PL204598B1

PL204598B1 - Sposób sterowania ilością materiału doprowadzanego podczas procesu przesyłania materiału do zbiornika mieszania

Info

Publication number: PL204598B1
Application number: PL355104A
Authority: PL
Inventors: Raymond Houston Ash; David Arthur Chappell; Lara Jeanne Ivey
Original assignee: Procter & Gamble
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2010-01-29
Also published as: EP2172750A2; EP1234163B1; WO2001038835A1; DE60042979D1; MA25943A1; ATE539327T1; NO20022443L; BR0015771A; CN1423744A; AU1795801A; CA2761429C; MXPA02005156A; TW497017B; IL149417A; CA2390413C; NO20022443D0; AU781965B2; JP2008164619A; IL149417A0; ES2333695T3

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania ilością materiału doprowadzanego podczas procesu przesyłania materiału do zbiornika mieszania, w szczególności wynalazek dotyczy układów przeznaczonych do ważenia i podawania, a dokładniej ulepszonego sposobu sterowania ilością materiału podawanego podczas jego przesyłania.

Znane są układy ważące/mieszające porcje materiału, w których materiały są kolejno doprowadzane do zbiornika mieszania w ilościach zgodnych z recepturą albo wzorem. Materiały są często doprowadzane do zbiornika mieszającego ze zmienną prędkością. W niektórych układach, prędkość doprowadzania zmienia się od 0,454 kg/s (jednego funta na sekundę), do więcej niż 136 kg/s (trzysta funtów na sekundę). Niezależnie od prędkości doprowadzania, potrzebne jest wprowadzenie dokładnej porcji ilości materiału, w możliwie najkrótszym czasie. Oznacza to doprowadzanie materiału z maksymalną prędkością tak długo, jak to jest możliwe, a nastę pnie, gdy dostarczana ilość zbliż y się do ilości docelowej, zatrzymanie doprowadzania, aby uzyskać dokładną wymaganą ilość materiału bez zmniejszania prędkości doprowadzania.

Odczyt wagi podczas doprowadzania materiału zawsze różni się od rzeczywistej ilości podanego materiału albo końcowej wagi, która powinna wystąpić dokładnie w momencie, gdy doprowadzanie zostało zatrzymane albo odcięte. Różnica pomiędzy wagą końcową porcji, a odczytem wagi w momencie odcięcia doprowadzania materiału, nazywana jest naddatkiem. Dlatego, aby uzyskać żądaną ilość materiału, nie jest możliwe doprowadzanie materiału z maksymalną prędkością przepływu i następnie zatrzymanie doprowadzania, gdy odczyt wskazuje osiągnięcie docelowej wagi.

Jedno z konwencjonalnych podejść do tego problemu stosuje dwustopniowe doprowadzenie, które polega na przełączaniu na wolne, sączące doprowadzanie, gdy odczyt wagi osiąga ustawioną wartość procentową (zwykle 80-90%) wartości docelowej. Odmiany tego podejścia stosują wieloetapowe doprowadzanie albo zawory dławiące, ale wszystkie te odmiany powodują wydłużenie czasu doprowadzania. Kosztem wydłużenia tego czasu, poprzez zmniejszenie prędkości sączenia może być podniesiona dokładność. Mieszalniki procesu powodują znaczące zakłócenie wagi, które może być zmniejszone albo wyeliminowane za pomocą mechanicznego albo elektronicznego filtrowania, co zwiększa dokładność kosztem czasu doprowadzania.

Z opisu patentowego EP 0 533 968 znany jest również sposób sterowania urządzenia napełniającego. Zgodnie z tym ujawnieniem pomiędzy zbiornikiem, z którego doprowadzany jest materiał a poprzedzają cym zasobnikiem umieszczone jest urządzenie zamykające, zaś podczas dozowania materiału prowadzi się w sposób ciągły operację ważenia i określa zmianę wagi porównując ją z wartością zadaną.

Sposób sterowania ilością materiału doprowadzanego podczas procesu przesyłania materiału do zbiornika mieszania, w którym steruje się doprowadzaniem materiału do zbiornika mieszania za pomocą co najmniej jednego zaworu podawania materiału, względnie większej ilości zaworów, korzystnie przez zamykanie co najmniej jednego zaworu podawania materiału oraz w którym mierzy się początkowy ciężar zbiornika mieszania i ustala się ciężar docelowy, który jest równy sumie wartości początkowego ciężaru i żądanej ilości tj. żądanej wartości ciężaru dostarczanego materiału, który ma być doprowadzony, doprowadza się materiał do zbiornika mieszania, mierzy się aktualną wartość ciężaru, a następnie mierzy się, względnie oblicza, prędkość przepływu materiału, który jest doprowadzany do zbiornika mieszającego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ponadto oblicza się z zastosowaniem techniki komputerowej prognozowaną wartość naddatku, która to prognozowana wartość naddatku jest określana za pomocą następującego wzoru prognozowania:

K1 * Q + K2 * Q²gdzie:

K1 i K2 są parametrami wzoru prognozowania, niezależnymi od prędkości przepływu materiału,

Q jest zmierzoną wzglę dnie obliczoną prę dkoś cią przepł ywu materiał u, po czym oblicza się z zastosowaniem techniki komputerowej przewidywany końcowy ciężar

PFW zbiornika mieszającego jako sumę aktualnej wartości ciężaru W i wartości prognozowanego naddatku PS i ocenia się czy przewidywany końcowy ciężar PFW jest mniejszy od wartości docelowej ciężaru TW, przy czym zamyka się co najmniej jeden zawór podawania materiału, względnie więcej zaworów podawania materiału do zbiornika mieszania kiedy końcowy ciężar zbiornika mieszania jest, korzystnie, równy ciężarowi docelowemu TW.

