CN116235118A - 传感器盒、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加工技术的和/或机械技术的设备的传感器盒(10)，其具有控制单元和多个与所述控制单元连接的接口(11)，其中所述多个接口(11)能够与相对应数量的线缆或发射和接收装置连接或者是与相对应数量的线缆或发射和接收装置连接的，以便与连接在加工技术的和/或机械技术的设备(12)的不同的功能点上的相对应的传感器(13)建立通信连接，并且所述控制单元配置用于经由所述多个接口(11)请求多个传感器(13)的相对应的测量。

Description

传感器盒、系统和方法

技术领域

本发明涉及一种传感器盒，用于加工技术的和/或机械技术的设备，尤其清除设备和/或(废水)处理设备如油脂分离器，一种由加工技术的和/或机械技术的设备和传感器盒构成的系统，以及一种用于运行加工技术的和/或机械技术的设备的方法，尤其借助于具有多个这样的设备的运行场所。

背景技术

加工技术的和机械技术的设备受制于运行在特定的时刻被维护。在此，根据轮值表检查、维护和修缮设备的相应的工作区域。在废水处理设备的示例中，工作区域能够是进水口、出水口、泵区域、采样区域等。

在US 8,943,911 B1中，提供了一种用于远程监测油脂分离器设备中的层的系统，其具有用于设置在油脂分离器设备中的检测单元和无线的发射器。发射器与检测单元点耦合，以便无线地从油脂分离器设备处传输所检测到的关于油脂分离器设备中的层的数据，所述数据由中央服务器接收。关于层的数据能够在预先确定的时间段后自动无线传输以进行分析和显示，例如在互联网网站上。

发明内容

因此，对设备的远程监控在现有技术中是已知的。现在，本发明基于如下目的：改进此类设备的维护和/或状态检测，尤其实时状态检测。

根据本发明，该目的由具有权利要求1的特征的用于加工技术的和/或机械技术的设备的传感器盒来实现。鉴于加工技术的和/或机械技术的设备的运行，该目的通过权利要求10的主题实现。

具体来说，该目的通过一种传感器盒来实现，所述传感器盒例如呈盒子的形式，用于加工技术的和/或机械技术的设备，例如清除设备和/或(废水)处理设备，如油脂分离器。传感器盒具有控制单元，所述控制单元例如呈微控制器的形式。此外，传感器盒具有多个接口。这些接口能够穿过传感器盒的壳体，以便在传感器盒内部和传感器盒外部之间提供连接。传感器盒中的部分能够与控制单元连线。在控制单元和接口之间存在至少一个连接。多个接口可与相对应数量的线缆或发送和接收装置连接或者已与相对应数量的线缆或发送和接收装置连接。因此，能够提供带有和不带布线的模块性。这能够以改装套件的形式进行替换。发送和接收装置能够光学地或无线电地构成，尤其无线地构成。

经由线缆，提供或建立与连接到加工技术的和/或机械技术的设备的不同功能点上的相应传感器的通信连接。所述设备能够是工业设备，例如清除设备和/或(废水)处理设备，如油脂分离器和/或与之连接的升降设备。这些功能点能够设置在设备的不同地点处。在这种情况下，要测量与功能点相关的不同的物理参数或变量并且与之相应地为不同的功能点设置不同类型的传感器。此外，这些功能点能够根据设备的工作区域分组地设置。据此，工作区域能够具有多个功能点，所述功能点设有传感器，以便能够根据工作区域执行相应的测量。

线缆能够是明确专用于单个传感器、传感器的一个子集或所有传感器的线缆。例如，线缆能够具有专门对于人眼可见的标志，以便避免相应的接口和传感器之间的错误连接。在这种情况下，多个接口中的各一个接口能够设置或专门用于正好一个传感器或其一个接口。控制单元被配置用于经由多个接口请求或查询多个传感器的相应测量。在这种情况下也能够节省电流，因为传感器只能通过请求/查询来接通或执行测量。为此，传感器能够具有独立的、与设备一起提供的供电部。因此，同样能够停止经由传感器盒的接口的供电。

