있도록 하기 위해 실제 벌크 재료 흐름 또는 실제 질량 흐름에 대한 데이터가 여전히 사용 가능하며, 그와 동시에(현재, 정량화 및 추적 가능한) 리필 작업이 진행되는 동안 계량 분배 오류 자체가 최소화되는 것이 특히 유리하다.

도 2a 또는 2b에 따른 플로차트는, 바람직하게는, 리필 동안 적어도 한 번, 바람직하게는 수 회 순환되므로, 실제 벌크 재료 흐름이 반복적으로 결정되거나 및/또는 보정 계수가 반복적으로 생성되며, 그 후에 실시간으로 체적측정 제어에 적용될 수 있다. 당업자는 특정 용도에 따라 이러한 과정에 대한 사이클 시간을 결정할 수 있고, 따라서 리필 동안 제어의 정확도를 미세하게 조절할 수 있으며, 이는 분배되는 재료의 특성에 맞게 조절될 수도 있다. 따라서, 중량측정 계량 분배 유닛은 바람직하게는 실제 벌크 재료 흐름(도 2a에 따른 플로차트 참조) 및/또는 보정 계수(도 2b에 따른 플로차트 참조)를 반복적으로 결정하도록 구성되며, 상기 보정 계수는 매번 재계산되어, 리필이 진행됨에 따라, 그 값이 목표 벌크 재료 흐름에 맞게 조절되도록, 리필 동안 실시간으로 체적측정 제어 모델에 적용하도록 구성된다. 물론, 앞서 언급했듯이, 리필 동안 조절되는 벌크 재료 흐름의 경우에도, 계량 분배 오류를 정량적으로 포착되고 그와 동시에 출력될 수 있다.

도 3은 교란이 고려된, 즉 도 2의 단계 33에 관한, 저장 호퍼에서 벌크 재료 중량을 결정하기 위한 플로차트를 도시한다. 이는, 체적측정 제어 모델에 대한 조절 변수를 나타내는 보정 계수에 의해, 계량 분배 유닛에 의해 배출되는, 질량 흐름에 대해 위에서 언급한 교란의 영향을 실질적으로 제거하거나 또는 적어도 줄일 수 있는 기능을 추가로 제공한다.

그 결과, 저장 호퍼의 벌크 재료 중량 증가는 교란이 제거된 벌크 재료 중량을 사용하여 리필 동안 계산된다.

도 3은 3개의 브랜치(40 내지 42)를 도시하는데, 상기 브랜치들에서, 계량 분량 분배 유닛(1)(도 1)의 컨트롤러(10)는, 각각의 경우에, 다른 브랜치(40 내지 42)와는 무관하게, 중량측정 로드 셀(11)(도 1)에 의해 감지된 바와 같이, 저장 호퍼(4)에 존재하는 벌크 재료의 중량을 조절하는데, 상기 중량은 특정 교란에 의해 왜곡된다.

각각의 브랜치(40 내지 42)는, 컨트롤러(10)가 리필 작업을 시작하자마자 단계 30에서 시작하고 저장 호퍼(4)가 채워지자마자 단계 38에서 종료된다. 각각의 브랜치에서, 단계 43에 따라, 중량측정 로드 셀(11)의 중량 신호는 리필 동안 컨트롤러(10)에 의해 수집되고 교란이 제거된 중량을 결정하는 데 사용된다.