PL 204 598 B1

Sposób według wynalazku obejmuje także wyznaczanie początkowej prędkość V0 opadania materiału równą zeru, względnie o wartości niezależnej od prędkości Q przepływu tak, że spełniona jest następująca zależność:

K1 = Tf + Kv-v0 /32,2

K2 = 0 gdzie:

Tf jest stałą czasową kompozytu filtru,

Kv jest współczynnikiem przepuszczania zaworu równym o ί^{łt f} h (()^{]t, a}

V0 jest początkową prędkością opadania materiału.

Sposobem według wynalazku wyznacza się także początkową prędkość V0 opadania materiału jako proporcjonalną do prędkości przepływu tak, że spełniona jest następująca zależność:

K1 = Tf + Kv gdzie:

Tf jest stałą czasową kompozytu filtru,

Kv jest współczynnikiem przepuszczania zaworu równym o ί^{łt f} k (()^{], a}

K2 = -1/(32,2*ρ *Av) gdzie:

ρ jest gęstością materiału, i

Av jest polem przekroju poprzecznego zaworu względnie innego kanału, przez który przesyłany materiał przemieszcza się z miejsca źródłowego do miejsca docelowego, to jest do zbiornika mieszania.

Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na zapewnieniu sposobu ilościowego określania i prognozowania naddatku podczas doprowadzania materiału. Dodatkowo, zapewniony jest sposób lepszego sterowania ilością dostarczanego materiału podczas jego przesyłania, zgodnie z żądaną ilością.

Rozwiązanie według wynalazku zostało określone w zakresie ochrony w załączonych zastrzeżeniach, które istotnie definiują i wyraźnie zastrzegają przedstawiony wynalazek.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia do sterowania ilością materiału doprowadzanego podczas jego przesyłania, fig. 2 - schemat blokowy logicznego układu sterowania do wyznaczania punktu odcinania dostarczanego materiału, gdzie układ ten może być włączony do sterownika wagi, fig. 3 sieć działań przedstawiającą sposób sterowania ilością materiału doprowadzanego podczas jego przesyłania, fig. 4 - sieć działań przedstawiającą sposób sterowania ilościami i taktowaniem wieloma doprowadzeniami materiału z zastosowaniem techniki doprowadzania na zakładkę, fig. 5 - przykład sposobu określania, czy co najmniej jeden z parametrów algorytmu prognozowania opartego na wzorze powinien być zamieniony przez co najmniej jeden nowy parametr algorytmu prognozowania opartego na wzorze, aby adaptować ten algorytm, fig. 6 - przykład zestawienia układu do ważenia/mieszania porcji, fig. 7 - schemat przedstawiający konwencjonalne sekwencjonowanie wielu doprowadzeń materiału bez zastosowania techniki doprowadzania na zakładkę, wzięty ze stanu techniki, fig. 8 schemat przedstawiający nowe sekwencjonowanie wielu doprowadzeń materiału z zastosowaniem techniki doprowadzania na zakładkę, opisanej w przedstawionym wynalazku, fig. 9 - schemat przedstawiający obliczenia stosowane w technice doprowadzania na zakładkę.

Przedmiot wynalazku dotyczy sposobu sterowania ilością materiału doprowadzanego podczas jego przesyłania. Sposób, w zalecanym przykładzie wykonania zawiera etapy wprowadzania docelowej ilości materiału dostarczanego z miejsca źródłowego do miejsca docelowego, uaktualniania ilości docelowej podczas doprowadzania materiału przez stosowanie algorytmu prognozowania opartego na wzorze i uaktualnianie tego algorytmu w oparciu o dane wykonywanego procesu przy użyciu rekursywnej metody najmniejszych kwadratów. Zgodnie z przedstawionym wynalazkiem zaproponowano również sposób, w którym stosuje się adaptacyjny algorytm wyboru, który jest używany do określania, czy co najmniej jeden parametr algorytmu prognozowania opartego na wzorze powinien być wymieniony na co najmniej jeden nowy parametr algorytmu prognozowania opartego na wzorze, aby zaadoptować ten algorytm w odpowiedzi na zmianę zachodzącą w procesie. Zgodnie z wynalazkiem opracowano także sposób dostarczania co najmniej jednego materiału mierzonego niezależnie na zakładkę z doprowadzaniem głównego materiału podczas procesu jego przesyłania.

PL 204 598 B1

Na fig. 1 przedstawiono korzystny przykład wykonania układu 10, do stosowania sposobu zgodnie z przedstawionym wynalazkiem. Układ 10 zawiera zbiornik 11. mieszania i zbiornik 12 ważenia wstępnego. Może być użyta każda liczba zbiorników mieszania i/albo zbiorników ważenia wstępnego. Mogą być użyte takie materiały jak płyny, proszki, granulaty, ale nie ma tu ograniczeń. Materiały te mogą być doprowadzane poprzez zawory 13-15 do obydwu zbiorników 11, 12 i tam mierzone. Może być zastosowany każdy rodzaj zaworu, przykładowo, ale nieograniczony do niego, zawór skrzydełkowy. Ilość materiału zawartego w obydwu zbiornikach 11, 12 może być zmierzona za pomocą ogniwa obciążnikowego 16. Może być użyty każdy rodzaj ogniwa obciążnikowego taki jak, ale nieograniczone do niego, sprzedawane pod nazwą Mettler Toledo. Układ 10 zawiera także sterownik wagi 17, który dołączony jest do programowalnego sterownika PLC 18. Sterownik wagi przesyła do PLC takie informacje jak ciężar 19 materiału, prędkość przesyłania 20 materiału i wskaźnik stanu odcięcia 21. Sterownik wagi 17 i sterownik PLC 18 współpracują ze sterownikiem zaworów wyjściowych 22, aby wyznaczyć odpowiedni czas zamknięcia zaworów, które umożliwiają doprowadzanie żądanej ilości dostarczanego materiału. Podczas gdy opisywane jest ogniwo obciążnikowe i sterownik wagi, specjaliści w tej dziedzinie ocenią zastosowanie alternatywnych układów pomiarowych i/albo sterowników obejmujących, ale nieograniczających się do układów wstępnego ważenia, mierników przepływu, wagowych dozowników taśmowych i/albo ich kombinacji. Interfejs 23 operatora pozwala technikowi na dostęp do układu, aby wywoływać raporty i wykonywać inne czynności związane z działaniem układu.