本发明尤其具有如下优点：传感器盒能够模块化与设备和其他系统分开地构造。尤其地，传感器盒能够安置或悬挂在设备的运行室中。为此，传感器盒能够具有相应的保持设备，以便悬挂在墙上。

本发明的实施方式在从属权利要求中给出。

传感器盒能够具有用于控制单元的封闭罩(Einhausung)或者针对该控制单元形成封闭罩。这种封闭罩能够防止在设备的运行室中遇到的情况并从而保护控制单元。封闭罩能够呈硬覆盖物的形式。能够设置不同的材料，例如硬塑料。传感器盒此外能够是可携带的、可运输的、可拆卸地固定或可悬挂在空间中的。为此，传感器盒能够由内部人员本身来更换。

控制单元能够配置用于根据所确定的单位时间的测量的不同频率，请求多个传感器中的不同传感器的测量。在这种情况下，能够按顺序执行测量。该顺序对每个传感器而言可能是不同的，或者从功能点到功能点或从工作区域到工作区域可能有所不同。因此能够提供符合设备的功能的查询。

传感器盒能够具有人机接口。接口也能够通过仪表盘提供，例如控制面板，所述仪表盘经由控制单元与传感器盒连接/通信。在这种情况下，仪表盘能够经由另一与该传感器盒无关地提供的仪表装置/实体来设置。控制单元能够被配置用于通过经由控制单元的人机接口的输入在传感器盒外部确定单位时间的不同频率。单位时间的测量的频率会因多个传感器中的各传感器而不同。在这种情况下，单位时间的测量的频率能够根据设备的特定工作区域而有所不同。因此，第一工作区域的传感器与第二工作区域的传感器相比能够更频繁地被查询，第二工作区域的传感器与第三工作区域的传感器相比又能够更频繁地被查询。

这些功能点能够与设备的工作区域相关联。尤其地，工作区域能够是空间，在所述空间处，设备的针对所述空间设置的单元处理其工作。例如，设备能够包含分离器设备、升降设备和连接在分离器设备和升降设备之间的采样罐。在这种情况下，能够存在三个工作区域，对应于分离器设备、升降设备和采样罐。也能够仅分离器设备和升降设备构成相应的工作区域，在该示例中即两个工作区域。工作区域能够相应地具有多个功能点。尤其地，每个工作区域能够具有功能点中的多个功能点。这些功能点能够在空间上彼此间隔开。因此，一般来说，工作区域能够被定义为与设备的相应单元的功能相关联的空间区域。控制单元能够被配置用于根据工作区域确定单位时间的频率。

上述目的也通过如下方式来实现：提供一种由加工技术的和/或机械技术的设备和分配给所述设备的如例如上文所述的传感器盒构成的系统。设备被配置用于执行多个功能，所述功能在空间上分开地在设备的不同功能点或空间上相邻的工作区域处执行。功能点分别配备有多个传感器之一或与其连接。多个传感器被配置用于，应控制单元请求，分别测量与相对应的功能点或相对应的工作区域的功能相关的不同的物理参数或变量。

物理变量或物理参数从多个传感器中的相应传感器的类型中产生。在这种情况下，多个传感器能够至少部分地包括以下变型形式：气味传感器、温度传感器(进水口)、液位传感器、pH值传感器、油脂层厚度计量器、温度传感器(出水口)、加速度传感器、麦克风、体积流量测量仪、压力传感器和电流转换器。待测量的参数或待测量的变量对专家来说是不言而喻的。然后，测量以数据的形式借助于经由相应的线缆的信号传输从传感器发送给传感器盒的相应的接口。例如，这仅根据控制单元的请求/查询而工作。

控制单元在这种情况下能够用作为中介单元并且临时存储相应的传感器的数据/信号。为了进行临时存储，能够在传感器盒中设置(多个)存储器单元，所述存储器单元由控制单元来指示分区域地存储或临时存储相应的传感器的数据/信号。在这种情况下，由于通过控制单元在时间上错开地要求传感器，所以不需要太多的存储器空间。例如，每个时间单位仅可以查询一个传感器，使得实现串行存储。然而，并行查询和存储同样是可行的。

