Daher
besteht die Aufgabe der Erfindung darin, für die Abfüllung eines Mediums die Steuerdaten für eine optimale
Abfüllung
bereitzustellen.
Die
Aufgabe löst
die Erfindung mit einem Durchflussmessgerät, in welchem Steuerdaten hinterlegt
sind. Weiterhin löst
die Erfindung die Aufgabe mit einem Verfahren zur Bestimmung der
Steuerdaten und mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Unter
Steuerdaten seien alle notwendigen Parameter verstanden, welche
sich auf die Abfüllung
direkt oder indirekt auswirken, und welche sich durch entsprechende
Stelleinheiten verändern
lassen. Genannt seien beispielhaft: Temperatur, Druck, Zeitpunkte
zum Öffnen
bzw. Schließen
von Ventilen und auch die zugehörigen
Geschwindigkeiten des Öffnens
bzw. Schließens.
Die
Erfindung löst
die Aufgabe mit einem Durchflussmessgerät zur Messung des Durchflusses mindestens
eines Mediums. Dabei ist das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät derartig
ausgestaltet, dass mindestens eine Speichereinheit vorgesehen ist,
in welcher Steuerdaten zur Steuerung oder Regelung einer Abfüllung des
Mediums in mindestens einen Abfüllbehälter hinterlegbar
sind. Die Erfindung beinhaltet, dass im Durchflussmessgerät die erforderlichen
Steuerdaten hinterlegt sind. Somit kann das Durchflussmessgerät selbst
die Abfüllung
in der entsprechenden Abfüllanlage
bzw. an der Abfüllstelle,
an welche sich das Durchflussmessgerät befindet, steuern bzw. regeln.
Vorzugsweise ist das Durchflussmessgerät derartig ausgestaltet, dass
es zumindest einen Teil einer Abfüllanlage in Bezug auf die Abfüllung steuert.
Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts sieht
vor, dass das Durchflussmessgerät
derartig ausgestaltet ist, dass es zumindest in Abhängigkeit
von für
die Abfüllung
vorgebbaren Sollwerten die optimalen Steuerdaten zur Steuerung oder
Regelung der Abfüllung
verwendet. Das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät erkennt
somit selbst aus den für
die Abfüllung
gegebenen Daten, welche Steuerdaten zu verwenden sind.
Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts beinhaltet,
dass mindestens ein Ventil zur Steuerung der Abfüllung des Mediums vorgesehen
ist, und dass das Durchflussmessgerät zumindest das Ventil steuert.
Das Durchflussmessgerät
kennt also nicht nur die erforderlichen Steuerdaten, sondern es
kann auch aufgrund des von ihm gemessenen Durchflusses und der damit
verbundenen abgefüllten
Menge, ein Ventil steuern und beispielsweise das Ventil verschließen, wenn
unter Beachtung der auftretenden Nachlaufmenge für die Erzielung der vorgegebenen
Sollmenge ausreichend Medium abgefüllt worden ist. Das Durchflussmessgerät steuert
somit vorzugsweise das Ventil, welches sich an der gleichen Abfüllstelle
befindet.
Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts sieht
vor, dass das Durchflussmessgerät
und das Ventil in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, und/oder
dass das Ventil ein Bestandteil des Durchflussmessgerätes ist. Das
Durchflussmessgerät
steuert somit nicht nur das Ventil, sondern es ist auch eine räumliche
Gemeinsamkeit geschaffen.
Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts beinhaltet,
dass das Durchflussmessgerät
mit mindestens einem Sensor verbunden ist, wobei der Sensor mindestens
eine Prozessbedingung und/oder mindestens eine Eigenschaft des Mediums
bestimmt, und wobei das Durchflussmessgerät zumindest in Abhängigkeit
von den vom Sensor bestimmten Daten die optimalen Steuerdaten zur
Steuerung oder Regelung der Abfüllung verwendet.