Na fig. 2 przedstawiony jest schemat blokowy układu logicznego sterowania wyznaczaniem punktu odcięcia dostarczanego materiału. Ten układ logicznego sterowania może być włączony do sterownika wagi 17. Aby zmniejszyć zakłócenie, spowodowane np. mieszadłami w zbiorniku 11 mieszania, sygnał wejściowy z ogniwa obciążnikowego 16 może być filtrowane za pomocą filtru 30. Po filtracji, ciężar 19 i prędkość doprowadzania 20 materiału są przesyłane do sterownika PLC 18, co pokazuje fig. 1. Aby wyznaczyć punkt odcięcia zaworów doprowadzających materiał, docelowa sterowana ilość 33 materiału wprowadzona do sterownika PLC 18 jest porównywana z ciężarem 19 w bloku decyzyjnym 34. Aby ułatwić wskazanie, kiedy zamknąć zawór, zastosowane są parametry logiczne bloku 35, chociaż mogą być zastosowane także inne sposoby logicznego sterowania.

Na fig. 3 występuje sieć działań przedstawiająca sposób sterowania ilością materiału doprowadzanego podczas jego przenoszenia. W fig. 3 i fig. 4 użyto symboli standardowych dla sieci działań, z prostokątnymi blokami przedstawiającymi wykonanie etapu, takiego jak rozpoczęcie doprowadzania albo odczytu wagi materiału i bloki w kształcie rombu przedstawiające decyzję wykonywaną przez układ 10, i/albo jego element. Zaznaczona kółkiem litera po prawej stronie sieci działań przedstawia punkt wyjściowy, który powtórnie otwiera sieć tą samą zaznaczoną kółkiem literą po lewej stronie sieci działań. Sposób rozpoczyna się blokiem początkowym 40. W bloku 42 mierzony jest ciężar początkowy (SW). W bloku 44 docelowy ciężar (TW) jest ustalany jako SW + wzorcowy ciężar (FW), gdzie FW jest żądaną wartością ciężaru dostarczanego materiału. W bloku 46 otwierany jest zawór 13, który pozwala na doprowadzenie głównego materiału. W bloku 48 odczytywany jest aktualny ciężar, który jest następnie filtrowany, co przedstawiono na fig. 2, i ustalany jako ciężar (W). Prędkość przepływu Q materiału, obliczana jest jako

Q = (W - Wlast) / (t-tlast), gdzie:

t jest czasem trwania doprowadzania materiału,

Wlast i tlast są wartościami wziętymi z poprzednich odczytów.

Etap ten jest wykonywany w bloku 50. Spodziewany naddatek (PS) jest określany i wyliczany w bloku 52, za pomocą wzoru

PS = K₁ * Q + K₂ * Q², gdzie:

K1 i K2 są parametrami wzoru niezależnymi od prędkości przepływu materiału,

Q jest zmierzoną albo obliczoną wspomnianą powyżej prędkością przepływu.

Przewidywany końcowy ciężar (PFW) jest określany i obliczany w bloku 54 według następującego wzoru PFW = W + PS.

W bloku decyzyjnym 56, jeśli przewidywany końcowy ciężar (PFW) jest mniejszy od docelowego ciężaru (TW), to sposób wychodzi z otoczonej kółkiem litery A po prawej stronie sieci działań i wznawia działanie tej sieci począwszy od oznaczonej kółkiem litery A po jego lewej stronie, a w przeciwnym przypadku sposób przebiega dalej przez blok 58. W bloku 58 zawór 13, albo jemu podobne są zamykane albo odcinane po to, aby zatrzymać doprowadzanie materiału. W bloku 60 wprowadza się czas wystarczający

PL 204 598 B1 na ustalenie się ciężaru (np. 1 do 3 sekund). Końcowy ciężar materiału (FW) mierzony jest w bloku 62. Błąd doprowadzenia (E) jest określany i obliczany w bloku 64 według wzoru E = FW - TW.

W bloku 66 jest określany i obliczany rzeczywisty naddatek (S), według następującego wzoru:

S = spodziewany naddatek w punkcie odcięcia (PSc) + E.

W bloku 68 spodziewane parametry wzorcowe K₁ i K₂ są uaktualniane za pomocą nowych danych (Q,S), gdzie Q jest równe prędkości przepływu materiału w punkcie odcięcia, a S jest rzeczywistym naddatkiem materiału. Sposób jest zakańczany w bloku 70.

Sposób w przykładzie wykonania obejmuje określanie przewidywanego naddatku i wzoru prognozowania.

Teoria wyżej wspomnianego wzoru spodziewanego naddatku rozpoznaje skutki oddziaływania następujących czterech elementów (a-d), które powodują rozbieżność pomiędzy odczytem ciężaru w danej chwili, a odczytem końcowym, który występuje wtedy, gdy w tym momencie doprowadzanie jest zatrzymywane, tzn. wtedy, gdy zawór dostał rozkaz zamknięcia w chwili określanej jako chwila odcięcia:

Element a. Materiał w trakcie dostarczania - część materiału, który przeszedł przez zawór, może nadal spadać swobodnie a nie dostał się jeszcze do mieszaniny.

Element b. Siła opóźniająca - siła potrzebna do zatrzymania materiału wpadającego do mieszaniny. Ta siła dynamiczna dodaje się do odczytu wagi dopóki materiał nie zatrzyma się.

