DE102008034079A1

DE102008034079A1 - Verfahren zur Erkennung und/oder Ermittlung einer Prozessgröße und entsprechende Vorrichtung

Info

Publication number: DE102008034079A1
Application number: DE200810034079
Authority: DE
Inventors: Dieter Waldhauser; Stephan Konrad; Thomas Härle
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2008-07-21
Publication date: 2010-02-11
Also published as: WO2010010049A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung und/oder Ermittlung einer Prozessgröße eines Mediums (2) in einem Behälter (1), wobei es sich bei der Prozessgröße insbesondere um den Füllstand des Mediums (2) und/oder um einen Hohlraum und/oder um einen Schädlingsbefall und/oder um Glutbildung handelt. Die Erfindung beinhaltet, dass an zwei Messorten im Behälter (1) eine Messgröße gemessen wird, dass die gemessenen Werte miteinander verglichen werden und/oder dass die gemessenen Werte mit Soll-Werten verglichen werden und dass im Fall einer Abweichung der gemessenen Werte voneinander und/oder im Fall einer Abweichung der gemessenen Werte von den Soll-Werten über einen hinterlegten Toleranzbereich hinaus das Vorliegen der Prozessgröße signalisiert wird und/oder dass eine Position der Prozessgröße innerhalb des Behälters (1) ermittelt wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf eine entsprechende Vorrichtung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung und/oder Ermittlung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter, wobei es sich bei der Prozessgröße insbesondere um den Füllstand des Mediums und/oder insbesondere um einen Hohlraum innerhalb des Mediums im Behälter und/oder insbesondere um einen Schädlingsbefall des Mediums und/oder insbesondere um eine Glutbildung im Medium handelt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Erkennung und/oder Ermittlung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei es sich bei der Prozessgröße insbesondere um den Füllstand des Mediums und/oder insbesondere um einen Hohlraum innerhalb des Mediums im Behälter und/oder insbesondere um einen Schädlingsbefall des Mediums und/oder insbesondere um eine Glutbildung im Medium handelt. Bei dem Behälter handelt es sich beispielsweise um einen Tank oder um ein Silo. Das Medium ist beispielsweise ein Schüttgut, eine Flüssigkeit oder ein Gas oder eine Kombination aus solchen Stoffen.
Schüttgüter werden oft in Silos gelagert. Dabei wird das Schüttgut häufig von oben in das Silo eingebracht und unten entnommen. Vor allem bei kleinkörnigen, pulverartigen oder feuchten Schüttgütern kann es vorkommen, dass sich beim Austragen des Schüttgutes im Behälter Hohlräume bilden, da das Schüttgut unten nachrutscht, über dem abrutschenden Schüttgut aber eine Brücke stehen bleibt. Durch weiteres Austragen oder Einbringen von Material oder durch andere Einflüsse – z. B. Temperaturänderung, Vibrationen usw. – kann es passieren, dass die Brücke einstürzt. Das Material, dass die Brücke bildete, kann dabei mehrere Meter in die Tiefe stürzen. Bei großen Silos und großen Hohlräumen kann dies zur Zerstörung von Einbauten oder des kompletten Silos führen. Teilweise ist es üblich, durch manuelles Klopfen auf die Behälterwand oder durch fest installierte Vibratoren zu versuchen, eine Brückenbildung zu vermeiden bzw. bestehende Brücken zum Einstürzen zu bringen. Weiterhin kann es – je nach Medium – zu Schädlingsbefall oder zu Glutnestern im Medium kommen. Dies sind somit ungewünschte Zustände oder allgemein Prozessgrößen innerhalb des Mediums im Behälter. Auf der anderen Seite ist der Füllstand des Mediums eine Prozessgröße.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Prozessgröße des Mediums in einem Behälter zu erkennen bzw. zu ermitteln.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Verfahrens dadurch gelöst, dass an mindestens zwei unterschiedlichen Messorten im Behälter mindestens eine Messgröße gemessen wird, dass die mindestens zwei gemessenen Werte der Messgröße miteinander verglichen werden, und/oder dass die gemessenen Werte der Messgröße mit hinterlegten Soll-Werten verglichen werden, und dass im Fall einer Abweichung der gemessenen Werte voneinander und/oder im Fall einer Abweichung der gemessenen Werte von den Soll-Werten über einen hinterlegten Toleranzbereich hinaus, das Vorliegen der Prozessgröße signalisiert wird und/oder dass anhand des Messortes des gemessenen Wertes, welcher eine Abweichung über den hinterlegten Toleranzbereich hinaus aufweist, eine Position der Prozessgröße innerhalb des Behälters ermittelt wird. Insbesondere erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren dabei ein ortsaufgelöstes Erkennen eines solchen Zustands bzw. einer solchen Prozessgröße.
