用填充产品填充容器的方法和设备 |
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| 申请号 | CN201510424192.3 | 申请日 | 2015-07-17 | 公开(公告)号 | CN105270657B | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 克罗内斯股份公司; | 发明人 | 弗洛里安·安格雷尔; 约瑟夫·多布林格; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种借助于能无级调节的填充 阀 和用于确定实际体积流(2)的设备用填充产品填充容器的方法，其中预设期望体积流(1)，其中针对所述期望体积流(12)的预设值控制所述填充阀的预先存储的开启 位置 (32，32’)，其中通过用于预设的期望体积流(12)的先前的调节过程来确定预先存储的开启位置(32，32’)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种借助于能无级调节的填充阀和用于确定实际体积流(2)的设备用填充产品填充容器的方法，其中预设期望体积流(1)， |
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| 说明书全文 | 用填充产品填充容器的方法和设备技术领域背景技术[0002] 从现有技术中已知用于用填充产品填充容器的方法，在这些方法中借助于填充机构将填充产品输送给相应的、待填充的容器。在此已知的是，将在待填充的容器中的填充产品的体积流在填充时间中变化。在此例如已知的是，在填充过程开始时用小的体积流填充，以便例如降低由于在待填充的容器中的高的下降高度以及填充产品碰到容器底部而引起的填充产品在开始时的起泡倾向。随后，在这种填充过程中将体积流最大化，以便实现待填充的容器的尽可能顺畅的填充。从特定的填充高度、特定的填充时间或特定的已填充的填充体积起，再次降低被引入到容器中的体积流，以便不仅降低起泡倾向而且有助于精确地到达填充末端。在达到在待填充的容器中的特定的填充高度时，在达到特定的填充重量时，在达到特定的填充时间或在达到特定的填充体积时——根据相应的填充方法——终止填充过程。在此所使用的切断机制是原则上已知的。 [0003] 为了例如在饮料填充设备中用填充产品填充容器，已知的是，应用通常设置在待填充的容器之上的并且还借助于产品阀控制在容器中的体积流的填充机构。例如容纳在填充机构中的产品阀通常包括相对于阀座能运动的阀体，所述阀体当其固定地容纳在阀座中时阻挡填充产品的穿流并且所述阀体当其从阀座中抬起时，能够实现在产品阀上露出的填充产品的流出。 [0004] 通常气动地控制阀体相对于阀座的运动。在此，已知的气动的驱动装置仅允许两个切换位置，即完全关闭的和完全开启的切换位置。相应地，仅能够接通或切断流入容器中的体积流。在将填充产品填入待填充的容器中时的体积流的变化例如能够经由连接在本来的填充阀上游的节流阀来实现。借助于所述连接在上游的节流阀能够将体积流相应地节流至或提高至经由期望体积流预设的切换点。 [0005] 替选地，对于体积流的变化已知的是，提供一种填充阀，其能基本上无级地开启。以这种方式能够仅通过无级地变化填充阀的开口实现在待填充的容器中流动的体积流的变化。这种能无级地开启的填充阀能够实现穿流的按比例的调节，尤其当所述填充阀与流量计耦联时。借助于流量计测量实际体积流并且经由调节装置将能无级地开启的填充阀调节到通过期望体积流预设的体积流。 发明内容[0006] 以已知的现有技术为出发点，本发明的目的是，提出用填充产品填充容器的方法和设备，所述填充产品显示出进一步改进的填充特性。 [0007] 所述目的通过根据本发明的用填充产品填充容器的方法来实现。有利的改进方案在下文中得到。 [0008] 相应地，提出一种借助于能无级调节的填充阀和用于确定实际体积流的设备用填充产品填充容器的方法，其中预设期望体积流。