Element c. Opóźnienie spowodowane filtrowaniem odczytu ciężaru - odczyt ciężaru materiału, wykonywany podczas jego doprowadzania może być w każdej chwili opóźniony w stosunku do rzeczywistego ciężaru, gdy stosowana jest filtracja odczytu tłumiąca drgania wywołane mieszadłami albo innymi elementami procesu. Niezależnie od rodzaju filtracji - mechanicznej, elektronicznej albo cyfrowej, rozbieżność ciężaru albo opóźnienie będzie wzrastać wraz ze wzrostem prędkości przepływu materiału. Silniejsza filtracja powodująca zwiększenie wygładzenia, zwiększa także opóźnienie.

Element d. Przepuszczanie zaworu - zawór nie może zamknąć się natychmiast. Pewna ilość materiału przechodzi przez zawór podczas jego zamykania.

Ta rozbieżność pomiędzy odczytem zmierzonego ciężaru w punkcie odcięcia, a końcowym ciężarem materiału w zbiorniku mieszaniny po ustaleniu się procesu, nazywana jest naddatkiem, który dokładnie definiowany jest następująco: naddatek = końcowy ciężar wsadu - odczyt ciężaru w chwili odcięcia. Praktyczne zastosowanie tej zasady zostało wprowadzone do wzoru prognozowania:

PS = K1 * Q + K2 * Q²gdzie:

Q jest zmierzoną albo obliczoną prędkością przepływu materiału

K1, K2 są parametrami wzoru prognozowania, które nie zależą od prędkości przepływu Q materiału.

W odniesieniu do wyżej wspomnianego wzoru prognozowania PS = K1 * Q + K2 * Q², gdy początkowa prędkość opadania doprowadzanego materiału jest równa zeru, albo jest niezależna od prędkości przepływu, stosowane są następujące wartości:

K1 = Tf + Kv - v0/32,2

K2 = 0 gdzie:

Tf jest całkowitą stałą czasu filtru,

Kv jest współczynnikiem przepuszczania zaworu równym o i * f k (()^{]t, i} v0 jest początkową prędkością opadania materiału

Gdy początkowa prędkość opadania materiału jest proporcjonalna do prędkości przepływu, to stosowane są następujące wartości:

K1 = Tf + Kv gdzie:

Tf jest całkowitą stałą czasu filtru,

Kv jest współczynnikiem przepuszczania zaworu równym _oi^tc f[x_v(t)]dt , i

K2 = -1/(32,2*ρ *Av) gdzie:

ρ jest gęstością materiału, i

PL 204 598 B1

Av jest przekrojem poprzecznym zaworu albo innego kanału, przez który materiał przemieszcza się z miejsca źródłowego do miejsca docelowego.

W odniesieniu do fig. 4, sieć działań przedstawia sposób sterowania i taktowania wieloma doprowadzeniami materiału za pomocą techniki doprowadzania na zakładkę. Sposób rozpoczyna się blokiem początkowym 80. Początkowy ciężar (SW) mierzony jest w bloku 42. W bloku 84 obliczany jest końcowy ciężar (TW) jako suma początkowego ciężaru (SW) i wzorcowego ciężaru (FW), gdzie FW jest żądanym ciężarem doprowadzanego materiału. W bloku 86 ciężar każdego wstępnie zważonego na zakładkę, doprowadzonego albo wysypanego materiału jest dodawany do końcowego ciężaru (TW). W bloku 88 jest obliczany czas opóźnienia T_dt doprowadzenia głównego materiału, w odniesieniu do początku jego doprowadzania. Całe wstępne ważenie na zakładkę doprowadzonego albo zrzuconego materiału rozpoczyna się w bloku 90. Przed rozpoczęciem doprowadzania głównego materiału w bloku 94, w bloku 92 realizowany jest czas opóźnienia T_dt. W bloku 96 sposób oczekuje na wszystkie kompletne wstępnie zwarzone na zakładkę doprowadzenia albo zrzuty. Wynikowy ciężar (TW) jest regulowany za pomocą każdego błędu ważenia we wstępnym ważeniu na zakładkę doprowadzeń albo zrzutów materiału. Następnie sposób przechodzi dalej do bloku 98, gdzie mierzony jest aktualny ciężar, poddawany filtracji i przedstawiony jako wartość (W). W bloku 100 obliczana jest prędkość przepływu (Q) materiału jako

Q = (W - Wlast)/(t - tlast) gdzie:

t jest czasem trwania doprowadzania,

Wlast i tlast są odczytami poprzednich pomiarów. Spodziewany naddatek (PS) jest określany i obliczany z następującego wzoru prognozowania: PS = K1*Q + K2*Q², gdzie K1 i K2 są parametrami wzoru niezależnymi od prędkości przepływu materiału, a Q jest zmierzoną albo obliczoną prędkością przepływu wspomnianego powyżej materiału. W bloku 104 określany i obliczany jest przewidywany ciężar końcowy (PFW) jako:

PFW = W + PS.

W bloku decyzyjnym 106, jeżeli przewidywany ciężar końcowy (PFW) jest mniejszy niż końcowy ciężar (TW), to sposób wychodzi z prawej strony bloku zakreśloną kółkiem literą B i powraca do sieci w miejscu oznaczonym zakreśloną kółkiem literą B znajdującym się po lewej stronie sieci działań, inaczej sposób kontynuowany jest przez blok 108. W bloku 110 pozwala się aby upłynął odpowiedni czas, (np. od 1 do 3 sekund), potrzebny na ustalenie się wagi materiału. Wzorcowy ciężar (FW) materiału mierzony jest w bloku 112. W bloku 114 określany i obliczany jest błąd doprowadzania (E), jako E = FW - TW. W bloku 116 określany i obliczany jest rzeczywisty naddatek (S), jako S = spodziewany nadmiar w punkcie odcięcia (PSC) + E. W bloku 118, prognozowane parametry wzoru K₁, K₂ są uaktualniane za pomocą nowych danych (Q, S), gdzie Q jest równe prędkości przepływu materiału w punkcie odcięcia, a S jest rzeczywistym naddatkiem. Przebieg sposobu kończy się blokiem 120.