브랜치(40)에서, 리필 벌크 재료의 운동량에 의해 생성되고 중량측정 로드 셀(11)에 의해 중량으로 감지되는 저장 호퍼에 작용하는 힘이 단계 45에서 결정된다. 이를 위해, 리필 덕트(7) 및 저장 호퍼(4)의 기하학적 형상(geometry) 및 따라서 벌크 재료에 대한 낙하 높이가 컨트롤러(10)에 저장될 수 있다. 컨트롤러(10)는 리필 용기(3)의 감소하는 중량을 결정할 수 있고, 이를 기반으로, 리필 로드 셀(14)의 신호로부터 저장 호퍼(4)로 낙하하는 벌크 재료의 질량 흐름을 결정할 수 있다. 운동량(또는 운동량 흐름)을 결정하고 그로부터 시간에 따른 운동량으로 인해, 중량측정 로드 셀(11)에 작용하는 힘을 결정하기 위하여, 낙하 높이와 질량 흐름이 사용될 수 있는데, 상기 힘은 중량측정 로드 셀(11)에 의해 감지된 중량의 필수 구성 요소를 생성한다. 단계 46에서, 이 힘은 감지된 중량으로부터 차감되고, 운동량의 계수가 제거된 중량으로서 컨트롤러에 저장된다. 그 결과, 벌크 재료 중량은 바람직하게는 리필 동안 벌크 재료가 낙하하는 순간에 의해 조절된 저장 호퍼에 가해지는 힘으로부터 계산되며, 중량측정 계량 분배 유닛의 컨트롤러는 바람직하게 저장 호퍼에 낙하하는 벌크 재료의 운동량에 의해 조절된 저장 호퍼에서 벌크 재료 중량을 결정하도록 구성된다. 리필 로드 셀(14)로부터의 신호는, 예를 들어, 리필 스크루 컨베이어에 의해 야기되는 약간의 맥동(pulsation)을 나타낼 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이 맥동은 첨가된 분말의 자유 낙하에 의해 부드럽게 된다. 그 다음, 상응하는 균등화(실험적으로 계산될 수 있음)가 컨트롤러(10)에서 실시간으로 가정될 수 있으며, 저장 호퍼에 실제로 공급되는 벌크 재료의 분량이 매우 정확하게 포착된다.

브랜치(41)에서, 저장 호퍼(4)의 현재의 과압은 단계 47에서 포착되고, 그로부터, 단계 47의 컨트롤러(10)는 저장 호퍼(4) 및 그 내부에 저장된 리필 덕트(7)의 기하학적 형상을 사용하여, 과압으로 인해 로드 셀(11)이 노출되는 힘을 결정한다. 단계 48에서, 이 힘은 감지된 중량으로부터 차감되고 과압 계수가 제거된 중량으로서 컨트롤러에 저장된다. 이는, 출력 라인에서 과압이 제거된 중량에 대해서도 동일한 방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 결과적으로, 조절된 벌크 재료 중량은 현재 저장 호퍼에 있는 압력을 사용하여 계산된다.

이는 바람직하게는 중량측정 분배 유닛을 생성하며, 출력 컨베이어 뒤에 배치된 벌크 재료를 위한 배출 출구 및/또는 저장 호퍼에 압력 센서가 제공되고, 이 압력 센서는 저장 호퍼가 리필되는 동안 압력 변동에 대한 신호를 생성하도록 구성되며, 컨트롤러는, 추가로, 로드 셀로부터의 신호 및 압력 변동에 대한 신호로부터의 압력 변동을 고려하여 조절된 저장 호퍼에 현재 존재하는 벌크 재료의 중량을 위한 값을 결정하도록 구성된다.

브랜치(42)에서, 상기 단계에서, 중량측정 로드 셀(11)의 동적 거동(dynamic behaviour)이 그들에 의해 감지된 중량에 관해 포착된다. 리필 재료에 의해 생성된 운동량이 로드 셀(11)의 스프링 강성에 의해 진동하기 때문에(계량 분배 유닛(1)의 구성에 따라, 단일 또는 복수의 중량측정 로드 셀이 포함될 수 있음), 계량 시스템 및 총 계량 질량(로드 셀의 계량 부분, 계량 분배 유닛, 벌크 재료 및 운동량에 의해 로드 셀에 가해지는 힘)의 충격 흡수, 진동하는 로드 셀의 동적 거동으로부터 가상 힘이 생성되며, 이는 추가 교란을 구성하여, 저장 호퍼(4)에 있는 벌크 재료의 감지된 중량을 왜곡시킨다.

운동량에 의해 생성된 힘은 브랜치(40)의 단계 45에 따라 계산될 수 있다. 로드 셀(11)의 계량 부분의 질량, 계량 시스템의 감쇠 및 스프링 강성은, 각각의 특정 경우에 대해, 당업자가 결정할 수 있는 파라미터 인데, 이는 로드 셀(11)이 알려져 있거나 이러한 파라미터가 교정 기능을 사용하여 결정될 수 있거나, 또는 로드 셀의 거동이 단순히 리필을 기반으로 실험적으로 결정될 수 있기 때문이다. 이러한 파라미터를 이용하여, 당업자는 리필 동안 로드 셀(11)의 진동 및 그에 따른 가상 힘을 계산하고 이를 컨트롤러(10)에 저장할 수 있다. 현재 중량 신호는 가상 힘을 제거하도록 조절되고, 단계 50에 따라 로드 셀의 동적 거동을 상쇄하도록 조절된 중량으로서 컨트롤러(10)에 저장된다. 따라서, 하나 이상의 중량측정 로드 셀의 진동 특성으로, 조절된 벌크 재료 중량이 계산되며, 중량측정 계량 분배 유닛의 컨트롤러는, 보다 바람직하게는, 저장 호퍼로 낙하하는 벌크 재료의 운동량으로 인해 진동하는 하나 이상의 중량측정 로드 셀의 동적 거동으로부터 가상 힘을 제거하도록 조절된 저장 호퍼에서 벌크 재료 중량을 결정하도록 구성된다.