Die Abfüllung
eines Mediums ist u.a. auch von dessen Abfüllverhalten abhängig, d.h.
beispielsweise wirkt sich die Viskosität des Mediums unterschiedlich
auf die Nachlaufmenge aus. Daher ist es vorteilhaft, Daten über das
Medium mit zumindest einem Sensor entsprechend zu gewinnen und diese Daten
dann dem Durchflussmessgerät
zuzuführen, so
dass dort wiederum die optimalen und auf die derzeitigen Abfüllbedingungen
zugeschnittenen Steuerdaten zur Steuerung oder Regelung der Abfüllung verwendet
werden. Unter Prozessbedingungen seien hierbei beispielsweise Temperatur,
Druck oder auch Luftfeuchtigkeit in der Abfüllanlage verstanden. Je nachdem,
ob entsprechende Einstellmöglichkeiten vorhanden
sind oder nicht, handelt es sich also um Prozessbedingungen, welche
nicht der Steuerung durch das Durchflussmessgerät unterliegen, oder es werden
entsprechende Steuerdaten für
die Steuerung hinterlegt.
Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Durchflussmessgeräts sieht
vor, dass das Durchflussmessgerät
derartig ausgestaltet ist, dass es in dem Fall, dass die vom Sensor
bestimmten Daten außerhalb
eines vorgebbaren Toleranzbereichs von den Daten abweichen, denen
die Steuerdaten entsprechend zugeordnet sind, die Steuerdaten für die Steuerung
oder Regelung der Abfüllung
an die vom Sensor bestimmten Daten anpasst. Das Durchflussmessgerät ist daher
derartig ausgestaltet, dass es die den Daten bzgl. Medium, Mediumseigenschaft
und Prozessbedingungen zugeordneten Steuerdaten derartig inter-
oder extrapolieren kann, dass die modifizierten Steuerdaten zu den
aktuellen, aber in der Lernphase nicht aufgetretenen Daten passen.
Unter Lernphase ist hierbei die Phase verstanden, in welcher die
für die
Abfüllanlage
spezifischen Daten eingelernt werden.
Die
Erfindung löst
die Aufgabe mit einem Verfahren zur Bestimmung von Steuerdaten zur Steuerung
oder Regelung der Abfüllung
mindestens eines Mediums in mindestens einen Abfüllbehälter. Das erfindungsgemäße Verfahren
sieht dabei vor, dass während
mindestens einer Lernphase folgende Schritte mindestens einmal durchlaufen
werden: dass das Medium in den Abfüllbehälter abgefüllt wird, dass Daten, welche
das Medium und/oder mindestens eine Eigenschaft des Mediums kennzeichnen, hinterlegt
werden, dass Daten, welche mindestens eine Prozessbedingung während der Abfüllung kennzeichnen,
hinterlegt werden, dass der Durchfluss des Mediums mit mindestens
einem Durchflussmessgerät
während
der Abfüllung
gemessen wird, dass Daten, welche die Messeigenschaften des Durchflussmessgerätes kennzeichnen,
hinterlegt werden, dass aus den hinterlegten Daten Steuerdaten für die Steuerung
oder Regelung der Abfüllung
bestimmt werden, und dass die bestimmten Steuerdaten im Durchflussmessgerät hinterlegt
werden. Aufgrund von Probeabfüllungen
werden somit Daten über
das Abfüllverhalten
gewonnen. Aus diesen Daten werden dann Steuerdaten für eine in
Abhängigkeit
von den Eigenschaften des Mediums oder den Möglichkeiten der Abfüllanlage
möglichst
optimale Abfüllung
bestimmt. Diese Daten werden dann wiederum im Durchflussmessgerät hinterlegt.
Dies erlaubt dem Durchflussmessgerät zumindest teilweise die Steuerung
oder Regelung des Abfüllvorganges.
In einer Ausgestaltung wird eine vorgebbare Sollmenge des Mediums in
den Abfüllbehälter abgefüllt.
Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass nach mindestens einer ersten Abfüllung mindestens das Medium
und/oder eine Eigenschaft des Mediums und/oder eine Prozessbedingung
und/oder der Abfüllbehälter und/oder eine
Messeigenschaft des Durchflussmessgerätes verändert wird, und dass mindestens
eine weitere Abfüllung
vorgenommen wird. Wird das Medium jeweils solange abgefüllt, bis
eine vorgegebene Sollmenge abgefüllt
worden ist, so kann auch diese Sollmenge variiert werden. In der
Lernphase werden somit vorzugsweise mehrere Abfüllungen mit unterschiedlichen
Abfüllparametern
durchgeführt.