传感器盒能够具有通信单元，例如上级的并且间隔开的外部实体能够与所述通信单元通信。控制单元能够设置用于控制通信单元。例如，控制单元能够指示通信单元将由传感器传送的数据/信号直接或从存储器单元传送给外部实体。在下文中描述外部实体。

系统能够包含物联网(IOT)平台或与该物联网平台进行通信。IOT平台能够被理解为外部实体。控制单元能够被配置用于根据请求将从多个传感器处获得的测量(以上述数据/信号的形式)传送给IOT平台。IOT平台能够设置用于提供数据库，以便检测由控制单元传送的呈时间序列形式的测量或数据/信号，并且基于时间序列输出用于设备及其功能点或工作区域的评估。IOT平台能够配置为，使得其基于接收到的有关传感器值的数据确定对于每个功能点和/或每个工作区域而言单独的评估。因此，能够在相同时间设置多个评估，例如每功能点或工作区域一个评估。有利地，IOT平台能够合并从不同的传感器获得的不同数据，例如借助于人工智能意义下的算法，并且从收集的数据中生成关于设备状态、(废)水质量和/或维护状态的附加信息并且显示在显示仪器上。由于在根据本发明的系统中传感器及其评估的组合，能够在预测性维护的领域中为用户实现更高的运行安全性和用于测量废水质量的简化的方法。

该系统能够包括仪表盘(见上文关于控制面板)。仪表盘能够设置用于从IOT平台处查询评估并且向用户显示评估。评估能够以给仪表盘的用户的告警通知或指示的形式来进行，例如，呈用于设备的操作推荐或设定推荐的形式。仪表盘能够被配置用于分别根据紧急程度向用户显示评估。因此，高紧急程度会导致用户即使不直接使用仪表盘也通过重复的呈告警形式的通知而获悉评估，而低紧急程度会导致用户仅在直接使用仪表盘的情况下才获悉评估。

系统还能够包含与其他系统或技术设备或其控制单元共用的网关。经由网关，由传感器盒的控制单元传送的测量能够以数据/信号的形式(与其他盒子的控制单元传送的测量一起)被传送给IOT平台。网关在此能够将所有测量以数据/信号的形式一起发送或相继地发送。

因此可以进行串行或并行传送。这要么能够节省存储器要么能够节省时间。

网关是在传感器盒和IOT平台之间建立连接的部件并且用作为其间的中介。这三个实体即传感器盒、网关、IOT平台能够定位在不同的地点处。具体而言，在传感器盒和网关之间能够建立无线电通信。尤其地，网关是互联网网关。该网关能够设置在用于多个设备或其通信单元/控制单元的运行场所中。因此，运行场所的所有设备都能够经由网关与IOT平台通信。

上述目的还通过如下方式来实现：提供一种用于运行加工技术的和/或机械技术的设备的方法。在这种情况下，该方法包括在如上所述的设备旁的运行室中提供如上所述的传感器盒。传感器盒在此能够简单地手动地安置在运行室的墙上。此外，该方法还包括将连接在设备上的多个传感器与引导至传感器盒的控制单元的接口连接。传感器在此能够与不同的工作区域相关联并且能够安置在与工作区域相关的功能点处。

该方法还包括通过控制单元经由接口向多个传感器请求多个传感器的测量。基于所述请求，相应的传感器能够在至少部分地不同的时间点执行测量并且将所述测量借助于信号/数据返回给控制单元。在这种情况下，还能够提出，控制单元操控相应的传感器中的一个或多个，或提供用于开始测量的信号。测量本身能够在预定的时间段内执行。时间段能够利用请求设定或包含在请求中。

此外，该方法还包括基于请求获得测量。测量经由相应的传感器的上述数据/信号获得。控制单元为此能够设有一个或多个存储器。一个或多个存储器单元同样能够包含在传感器盒本身中。此外，该方法还包括将测量传送给外部实体以对测量进行评估。根据评估，针对设备所设置的人员能够实施待执行的行动。