여기서, 로드 셀의 동적 거동의 영향은 주로 스프링 강성에 좌우된다는 점에 유의해야 하는데, 보충 재료의 특성 및 중량측정 로드 셀의 공진 빈도(resonance frequency)에 따라, 당업자는, 특정 경우, 예를 들어, 공진 빈도가 높은 매우 견고한 로드 셀이 포함되고 리필 동안 재료가 소용돌이 치면서 충격이 적은 운동량을 생성하는 경우 동적 거동을 제거하기 위해 조절된 중량을 결정할 필요가 없다.

이때, 브랜치(40 및 41)에 예시된 교란 및 브랜치(40 내지 42) 모두에 따른 교란이 동시에 포착될 수 있으며 저장 호퍼에서 벌크 재료의 조절된 중량은 단계 45, 47 및 선택적으로는 단계 49의 결과로부터 직접 계산될 수 있다.

도 4는 리필 동안 리필 용기(3) 및 저장 호퍼(4) 사이의 벌크 재료의 분포의 다이어그램(55)을 도시한다. 시간은 수평 축에 표시되며, 여기서 tb는 리필 작업의 시작을 표시하고 te는 리필 작업의 종료를 나타낸다. 벌크 재료의 질량(M)은 수평 축에 표시된다.

곡선 MN은 리필 용기(3)에 있는 벌크 재료의 질량을 나타내며, 이는 리필 로드 셀(14)에 의해 감지된 중량에 상응한다. 곡선 MV는 저장 호퍼(4)에 있는 벌크 재료의 질량을 나타내며, 이는 벌크 재료의 실제 중량에 상응한다.

시간 tb에서 리필이 시작되면, 벌크 재료가 연결 덕트(7)을 통해 낙하하기 때문에, 리필 용기의 질량이 즉시 감소된다. 하지만 저장 호퍼의 질량은 벌크 재료가 낙하하는 시간 동안 변하지 않으며, 시간 tb + Fall까지, 즉 낙하하는 벌크 재료가 저장 호퍼의 낮은 충전 레벨에 도달할 때까지 증가하기 시작하지 않는다. 그런 다음, 저장 호퍼의 질량은 시간 te에 리필 작업이 끝난 후, 특히 시간 te + Fall까지, 잠시 계속 증가한다. 이러한 맥락에서, 제2 시간 간격 te = te-te + Fall은 제1 시간 간격 tb = tb-tb + Fall보다 작은데, 이는 리필 작업 후에 높은 충전 레벨까지의 낙하 높이가 더 작기 때문이다.

곡선 D는 저장 호퍼(4) 및 리필 용기(3)의 질량 간의 차이, 즉 MN-MV를 표시한다. 이는 용기 사이의 단순한 질량 교환이기 때문에, 이 차이는 실질적으로 일정해야 하며 DK 값을 가져야 한다. 따라서, 제1 시간 간격 Tb에서 DK보다 큰 값으로 곡선 D에서의 점프는 벌크 재료 질량이, 시간 간격 Te의 점프 동안, 및 섹션 TN에서와 마찬가지로, 자유 낙하에 있음을 보여준다.