Das Verfahren erlaubt insbesondere ein ortsaufgelöstes Erkennen des Vorliegens einer Prozessgröße (Brückenbildung, Schädlingsbefall, Glutnesterbildung) bzw. die Ermittlung des der Prozessgröße zugeordneten Wertes (Füllstand).
Mit der Erfindung ist es somit beispielsweise möglich, Brücken im Medium zu erkennen. Auch kann durch das Messprinzip eine Aussage über den Füllstand des Mediums im Behälter, z. B. in einem Silo getätigt werden. D. h. es lassen sich somit ggf. auch zwei Zustände des Mediums erkennen: Füllstand und Brückenbildung in diesem Beispiel. Durch die an unterschiedlichen Orten gewonnenen Messwerte können somit auch ggf. mehrere Aussagen in Bezug auf das Medium getätigt werden.
Eine Umsetzung des Verfahrens würde mehrere Sensorelemente aufweisen, die im Medium im Behälter räumlich verteilt sind. Jeder der Sensoren dient dabei der Messung der gleichen Messgröße oder die Sensoren messen unterschiedliche Messgrößen. In einer Ausgestaltung werden jeweils die gemessenen Werte benachbarter Sensorelemente miteinander verglichen. Unter der Annahme, dass die Messgröße innerhalb eines gewissen Toleranz- oder Unsicherheitsintervalls von Ort zu Ort gleich ist, zeigt somit eine Abweichung an, dass beispielsweise eine Brückenbildung vorliegt. In einer alternativen Ausgestaltung werden die gemessenen Werte mit hinterlegten Soll-Werten verglichen. Die Sollwerte werden dabei beispielsweise bei einem Abgleich erzeugt und hinterlegt.
Zum Beispiel ist es möglich, mit beheizbaren Temperatursensoren die Wärmekapazität an der jeweiligen Messstelle zu messen. Abhängig davon, ob ein Sensor im Schüttgut oder von Luft – im Falle eines Hohlraumes – umgeben ist, wird die Wärme schnell oder langsam abgeleitet. Dieser Unterschied kann sicher und schnell erkannt werden. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten der Auswertung: Es kann jeder Sensor auf ein konstantes Temperatur-Delta aufgeheizt werden. Die dafür nötige Heizenergie ist ein Maß für die Ableitfähigkeit der Umgebung. Alternativ kann eine konstante Heizleistung bzw. -energie als Eingangssignal benutzt werden. Hierbei ist die erreichte Temperaturdifferenz ein Maß für das den Sensor umgebende Medium.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch ohne aktiv beheizbare Temperatursensoren realisieren: In diesem Fall wird ein Hohlraum durch eine unterschiedliche Temperaturänderung im Behälter festgestellt. Beispielsweise kann die Sonneneinstrahlung auf den Behälter im Schüttgut einen anderen Temperaturgang – d. h. die Entwicklung der Temperatur an einem Ort in Abhängigkeit von der Zeit – zur Folge haben als im Hohlraum unter der Brücke und im Raum darüber bzw. darunter und somit im Schüttgut. Auch während einer Belüftung oder Trocknung des Schüttguts im Behälter können sich unterschiedliche Temperaturgänge einstellen, anhand derer eine Brückenbildung erkannt werden kann.
Jedoch auch andere Materialeigenschaften wie Leitwert, Dielektrizität, Permeabilität oder statischer Druck lassen sich als Indikatoren für einen Hohlraum und damit eine Brückenbildung verwenden. Daher sind auch andere Messprinzipien möglich bzw. es lassen sich auch unterschiedliche Sensoren kombinieren.
