CN109642557B - 操作计量装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种操作至少一计量装置的方法。为了提供一种操作计量装置的方法，此方法可弹性适用，根据本发明提出此方法具有以下步骤：提供服务器、提供至少一计量装置、提供闭回路控制装置、传输数据、提供案例数据库、计算改良进一步操作数据、且对控制装置提供改良进一步操作数据。

Description

操作计量装置的方法

技术领域

本发明是关于一种操作至少一计量装置的方法。计量装置通常具有计量腔室，在计量腔室中，位移件可移动地配置成使其在两个位置之间往返，其中于一位置的该计量腔室的体积是大于在另一位置的。

背景技术

此种计量装置可为例如一种隔膜计量泵。在此，可移动隔膜用作位移组件。在操作中，计量腔室通过吸入止回阀连接到吸入管线，并通过压力止回阀连接到压力管线。吸入止回阀及压力止回阀均可作为计量装置的一部分。然而，他们也可以在安装侧提供。

因此，当隔膜移动到计量腔室的体积在其最大的位置时，通过吸入阀将待输送介质吸出吸入管线以进入计量腔室。接下来，隔膜移动到计量腔室的体积在其最小的位置。结果，吸入止回阀被关闭，于是在计量腔室中的压力升高直到压力止回阀开启且在计量腔室中的待输送介质被推动至压力管线。

计量装置进一步具有用于驱动位移组件的致动器，其具有用于电子致动信号的致动器输入，且以此方式构建使得于该致动器输入的电子致动信号转换至机械移动。

在计量隔膜泵的情况下，可例如液压地驱动隔膜，使得致动器包括相应的活塞，其中一个面与液压流体接触。

或者，隔膜也可用磁力方式驱动。例如，隔膜可以固定地连接到推力杆上，此推力杆是安装在固定地定锚在泵外壳上的磁铁套管中，其在纵向上可轴向移动，使得推力杆和隔膜在电磁线圈的电致动下，抵抗压缩弹簧进入磁体套管中的孔的作用力而被压入磁铁套管，并且在磁力停用后，推力杆在压缩弹簧的作用力下再次移动到起始位置，使得在电磁线圈的继续启用和停用时，隔膜进行振荡运动。在此情况下，电磁线圈被视为致动器。

除此之外，计量装置具有用于检测物理测量值或化学测量值的传感器，该传感器具有用于电子测量信号的传感器输出，并且调适以检测该物理测量值或该化学测量值，将其转换至电子测量信号，且使其于该传感器输出为可用的。例如，计量隔膜泵通常具有此种传感器。

例如，待输送介质的pH值可在压力管线中检测。然而，作为替代方案，也可以检测通过形成致动器的电磁线圈的电流和/或电压。传感器检测操作上相应的测量值，且将所检测的测量值转换成在传感器输出为可用的电子测量信号。因此，传感器可测量例如计量装置的操作参数(例如，驱动器的电流或电压、位移组件的位置、计量腔室的压力等)或外部参数(例如，压力管线或吸入管线的pH值、环境温度、气压等)。

欧洲专利第EP 1,757,809 A1号描述一种移动控制的磁力计量泵。此种泵具有一种传感器，其是检测隔膜的位置或连接至隔膜的推力杆的位置的位置传感器。在此描述的磁力计量泵将所检测位置与预定目标值轮廓相比较，并以此方式控制位移组件的移动，使得实际位置与目标位置的误差越小越好。

因此，已知计量装置具有相应控制装置，藉此可实现经控制的计量。在此情况下，相应闭回路控制方法置于储存在计量装置中的软件。使用泵输入必须在装置本身实作，以便告知计量装置将要实现相应的闭回路控制的形式。