도 2의 단계 34에서, 컨트롤러(10)는, 중량측정 로드 셀(11)에 의해 감지된 중량을 기반으로 하는 저장 호퍼(3)의 교란을 제거하도록 조절된 벌크 재료의 중량 및 리필 용기(3)로부터 배출되는 벌크 재료의 중량 사이의 차이를 생성함으로써, 리필 동안 계량 분배 유닛에 의해 배출되는 실제 질량 흐름을 결정한다. 다이어그램 55에 따르면, 시간 간격 Tb + TN + Te = Te + Fall-tb에서 결정된 실제 질량 흐름은 시스템 오류 F = D-Dk를 포함한다. 그 결과, 시간에 따라 추론된 잘못된 질량 흐름

에 의해 너무 큰 실제 질량 흐름이 계산되어 이에 상응하는 잘못된 보정 계수가 반환된다. 이 오류는 특정 경우에 고려될 수 있지만, 바람직하게는 당업자는, 리필 용기(3)에 의해 배출되는 질량에 대한 값(곡선 MN)이 시간 간격 Tb에서 시간 Tr만큼 우측으로 이동하며(곡선 MNr 참조) 그에 따라 시스템 오류(F)가 감소하거나 사라지도록, 도 2의 단계 34에서 알고리즘을 변형할 것이다. 시간 Tb는 감지된 중량 pf, 리필 로드 셀(14) 및 중량측정 로드 셀(11)의 감지된 중량(운동량으로 인한 중량의 급격한 상승)으로부터 이용 가능하거나, 또는 주어진 상태에서 사용된 기하학적 형상에 따라 낙하 높이로부터 간단히 추론할 수 있다. 이는 시간 Te에도 동일하게 적용된다.

결과적으로, 리필 용기의 중량 감소로서의 리필 벌크 재료의 중량와 하나 이상의 중량측정 로드 셀에 기록된 저장 호퍼의 벌크 재료의 중량 증가는, 실제 벌크 재료 흐름의 계산을 위해 동시에 또는 시간 오프셋(time offset)으로 처리되는데, 여기서 시간 오프셋은 바람직하게는 벌크 재료가 리필 용기로부터 저장 호퍼로 낙하하는 데 걸리는 시간에 거의 상응한다.

도 5는 본 발명의 추가 실시예에 대한 플로차트를 도시한다. 제1 섹션 A에서, 계량 분배 유닛(1)(도 1)은 제1 리필 작업(단계 30)을 위한 체적측정 제어 모델에 따라 통상적으로 작동되며, 그 후, 체적측정 제어 모델에 대해 제1 보정 계수가 결정된다. 섹션 B에서, 리필 특성이 잘 재현될 수 있는 재료의 경우, 보정 계수는, 리필 동안 배출되는 실제 질량 흐름의 평균이 목표 질량 흐름에 근접하거나 또는 실질적으로 같을 때까지 이전 리필 작업을 기반으로 점진적으로 개선된다.

단계 30(섹션 A)에서, 제1 리필 작업이 시작되고 단계 60에 따라 오직 체적측정 제어 모델로만 진행된다. 하지만, 본 발명에 따른 단계 61에서, 리필 벌크 재료의 질량은 리필 로드 셀(14)을 이용하여 결정되고 컨트롤러(10)에 저장된다. 리필 후, 컨트롤러(10)는 계량 분배 유닛(1)을 다시 중량측정 모드로 전환시키는데, 이는 62 단계를 참조하라.

로드 셀이 안정되자마자, 리필 동안 배출된 평균은 63 단계에 따라 결정되는데, 배출된 실제 중량측정 질량 흐름은 저장 호퍼(4)에서 벌크 재료의 현재 중량에 적용될 수 있는 것과 같이 중량측정 모드에서도 안정적으로 결정될 수 있다. 리필 동안 배출되는 벌크 재료의 실제 질량은, 리필 벌크 재료와 중량측정 모드의 시작 시에 실제 중량 사이의 차이에 따라 달라지며, 리필 시간은 리필 동안 평균 실제 리필 질량 흐름이다. 중량측정 작동 모드 동안의 조건이 알려져 있기 때문에(실제 질량 흐름), 평균 실제 리필 질량 흐름은 그 다음 리필 작업 전에 컨트롤러(10)에 의해 계산될 수 있다. 결과적으로, 리필 동안 배출되는 실제 질량 흐름은 본 발명에 따라 다시 사용할 수 있으며, 이는 리필 동안 평균값으로 만 인정되지만 그럼에도 불구하고 제조 라인에서 정량적 값으로서 주어진 상황에서 이미 품질 보증 요구 사항을 충족하기에 충분할 수 있다.

단계 64에서, 컨트롤러는 목표 질량 흐름과 평균 실제 리필 질량 흐름 간의 차이로부터 체적측정 제어 모델에 대한 보정 계수를 계산한다.