对于本领域技术人员而言，清楚的是，本文中所进行的阐述已利用或者能够利用硬件电路、软件介质或其组合来实现。例如，控制单元能够部分地实现为计算机、逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器(例如具有微处理器、微控制器或矢量处理器)、内核和/或中央处理单元(CPU)。

在另外的示例中，控制单元能够部分地实现为浮点单元(FPU)、数字处理单元(NPU)和/或算术逻辑单元(ALU)。此外，控制单元能够部分地实现为协处理器(用于辅助CPU的附加的微处理器)、通用图形处理器(GPGPU)、并行计算机和/或DSP。

例如，在控制单元中，能够使用如下方法，所述方法与流水线有关。在这种情况下，替代整个指令，在处理器的一个时钟周期内仅处理一个子任务。在此，多个指令的不同的子任务同时被处理。此外，在这种情况下，也能够应用多线程和其进一步发展(例如同步多线程)意义的方法。由此由于并行使用多个处理器内核所以能够实现运算器的更好的负荷程度。

附图说明

参照所附的具有进一步的细节的示意图根据实施例详细阐述本发明。

在附图中示出：

图1示出具有传感器和传感器盒的设备的视图；以及

图2示出与网关结合的多个具有相应的传感器盒的设备的视图。

具体实施方式

在图1中示出具有多个接口11的传感器盒10。此外，示出设备12，所述设备在设备处和其附近的不同功能点处具有多个传感器13。传感器盒10与传感器13通信连接。传感器13固定在图1中示出的设备12的不同部位处。传感器13中的仅气味传感器13a设置在设备12附近。设备12在三个不同的工作区域处具有多个功能点，所述功能点例如通过分离器14、采样罐15或升降设备16预设。

传感器盒10以盒子的形式构成。尤其地，传感器盒10是具有壳体并且在壳体内包含在其中受保护的控制单元(未示出)的盒子。线缆(以虚线示出)将传感器盒10的多个接口11与相应的传感器13连接。例如，每个接口能够使用正好一条专用线缆。经由线缆提供与包含在传感器盒10中的控制单元(未示出)的电学/通信连接。控制单元是中央控制单元，如微控制器。控制单元在事先的配置中针对每个传感器13单独地在对于传感器13而言不同的时间间隔内请求传感器测量。这能够通过如下方式发生：控制单元对于相应的传感器13发出如下信号，所述信号对应于给传感器13的执行测量的指令。基于该请求，相应的传感器13将相应的测量或者也称为测量值向回提供给控制单元。然后，该测量或测量值以特定的格式，例如JSON格式，从传感器盒10中的控制单元传送给上级的实体。该上级的实体，例如IOT平台(IOT云)，与传感器盒物理地间隔开，并且仅具有与传感器盒10的通信连接。所述传送在此能够经由消息队列遥测传输(MQTT)或受限应用协议(COAP)直接进入到IOT云中。

尤其地，在下文中提到的传感器13能够设置在设备12的不同功能点处。

根据图1，设备12能够分为三个不同的工作区域，所述工作区域分别具有功能点。这三个工作区域能够分为分离器设备14、采样罐15和升降设备16的区域。以下传感器13设置在分离器设备14的工作区域中：进水口的温度传感器13b，液位传感器13c，pH值传感器13d和油脂层厚度计量器13e。

温度传感器13b设置用于测量入流的水的温度。液位传感器13c设置在分离器设备14的容器中，以便能够检测容器中的油脂水平。pH值传感器13d同样设置在分离器设备14的容器中，以便能够确定容器中的废水的pH值。油脂层厚度计量器13e同样设置在分离器设备14的容器上，以便能够将油脂层厚度传送给传感器盒10或其控制单元。