泵的制造商或多或少地会定期开发改良的控制方法，然而不能由计量装置直接使用。为此，合适的维修技术人员必须通过固件更新以现场更新计量装置上的软件。随着开发的进展，越来越高的计算与储存能力对于计量装置是可得的，结果造成当不再满足相应的计算和/或内存需求时，当前的固件更新将不能提供给计量装置的旧型号。在这种情况下，就需要放弃改良的控制方法或者必须更换整个计量装置。

不经常改良的控制方法允许扩大计量装置的使用面积，例如提供极低的计量速度或计量要传递的极粘稠流体。以这种方式，可允许相同的计量泵在更多的应用领域中使用，然而，在计量装置中，对硬件和软件的维护需求以及与之相关联的成本则增加。然而，在许多情况下，这些改良的控制方法对于计量装置的用户根本不需要，因为计量泵在任何情况下都只能用于已知的应用领域，并且在观察计量精度的精确度方面的要求的准确度低。在这些情况下，不需要提供更高等级的计算和/或存储容量，且不需要地增加计量装置的成本。

此外，软件中提供的控制参数基于通常由泵的制造商设定的测试环境中获得的经验值和模型假设。然而，测试环境其不适用于泵的所有可能使用区域，使得控制参数不一定是最佳的。

EP1754891A2描述了一种电动机计量泵。在WO91/06062中，描述了一种计算机控制的计量泵。DE102012104214A1描述了一种泵单元配置系统。

发明内容

因此，以所描述的现有技术为基准，本发明的目的是提供一种可弹性采用的计量装置的操作方法。

根据本发明，其目的是通过操作至少一个计量装置的方法来实现，其中此方法包含以下步骤：

A)提供服务器，

B)提供具有计量腔室的至少一计量装置，位移组件可移动地配置于计量腔室中使得其在两个位置之间往返，其中计量腔室的体积在一位置是大于在另一位置，其中计量装置进一步具有：

-致动器，其用以驱动位移组件，致动器具有用于电子致动信号的致动器输入，且致动器被构建使得于致动器输入的电子致动信号转换为机械移动，

-第一传感器，其用以检测物理测量值或化学测量值，第一传感器具有用于电子测量信号的传感器输出，且第一传感器被调适以检测物理测量值或化学测量值，以将其转换为电子测量信号且使其于传感器输出为可用的，

-通信接口，藉由通信接口，计量装置可与服务器进行通信，

C)提供闭回路控制装置，闭回路控制装置接收提供于传感器输出的电子测量信号，闭回路控制装置将该电子测量信号与预定目标值比较，且取决于比较结果及进一步操作数据，闭回路控制装置产生电子致动信号且将其输出至致动器输入，

D)通过通信接口，从计量装置至服务器传输含有电子测量信号或基于电子测量信号所计算的数据，

E)提供具有参考数据的案例数据库，

F)从所传输的数据及参考数据来计算改良进一步操作数据，以及

G)对控制装置提供改良进一步操作数据。

根据本发明，因此在计量装置和最好配置远离计量装置的单独服务器之间进行通信，使得含有电子测量信号的数据或基于电子测量信号所计算的数据通过通信接口从计量装置传输到服务器。具有参考数据的案例数据库提供在服务器侧，使得可从所传输的数据及参考数据计算改良进一步操作数据，并使其可用于控制装置。用于控制装置的操作数据可例如为相应闭回路控制参数。如果基于模型的控制使用于控制动作，则控制装置的操作数据也可以是经修改的模型。

在一较佳的实施例中，可能与进一步操作数据的至少一部分一起的所传输的数据，或作为代替地可能与从所传输的数据计算的数据以及可能来自操作数据的至少一部分一起的该所传输的数据被记录在案例数据库，以作为进一步参考数据。