Sposób w przykładzie wykonania obejmuje również adaptacyjne uaktualnianie wzoru prognozowania.

Parametry K1, K2 wzoru prognozowania są niezależne od prędkości przepływu Q, ale mogą wolno zmieniać się ze względu na proces albo zmiany cech materiału, takie jak zawory uzupełniające albo inne zjawiska występujące w procesie. Po każdym doprowadzeniu materiału następuje standardowe, strategiczne określanie, czy nowy punkt (np. odcięcia przepływu, rzeczywistego naddatku) jest istotny dla uaktualniania wzoru prognozowania. W odniesieniu do fig. 5, określony jest układ współrzędnych wskazujący wartości zmiennej zależnej w stosunku do wartości co najmniej jednej zmiennej niezależnej. Zmienna zależna związana jest ze zmienną niezależną za pomocą funkcji matematycznej określonej za pomocą omawianego wcześniej wzoru prognozowania. Następnie, w układzie współrzędnych 130 określana jest domknięta ramka odniesienia 132. Domknięta ramka odniesienia 132 ma ustalony punkt środkowy 140 dla wartości zmiennych zależnej i niezależnej, w oparciu o akceptowalne dane o wielkości dostarczanego materiału i gdzie wymiary domkniętej ramki odniesienia są wstępnie określone w oparciu o ustalone z góry, akceptowalne dane o wielkości dostarczanego materiału. Te wymiary i punkt środkowy 140 ramki są przedmiotem dopasowywania w oparciu o regułę używającą danych przeprowadzanego procesu. Następnie w układzie współrzędnych 130 określana jest docelowa liczba coraz mniejszych domkniętych ramek wyboru 134, 136 (na fig. 5 dla przykładu użyto dwóch ramek, chociaż może być użyta dowolna liczba ramek). Każda z domkniętych ramek wyboru 134, 136 ma punkt środkowy 138 umieszczony w oparciu o aktualne średnie wielkości zmiennych zależnych i niezależnych, obliczonych z danych przebiegu procesu. Wymiary domkniętych ramek wyboru 134, 136 są określane za pomocą kolejnych coraz mniejszych podziałów wymiarów domkniętej ramki

PL 204 598 B1 odniesienia. Następnie określana jest co najmniej jedna formuła decyzyjna, za pomocą której ściśle określony nowy punkt danych (np. 141, 142, 143 i 144 na fig. 5), o wartościach zmiennej zależnej i niezależnej pochodzących z danych przebiegu procesu, może być użyty do wybrania właściwej formuły, za pomocą której będzie modyfikowany wzór prognozowania. Wybór zależy od tego, która z ramek 132, 134, 136 zawiera punkt danych. Jeżeli nowy punkt danych 141 zawarty jest zarówno w najmniejszej ramce wyboru 136 jak i w domkniętej ramce odniesienia 132, to uaktualniany jest co najmniej jeden parametr wzoru prognozowania. Inaczej, gdy nowy punkt danych 142 zawarty jest zarówno w większej ramce wyboru 134 jak i w domkniętej ramce odniesienia 132, ale nie w mniejszej ramce wyboru 136, to co najmniej jeden parametr wzoru prognozowania jest ustawiany ponownie. Jeśli zaś nowy punkt danych 143 zawarty jest w domkniętej ramce odniesienia 132, ale nie jest zawarty w żadnej z wymienionych ramek wyboru 134, 136, to pierwsze wystąpienie braku zmiany w tym obszarze brane jest do każdego parametru wzoru prognozowania. Inaczej, jeżeli nowy punkt danych 144 jest poza zamkniętą ramką odniesienia 132, to we wzorze prognozowania nie ma zmiany żadnego parametru.

Ten standardowy program albo sposób rozpoczyna się samoczynnie z użyciem wstępnych wartości parametrów algorytmu opartego na wzorze prognozowania, wstawianych automatycznie z danych pierwszego dostarczenia materiału. Ponadto, ten standardowy program albo sposób jest samokorygujący tak, że parametry algorytmu opartego na wzorze prognozowania są ustawiane ponownie, gdy wykrywana jest zmiana procesu albo właściwości materiału według określonych kryteriów.

Sposób w przykładzie wykonania obejmuje ustalenie równania do uaktualniania i ponownego ustawiania.

W sekwencji dostarczania porcji materiału, dla każdego rodzaju materiału stosowane i utrzymywane są oddzielne parametry K1 i K2 wzoru prognozowania. Parametry K1 i K2 są uaktualniane albo ustawiane ponownie po każdym doprowadzeniu materiału, zgodnie z opisaną powyżej procedurą wyboru. Równania stosowane do wykonywania tego uaktualniania albo ponownego ustawiania używają konwencjonalnego matematycznego sposobu nazywanego rekursywną metodą najmniejszych kwadratów, która dla sekwencji punktów danych minimalizuje sumę kwadratu odchyłki pomiędzy rzeczywistym punktem danych a punktem oszacowanym za pomocą wzoru prognozowania. Każdy punkt danych składa się z przepływu odcięcia Q, jako zmiennej niezależnej i rzeczywistego naddatku S, jako zmiennej zależnej. Po zakończeniu doprowadzania materiału, do następnych równań uaktualniania albo ponownego ustawiania parametrów K1, K2 i dodatkowych określonych poniżej parametrów używanych we wzorze prognozowania, stosowany jest nowy punkt danych (Q, S). Załóżmy, że (Qi, Si), gdzie Qi = przepływ w chwili odcięcia i Si = rzeczywisty naddatek, przedstawiają nowy punkt danych.

Oznaczmy początkowy punkt danych (tzn. wzięty z pierwszego doprowadzenia materiału), albo który został użyty do ponownego ustawienia wzoru prognozowania, jako (Q0, S0).

