DD282347A7 - Verfahren und vorrichtung zur diagnose von melkanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Melkanlagen mit dem Ziel einer komplexen Erfassung der Diagnoseparameter mit rechnergestuetzter Verarbeitung und Darstellung zur Optimierung der Milchentzugsparameter zu erreichen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung mit dem vorgenannten Ziel als Melkanlagendiagnosegeraet fuer Betriebszwecke mit relativ kleiner Ansprechzeit anzugeben. Dabei werden die Diagnoseparameter direkt aus den Signalen von Druck-, Temperatur- und Volumenstrommessung gewonnen und nach einem Diagnosealgorithmus in einer Rechner- und Auswerteeinheit 29 verarbeitet und dargestellt, wobei Volumenstromsensor 17 nach dem Wirbelstraszenprinzip eine volumenproportionale Impulsfolge, der piezoelektrische Drucksensor 18 zeitvariable elektrische Druckwerte fuer das statische und dynamische Verhalten des Luftvakuums fuer die Anlagenzustandsdiagnose und der Temperatursensor 15 Meszwerte fuer den Zustandsbezug des Luftfoerderstroms liefert. Anwendungsgebiete: Diagnose von kompletten Melkanlagen bzw. deren Baugruppen in Tierproduktionsstaetten der Landwirtschaft, in Instandsetzungswerkstaetten der Landtechnik und in Melkanlagenhersteller- und -montagebetrieben. Fig. 1{Melkanlage; Betriebsdiagnosegeraet; Milchentzugsparameter; Drucksensor; Temperatursensor; Volumenstromsensor; Diagnoseparameter; Rechner-/Auswerteeinheit; Wirbelstraszenprinzip; Luftfoerderstrom}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Melkanlagen in landwirtschaftlichen Einrichtungen zur Bestimmung deren Betriebs- und Funktionssicherheit.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Praxis bekannte Verfahren und Vorrichtungen zur Diagnose von Melkanlagen basieren in der Regel auf separater Messung der Diagnoseparameter, wobei die Volumenstrommessung unter Verwendung von mechanischen Geräten nach mittelbaren Wirkprinzipien erfolgt. Derartige Meßverfahren liefern ein von der nachfolgenden Diagnoseeinrichtung losgelöstes Meßergebnis. So ist z. B. ein Luftdurchflußmesser für Diagnoseeinrichtungen bekannt, der am freien Ende einer Vakuumleitung angeordnet und bei dem über manuell einstellbare Düsen über Skalen von Stellringen nach entsprechender Bewertung der Durchfluß bestimmbar ist.

Bei einer weiteren aus der Praxis bekannten Diagnoseeinrichtung wird der Luftförderstrom nach dem Wirkdruckprinzip indirekt über Druckmeßformer erfaßt und mittels Rechner der Durchfluß bestimmt. Die daraus resultierenden Anzeigen oder die analogen Drucksignale müssen auf Grund der indirekten Messung des Luftförderstroms in Durchflußeinheiten umgerechnet und Abweichungen von den Betriebs- zu den Bezugsbedingungen korrigiert werden. Die Meßergebnisse sind erheblich zeitverzögert verfügbar. Die Zeitverzögerung liegt teilweise im Minutenbereich.

Weiterhin sind Melkanlagen-Diagnoseeinrichtungen bekannt, die eingeschränkt ohne Volumenstrommessung arbeiten. Nachteilig zu diesen vorstehend genannten Verfahren und Vorrichtungen ist, daß die Anordnung des Durchflußmessers am freien Ende der Vakuumleitung erfolgen muß, der Volumenstrom nur unmittelbar mit relativ hohem Druckverlust in der Anlage umgebungsbeeinflußt erfaßt wird. Außerdem wsisen derartige Einrichtungen ve'schleißbehaftete Funktionseinheiten auf, die den Langzeiteinsatz negativ beeinflussen. Die bekannten Diagnoseeinrichtungen sind vorwiegend für Laborbedingungen bestimmt und wenig geeignet für den praktischen Einsatz in Tierproduktionsstätten der Landwirtschaft.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine verfahrenstechnische Lösung für die Diagnose von Melkanlagen in Tierproduktionsstätten mit minimiertem gerätetechnischem Aufwand, mit kleiner Ansprechzeit, hohor Zuverlässigkeit und hoher Reproduzierbarkeit arbeitend, zu finden, wobei eine komplexe Erfassung und rechnergestützte Verarbeitung zur Optimierung der Milchentzugsparameter nach züchterischen und veterinärmedizinischen Erkenntnissen zu realisieren ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugi unde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur direkten Erfassung der Diagnoseparameter in Melkanlagen mit günstiger Anordnung der Sensoren und rechnergestützter Verarbeitung sowie Darstellung der Diagnoseparameter zu schaffen. Weiterhin soll die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens als Melkanlage ndiagnosegerät für Betriebszwecke mit relativ kleiner Ansprechzeit ausgeführt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einem Verfahren dadurch gelöst, daß die Diagnoseparameter direkt aus Jen Signalen der elektrischen Sensoren für die Druck-, Temperatur- und Volumenstrommessung gewonnen werd m, wobei für die unmittelbare Erfassung des Luftforderstroms die strömungsgeschwindigkeitsproportionalen Wirbelablösungen hinter umströmten Körpern