如在图1中所示出的那样，气味传感器13a当前设置在设备12的外部，以便能够探测设备12所在的空间里的不良气味。

根据图1，在采样罐15的工作区域中未设置传感器。

与此相反，升降设备16的工作区域具有多个功能点，所述功能点设有相应的传感器13f至13k。在升降设备16的工作区域中设置有以下传感器13：温度传感器13f、加速度传感器13g、麦克风13h、体积流量测量仪13i、压力传感器13j和电流转换器13k。温度传感器13f设置在升降设备16的水容器中，以便能够记录废水温度。加速度传感器13g设置在升降设备16的泵上，以便能够记录泵在运行时的振动。麦克风13h同样设置在升降设备16的泵上，以便能够探测音量和可能的偏差。体积流量测量仪13i设置在升降设备16的压力管道中，以便能够记录每时间单位所运送的体积。压力传感器13j设置在升降设备16的压力管道中，以便能够检测泵的输出压力。电流转换器13k设置在泵上，以便能够非侵入式地检测泵的马达的电流消耗。

控制单元10在事先确定的时间点与传感器13或其信号输出(Signalgebung)无关地向传感器13发送相应的请求。因此，所有传感器13能够同时或在不同的时间被请求。其间的时间间隔能够可变地设定。在这种情况下，能够执行符合需求的请求。因此，不同的功能点能够以不同的频度被占用，并且能够符合需求地请求测量。从传感器获得的测量借助于数据传输传送给云或IOT平台。这种传送能够经由不同的数据协议或传输方案进行。例如，可以使用相应的传输机构，局域网(LAN)、无线局域网(WLAN)、长距离广域网(LoRaWan)、窄带物联网(NB-IOT)、Sigfox或其他传输协议。

为了能够使关于测量的相应的数据可用，能够提供呈控制面板形式的仪表盘。经由其能够处理数据并且经网页访问或应用程序提供给客户。相应的告警、指示和状态同样能够(直接)经电子邮件、推送信息或SMS递送。这能够以告警系统的形式进行，例如，在控制面板上进行以下输出：油脂分离器14溢流，废水过高，升降设备16的泵的电流消耗过高和/或废水泵过低。

参照示出多个设备12的图2，针对不同的设备12设置的盒子10或其控制单元(未示出)能够将每个设备12的传感器13的相应的测量经由网关17传送给上级的物联网平台(未示出)。在这种情况下能够提出，相应的传感器盒10仅将其数据传送给网关17，所述网关将数据要么单独、并行地要么串行地转发给IOT平台或云，或将其集合地发送给IOT平台或云。在这种情况下，所需的SIM卡更少。网关17能够安装在所有设备12的方便放置所有盒子12的位置处，以便确保最佳的接收。基本上，能够使用以下一种或多种传输技术：NB-IOT、全球移动通信系统(GSM)和LoRa。在经由网关17进行传输时，LoRa能够是优选的。尤其地，在单个传感器盒的情况下，但是也在多个传感器盒的情况下(即在复合体中)，在经由网关传输时或即使在没有网关的情况下进行传输时，能够对传输进行加密。

IOT平台在时间序列数据库中以设备专用的方式检测传感器数据并且对其进行评估。这些值能够与各个设备和与设备相关联的传感器相关联。此外，关联性能够与特定的客户相匹配并且与其相关联。

总之，图1和图2中的传感器盒10能够提供数据检测单元，所述数据检测单元与不同的传感器13连接。在这种情况下，传感器盒10也能够是用于第三方设备的改装套件。在油脂分离器14和升降设备16中，能够实时收集数据并且将其存储在IOT平台中。能够调用诸如液体的温度、pH值、填充水平等的数据。数据的实时收集并不限于图1和图2中的设备12，而是也能够应用于其他类型的机械设备。此外，对数据进行分析，以便为客户实施服务，例如告警系统、状态监测、预测性维护等。

在这一点上应指出的是，所有上述部分本身单独看和任意组合，尤其在附图中示出的细节，都作为本发明的实质受到保护。其改型对于本领域技术而言是熟悉的。

附图标记

10传感器盒

11接口

12设备

13多个传感器

13a气味传感器

13b温度传感器(进水口)

13c液位传感器

13d pH值传感器

13e油脂层厚度传感器

13f温度传感器(出水口)

13g加速度传感器

13h麦克风

13i体积流量测量仪

13j压力传感器

13k电流转换器

14分离器设备

15采样罐

16升降设备

17网关

Claims (10)