Die daraus gewonnenen Daten erlauben anschließend die Bestimmung der optimalen
Steuerdaten für
die Steuerung oder Regelung der Abfüllung. Insbesondere lassen
sich so auch Auswirkungen von z.B. Filtereinstellungen beim Messgerät auf die
Abfüllungen
erkennen.
Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
beinhaltet, dass die Menge des in den Abfüllbehälter abgefüllten Mediums während der
Abfüllung
bestimmt und hinterlegt wird. In dieser Ausgestaltung wird die Menge
des in den Behälter
abgefüllten
Mediums in Abhängigkeit
von der Abfüllzeit
gemessen und abgelegt. Damit ist es möglich, auch die Befüllung von
speziell ausgestalteten Behältern – z.B. Flaschenhals
oder ein zu befüllender
Henkel – zu überwachen
bzw. anschließend
die entsprechenden Steuerdaten für
die Abfüllung
zu optimieren. Dabei kann beispielsweise ein optisches Verfahren
angewendet zu werden, um ggf. auch unterschiedliche Ventile – grob und
fein – besser
anzusteuern.
Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass die Steuerdaten durch ein neuronales Netz bestimmt
werden. Durch die Abhängigkeit
von einer Vielzahl von Parametern kann die Verwendung eines neuronalen
Netzes, ggf. unter Anwendung der Fuzzy-Logik vorteilhaft sein.
Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
beinhaltet, dass mit den bestimmten Steuerdaten in Hinsicht auf
Wiederholbarkeit Abfüllungen
vorgenommen werden. Wichtig ist stets auch die Reproduzierbarkeit.
Daher werden mit den gewonnenen Steuerdaten Abfüllungen vorgenommen, um festzustellen,
ob sich auch stets die gleiche abgefüllte Menge mit den gleichen
Eigenschaften – z.B. keine
Blasenbildung – einstellen.
In einer Ausgestaltung wird dieser „Reproduktionstest" mit den Einstellungen
während
der Lernphase durchgeführt,
d.h. noch nicht mit den daraus abgeleiteten optimalen Steuerdaten.
Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass die Abfüllungen
während der
Lernphase zumindest teilweise automatisch vorgenommen wird. Werden
die Abfüllungen
der Lernphase unter hohem Personalaufwand betrieben, so erhöht dies
die Kosten und verzögert
ggf. auch das Vorgehen. Daher werden in dieser Ausgestaltungen die
Abfüllungen
zumindest teilweise automatisch, d.h. maschinell oder durch entsprechende
Einheiten gesteuert, durchgeführt.
Dies bezieht sich auf die Einstellung der Abfüll- oder Messparameter oder auch
auf die Zuführung
und Abführung
der Abfüllbehälter bzw.
des Mediums selbst.
Die
Erfindung löst
die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens
einer der oben genannten Ausgestaltungen. Die Vorrichtung ist derartig,
dass mindestens eine Einstelleinheit vorgesehen ist, welche zumindest
das Medium und/oder eine Eigenschaft des Mediums und/oder eine Prozessbedingung
und/oder eine Sollmenge und/oder den Abfüllbehälter und/oder eine Messeigenschaft
des Durchflussmessgerätes
vorgibt. Diese Einstelleinheit variiert somit die unterschiedlichen
Parameter für
die Abfüllungen in
der Lernphase. In einer Ausgestaltung ist die Einstelleinheit ein
Bestandteil des Durchflussmessgerätes.
Eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beinhaltet, dass mindestens eine Abgreifeinheit vorgesehen ist,
welche zumindest einen befüllten
Abfüllbehälter entfernt
und/oder einen zumindest teilweise leeren Abfüllbehälter der Abfüllung zuführt. In
dieser Ausgestaltung wird die automatische Aufnahme der Daten während der
Lernphase dadurch unterstützt,
dass die leeren und/oder befüllten Behältnisse
automatisch durch eine entsprechende Einheit zugeführt bzw.
entfernt werden.