Określmy pięć dodatkowych parametrów wykorzystywanych we wzorze następująco:

A = przepływ średni

AA = średni naddatek

B = średni (przepływ)²

BB = średni (przepływ x naddatek)

C = średni (przepływ)³

Wspomniany powyżej wzór prognozowania PS = K1 * Q + K2 * Q² jest następnie uaktualniany albo ponownie ustawiany dla każdego nowego punktu danych (Qi, Si), gdzie Qi = przepływ w chwili odcięcia i Si = rzeczywisty naddatek, według następujących równań:

Uaktualnianie

Anowe = Astare + β (Qi - Astare) (przepływ średni) ^Bnowe ^{= B}stare ⁺ β (Qi² - Bstare) ^Cnowe ^{= C}stare + β (Qi³ -Cstare)

AAnowe = AAstare + β (Si - AAstare) (średni naddatek)

BBnowe = BBstare + ^{β (Q}7^Si ^- BBstare) następnie,

K₁ = C'AA - B'BB / A’C - B²

K₂ = A'BB - B'AA / A’C - B²

Punkt początkowy (Q0, S0) & ponowne ustawienie

A0 = Q0 (przepływ średni)

B₀ = Q₀ ²

C₀ = Q₀ ³8

PL 204 598 B1

AA0 = S0 (naddatek średni)

BBo = Qo So następnie,

K1 = AA/A

K2 = -0

W powyższych równaniach β jest wskaź nikiem waż enia przybierają cym wartoś ci pomiędzy 0 a 1. Mniejsze wartości β oznaczają wię kszą korekcję w stosunku do poprzednich punktów danych. Wartość β = 0,17, która koryguje 25-ty najświeższy punkt danych przez 0,01 i 50-ty najświeższy punkt danych przez 0,0001, została efektywnie użyta w kilku zastosowaniach tego sposobu.

Zgodnie z przykładem wykonania wynalazku możliwe jest stosowanie techniki doprowadzania na zakładkę.

Jest wiele konstrukcji procesu dla układów dozowania, z których wszystkie mają jedyne w swoim rodzaju zalety. Jeden z najprostszych układów, zbudowany jest tak, że zawiera wiele zbiorników. Aby doprowadzić materiał z odpowiednią dokładnością zbiorniki są kalibrowane. Taki układ pozwala na przeprowadzanie operacji równoległych, zwiększających przepustowość. Zbiorniki te montowane są na ogniwach obciążnikowych wag, a ruch materiału sterowany jest za pomocą kontrolowania zmiany ciężaru. Ogólnie biorąc, umożliwia to jednoczesny ruch tylko jednego materiału w każdym zbiorniku.

W odniesieniu do fig. 6, ten przykład układu 160 do ważenia/mieszania porcji zawiera dwa zbiorniki ważenia wstępnego 162, 164, które wspomagają główny zbiornik 166, w którym wytwarzany jest produkt końcowy. Układ ten pozwala na przetwarzanie materiałów przejściowych w położonych wyżej zbiornikach ważenia wstępnego 162, 164 i jeśli zachodzi taka potrzeba, dostarczanie ich do dolnego zbiornika głównego 166. Podczas gdy fig. 6 opisuje układ zawierający dwa zbiorniki ważenia wstępnego. Specjaliści w tej dziedzinie rozważą zastosowanie alternatywnych układów pomiarowych i/albo sterowników zawierających, ale nieograniczających się do nich, mierników przepływu, wagowych dozowników taśmowych i/albo ich kombinacji.

Podczas wytwarzania produktu, każdy zbiornik przechodzi przez swój zgodny z procedurą cykl i oddziałuje wzajemnie z innymi zbiornikami, co pokazano na konwencjonalnym diagramie działania, przedstawionym na fig.7. W tym przykładzie, materiały A,B,C są doprowadzane do zbiorników wstępnego ważenia równolegle z działaniami występującymi w zbiorniku głównym. Gdy zbiornik główny jest gotowy do odbioru zważonych wstępnie przejściowych materiałów, są one przesyłane do zbiornika głównego przy zatrzymanych wszystkich innych działaniach w tym zbiorniku. To podejście do wytwarzania wsadu powoduje dostarczenie wyrobu o dobrej jakości przy efektywnej szybkości. Jeżeli jednak zachodzi potrzeba dodatkowego zwiększenia ilości wyrobu, typowymi możliwościami wyboru jest wprowadzenie dodatkowych układów wytwarzania albo zwiększenie liczby nadgodzin, bądź praca na większą ilość zmian.

Aby zmniejszyć czas cyklu porcjowania i przez to zwiększyć produkcję, zgodnie z wynalazkiem doprowadza się materiał z użyciem układu ogniwa obciążnikowego w tym samym czasie, w którym ze zbiorników wstępnego ważenia przesyłany jest materiał przejściowy. To podejście znacząco zwiększa wydajność dotychczasowego procesu bez jego fizycznej modyfikacji. Zmniejszenie czasu cyklu zależy od kilku czynników, a każdy układ musi być oszacowany w celu określenia jego możliwości. Jak pokazano na diagramie czynności doprowadzania na zakładkę, przedstawionym na fig. 8, wstępnie zważone zrzuty materiału są koordynowane z doprowadzeniem materiału tak, że są one w tym samym czasie wprowadzane do zbiornika głównego. Aby układ działał poprawnie i ciągle dostarczał dokładnie zasadniczy materiał, dostarczanie wstępnie ważone kończy się przed zakończeniem doprowadzania głównego materiału.

Ten sposób doprowadzania na zakładkę polega na zachowywaniu informacji o większości aspektów procesu. Informacja zawierająca prędkości przepływu materiału, wielkości zbiorników i czasy odprowadzania, jest ciągle uaktualniana w trakcie procesu. Ta informacja jest następnie użyta do prognoz, niezbędnych do wykonania doprowadzenia na zakładkę, co zostało opisane na diagramie czasowym przedstawionym na fig. 9. W odniesieniu do fig. 9 wprowadzono następujące oznaczenia:

Tdb jest strefą nieczułości, tzn. czasem, w którym wstępnie zważone materiały mogą być wtrącane bez kolizji z doprowadzeniem zasadniczego materiału. Jest to czas, który może być ustawiany przez inżyniera i zwykle wynosi 5 sekund.