in der Karmanschen Wirbelstraße ausgenutzt werden, so daß ein digitales Meßsignal zur Verfugung steht. Damit kann ohne weiteres auch in kurzen Zeitabständen der Luftförderstrom sehr sicher erfaßt und als Meßsignal verarbeitet werden. Das geschwindigkeits- bzw. volumenstromproportionale frequenzanaloge Meßsignal als Impulsfolge

f ~ V_L f = Signalfrequenz V_L = Luftförderstrom

wird so aufbereitet, daß eine Normierung der Impulse zum Diagnoseparameter Luftförderstrom κ - ^f

Kn = Normierungskonstante

Nach Bildung des Verfahrens wird die Temperatur als eine weitere Meßgröße für den Zustandsbezug des Luftförderstromes nach der funktioneilen Abhängigkeit

ρ ρ

Vu = C,-^-—-f C, = Konstante, Normierung und Bezugswerte

P_b = Barometerdruck

P„ = Vakuum

θ) = Lufttemperatur

f = Signalfrequenz

herangezogen.

Aus dem gemessenen Luftverbrauch und der Erzeugungsluftmenge wird die Reserveluftmenge der Melkanlage mit

ViU

ViR = -H=- g 0,5 V_lv = Luftverbrauch

VLE

V₁E = Lufterzeugung

bestimmt, so daß daraus über die Erstellung der Förderstrombilanzen auf Bezugsbedingungen basierend eine Fehlerdiagnose angestellt wird.

Durch die weitere Erfassung des statischen und dynamischen Vakuumdruckes und deren mathematische Verknüpfung zu Diagnoseparametern mit spezifischen Angaben ergibt sich nach der mathematischen Beziehung und einer Digitalisierung des Druckverlaufes in Abhängigkeit von der Zeit für die einzelnen Pulsationsphasen der Pulskur/en:

t₁ ^ t < t₉ ; ρ min < p < ρ max

p = const. = ρ max t-j^t<t^;p max > ρ > ρ min

· ⁼ P mit W = -x;x= const. ; d = + ζ

W = Anstieg der Funktion im Intervall [t,, t₂]

χ = Konstante

y = Anstieg der Funktion im Intervall \\₃, U]

ζ = Konstante

ρ = Druck

t, bis t₂ = Zeitintervall der Übergangsphase

t₂ bis t₃ = Zeitintervall der Saugphase

ta bis I₄ = Zeitintervall von Saug-zu Entlastungsphase

Die Charakteristik der Pulskurven wird durch die Pulsfrequenz f_p bestimmt. Das Drucksignal, als eine Zustandsgröße zur Bewertung des Luftförderstromes, die Pulsfrequenz- und Pulsationsphasenbestimmung werden entweder durch Drucksensoren in Mehrfachausführung oder multiplexer Verarbeitung des Drucksignals aus einem Sensor bereitgestellt.

Die in der Rechen- und Auswerteeinheit anliegenden Meßsignal Luftförderstrom und Druck werden einkanalip dahingehend verarbeitet, daß beide ständig anliegende Informationen bzw. Signale multiplex zur Anzeige gebracht werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird in einer Anordnung gesehen, die aus Volumenstrom-, Temperatur- und aus ein oder mehreren Drucksensoren sowie einer tragbaren Rechen- und Auswerteeinheit bestehen.