섹션 B에서, 사이클이 반복되지만, 단계 65에 따라 보정 계수에 의해 보정된 체적측정 제어 모델이 리필 동안 적용된다는 차이점이 있다. 계량 분배 유닛(1)가 중량측정 모드에서 다시 작동되고(단계 67) 난 후, 시스템은 작동을 계속할지(단계 68)를 묻는데, 응답이 "아니오"인 경우 단계 69에서 중지되고, 응답이 "예"이면 실제 리필 질량 흐름은 단계 70에서 다시 결정된다.

따라서, 실제 벌크 재료 흐름 및/또는 보정 계수는 한 번의 리필 작업 후에 결정되지만, 그 다음 리필 작업 전에 결정되며, 체적측정 제어 모델에 적용된 보정 계수의 경우 및 후속 리필 작업에 대해 결정되고, 보정 계수는 바람직하게는 복수의 리필 작업 과정에서 선행 보정 계수에 기초하여 재계산되고, 중량측정 계량 분배 유닛의 컨트롤러는 추가로 바람직하게는 리필 분량에 대한 센서의 신호로부터 리필 작업 동안 리필되는 벌크 재료의 전체 중량에 대한 값을 결정하고 실제 벌크 재료 흐름을 결정하도록 구성되거나 및/또는 저장 호퍼가 리필된 후 비워지는 동안 하나 이상의 중량측정 로드 셀의 중량 신호로부터의 보정 계수를 결정하며, 그리고 결정된 보정 계수의 경우에는, 그 다음 리필 작업을 위해, 이를 체적측정 제어 모델에 적용한다.

본 발명에 따르면, 운동량에 의해 야기되는 저장 호퍼에서 벌크 재료의 추가 압축 또는 유동화와 같은 추가 교란이 감지되고 상쇄될 수 있다. 추가 압축이 발생하면 실제 질량 흐름이 너무 커지고, 유동화가 발생하면 실제 질량 흐름이 너무 작아진다. 두 경우 모두 도 2의 단계 34에서 감지되고, 질량 흐름은 단계 35에 따라 실시간으로 적절하게 조절된다. 이는, 도 5의 단계 63, 64 및 70에 따라 평균 실제 배출 질량 흐름에 대해서도 동일하게 적용된다.

이는, 운동량으로 인해 벌크 재료가 출력 컨베이어를 통해 구동되어 실제 질량 흐름이 단기간의 바람직하지 않은 스파이크(spike)를 나타내는 경우에도 동일하게 적용된다. 그러면, 당업자는, 컨트롤러가 뚜렷한 스파이크를 인식하고, 실시간으로 또는 그에 상응하여 평균적으로 질량 흐름을 조절하며, 스파이크의 시간 및 크기를 포착하여 저장하도록, 지시할 수 있다. 체적측정 제어 모델은 시간에 있어 사전 설정된 시점에서 미리 결정된 양만큼 실제 질량 흐름을 하부를 향해 조절하는 보정 계수 외에도 기본 변경 사항을 포함할 수 있다. 브릿지 형성으로 인한 교란은 또한 브릿지가 형성되는 동안 뿐만 아니라 브릿지가 무너지는 동안에도 본 발명에 따라 포착되고 보정되며, 여기서 붕괴는 리필된 재료로부터의 운동량과 유사한 운동량을 발생시킨다.

도 1에서, 리필 동안 리필 용기(3)로부터 저장 호퍼(4)로 배출된 벌크 재료의 질량은 하나 이상의 리필 로드 셀(14)에 의해 감지되며, 리필 로드 셀(14)은 배출된 리필 분량에 대한 파라미터에 대한 센서로서 기능한다. 리필 용기(3)의 충전 레벨은 리필 로드 셀(14) 대신에 이러한 목적으로도 사용할 수 있으며, 충전 레벨 센서에 의해 포착될 수 있고, 예를 들어, 실험으로부터 리필 용기에서 벌크 재료의 압축이 알려져 있다. 당업자는 또한 벌크 재료를 저장 호퍼(4) 로 신속하면서도 계량된 배출을 달성하기 위해 슬라이더(15)(도 1) 대신 로터리 밸브를 제공할 수 있다. 마지막으로, 계량 분배 유닛의 캐스케이드(cascade)를 제공하는 것을 고려해 볼 수 있는데, 여기서 리필 계량 분배 유닛은 도 1에 도시된 바와 똑같이 구성될 수 있지만, 상대적으로 큰 변위 용량(displacement capacity)을 가질 수도 있다. 그러면, 로터리 밸브 또는 리필 계량 분배 유닛 등의 공급 출력은 배출된 리필 분량에 대한 파라미터를 나타내며, 이는 리필 로드 셀(14)로부터의 중량 신호와 유사한 방식으로 컨트롤러에 의해 처리될 수 있다.