1.一种用于加工技术的和/或机械技术的设备如清除设备和/或废水处理技术设备的传感器盒(10)，其中所述传感器盒具有至少一个控制单元，

其特征在于，

所述传感器盒(10)具有多个与所述控制单元连接的接口(11)，所述接口能够与相对应数量的线缆或发射和接收装置连接或者是与相对应数量的线缆或发射和接收装置连接的，以便与连接在加工技术的和/或机械技术的设备(12)的不同的功能点上的相对应的传感器(13)建立通信连接，并且所述控制单元配置用于经由所述多个接口(11)请求多个所述传感器(13)的相对应的测量。

2.根据权利要求1所述的传感器盒(10)，

其特征在于，

所述传感器盒(10)形成用于所述控制单元的封闭罩，并且是可携带的、可运输的、可拆卸地固定的或可悬挂在空间中。

3.根据权利要求1或2所述的传感器盒(10)，

其特征在于，

所述控制单元配置用于根据所确定的单位时间的测量的不同频率请求多个所述传感器(13)中的不同传感器(13)的测量。

4.根据上述权利要求中任一项所述的传感器盒(10)，

其特征在于，

所述控制单元配置用于通过经由所述控制单元的在所述传感器盒(10)外部或在与传感器盒(10)的通信中的人机接口的输入，尤其经由应用程序或仪表盘的输入，确定单位时间的不同的频率，其中单位时间的测量的频率因多个传感器(13)中的各传感器而不同。

5.根据权利要求3或4所述的传感器盒(10)，

其特征在于，

所述功能点与所述设备(12)的一个或多个工作区域(14、15、16)关联，其中每个工作区域(14、15、16)具有所述功能点中的一个或多个，并且其中所述控制单元配置用于根据所述工作区域(14、15、16)确定单位时间的频率。

6.一种由加工技术的和/或机械技术的，尤其废水处理技术的设备(12)和分配给所述设备(12)的根据上述权利要求中任一项所述的传感器盒(10)构成的系统，

其特征在于，

所述设备(12)配置用于执行一个或多个功能，所述功能在空间上分开地并且在所述设备(12)的不同的功能点中的至少一个处或在空间上相邻的至少一个工作区域(14、15、16)处被执行，其中所述功能点分别配备有至少一个传感器(13)，尤其多个传感器或者与其连接，并且其中所述至少一个传感器(13)配置用于，应所述控制单元请求，分别测量不同的物理参数或变量，所述物理参数或变量与相对应的功能点或各至少一个相对应的工作区域(14、15、16)的至少一个不同功能相关。

7.根据权利要求6所述的系统，

其特征在于，

所述系统包含物联网平台，IoT平台，或与其通信，用于存储和评估所述测量，并且所述控制单元配置用于根据请求将从至少一个所述传感器(13)获得的测量传送给所述IoT平台，其设置用于提供数据库，以便检测由所述控制单元传送的呈时间序列的形式的测量并且基于所述时间序列输出用于所述设备(12)及其功能点或工作区域的评估。

8.根据权利要求7所述的系统，

其特征在于，

所述系统包含显示仪器/显示器，所述显示仪器/显示器设置用于从所述IoT平台查询所述评估和/或与其关联的状态并且向用户显示所述评估和/或与其关联的状态。

9.根据权利要求7或8所述的系统，

其特征在于，

所述系统还包含一个或多个与其他系统或技术设备或其控制单元共同的网关(17)，尤其串联连接的网关，由所述传感器盒(10)的控制单元传送的测量经由所述网关传送给所述IoT平台。

10.一种用于运行加工技术的和/或机械技术的设备(12)，尤其废水处理技术的设备的方法，

其特征在于，包括如下步骤：

在与加工技术的、机械技术的和/或废水处理技术的设备(12)旁的和/或与其连接的运行室中提供根据权利要求1至5中任一项所述的传感器盒(10)；

将连接在所述设备(12)上的至少一个传感器(13)与引导至所述传感器盒(10)的控制单元的接口(11)连接；

通过所述控制单元经由所述接口(11)向所述至少一个传感器(13)请求所述至少一个传感器(13)的测量；

基于所述请求获得所述测量；以及

将所述测量传送给外部实体，以评估和评价所述测量。

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