根据本发明，针对期望体积流的预设值控制填充阀的预先存储的开启位置，其中预先存储的开启位置通过用于预设的期望体积流的在前的调节过程确定。 [0009] 由于针对期望体积流的预设值控制预先存储的开启位置，所以实际体积流能够更快地达到期望体积流，而在能无级地调节的填充阀处不出现过大的过度振荡。尤其，能够通过控制预先存储的开启位置减少或完全消除在纯调节过程中可能出现的过度振荡。因此，借助于预先存储的开启位置，填充阀能够快速地运动到与期望体积流相关联的开启位置，因为预先存储的开启位置在先前的调节过程中被确定并且相应地针对所述单独的填充阀并且针对相应的环境条件达到所述预先存储的开启位置。 [0010] 以这种方式可能的是，填充阀的、在先前的填充过程中已经经由包括用于确定实际体积流的设备的调节电路达到的开启位置在一个、多个或全部随后的填充过程中作为预先存储的开启位置启用(anfahren)。相应地，填充阀能够立即启用如下开启位置，所述开启位置在先前的填充过程中确定作为尽可能接近期望体积流的开启位置。由此，能够相应快地调节或在紧接着的调节过程中达到对应于期望体积流的恒定的体积流。 [0011] 优选地，将在先前的调节过程中直接在期望体积流的值改变之前达到的开启位置被存储作为预先存储的开启位置。由此实现，使调节过程尽可能地衰减振荡并且相应地使预先存储的开启位置尽可能对应于预设的期望体积流。 [0012] 作为优选的改进方案能够将预先存储的开启位置确定为用于预设的期望体积流的开启位置的平均值，以便消除在调节过程终止时的振荡。在此特别优选地，在期望体积流的预设的区段上、优选预设的时间段上计算平均值，以便达到不同调节区段的不同的加权。确定预先存储的开启位置的所述可能性能够实现，将在重新改变预设的期望体积流时出现的可能的瞬态振荡过程平均化(herausmitteln)，以便以这种方式即使在还未完全衰减振荡的调节系统中也提供针对在随后的填充过程中的填充阀的改进的预先存储的开启位置。 [0013] 优选地，预先存储的开启位置确定作为用于随后的调节过程的初始点。相应地，首先针对期望体积流的相应的值启用填充阀的预先存储的开启位置，然后基于所述开启位置通过考虑所测量的实际体积流来重新执行调节过程。由此，首先能够通过直接控制开启位置避免开始时的过度振荡并且能够通过随后的调节基于改进的初始位置、即预先存储的开启位置执行开始时的过度振荡。调节还能够实现进一步细化开启位置并且也能够适应于改变的条件、例如在温度和填充产品的水平高度方面的改变。 [0014] 在此特别优选地，调节过程在达到预先存储的开启位置之后在延迟之后才开始调节过程。由此，依据系统的弹簧常数，能够在经过预先确定的时间之后才使用随后的调节过程，使得在预先存储的开启位置上首先设定恒定的实际体积流并且使通过切换过程激发振荡的系统停止，并且在基于恒定地设定的实际体积流时才执行调节过程。 [0015] 在一个优选的替选方案中，基于预先存储的开启位置仅针对所选择的填充过程，优选仅针对每隔一个、每隔四个、每隔九个或每隔四十九个填充过程调节开启位置。由此，能够实现特别有效的填充方法并且用于每个单独的填充过程的重新的调节过程不是必需的。与工作参数的，例如与在填充阀上游的填充产品的填充高度和温度的改变速度相关地，能够预设调节过程的更频繁的或很少的执行。 [0016] 相应地，系统借助于每个填充过程学习，使得在执行有限次数的填充过程之后，预先存储的开启位置基本上或精确地引起期望体积流的预设值并且即使在接入随后的调节过程之后原则上不再进行调节。相应地，能够通过控制能无级地开启的填充阀的相应的预先存储的开启位置实现基本上无过度振荡的、精确的填充过程。 [0017] 在此，相应的预先存储的开启位置优选经由斜坡来控制，所述斜坡优选对应于期望体积流中的斜坡。以这种方式，能够尽可能地跟踪预设的期望体积流，而不引起过度的调节运动或过度振荡。 [0018] 优选针对每个填充阀单独地执行提出的方法，使得能够补偿在填充阀中的机械的公差以及单独的填充阀的不同的定位和不同的穿流特性。 [0019] 上述目的也通过根据本发明的用填充产品填充容器的设备来实现。 [0020] 相应地，提出一种用填充产品填充容器的设备，所述设备包括能无级调节的填充阀、用于确定实际体积流的设备以及用于基于预设的期望体积流和实际体积流调节填充阀的开启位置的调节装置，并且还包括控制设备。根据本发明，控制设备构成并且设置为，执行上述方法。附图说明 [0021] 通过附图的下述描述详细阐述本发明的优选的其他的实施方式和方面。在此示出： [0022] 图1示出之前的填充过程期间的填充过程的示意图； [0023] 图2示出图1的填充过程的区段的局部放大图； [0024] 图3示出在随后的填充过程期间的填充过程的示意图；以及 [0025] 图4示出图3的填充过程的区段的局部放大图。 具体实施方式[0026] 在下文中，根据附图描述优选的实施例。在此，在不同的附图中用相同的附图标记表示相同的、类似的或起相同作用的元件并且在下文中部分地弃用这些元件的重复的描述，以便避免冗余。 [0027] 在图1中示出示意曲线，其中在X轴上表示填充过程的时间t，并且在Y轴上示出不同的参数。 [0028] 实线是预设的期望体积流1，所述期望体积流针对图1中示意地示出的填充过程由设施操作者针对相应的填充产品预设。期望体积流1通常针对每个容器类型和每个填充产品由设施操作者不同地预设，以便实现保护产品地并且同时有效地填充容器。在确定期望体积流1时，填充产品的起泡倾向也是非常重要的，因为在较高的起泡倾向时，直至填充过程结束必须已经事先用较低的体积流填充，以便防止泡沫外溢进而溢出。 [0029] 相应地，首先预设期望体积流1用于用高的期望体积流10快速地填充容器，然后期望体积流1直至填充过程结束下降到较低的期望体积流12。在此考虑，至少由于流体动力学的考虑不应将产品阀突然地切换，以便不会不必需地激发在总系统中的振荡。相应地，将期望体积流1经由斜坡14从高的期望体积流10切换到较低的期望体积流12。 [0030] 在附图中用十字形表示的曲线是穿过填充阀的填充产品的测量出的实际体积流2，所述实际体积流例如借助于流量计或其他测量方法来测量。 [0031] 经由持续地将期望体积流1与实际体积流2比较的调节装置相应地确定调节量，借助于所述调节量调节填充阀的开启位置3。 [0032] 在附图中示出的点虚线表示填充阀的开启位置3。如从附图中得到的，开启位置3与实际体积流2相关联，因为在预设的开启位置3中，在瞬态振荡过程之后达到相应的实际体积流2。 [0033] 在整个填充过程期间，总共流入容器中的填充产品体积4用虚线示出。填充产品体积4相应地是实际体积流2的时间积分。在切断时间点40实现填充阀的切断，其中实现针对相应的容器所期望的填充体积。在切断时间点40关闭填充阀并且相应地终止填充过程。 [0034] 针对用于借助于能无级地开启的填充阀用填充产品填充容器的常规的方法通常提出进行调节过程的PD调节器或PID调节器。相应的，各个PD或PID调节器针对所有填充阀被相同地参数化，由此没有完全地实现最佳的调节结果，因为通常不容易将各个填充阀或填充部位彼此区分。由此，那么不能最佳地确定在期望体积流1方面的调节量并且对各个单独单独的填充阀或填充机构的单独单独的匹配不以这种方式进行。 [0035] 相应地，在填充阀的开启位置3中得出例如能从图1和2中识别的过度振荡30，其在实际体积流2的相应的过度振荡20中产生。实际体积流2的过度振荡20附加地也与系统的相应的弹簧常数相关，所述系统在填充阀的切换过程中分别被重新激发用于振荡。 [0036] 当期望体积流1直至填充结束从高的期望体积流10降低到较低的期望体积流12时，例如出现这样的过度振荡20、30。在此，不仅关于开启位置3、而且关于实际体积流2出现过度振荡20、30。 [0037] 从图1和2中得出，在期望体积流1下降到低的期望体积流12直至切换时间点40之后没有达到稳定的状态。更确切地说，实际体积流2在低的期望体积流12周围振荡，使得填充阀的开启位置3也相应地振荡。