Claims (20)

1. 저장 호퍼(4) 및 리필 용기(3)가 저장 호퍼(4)에 연결된 리필 스테이션(2)을 포함하며, 벌크 재료를 위한 계량 분배 유닛(1)의 질량 흐름을 결정하는 방법으로서, 계량 분배 유닛(1)에는 출력 컨베이어에 의해 중량측정 계량 배출을 위한 하나 이상의 중량측정 로드 셀(11)이 구비되며, 리필 용기(3)는 저장 호퍼(4)에 낮은 충전 레벨로부터 충전된 상태로 벌크 재료를 주기적으로 보충하고, 배출된 리필 분량의 파라미터를 위한 센서가 제공되고, 출력 컨베이어는 리필 동안 체적측정 제어 모델에 의해 작동되는, 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법에 있어서, 리필 동안 저장 호퍼(4)에 추가된 벌크 재료의 중량은 저장 호퍼(4)의 리필에 의해 발생된 저장 호퍼(4)의 벌크 재료 중량 증가 및 리필 스테이션으로부터 출력된 리필 분량에 대한 센서로부터의 데이터로부터 계산되며, 리필 동안 배출되는 실제 벌크 재료 흐름은 이러한 중량 간의 차이로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
2. 제1항에 있어서, 체적측정 제어 모델에 대한 추가 보정 계수가 목표 벌크 재료 흐름과 실제 벌크 재료 흐름 간의 차이로부터 생성되고 질량 흐름을 조절하기 위해 제어 모델에 적용되는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실제 벌크 재료 흐름이 결정되거나 및/또는 보정 계수가 한 번 이상 생성되며, 바람직하게는 리필 동안 반복적으로 생성되고, 각각의 경우에서 결정된 보정 계수는 실시간으로 체적측정 제어 모델에 적용되는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
4. 제3항에 있어서, 하나 이상의 중량측정 로드 셀(11)에 의해 기록된 저장 호퍼(4)의 벌크 재료의 중량 증가 및 리필 용기(3)의 중량 감소로서 리필된 벌크 재료의 중량은 실제 벌크 재료 흐름을 계산하기 위하여 동시에 또는 시간 오프셋으로 처리되며, 여기서 시간 오프셋은 바람직하게는 벌크 재료가 리필 용기(3)로부터 저장 호퍼(4)로 낙하하는 데 걸리는 시간과 적어도 거의 동일한 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
5. 제3항에 있어서, 리필 동안 저장 호퍼(4)에서 벌크 재료의 중량 증가는 교란을 고려하도록 조절된 벌크 재료 중량에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
6. 제5항에 있어서, 조절된 벌크 재료 중량은 저장 호퍼(4) 내의 현재 압력을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
7. 제5항에 있어서, 조절된 벌크 재료 중량은 배출 출구(9) 내의 현재 압력을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
8. 제5항에 있어서, 조절된 벌크 재료 중량은 낙하하는 벌크 재료의 운동량에 의해 저장 호퍼(4)에 가해지는 힘을 이용하여 리필 동안 계산되는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
9. 제5항 또는 제8항에 있어서, 조절된 벌크 재료 중량은 하나 이상의 중량측정 로드 셀(11)의 진동 특성을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 실제 벌크 재료 흐름 및/또는 보정 계수는, 리필 후에 및 후속 리필 전에, 후속 리필을 위해 체적측정 제어 모델에 적용되고 결정되며, 보정 계수는 바람직하게는 선행 보정 계수에 따라 다수의 리필 작업 과정에서 다시 결정되는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 체적측정 제어 모델은 목표 질량 흐름에 대한 미리 결정된 값을 통해 출력 컨베이어에 의해 생성된 질량 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 체적측정 제어 모델은 저장 호퍼(4)가 비워지는 동안 벌크 재료의 압축에 대한 데이터로 출력 컨베이어에 의해 생성된 질량 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 계량 분배 유닛의 질량 흐름 결정 방법.