Tdt jest obliczonym czasem opóźnienia doprowadzenia zasadniczego materiału w stosunku do doprowadzeń materiałów wstępnie ważonych takim, aby mieścił się w czasie Tma+Tdb.

PL 204 598 B1

Tma jest czasem, w którym materiał musi być doprowadzony osobno, bez żadnego ważonego wstępnie materiału wprowadzanego do zbiornika głównego. Jeśli jakiekolwiek doprowadzenie ważenia wstępnego będzie zakłócać to osobne doprowadzenie, to doprowadzanie materiału zostanie zawieszone.

Czas ten może być ustawiany przez inżyniera i zazwyczaj ustawiany jest na 15 sekund.

Tmf jest spodziewanym czasem doprowadzenia materiału do zbiornika głównego.

T0vl jest czasem zachodzenia na siebie doprowadzenia materiału wstępnie ważonego i materiału zasadniczego do zbiornika głównego.

Tpwl jest najdłuższym spodziewanym czasem dostarczenia do zbiornika głównego każdego z wybranych wstępnie ważonych materiałów.

Oznaczenia dodatkowe:

Mact jest rzeczywistą prędkością przepływu dostarczanego do zbiornika odbioru materiału. Są to dane dostarczane na bieżąco i uaktualniane co sekundę.

Mavg jest średnią prędkością doprowadzania materiałów. Jest ona uaktualniana przy zakończeniu stosowania danego materiału.

Metc jest liczbą sekund, po upływie których można oczekiwać na zakończenie doprowadzania materiału. Jeśli doprowadzanie przedłuża się, to ta liczba brana jest z bieżących danych.

Msp jest ilością materiału, który ma być dodany podczas operacji prowadzonej na zakładkę.

PWact jest rzeczywistą prędkością doprowadzania wstępnie ważonego materiału do zbiornika odbioru. Są to dane dostarczane na bieżąco i uaktualniane co sekundę.

PWavg jest średnią prędkością przepływu wstępnie ważonego materiału dostarczanego do zbiornika zbiorczego. Prędkość ta jest uaktualniana z końcem każdego przesyłania wstępnie ważonego materiału.

PWetc jest liczbą sekund, po upływie których może być dostarczony wstępnie ważony materiał. Jeśli dostarczanie przedłuża się, to ta liczba brana jest z bieżących danych.

PWma jest oczekiwaną masą wstępnie ważonego materiału, który ma być doprowadzony do zbiornika odbioru. Jest ona określana wtedy, gdy zbiornik odbioru żąda dostarczenia wstępnie ważonego materia łu.

Podczas doprowadzania na zakładkę, przeprowadzane są liczne kontrole, które mają na celu zmniejszenie możliwości zakłócenia procesu. W związku z tym podczas takiego doprowadzania występują następujące etapy, przeprowadzane w podanej poniżej kolejności.

Układ czeka, aż wszystkie żądane zbiorniki wstępnego ważenia zakończą działanie i są gotowe do przesyłania swoich materiałów do zbiornika głównego.

Za pomocą wzoru PWma/PWawg szacowane są ważenia wstępne, aby określić, które z nich ma największy Tpwl.

Czas doprowadzania materiału obliczany jest ze wzoru Tmf = Msp / Mavg.

Całkowita ilość materiału oczekiwanego w zbiorniku głównym wyznaczana jest poprzez łączenie w całość wszystkich oczekiwanych ilości wstępnie ważonych materiałów PWma i nastawianych doprowadzeń Msp materiału.

Czas opóźnienia początku doprowadzania materiału obliczany jest z użyciem najdłuższego czasu Tpwl, według wzoru:

Tdt = (Tpwl - Tmf + Tdb + Tma), a Tdt nigdy nie jest mniejsze od zera.

Do wszystkich żądanych zbiorników ważenia wstępnego wydawany jest rozkaz rozpoczęcia przesyłania.

Gdy wszystkie zbiorniki wstępnego ważenia rozpoczęły przesyłania i czas Tdt był zadawalający, rozpoczyna się doprowadzanie materiału.

W ostatnim etapie doprowadzania, aby mieć pewność, że czas nieważonego wstępnie przesłania nie przekroczy czasu doprowadzenia materiałów wstępnie ważonych, kontrolowany jest czas osobnego doprowadzania Tma, przy użyciu następującego sposobu:

Tma > Metc. - PWetc.

W zależności od wyniku tego porównania mogą wystąpić dwa przypadki. Jeżeli czas osobnego doprowadzania nie jest przekroczony, zbiorniki wstępnego ważenia dokończą przesyłanie. Na końcu doprowadzenia materiału, wszystkie dane układu zawierające informację z niezależnie zmierzonych doprowadzeń zostaną uaktualnione po to, aby uwzględnić bieżące działanie procesu.

Jeśli zaś czas osobnego doprowadzania jest przekroczony, to doprowadzanie jest zatrzymywane, zbiorniki wstępnego ważenia kończą przesyłanie i uaktualniają swoje dane, określane jest niedo10

PL 204 598 B1 ważenie materiału a operator powiadamiany jest o niedoborze, zatem może być podjęte działanie korekcyjne, użycie następnego materiału w doprowadzaniu na zakładkę jest zabronione, zatem mogą być gromadzone dokładne dane układu, oraz po zgromadzeniu dokładnych danych, wznawiane jest prawidłowe doprowadzanie na zakładkę.

Przedstawiony wynalazek może być realizowany np. poprzez zastosowanie układu komputerowego, realizującego sekwencje komputerowo odczytywalnych instrukcji. Te instrukcje mogą być umieszczane w różnego rodzaju nośnikach, takich jak twardy dysk i pamięć główna. Z tego względu, inny aspekt przedstawionego wynalazku dotyczy nośnika programu zawierającego odczytywalny komputerowo zestaw instrukcji, które mogą być wykonywane przez procesor cyfrowy, taki jak jednostka centralna komputera (CPU), użyty w celu wykonywania etapów sposobu wytwarzania. Komputerowo odczytywalne instrukcje mogą być zapisane w każdym z wielu znanych języków programowania (np. Visual Basic, C, C++, itd.).