Zur Luftförderstrombestimmung wird in der Vakuumleitung der Melkanlage ein Volumenstromsensor angeordnet, der als

Meßrohr in kompakter Wechselbaueinheit mit beiderseits schraubbaren Schnellverschlüssen ausgeführt, bestehend aus wirbelerzeugendem und wirbelerfassendem Element mit elektrischem Aufnehmer am Innendurchmesser des Meßrohres beiderseits starr verschweißt, wobei die Zuführungs- bzw. Anschlußleitungen druckdicht vom wirbelerfassenden über das wirbelerzeugende Element in einer inneren Ausnehmung nach außerhalb in eine signalverarbeitende Elektronikoinheit, in der eine Signalverstärkung und -normierung vorgenommen wird, die starr oder lösbar mit dem Meßrohr verbunden ist, geführt werden.

Die Druckentnahme wird im Meßrohr im optimalen Abstand vor dem wirbelerzeugenden Element parallel zu dessen axialer Ausdehnung und rechtwinklig zur Meßrohrachse angeordnet. Die Drucksensoren zur Aufnahme der statischen und dynamischen Druckverhältnisse in der Melkanlage sind in einer vorzugsweise ortsveränderlichen und tragbaren Rechen- und Auswerteeinheit angeordnet, wobei die Druckübertragung über flexible Leitungsverbindungen erfolgt. Das so gewonnene Drucksignal wird einmal zur Zustandsbewertung des Luftförderstromes und ein andermal für die Aufbereitung weiterer Diagnoseparameter bereitgestellt.

Die Anordnung der Temperaturmeßstelle zur Erfassung dieser Zustandsbewertungsgröße für den Luftförderstrom zur Verarbeitung in der Rechen- und Auswerteeinheit ist im Abstand von gleich oder größer 3D hinter dem wirbelerzeugenden Element im Meßrohr oder in speziellen Fällen auch an anderen Stellen der Vakuumleitung vorgesehen. Die Vorrichtung umfaßt eine Rechen- und Auswerteeinheit, die mit der Meßanordnung in der Vakuumleitung verbunden ist, und die Druckgeber, den Meßwertanpaßmodul, den Meßwertaufbereitungsmodul, den Rechner mit dem speziellen Diagnosealgorithmus sowie den Bedienungs- und Anzeigemodul aufnimmt, die wiederum mit einem Drucker gekoppelt werden. Eine solche Vorrichtung als Melkanlagendiagnosegerät ermöglicht die komplexe und schnelle Erfassung sowie Auswertung aller Diagnoseparameter von Melkanlagen unter Betriebsbedingungen. Das Diagnosegerät kann sowohl netzabhängig als auch -unabhängig betrieben woru'on und gewährleistet, daß bei beiden Betriebsvarianten die vorgegebenen Daten erhalten bleiben, nach Bedarf abgerufen und gelöscht werden. Es ist möglich, die gemessenen Werte nicht nur mit den festprogrammierten Vorgabewerten der Melkanlagen, sondern auch mit den Werten der vorausgegangenen Überprüfungen zu vergleichen und Tendenzen zu bewerten.

Durch Anwendung dieser verfahrenstechnischen Lösung werden Eutererkrankungen im Kuhbestand infolge funktionsuntüchtiger bzw. infolge verschleiß- und korrosionsgeschädigter Melkanlagen verhindert. Dadurch werden die qualitativen und quantitativen Ausbeuten der ermolkenen Rohmilch spürbar erhöht sowie notwendige veterinärmedizinische Behandlungen und Kuhmerzungen infolge Mastitiserkrankungen minimiert. Außerdem werden die Betriebskosten für Melkanlagen gesenkt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert werden. In der Figur 1 ist eine Anordnung zur verfahrenstechnischen Realisierung einer Diagnoseeinriuüuncj von Melkanlagen und in Figur 2 der Diagnosealgorithmus schematisch dargestellt.

Der Volumenstromsensor 1 ist im Durchflußquerschnitt einer geschlossenen Vakuumleitung 2 oder am Rohrende angebracht und als Meßrohr 3 in kompakter Wechselbaueinheit mit beiderseits schraubbaren Schnellverschlüssen 4 ausgeführt. Das wirbelerzeugende Element 5 und das wirbelerfassende Element 6 sowie der elektrische Aufnehmer 7, der druckdicht eingebettet ist, bilden die Hauptbestandteile des Volumenstromsensors 1 und sind am Innendurchmesser des Meßrohres 3 beiderseits starr verschweißt, wobei die Verschweißung 8 druckdicht ausgeführt ist. Die Zuführungs- bzw. Anschlußleitungen 9 werden druckdicht vom wirbelerfassenden Element 6 über das wirbelerzeugende Element 5 in einer inneren Ausnehmung 10 nach außen in eine Elektronikeinheit 11 geführt, in der sich der Signalverstärker 12 und die Signalnormierung 13 befinden. Die Elektronikeinheit 11 ist starr oder lösbar mit dem Meßrohr 3 verbunden. Außerdem enthält das Meßrohr 3 eine Druckentnahme 14, die im Abstand von 4 D vor dem wirbelerzeugenden Element 5 an der Rohrwandung rechtwinklig zur Meßrohrachse befestigt ist, sowie einen Temperatursensor 15, der hinter dem wirbelerzeugenden Element 5 im Abstand von gleich oder größer 3D angeordnet ist. Das Meßrohr 3 mit den Sensoren ist robust aufgebaut und enthält keine beweglichen und verschleißbehafteten Teile.