Die
Erfindung sieht vor, den optimalen Verlauf des Solldurchflusses
für eine
bestimmte Füllapplikation
im Durchflussmessgerät
(z.B. Coriolis-, Magnetisch Induktive oder Ultraschalldurchflussmesser)
quasikontinuierlich zu hinterlegen und direkt durch das Durchflussmessgerät eines
oder mehrere im Idealfall stufenlos einstellbare Ventile anzusprechen,
z.B. mittels eines analogen Ausganges, mittels Buskommunikation,
drahtlos oder mit Schaltausgängen.
Der optimale Verlauf ergibt sich damit aus der Form des zu füllenden
Gefäßes und
den Eigenschaften des Mediums. Bei einem sich nach oben hin verjüngenden
Gefäß beispielsweise
ist ein mit der Zeit abnehmender Durchfluss notwendig, um eine konstante
Zunahme der Füllhöhe zu erreichen.
Bei einer abzufüllenden
Flüssigkeit,
die beispielsweise zu Schaumbildung neigt, kann die Schaumbildung durch
geeignete Wahl des Füllprofils
reduziert und die ideale Abfüllzeit
verwendet werden.
Einige der Vorteile der
Erfindung sind:
Zeitersparnis:
Durch die viel feinere Einstellmöglichkeit
des Füllprofils
im Vergleich zu wenigen grob gestaffelten Ventilkombinationen kann
eine wesentlich bessere Anpassung an das theoretisch zeitlich optimale
Füllprofil
erreicht werden. Zeitlich optimal heißt dabei die kürzeste Abfüllzeit,
ohne z.B. die Qualität
des abgefüllten
Produktes zu beeinträchtigen
(z.B. Schaum- oder Blasenbildung, Ausflockung etc.). Eine weitergehende
Ausprägung
der Erfindung sieht vor, durch Hilfseingänge Prozessgrößen zu erfassen,
die eine automatische Optimierung des Füllprofils erlaubt. Dies bedeutet
eine sehr hohe Zeitersparnis z.B. bei der Einrichtung einer Anlage
auf einen neuen Prozess, Produkt oder eine neue Form des abzufüllenden
Gebindes.
Kostenersparnis:
Diese ergibt sich indirekt aus der Zeitersparnis, da die pro Zeit
produzierte Menge erhöht
werden kann. Davon unabhängig
ergibt sich durch eine Integration der Ventilsteuerung in das Abfüllgerät die Einsparung
der externen Anlagensteuerung abzüglich der Zusatzkosten für die erweiterte
Funktionalität
des Durchflussmessgerätes. Eine
Ausprägung
der Erfindung sieht vor, Durchflussmessgerät und Ventil in einem Gehäuse zu integrieren,
was weitere Einsparungen bedeuten kann.
Verbesserung
von Qualität
und Funktionalität:
Die feine Einstellmöglichkeit
des Füllprofils
erlaubt eine für
die Produktqualität
optimale Abfüllung. Optimal
heißt
dabei, die z.B. für
das Produkt schonendste Abfüllung
(beispielsweise Minimierung von Scherkräften) für eine vorgegebene Abfüllzeit.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, Durchflussmessgerät und Ventil
in einem Gehäuse
zu integrieren, was die Qualität
des Abfüllsystems
bei niedrigeren Kosten erhöhen
kann. Dies z.B. durch kompaktere Bauweise (geringerer Platzbedarf),
weniger externe Schnittstellen (potentielle Gefahr von z.B. Undichtheit
bei extremen Umgebungsbedingungen) und geringere Verdrahtungskosten.
Ein weiteres Qualitätsmerkmal
ist die sehr hohe Bandbreite an Applikationen mit der gleichen Hardware
durch das Abspeichern zahlreicher Soll-Abfüllprofile im Durchflussmessgerät. Weiterhin
vorteilhaft ist die Möglichkeit
eines sehr schneller Wechsels zwischen verschiedenen im Vorfeld
abgespeicherten Abfüllprofilen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, außer einem oder mehrerer Ventile
weitere Aktoren anzusteuern, z.B. ein Druckreduzierventil oder Pumpe,
was die Möglichkeiten
der Füllprofiloptimierung
nochmals erweitert. Eine weitergehende Ausgestaltung der Erfindung
sieht vor, durch Hilfseingänge
Prozessgrößen zu erfassen.