此外在填充阀的从高的期望体积流10到较低的期望体积流12的切换过程中的过度振荡20、30以及直至切断时间点40的随后振荡(Nachschwingen)出自PD调节器的非最优的参数化。相应地，在所提供的时间中，在期望体积流较低时，没有达到填充阀的开启位置3的完全稳定的调节状态。在真正的关闭之前的切断时间点40，填充阀相应地占据能够针对任意单个填充过程改变的开启位置32。 [0038] 实际体积流2的和开启位置3的在图1和2中示出的曲线是完全调节的曲线，其中仅期望体积流1和实际体积流2引入PD调节器进而相应的调节量确定用于调节开启位置3。过度振荡20、30和随后振荡此外由调节装置的未针对相应的应用情况优化的参数化中得到。 [0039] 为了促使达到瞬态振荡的状态进而实现降低实际体积流2的和开启位置3的过度振荡和瞬变振荡的降低，提出在如图1和2中示出的调节过程中将在切断时间点40的开启位置32作为针对与之相关联的较低的期望体积流12的预先存储的开启位置32存储以用于随后的填充过程。 [0040] 在随后的填充过程中，如其例如在图3和4中所示出的，直接针对预设的较低的期望体积流12启用预先存储的开启位置32，使得在较低的期望体积流12的情况下，占据预先存储的开启位置32作为用于进一步的调节过程的初始位置。相应地，减少在图1和2中示出的开启位置3的和实际体积流2的过量的过度振荡20、30，因为在预设期望体积流12情况下相同地控制预先存储的开启位置32。 [0041] 此后，至今为止继续调节过程，使得基于预先存储的开启位置32再根据借助于流量计探测的实际体积流2将开启位置3调节到经由期望体积流1预设的较低的期望体积流12。 [0042] 如例如从图4中得出的，在切断时间点40在此已经在第二次通过(Durchgang)时达到开启位置3的近似静止的水平，所述开启位置再次作为针对随后的填充过程的新的预先存储的开启位置32’存储。相应地，在示出的实施例中，在两次通过之后已经能够达到针对经由期望体积流1预设的较低的期望体积流12的、近似稳定的状态或近似稳定的开启位置3。 [0043] 在下一填充过程中首先再次启用所述新的预先存储的开启位置32’，以便达到预设的较低的期望体积流12。当框架条件，例如在填充阀中的填充产品的压力在两个填充过程之间不改变或不显著改变时，可能的是，已经通过所述第二预先存储的开启位置32’立即达到比实际体积流2更低的预设的期望体积流12。 [0044] 预先描述的方法能够用于期望体积流1的任意期望的改变，不仅用于将高的期望体积流10减小到较低的期望体积流12。为此，由调节器分别在改变之前的开启位置针对所述期望体积流被存储并且在随后的填充过程中分别直接作为随后的调节的初始点被启用。 [0045] 相应地在存储开启位置32’之后，在相同的框架条件下，不再发生进一步的调节或不再发生显著的进一步的调节，使得调节过程是快速且简单的。然而，如果改变框架条件，那么发生重新的调节，使得在随后的填充过程中能够启用借助于预先存储的开启位置优化的初始位置。 [0046] 在期望体积流1的、在填充过程中多次达到期望体积流的相同的值的曲线中，相应地在先前达到所述值时所存储的开启位置能够在随后期望地达到所述值时用作为初始值。 [0047] 用于预设的期望体积流1的预先存储的如下开启位置32、32’也能够以其他方式确定，所述开启位置在关于图1和2示出的实施例中在切断时间点40达到或在所述开启位置中出现预设的期望体积流的改变。 [0048] 在此，尤其可能的是，在预设的时间窗上、例如在期望体积流1改变之前的最后几秒，或在从期望体积流1的改变开始直至期望体积流1的重新改变的整个区段上构成开启位置1的平均值。在构成平均值时，例如能够更好地补偿特别在图2中能明显识别出的振荡过程或振荡衰减过程，使得与在达到切断时间点40时简单地确定开启位置32相比，以这种方式确定的预先存储的开启位置能够更好地实现预先确定的期望体积流12。 [0049] 此外，在达到预先存储的开启位置32、32’之后的调节过程能够在达到预先存储的开启位置之后立即开始，或然而在达到预先确定的开启位置32、32’后在特定的延迟之后才开始。