将参考数据放置于案例数据库的优点在于可针对各种应用情况采用最合适的操作数据，例如控制参数。

因为凭借测量信号亦可得控制质量的信息，所以按例数据库的项目亦可提供表示关于控制质量的测量的质量值。

由于所传输的数据亦被输入至案例数据库，以此为基础计算出改良进一步操作数据的数据池变得更大，使得后续方法可以获得更佳的结果。

因此，控制参数不再仅基于泵制造商在测试环境中获得的经验，亦取决于使用计量装置获得的经验。

在本发明进一步较佳实施例中，控制装置设置在传感器上。因此，致动器、传感器和通信接口具有如此的性质，即传感器输出的电子测量信号通过通信接口传输到远程服务器，并通过通信接口接收电子致动信号，传输到执行器输入。

换言之，实际控制任务是从计量装置传输到远程服务器。因此，计量装置本身仅需将位于传感器输出的电子测量信号传输到远程服务器并且从远程服务器接收用于致动器输入的相应电子致动信号的位置。

通信接口可例如为一种网络接口，也就是说，是允许传感器及致动器存取计算器网络的接口。在此情况下，服务器必须亦具有网络接口形式的相应通信接口，以用于允许服务器存取计算器网络。

在步骤B)的进一步较佳实施例中，提供至少两个计量装置，较佳地为提供至少十个计量装置，且特别较佳地为提供至少100个计量装置。

基本上，服务器可以监控或与计量装置制造商销售的所有计量装置进行通信。随后，单独的计量装置提供可以全部输入到案例数据库中的多个数据集合，在此基础上，可以计算优化的操作数据，例如控制参数。

在进一步较佳实施例中，计量装置具有用以检测第二物理测量值或第二化学测量值的第二传感器，其具有用于第二电子测量信号的传感器输出，且该第二传感器以此方式调适以检测该第二物理测量值或第二该化学测量值，以将其转换至第二电子测量信号且使其于传感器输出为可用的，其中在步骤D)中，藉由通信接口，从计量装置至服务器另外传输含有第二电子测量信号或基于第二电子测量信号以计算的数据。

基本上，在计量装置中关于计量装置的操作状态的所有可用信息可以被发送到服务器，以便在服务器上提供关于计量装置的状态的全貌，在此基础上，在参考资料的帮助下，案例数据库可以计算适当优化的控制装置的操作数据。

在进一步较佳实施例中，针对位移组件，基于物理模型，而建立微分方程式。在此情况下，第一传感器测量位移组件的至少一位置，且位移泵的物理变量是在该服务器上藉由该微分方程式而确定。例如，流体压力可选择作为物理变量。

位移组件的位置的测量可以用例如以无接触的方式实现，并且广泛实现在所述的计量泵，使得关于位移组件的当前现有位置是可得的。微分方程可以是例如位移组件的物理运动方程式，并考虑作用在位移组件上的所有力。除了由驱动器施加至位移组件的力之外，亦有通过计量腔室中的流体压力施加到隔膜的反作用力，并且因此施加到位移组件。

因此，如果通过驱动器施加至位移组件的力是已知的，关于计量头中的流体压力的结果可以从位移组件的位置或从位移组件的速度或加速度中得出，其可从上述位置或加速度推导出。

关于在压力冲程开始时，在计量腔室中的流体压力时间的模式，也就是说隔膜从一个位置移动到另一个位置的开始时，可以得出关于隔膜的操作状态的结果。

因此，根据本发明，确定特定的关于流体压力时间的模式，并且对于确定操作展示存在隔膜疲劳的情况，计量泵相应地关闭或至少产生一个合适的警示讯息。

在特定的进一步较佳实施例中，因此提供已知物理变量与目标值曲线相比较，并且若已知物理变量偏离目标值曲线超过预定的公差值，则启用警示装置或停止计量装置。

在进一步较佳实施例中，提供电磁线圈以作为致动器，且用第一传感器或第二传感器检测通过电磁线圈的电流。

服务器不必被配置在与计量装置相同的房间或空间中，而是可以配置在例如相邻房间或具有合适的过程控制系统的任何房间中。特别较佳地，通信接口使得其可以通过因特网进行通信，使得远程服务器可以被配置在任何位置，例如在计量装置制造商处。特别较佳地，计量系统可以具有多个计量装置，这些计量装置都与远程配置的服务器通信。