Dies erweitert eine Regelung oder sogar eine automatische Optimierung
des Füllprofils,
z.B. mit Hilfe von neuronalen Netzen. Dabei werden in einer Lernphase
ein durch mehrere interne Parameter gekennzeichnetes Füllprofil
auf extern vorgegebene Parameter, wie z.B. Abfüllzeit oder Luftgehalt im Medium,
optimiert.
Es
ist bekannt, dass im Umformer von Durchflussmessgeräten diverse
einstellbare Parameter (z.B. Schleichmengenunterdrückung, Druckstoßunterdrückung, Filtereinstellungen)
vorhanden sind, die das Abfüllresultat
beeinflussen können.
Die Beeinflussung kann bei einer Abfüllapplikation z.B. auf die
Wiederholbarkeit der abgefüllten
Menge sein. Durch die Ansteuerung von z.B. Ventilen durch das Durchflussmessgerät, kann
darüber
hinaus auch der Abfüllvorgang
in seinem gesamten Verlauf beeinflusst werden.
In
der Anwendung ergibt sich häufig
das Problem, dass ein Auffinden der (bzw. einer) optimalen Parametrierung
sehr aufwändig
ist, sowohl zeitlich als auch von den Kosten (z.B. verbrauchtes
Füllgut während der
Optimierung). Zudem fehlt beim Bedienpersonal einer Anlage häufig die
notwendige Kenntnis, um die optimalen Parameter zu finden. Daher wird
oft mit Standard-Einstellungen
und somit oft in einem nicht-optimalen Bereich gearbeitet. Optimal heißt hierbei
beispielsweise kürzeste
Abfüllzeit
bei gleichzeitiger Vermeidung von Schaumbildung. Die Erfindung sieht
vor, in einer Lernphase automatisch das optimale Füllprofil
zu bestimmen und danach intern im Gerät abzuspeichern. Wenn das nächste Mal der
gleiche Prozess gefahren werden soll, kann das Füllprofil wieder ohne weitere
Justierungen aufgerufen werden. Vorteilhaft kann durch Erfassen
der Mediumseigenschaften (z.B. Temperatur, Leitfähigkeit, Dichte oder Viskosität) und der
Art des Behältnisses (z.B.
durch Barcode-Scanner) auch eine automatische Auswahl des Füllprofils
erfolgen. Die Mediumseigenschaften können dabei durch das Durchflussmessgerät selbst
oder durch externe Sensoren erfasst und an das Durchflussmessgerät übertragen werden.
Durch die während
der Lernphase erworbenen Informationen ist das Durchflussmessgerät auch in
der Lage, intelligent auf Abweichungen vom optimalen Verhalten oder
auf sich ändernde
Vorgaben zu reagieren. Sollte sich das gewünschte Volumen ändern oder
die Rezeptur des Mediums (z.B. Erhöhung der Viskosität) angepasst
werden, kann dem Durchflussmessgerät z.B. mittels Bus-Kommunikation
die Änderung
mitgeteilt werden, worauf eine Anpassung des Füllprofils ohne komplett neue
Lernphase möglich
ist.
Im
folgenden ein Beispiel für
die Anwendung von Informationen aus der Lernphase für eine simple einphasige
Abfüllung
nach konventionellem Schema: Wenn das Sollvolumen verdoppelt werden
soll, reicht es nicht aus, einfach die Menge, bei welcher abgeschaltet
wird, zu verdoppeln, da auch die Nachlaufmenge nach dem Abschalten
beim Abfüllvolumen berücksichtigt
werden muss. Die Nachlaufmenge wiederum hängt ab u. a. vom Durchfluss
vor der Abschaltung und der Ventilcharakteristik. Üblicherweise wird
durch „Probieren" die neue Abschaltmenge
ermittelt. Wenn aus der Lernphase jedoch die durchflussabhängige Nachlaufmenge
bekannt ist, kann direkt die neue Abschaltmenge berechnet werden. Dies
spart Zeit und Kosten.