13. 벌크 재료를 위한 중량측정 계량 분배 유닛으로서, 벌크 재료가 계량된 분량으로 분배될 수 있는 저장 호퍼(4) 및 저장 호퍼( 4)에서 벌크 재료의 리필 분량을 보충하도록 구성되고 저장 호퍼(4)에 연결된 리필 스테이션(2)을 포함하며, 리필 분량에 대한 파라미터를 위한 센서가 구비되고, 저장 호퍼(4)에 작동 가능하게 연결된 중량측정 로드 셀(11) 및 벌크 재료의 중량측정 계량 분배를 위한 벌크 재료를 위한 출력 컨베이어를 포함하며, 리필 동안 체적측정 제어 모델에 따라 컨베이어를 작동 시키도록 구성된 출력 컨베이어를 위한 컨트롤러(10)를 포함하는, 중량측정 계량 분배 유닛에 있어서, 컨트롤러는 리필 동안 리필 분량에 대한 센서의 신호로부터 리필 스테이션(2)으로부터 배출된 벌크 재료의 중량, 및 하나 이상의 중량측정 로드 셀(11)의 중량 신호로부터 현재 저장 호퍼(4) 내에 있는 벌크 재료의 중량 값을 결정하도록 구성되며, 그로부터, 리필 동안 계량 분배 유닛으로부터 배출된 실제 벌크 재료 흐름을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중량측정 계량 분배 유닛.
14. 제13항에 있어서, 컨트롤러는 목표 벌크 재료 흐름과 실제 벌크 재료 흐름 사이의 차이로부터 체적측정 제어 모델에 대한 보정 계수를 결정하고 이를 상기 제어 모델에 적용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중량측정 계량 분배 유닛.
15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 리필 분량의 파라미터에 대한 센서는 중량 센서(14)로서 구현되는 것을 특징으로 하는 중량측정 계량 분배 유닛.
16. 제12항 또는 제13항에 있어서, 저장 호퍼(4) 및/또는 출력 컨베이어 뒤에 배치된 벌크 재료를 위한 배출 출구(9)에는 압력 센서(20, 21)가 제공되며, 상기 압력 센서(20, 21)는 리필 동안 저장 호퍼(4)의 압력 변동에 대한 신호를 생성하도록 구성되고, 컨트롤러(10)는 하나 이상의 중량측정 로드 셀(11)의 신호 및 압력 변동에 대한 신호로부터의 압력 변동에 의해 조절된 저장 호퍼(4) 내에 현재 존재하는 벌크 재료의 중량을 위한 값을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중량측정 계량 분배 유닛.
17. 제12항 또는 제13항에 있어서, 컨트롤러(10)는 저장 호퍼(4)로 낙하하는 벌크 재료의 운동량에 의해 조절되는 저장 호퍼(4) 내의 벌크 재료 중량을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중량측정 계량 분배 유닛.
18. 제12항 또는 제13항에 있어서, 컨트롤러(10)는 저장 호퍼(4)로 낙하하는 벌크 재료의 운동량에 따라 진동하는 하나 이상의 중량측정 로드 셀(11)의 동적 거동으로부터 가상 힘에 의해 조절되는 저장 호퍼(4) 내의 벌크 재료 중량을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 중량측정 계량 분배 유닛.
19. 제12항 또는 제13항에 있어서, 컨트롤러(10)는 리필 동안 실제 벌크 재료 흐름 및/또는 보정 계수를 수 회 결정하도록 구성되며, 상기 결정된 보정 계수의 경우, 이를 실시간으로 체적특정 제어 모델에 적용하기 위해, 그 값이 목표 벌크 재료 흐름에 맞게 구성되는 것을 특징으로 하는 중량측정 계량 분배 유닛.
20. 제12항 또는 제13항에 있어서, 컨트롤러(10)는, 배출된 리필 분량에 대한 파라미터를 위한 센서의 신호로부터 리필 작업 동안 리필 벌크 재료의 총 중량에 대한 값을 결정하도록 구성되고, 하나 이상의 중량측정 로드 셀(11)의 중량 신호로부터 실제 벌크 재료 흐름 및/또는 보정 계수를 결정하도록 구성되며, 상기 결정된 보정 계수의 경우, 후속 리필 작업을 위해 이를 체적측정 제어 모델에 적용하기 위해, 저장 호퍼(4)는 리필 작업 후에 비워지는 것을 특징으로 하는 중량측정 계량 분배 유닛.

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