在进一步较佳实施例中，传感器具有用于电子操作信号的传感器操作输入，其中提供操作信号产生装置，其可以产生一个电子操作信号并连接到传感器操作输入，其中操作信号产生装置可调适使其能够通过与远程配置的服务器的通信接口通信。

在进一步较佳实施例中，控制装置具有用于第一传感器的操作信号产生装置，或与其连接，其中在步骤F)中，计算针对第一传感器及第二传感器的用于操作信号的进一步参考数据改良值，并在步骤G)中，将其提供于控制装置。为获得测量信号，必须提供操作电压给若干传感器，测量信号的振幅和分辨率受操作电压的影响。然而，传感器的最佳操作电压不仅取决当前应用情况，亦例如取决传感器的折旧。因此，可能随着时间的推移，传感器的最佳操作电压上升或下降。基于所传输测量信号，可以在服务器上确定其是否具有所期望的电位及分辨率。藉由与按力数据库的数据比较，可以计算最佳操作电压并将其提供于控制装置。

有些传感器不时需要经过启用模式才能确保传感器的全部功能。

亦即，例如使用电流传感器就像使用如氯传感器的情况。启用的方式可以取决于各种因素，例如使用的具体情况、待输送的介质的性质、时间上的浓度变化或传感器的折旧。

在进一步较佳实施例中，第一传感器具有启用信号输入，且控制装置具有用于第一传感器或连接第一传感器的启用信号产生装置。在步骤F)中，针对第一传感器的用于启用信号的包括改良值的进一步操作数据会在步骤G)中将其提供于控制装置。

若例如使用相应传感器以传递计量装置之后，结果在传感器的某个操作时间后，测量信号的强度下降，用于增加测量信号的启用模式可以通过与服务器的通信来触发。然后基于在案例数据库中输入的值来计算启用模式的时间。

在较佳实施例中，传感器可置于计量腔室中。或者，传感器可检测位移组件的驱动的操作参数。致动器的操作参数可为例如位移组件的位置或在致动器处的电压或电流。

附图说明

本发明的其它优点、特征和可能的用途将从以下根据本发明的实施例和附加图式中的描述中清楚地看出，其中：

图1展示根据本发明的系统的示意图。

具体实施方式

图1展示根据本发明的系统的示意图。在所绘示实施例中，计量装置1仅包括输送单元，其中相应的驱动器包括致动器和至少一个传感器和通信接口。计量装置1连接至亦可完全虚拟化的服务器2。服务器与显示设备3通信，显示设备3可例如为PC、智能型手机或平板计算机，借助于这些装置，可以通过远程访问服务器2并通过服务器2存取计量装置。

服务器2接管计量装置的常规操作所需的所有任务。其除了提供计算能力以外，尤其更提供闭回路控制功能，也就是说，配置在任何远程位置的服务器2通过来自计量装置1的通信接口接收用于控制所需的测量参数，并输出用于致动器的相应致动信号，致动信号又传输至计量装置1。

服务器2可存取具有参考数据的案例数据库6。针对可比较的应用案例，服务器可以在此案例数据库中查找是否已经储存了用于控制装置的适合操作数据。如果存在相同的，则可将其传输至控制装置。可选择地，相应的操作数据可从复数个数据内插或外插。

特别地是，当没有适合的参考资料可用时，可以将控制装置的控制参数输入到案例数据库中，以便在未来类似情况下能够存取相应的参考数据。

在服务器中连续地或以规律间隔分析从计量装置传输的相应数据。若在此情况下，结果是个别测量值是在预定值之外，则可以启动紧急停止或者可以启用警示装置5，例如通过SMS、电子邮件或Twitter通过适当的警示讯息给用户。