根据系统的弹簧常数，在此有意义的能够是，首先达到预先存储的开启位置32、32’，然后等待系统的静止然后才开始其他的调节过程。在此，例如在达到预先存储的开启位置32、32’之后能够设有100毫秒至500毫秒的时间延迟，在所述时间延迟之后经由PD调节器或PID调节器再开始调节过程。 [0050] 从先前的开启位置1启用预先存储的开启位置32、32’的速度优选由经由期望体积流1预设的斜坡14得出。在此，例如在图2中示意地示出的，预设开启位置3的从高的期望体积流10到较低的期望体积流12的变化的斜坡14，所述斜坡也用作填充阀的到预先存储的开启位置32、32’中的运动的预定值。 [0051] 以这种方式还可能的是，针对填充设施的任意单独的填充阀能够与PD或PID调节装置的初始预设的参数组无关地实现最佳地启用开启位置。 [0052] 关于期望体积流1，要说明的是，当必须经过陡的斜坡时，借助于常规的PD或PID调节装置尤其造成示出的过度振荡20、30，如从图1和2中也直接得出的。在所述相应的陡的斜坡上在通常的填充工作中大多数跟随有稳定阶段，在所述稳定阶段中期望体积流1应保持恒定。填充阀的在期望体积流1的相应的稳定阶段的端部上达到的开启位置3是在调节过程开始时、即在相应的稳定阶段开始时已经最佳地应达到的开启位置。然后相应地，在相应的稳定阶段的结束时占据的所述开启位置3用作用于随后的填充过程的预先存储的开启位置32、32’、近似用作“经验值”。 [0053] 如果系统相应地学习针对所有期望体积流1的不同的开启位置32、32’，那么也仅能够经由启用相应地预先存储的开启位置32、32’而不进行随后的调节来执行整个填充过程。 [0054] 此外可能的是，不在每个填充过程中，而是例如仅在每隔一个、每隔两个、每隔九个或每隔四十九个等的填充过程中执行随后的调节，并且其余的时间仅通过启用预先存储的开启位置32、32’执行填充过程。 [0055] 为了能够执行所提到的方法，优选设有具有能无级调节的填充阀的设备，所述填充阀能够借助于相应的伺服马达移动到相应预设的开启位置3中。借助于本身已知的调节装置，例如PID调节装置或PD调节装置，能够根据预设的期望体积流1，借助于与调节装置连接的流量计来调节填充阀的开启位置3。相应地，调节填充阀的开启位置3，使得尽可能快地达到预设的期望体积流1。 [0056] 附加地提出一种控制设备，其构成且设置为，分别针对预设的期望体积流1存储填充阀的开启位置32、32’，以用于下一填充过程或用于随后达到先前的期望体积流1的值。尤其，在此存储填充阀的如下开启位置32、32’，所述开启位置在调节装置的尽可能大的振荡衰减的状态中针对相应预设的期望体积流1被实现。例如在期望体积流1的稳定阶段(Plateaus)的结束时是这种情况，其中也能够由调节过程和相应地占据的开启位置3计算预先存储的开启位置32、32’。 [0057] 那么，在下一填充过程中能够借助于控制设备针对期望体积流1的相应预设值启用相应地预先存储的开启位置32、32’，以便执行具有所述预先存储的开启位置32、32’的填充过程，或者然而提供新的调节过程的起始点。 [0058] 相应的控制设备优选设置为，使得其一方面能够执行上文所描述的方法，并且另一方面能够单独地驱动每个填充阀，使得针对填充设施的任意单独的填充阀能够提供最佳的填充过程。 [0059] 只要能应用，可以将在各个实施例中描述的所有单个的特征彼此组合和/或替换，而不脱离本发明的范围。 [0060] 附图标记列表 [0061] 1 期望体积流 [0062] 10 高的期望体积流 [0063] 12 较低的期望体积流 [0064] 14 斜坡 [0065] 2 实际体积流 [0066] 20 过度振荡 [0067] 3 开启位置 [0068] 30 过度振荡 [0069] 32、32’ 预先存储的开启位置 [0070] 4 填充产品体积 [0071] 40 切断时间点 |
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