Die Druckübertragung und Übertragung der elektrischen Signale in die Rechner- und Auswerteeinheit 29 erfolgt über flexible Leitungen 16. In der Rechen- und Auswerteeinheit 29 sind konstruktiv die Druckanschlüsse 17 für die eingebauten piezoelektrischen Drucksensoren 18, die als Ein- oder Mehrfachsensor ausgeführt sind, angeordnet. Die Rechner- und Auswerteöinheit 29 ist ortsveränderlich und tragbar gestaltßt und enthält die Funktionsbaugruppen Meßv. ertanpaßmodu! 19, Meßwertaufbereitungsmodul 20, Einstellglieder 21 für Barometerdruck und Temperatur, den Rechner mit Speicher und Betriebssystem für Diagnosealgorithmus 22, das Anzeige- und Bedienungsmodul 23 mit digitaler Anzeige 24, Bedientastatur 25 einschließlich akustischem Geber 26, die Stromversorgung 27 mit Batterie und/oder Netzteil, einen Anschluß für Datenein- und -ausgabe 28, um z. B. einen Drucker 30 anzuschließen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Diagnoseparameter direkt aus den Signalen der elektrischen Sensoren komplex und schnell unter Betriebsbedingungen erfaßt. Der Luftförderstrom wird unmittelbar mit einem Volumenstromsensor nach dem Meßprinzip der Karmanschen Wirbelstraße gemessen. Die mit dem elektrischen Aufnehmer 7, vorzugsweise als aktiver Aufnehmer in piezoelektrischer Ausführung, gemessene Pulsfolge mit kleiner Signalamplitude wird einem Signalverstärker 12 und Signalnormierung 13 zugeführt und unter Beachtung der Gerätekonstanten von der Elektronikeinheit 11 des Volumenstromsensors 1 als volumenproportionale Impulsfolge an die Rechner- und Auswerteeinheit 29 zur Weiterverarbeitung nach dem Diagnosealgorithmus gegeben.

Im Diagnosealgorithmus (Figur 2) ist der Ablauf zur Bestimmung nachfolgender Diagnoseparameter mit folgenden Meßbereichen festgelegt:

- VakuumdruckPu = 0...10OkPa

- Pulsfrequenzfp = 0,5...4Hz

- Luftförderstrom Vi = 18...3000l/min

- PulsatiunsphasenO...99,9%

- Phasenabstand zweier Druckkanäle 0...99,9%

- Druck ρ = 0... + 10OkPa

- Zeitbestimmung für definierte Druckverhältnisset = 0,1. ..999,9s

- Maximum, Minimum und Mittelwert von dynamischen Druckverläufen über jeweils 6 und 60s

Die Überschreitung vorgegebener Grenzwerte für die Pulsfrequenz und die Pha'jenverhältnisse werden durch Fehleranzeige

signalisiert.

Über die Bedientastatur 25 ist die Eingabe des aktuellen Datums realisierbar.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren <.ur Diagnose von Melkanlagen in Tierproduktionsstätten der Landwirtschaft, in Instandsetzungswerkstätten der Landtechnik sowie in Melkanlagenhersteller- und montagehetrieben zur komplexen Gewinnung, rechnergestützten Verarbeitung und Darstellung von Diagnoseparametern, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Diagnose wesentlichen Parameter direkt aus dem elektrischen Druck-, Volumenstrom- und Temperatursignal gewonnen werden, wobei der Volumenstromsensor (1) nach dem Wirbelstraßenprinzip mit einer Ansprechzeit im Millisekundenbereich für den gemessenen Luftförderstrom eine strömungsgeschwindigkeits- bzw. volumenstromproportionale Impulsfolge im Frequenzbereich von f = 50... 1500 Hz, der piezoelektrische Drucksensor (18) in ein- oder mehrfacher bzw. in multiplexer Betriebsweise zeitvariable Druckwerte für das statische und dynamische Verhalten des Luftvakuums im Bereich von ρ = -100...+10OkPa als Meßwerte für die Volumenumwertung sowie für die Anlagenzustandsdiagnose, der Temperatursensor (15) Meßwerte für den Zustandsbezug des Luftförderstroms liefert, wobei die gewonnenen Meßsignale wie folgt miteinander für die Druck- und Volumenstromauswertung entsprechend nachstehender Beziehungen