Vorteilhaft
für die
Umsetzung der Erfindung ist es, wenn Durchflussmessgerät und Ventil
eine Einheit bilden. Dies ermöglicht
es, Informationen über
das Ventilverhalten von vorneherein in das Optimierungsverfahren
aufzunehmen. Außerdem
bewirkt dies bei jedem Abfüllkopf
besser übereinstimmende
Verhältnisse,
was die bestmögliche Übertragbarkeit
der an einem Abfüllkopf gewonnen
optimalen Parametrierung auf alle andern Abfüllköpfe der Anlage ermöglicht.
Hier
ein Beispiel einer automatischen Optimierung:
- 1.
An mindestens einem Abfüllkopf
wird zumindest ein Teil der Parameter, nach denen optimiert werden
soll, erfasst. Dies kann z.B. eine Waage für das abzufüllende Gewicht sein, eine Uhr
zur Erfassung der Abfüllzeit
(z.B. Differenz zwischen Beginn der Änderung des Gewichtes auf der
Waage und Ende der Beruhigungszeit), eine optische Methode (Lichtstreuung-,
Spektroskopie oder Absorption) zur Bestimmung der Färbung, Trübung oder
des Bläschenanteils
des Mediums nach der Abfüllung,
oder ein Sensor für
Dichte oder Viskosität
(bei manchen Durchflussmessern nach dem Coriolis-Prinzip können diese Größen zusätzlich mit
dem Durchfluss gemessen werden) des Mediums in der Mess-Strecke.
Für eine
automatische Optimierung notwendig ist außerdem ein automatisches Entfernen
des zu füllenden
Gefäßes z.B. von
der Waage, um für
die nächste
Messung bereit zu sein.
- 2. Das Durchflussmessgerät
wird, z.B. per Bus-Kommunikation, in die Lernphase versetzt. Dazu
sind die Sollwerte mitzuteilen, z.B. Sollvolumen, maximaler Schaumanteil
oder maximale Abfüllzeit.
Weitere Kenndaten des Prozesses können ebenfalls eingegeben werden,
vorteilhaft mittels einer Eingabemaske. Dabei handelt es sich beispielsweise
um Leitfähigkeit,
Temperatur, Siedepunkt, Viskosität,
maximale Durchfluss-Geschwindigkeit – z.B. wegen Scherbelastung – und Feststoffanteil
des Mediums, Klassifizierung der Gefäßform (z.B. zylindrisch oder
quaderförmig, kegelförmig, mit
Henkel). Zur Ermittlung der Gefäßform ist
in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung z.B. ein Einlesen
von Konstruktionsdaten aus dem CAD, einem 3D-Scannen mittels Laser oder mittels Röntgentomographie
vorgesehen.
- 3. Aufgrund der eingegebenen Informationen startet das Durchflussmessgerät mit einer
ersten Konfiguration aus internen Parametern und Steuerdaten für die Anlage.
Bei Temperaturen in der Nähe des
Siedepunktes oder hoher Viskosität
wird z.B. durch Ansprechen von Druckventilen der Abfülldruck
erhöht.
Die generelle Charakteristik des Füllprofils kann z.B. automatisch
aus einer Bibliothek von Funktionen im Durchflussmessgerät ausgewählt werden:
Bei kegelförmiger
Gefäßform wird
z.B. ein gegen Ende der Abfüllung
sich verlangsamendes Abfüllprofil
gewählt.
Bei sehr kurzen Abfüllzeiten
wird z.B. die Abtastrate erhöht und
die Filterung reduziert, um ein zeitlich möglichst hoch aufgelöstes Messen
des Durchflusses zu ermöglichen.
Bei hohem Feststoffanteil oder niedriger Leitfähigkeit hingegen werden eher
Filter hinzugeschaltet (z.B. Medianfilter zum Entfernen von Störungen hoher
Amplitude und geringer Breite).
- 4. Bereits während
der ersten Abfüllung
wird der Durchfluss zeitlich und in Bezug auf die Amplitude hoch
aufgelöst
erfasst. Sobald z.B. die Durchflussgeschwindigkeit in einem Bereich
der Mess-Strecke zu hoch wird (hier ist die Kenntnis der Ventilgeometrie
von Vorteil, wie z.B. durch Verwendung einer kompakten Einheit aus
Durchflussmesser und Ventil), kann z.B. durch Reduktion des Druckes
wieder ein Durchfluss aus dem zulässigen Bereich eingestellt
werden. Druckstöße oder
Nachschwingen des Durchflusses während
des Öffnens
und Schließens
von Ventilen werden ebenfalls registriert. Ebenso die Qualität des Durchfluss-Signals
(z.B. überlagerte
Störsignale).