Zakłada się, że przedstawiony wynalazek może być realizowany przy użyciu różnych układów komputerowych. Akceptowalny układ komputerowy zawiera główną albo centralną jednostkę komputera (CPU) dołączoną do pamięci operacyjnej (RAM), adapter monitora ekranowego, adapter pamięci pomocniczej i adapter sieci. Te elementy układu mogą być podłączone do wspólnej szyny układu.

CPU może być przykładowo procesorem Pentium. Jednakże zakłada się, że przedstawiony wynalazek nie ogranicza się do zastosowania określonego typu procesora, a wynalazek może być stosowany przy użyciu procesora innego rodzaju, takiego jak koprocesor albo procesor pomocniczy. Adapter pamięci pomocniczej może być użyty do dołączenia do układu komputerowego urządzeń pamięci masowej (takiego jak napęd twardego dysku). Niekoniecznie cały program musi być umieszczony w układzie komputerowym. W tym przypadku układ komputerowy będzie komputerem pracującym w sieci i stąd jest zależny od mechanizmu ładowania na zamówienie, dla uzyskania dostępu do mechanizmu albo jego części umieszczonej w serwerze. Adapter monitora ekranowego może być użyty do bezpośredniego dołączenia monitora do układu komputerowego. Adapter sieci może być użyty do dołączenia układu komputerowego do innych układów komputerowych.

Należy podkreślić, że chociaż przedstawiony wynalazek został opisany w kontekście pełnego wykorzystania układu komputerowego, specjaliści w tej dziedzinie zauważą, że mechanizmy działania przedstawionego wynalazku mogą być dostarczane w różnych postaciach, i że przedstawiony wynalazek traktuje je jednakowo, niezależnie od określonego rodzaju zastosowanych nośników używanych do wykonywania dystrybucji. Przykłady takich nośników obejmują: nośniki zapisywalne, takie jak dyskietki, dyski twarde, dyski kompaktowe tylko do odczytu (CD ROM) i środki transmisji, takie jak cyfrowe i analogowe łącza komunikacyjne, także bezprzewodowe.

Chociaż zostały opisane i zilustrowane szczegółowe przykłady wykonania przedstawionego wynalazku, dla specjalistów w tej dziedzinie będzie oczywistym, że mogą być dokonywane różne zmiany i modyfikacje zgodne z charakterem i zakresem wynalazku, a założeniem jest zawarcie w załączonych zastrzeżeniach wszystkich takich modyfikacji, które są w zakresie tego wynalazku.

Claims

1. Sposób sterowania ilością materiału doprowadzanego podczas procesu przesyłania materiału do zbiornika mieszania, w którym steruje się doprowadzaniem materiału do zbiornika mieszania za pomocą co najmniej jednego zaworu podawania materiału, względnie większej ilości zaworów, korzystnie przez zamykanie co najmniej jednego zaworu podawania materiału oraz w którym mierzy się początkowy ciężar (SW) zbiornika mieszania i ustala się ciężar docelowy (TW), który jest równy sumie wartości początkowego ciężaru (SW) i żądanej ilości tj. żądanej wartości ciężaru (FW) dostarczanego materiału, który ma być doprowadzony, doprowadza się materiał do zbiornika mieszania, mierzy się aktualną wartość ciężaru, a następnie mierzy się, względnie oblicza, prędkość przepływu Q materiału, który jest doprowadzany do zbiornika mieszającego, znamienny tym, że ponadto oblicza się z zastosowaniem techniki komputerowej prognozowaną wartość naddatku (PS), która to prognozowana wartość naddatku (PS) jest określana za pomocą następującego wzoru prognozowania:

K1 * Q + K2 * Q²gdzie:

Q jest zmierzoną względnie obliczoną prędkością przepływu materiału,

PL 204 598 B1 po czym oblicza się z zastosowaniem techniki komputerowej przewidywany końcowy ciężar (PFW) zbiornika mieszającego (11) jako sumę aktualnej wartości ciężaru (W) i wartości prognozowanego naddatku (PS) i ocenia się czy przewidywany końcowy ciężar (PFW) jest mniejszy od wartości docelowej ciężaru (TW), przy czym zamyka się co najmniej jeden zawór (13-15) podawania materiału, względnie więcej zaworów podawania materiału do zbiornika mieszania (11) kiedy końcowy ciężar zbiornika mieszania (11) jest, korzystnie, równy ciężarowi docelowemu (TW).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wyznacza się początkową prędkość V0 opadania materiału równą zeru, względnie o wartości niezależnej od prędkości (Q) przepływu tak, że spełniona jest następująca zależność:

K1 = Tf + Kv-v0 /32,2

K2 = 0 gdzie:

Tf jest stałą czasową kompozytu filtru,

Kv jest współczynnikiem przepuszczania zaworu równym o ί^{łt f} k (()^{]t, a}

V0 jest początkową prędkością opadania materiału.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wyznacza się początkową prędkość V0 opadania materiału jako proporcjonalną do prędkości przepływu tak, że spełniona jest następująca zależność:

K1 = Tf + Kv gdzie:

Tf jest stałą czasową kompozytu filtru,

Kv jest współczynnikiem przepuszczania zaworu równym o ί^{łt f} k^(t )^{]t, a}

K2 = -1/ (32, 2*ρ *AV) gdzie:

ρ jest gęstością materiału, i

A_v jest polem przekroju poprzecznego zaworu (13-15) względnie innego kanału, przez który przesyłany materiał przemieszcza się z miejsca źródłowego do miejsca docelowego, to jest do zbiornika mieszania (11).