   V₁

   Ln

   = C

   mit W =

   t, ^. t < "L· ; ρ min < ρ < ρ max ; ρ = const. = ρ max )

   ; X-, £ t < t. ; ρ ^max > ρ > ρ min

   ; ρ = const. = ρ min - χ ; χ = const. ; d = + ζ

   innerhalb des Diagnosealgorithmus rechnergestützt verknüpft und sowohl Diagnoseparametern, wie Pulsationsphasen und Frequenz fp = 0,5...4Hz von Pulskurven sowie Hinken und Phasenabstand bei Wechseltaktpulsatoren, Druckzustand und -verlauf in Anlagensystemen bzw. deren Baugruppen bzw. Luftförderstrombilanzen gesamter Systeme u. a. m., sowohl quantitativ als auch qualitativ definiert bzw. zugeordnet und auf vorgegebene Bezugsbedingungen berechnet und einem unmittelbaren Vergleich anlagenspezifischer Daten, einer digitalen Anzeige (24), Speicherung (22) und/oder Aufzeichnung (30) einschließlich Grafik zugeleitet werden.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitvariablen Druckgrößen der Melkanlage im Bereich der Normalströmung vor dem Volumenstromsensor (1) gemessen werden.
3. 3. Verfahren nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustandsbezug des Luftförderstroms zur Temperatur und zum atmosphärischen Luftdruck sowie zum Vakuumdruck wahlweise durch elektrische Signale von Druck- und Temperatursensor (18,15), durch Einstellglieder (21) oder durch Korrekturwerteingabe (25) vorgenommen wird.
4. 4. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Luftverbrauchsmenge und der Lufterzeugungsmenge Soll-Ist-Wertvergleiche vorgenommen werden.
5. 5. Vorrichtung zur Diagnose von Melkanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus Volumenstromsenso^r (1), Temperatursensor (15) und aus ein oder mehreren Drucksensoren (18) sowie einer tragbaren ortsveränderlichen Rechner- und Auswerteeinheit (29) besteht, wobei zur Luftförderbestimmung in der VckuumleKung (2) der Melkanlage ein Volunenstromsensor (1) angeordnet ist, der als Meßrohr (3) in kompakter Wechseleinheit mit beiderseits schraubbaren Stellverschlüssen (4) und einer Länge von mindestens 8 D ausgeführt ist, bestehend aus einem

   wirbelerzeugenden und wirbelerfassenden Element (5,6) mit elektrischem Aufnehmer (7) am Innendurchmesser des Meßrohres (3) beiderseits über die Schweißstellen (8) starr verbunden ist und dessen Zuführungs- und Anschlußleitungen (9) druckdicht vom wirbelerfassenden Element (6) über das wirbelerzeugende Element (5) in einer inneren Ausnehmung (10) nach außerhalb in eine signalverarbeitende Elektronikeinheit (11), in der ein Signalverstärker (12) und eine Signalnormierung (13) vorgenommen wird, die starr oder lösbar mit dem Meßrohr (3) verbunden ist, geführt werden.
6. 6. Vorrichtung nach Punkt 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckstutzen (14) an der Rohrwandung des Meßrohres vorteilhaft im Abstand von 2... 5 D vor dem wirbelerzeugenden Element (5) parallel zu dessen axialer Ausdehnung und rechtwinkling zur Meßrohrachse angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach den Punkten 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Drucksensoren (18) vorzugsweise konstruktiv in einer ortsveränderlichen und tragbaren Rechen- und Auswerteeinheit (29) angeordnet sind, wobei die Druckübertragung vom Meßrohr (3) über flexible Leitungen (16) erfolgt.
8. 8. Vorrichtung nach Punkt 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tomp ^ratursensor (15) hinter dem wirbelerzeugenden Element (5) im Abstand von mindestens 3 D im Meßrohr (3) angeordnet ist oder separat fest oder ortsveränderlich an anderen Stellen der Melkanlage angebracht wird.