Außerdem
wird bei diskret schaltenden Ventilen auch die Nachlaufmenge nach
dem Signal zum Schließen
erfasst. Weiterhin werden außer
dem Durchfluss auch sämtliche
zusätzlichen Messwerte
wie z.B. Temperatur oder Dichte aufgezeichnet. Ein Vorteil der Erfindung
im Vergleich zu herkömmlichen
Anlagensteuerungen ist, dass die Durchfluss-Informationen durch die Integration
der Steuerung im Gerät
viel schneller zu Korrekturen herangezogen werden können.
- 5. Nach Beendigung des Füllvorganges
wird das Ergebnis z.B. durch Auslesen der Waage oder der optischen
Sensoren zur Beurteilung der Qualität des Füllgutes registriert.
- 6. Aus all den während
und nach der Abfüllung
gewonnenen Daten wird ein Ansatz für die nächste Konfiguration aus internen
Parametern und Ansteuerung der Anlage berechnet. Bei Vorliegen von
z.B. Störungen
im Durchfluss-Signal werden die Filter-Einstellung erhöht. Beim
Auftreten von Druckstößen kann
die Druckstoßunterdrückung aktiviert
werden (hier handelt es sich um einen kontinuierlich einzustellenden
Parameter, nämlich einer
Zeit, während
der das Gerät
nach einem Druckstoß nicht
auf Durchfluss reagiert). Bei in der Praxis vorkommenden Druckstößen beim Öffnen von
Ventilen kann automatisch die Druckstoßunterdrückung zu Beginn der Abfüllung verkürzt oder
deaktiviert werden, weil ansonsten der Anfang des Abfüllprofils „abgeschnitten" wird, was zu hohen
Messabweichungen führt.
Bei zu kurzer Messzeit kann der Druck reduziert oder das Ventil weiter
geöffnet
werden (je nach Mediumseigenschaften). Bei zu großem abgefüllten Gewicht kann
die Abschaltmenge verkürzt
werden.
- 7. Nach Entfernen oder Leeren des Gefäßes auf der Waage (oder eines
anderen Mess-Systems) kann dann automatisch ein neuer Abfüllvorgang gemäß den Punkten 4 bis 6 ausgelöst werden.
- 8. Durch einige wenige Versuche sollte das System innerhalb
vorzugebender Toleranzen die Sollwerte erreicht haben oder rechtzeitig
eine Warnung ausgeben. Diese kann bereits vor der ersten Messung
ausgegeben werden, wenn z.B. das vorgegebene Volumen und die vorgegebene
Zeit zu unrealistischen oder für
das Medium schädlichen Durchflussraten
führen
würden.
Die Auswahl der Konfiguration muss dabei nicht nach der „trial
and error"-Methode
durchgeführt
werden, sondern kann auch fortgeschrittenere Methoden wie statistische
Versuchsplanung, künstliche
neuronale Netze oder genetische Algorithmen verwenden. Für eine automatische
Auswahl der Optimierungs-Methode sind dem Durchflussmessgerät u. a.
zu Beginn die maximale Anzahl von Versuchen mitzuteilen, da der
Aufwand eine Optimierung mit z.B. neuronalen Netzen durchzuführen, höher sein
kann als mit einfacheren Methoden. Je aufwändiger der notwendige Ansatz
zur Optimierung des Parameter, desto weniger ist eine Durchführung manuell
durch Personal vor Ort praktikabel und desto höher ist der Nutzen der Erfindung.
Bei sehr aufwändiger
Optimierung und weit verbreiteten Applikationsklassen ist auch eine
modellhafte Durchführung
der Optimierung im Labor denkbar, die später die Grundlage für Anpassungen
bei konkreten Applikationen bieten kann.
- 9. Nachdem die Sollwerte innerhalb der Toleranzen gefunden wurden,
ist für
eine weitere Optimierung in der nächsten Phase die Bestimmung der
Wiederholbarkeit notwendig. Dazu werden vom Durchflussmessgerät für die gefundene
Konfiguration eine zu definierende oder automatisch aus der Signalqualität bestimmte
Anzahl von Messungen wiederholt und die Wiederholbarkeit bestimmt.