此外，微分方程式可以基于物理模型储存在服务器中，这些方程式的系数描述了系统的物理属性。这些系数通常在正常操作下保持不变，但是在操作过程中如果结果系数的值显著地改变，那就是材料疲劳的迹象，使得相应的服务4能被告知必须适当地维护计量装置1。

附图标记说明

1：计量装置

2：服务器

3：显示设备

4：服务

5：警示装置

6：案例数据库

Claims (12)

1.一种操作至少一计量装置(1)的方法，其中该方法包含以下步骤：

A)提供服务器(2)，

B)提供具有计量腔室的至少一计量装置(1)，位移组件可移动地配置于计量腔室中使得其在两个位置之间往返，其中在一位置的该计量腔室的体积是大于在另一位置的该计量腔室的体积，其中该计量装置(1)进一步具有：

-致动器，其用以驱动该位移组件，该致动器具有用于电子致动信号的致动器输入，且该致动器被构建使得于该致动器输入的电子致动信号转换为机械移动，

-第一传感器，其用以检测物理测量值或化学测量值，该第一传感器具有用于电子测量信号的传感器输出，且该第一传感器被调适以检测该物理测量值或该化学测量值，以将其转换为电子测量信号且使其于该传感器输出为可用的，

-通信接口，藉由该通信接口，该计量装置(1)可与该服务器(2)进行通信，

C)提供闭回路控制装置，该闭回路控制装置接收提供于该传感器输出的该电子测量信号，该闭回路控制装置将该电子测量信号与预定目标值比较，且取决于该比较结果及进一步操作数据，该闭回路控制装置产生电子致动信号且将其输出至该致动器输入，

D)将含有该电子测量信号或基于该电子测量信号所计算的数据，通过该通信接口，从该计量装置(1)传输至该服务器(2)，

E)提供具有参考数据的案例数据库(6)，

F)从所传输的数据及该参考数据以计算改良进一步操作数据，以及

G)对该控制装置提供该改良进一步操作数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该所传输的数据可能与该进一步操作数据或该所传输的数据以及可能从该进一步操作数据的至少一部分计算的数据的至少一部分一起被输入至该案例数据库(6)以作为进一步参考数据。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该控制装置是在该服务器(2)上提供。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B)中，提供至少两个该计量装置(1)。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B)中，提供至少十个该计量装置(1)。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B)中，提供至少100个该计量装置(1)。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该计量装置(1)具有用以检测第二物理测量值或第二化学测量值的第二传感器，该第二传感器具有用于第二电子测量信号的传感器输出，且该第二传感器被调适以检测该第二物理测量值或第二该化学测量值，以将其转换为第二电子测量信号且使其于该传感器输出为可用的，其特征在于，在步骤D)中，另外含有该第二电子测量信号或基于该第二电子测量信号加以计算的数据，通过该通信接口，从该计量装置(1)传输至该服务器(2)。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对该位移组件建立基于物理模型的微分方程式，该第一传感器测量该位移组件的至少一位置，且该计量装置的物理变量是在该服务器(2)上藉由该微分方程式而确定。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，确定的物理变量与目标值曲线相比较，且若该确定的物理变量偏离该目标值曲线超过预定公差值，则启用警示装置或停止该计量装置(1)。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，提供电磁线圈以作为该致动器，且用该第一传感器或该第二传感器检测通过该电磁线圈的电流。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该第一传感器具有操作信号输入，且该控制装置具有用于该第一传感器或连接至该第一传感器的操作信号产生装置，且在步骤F)中，计算针对该第一传感器及该第二传感器的用于操作信号的该进一步操作数据改良值，并在步骤G)中，将其提供于该控制装置。

12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该第一传感器具有启用信号输入，且该控制装置具有用于该第一传感器及/或该第二传感器或连接该第一传感器及/或该第二传感器的启用信号产生装置，且在步骤F)中，计算针对该第一传感器的用于启用信号的该进一步操作数据改良值，并在步骤G)中，将其提供于该控制装置。

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