- 10. Durch Variation der Konfiguration unter Berücksichtigung
der Nebenbedingungen wird im nächsten
Schritt die Wiederholbarkeit optimiert. Hierfür stehen wieder die in Punkt 8 genannten Methoden
zur Verfügung.
- 11. Nach Abschluss der Optimierung wird die Konfiguration abgespeichert
und das Durchflussmessgerät
gibt die erreichten Werte (z.B. Abfüllzeit, Grad der Schaumbildung)
z.B. mittels Buskommunikation aus. Das Durchflussmessgerät beendet
die Lernphase und geht in den normalen Messmodus zurück.
- 12. Neben der eigentlichen optimalen Konfiguration berechnet
und speichert das Durchflussmessgerät funktionale Zusammenhänge zwischen
Parametern der Konfiguration (aus internen Parametern und Ansteuerung
der Anlage) sowie Parametern des Ergebnisses von Abfüllversuchen
(z.B. Wiederholbarkeit, Abfüllzeit,
Abfüllvolumen,
Grad der Schaumbildung). Alternativ oder ergänzend werden die gewonnen Ergebnisse
an eine zentrale Datenbank übertragen.
Dies ermöglicht
es den im Feld installierten Durchflussmessgeräten, aus einer sehr großen Anzahl
von Applikationen Startwerte oder gar eine bereits nahezu optimale
Konfiguration zu finden. Vorteilhafterweise werden hierzu alle Parameter
in einer standardisierten Eingabemaske eingegeben und erfasst.
- 13. Bei zukünftigen
neuen Prozessen bzw. Anpassungen des bestehenden Prozesses können die
in Punkt 12 gewonnen Ergebnisse verwendet werden, um schneller
eine optimale Konfiguration zu finden. Bei sehr aufwändiger Optimierung
und weit verbreiteten Applikationsklassen ist auch eine modellhafte
Durchführung
im Labor denkbar, die später
die Grundlage für
Anpassungen bei konkreten Applikationen bieten kann.
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass aufgrund der dezentralen
Anlagensteuerung durch Integration im Durchflussmessgerät gerade
bei einer großen
Anzahl von Füllköpfen auf
einer Anlage die Abfüllvorgänge für jeden
Kopf in Abhängigkeit
der vergangenen und des aktuellen Abfüllvorganges individuell mit
viel höherer
zeitlicher Auflösung
als herkömmlich
kontrolliert werden können.
Eine
weitere Anwendung der Erfindung liegt im Bereich der eindeutigen
Kennzeichnung und Rückverfolgung
einer Abfüllung.
Dies ist z.B. bei Pharmaprodukten von großer Bedeutung: das richtige
Produkt muss zum richtigen Zeitpunkt im richtigen Behältnis in
der richtigen Qualität
abgefüllt
worden sein. Das bei der Abfüllung
mittels der Erfindung mit hoher Auflösung aufgezeichnete Abfüllprofil
könnte zusammen
mit einer eindeutigen Kodierung des Behältnisses (z.B. Form, Länderkodierung,
Batch-Nr., auszulesen z.B. mit angeschlossenem Barcode-Scanner),
dem internen (mit der Erfindung optimierten) Parametersatz des Durchflussmessgerätes und
zusätzlich
gemessenen Parametern wie Temperatur und Druck dem Abfüllvorgang zugeordnet
werden. Zusätzlich
könnte
die Ventilkennlinie (z.B. mit dem Durchflussmesser mit unserer Erfindung
für einen
Referenzabfüllprozess
gemessen) zur eindeutigen und vor allem aussagekräftigen Identifizierung des
Abfüllventils
dienen und ebenfalls dem Abfüllvorgang
zugeordnet werden. Alle auf die beschriebene Weise zugeordneten
Daten könnten
kodiert als weitgehend fälschungssicheren
Fingerabdruck auf das Etikett des Behältnisses gedruckt werden. Somit wäre der Abfüllvorgang
eindeutig, aussagekräftig und
rückverfolgbar
gekennzeichnet.