Mit den beschriebenen Sensoranordnungen ist auch eine Füllstandsmessung möglich. Dazu muss die mechanische Lage des Sensorelements innerhalb des Behälters bekannt sein.
Für die Variante mit Temperatursensoren ist es möglich, die „Brückenerkennung” nur nach einem Ausbringen von Material für eine bestimmte Zeit zu aktivieren. Während der restlichen Zeit wird die Vorrichtung zur Temperaturmessung im Schüttgut verwendet, um z. B. Schädlingsbefall, oder Glutnester zu erkennen.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass an mindestens drei unterschiedlichen Messorten im Behälter mindestens eine Messgröße gemessen wird, und dass jeweils die gemessenen Werte miteinander verglichen werden, die von zwei direkt benachbarten Messorten stammen.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mindestens eine Referenzmessung vorgenommen wird, und dass die gemessenen Werte unter Beachtung der Referenzmessung ausgewertet werden.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass als Messgröße die Temperatur gemessen wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Messgröße die Wärmekapazität gemessen wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass als Messgröße die Wärmekapazität mittels mindestens eines Heizvorganges und mindestens eines Temperatursensors gemessen wird. In einer Ausgestaltung wird dabei ein beheizbarer Temperatursensor verwendet. Allgemein wird zumindest im Bereich des Temperatursensors eine Erwärmung erzeugt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Messgröße der statische Druck gemessen wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass als Messgröße die Permeabilität gemessen wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Messgröße die Dielektrizität gemessen wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass an mindestens zwei unterschiedlichen Orten im Behälter mindestens zwei unterschiedliche Messgrößen gemessen werden.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass mindestens eine Referenzmessung vorgenommen wird, und dass die gemessenen Werte unter Beachtung der Referenzmessung mit den Soll-Werten verglichen werden. Die Referenzmessung dient beispielsweise der Messung der Außentemperatur, über welche die Auswertung von Temperaturdaten im Behälter zuverlässiger erfolgen kann. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Referenzmessung Informationen über mindestens eine Zustandsgröße außerhalb des Behälters trägt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass bei Abweichungen den Abweichungen zugeordnete hinterlegte Zustandsbeschreibungen angezeigt werden. Mit den Abweichungen sind somit Zustandsbeschreibungen verbunden. Wird beispielsweise eine Soll-Temperatur unterschritten, so kann Brücken- bzw. Hohlraumbildung angezeigt werden. Wird die Soll-Temperatur jedoch überschritten, so wäre z. B. Schädlingsbefall die zugeordnete Zustandsbeschreibung. Handelt es sich bei der zu erkennenden bzw. zu ermittelnden Prozessgröße um den Füllstand des Mediums, so wäre die Füllhöhe die Zustandsbeschreibung.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass aus den gemessenen Werten der Messgröße ein Profil für die Messgröße im Behälter ermittelt wird, und dass das gemessene Profil mit mindestens einem hinterlegten Soll-Profil verglichen wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich der Vorrichtung dadurch gelöst, dass mindestens eine Messvorrichtung vorgesehen ist, wobei die Messvorrichtung derartig ausgestaltet ist, dass die Messvorrichtung an mindestens zwei unterschiedlichen Orten im Behälter mindestens eine Messgröße misst, und dass mindestens eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, wobei die Auswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Auswerteeinheit die mindestens zwei gemessenen Werte der Messgröße miteinander vergleicht und/oder dass die Auswerteeinheit die gemessenen Werte der Messgröße mit hinterlegten Soll-Werten vergleicht, und dass die Auswerteeinheit im Fall einer Abweichung der gemessenen Werte voneinander und/oder im Fall einer Abweichung der gemessenen Werte von den Soll-Werten über einen hinterlegten Toleranzbereich hinaus, das Vorliegen der Prozessgröße signalisiert und/oder anhand des Messortes des gemessenen Wertes, welcher eine Abweichung über den hinterlegten Toleranzbereich hinaus aufweist, eine Position der Prozessgröße innerhalb des Behälters ermittelt.
Die Vorrichtung erlaubt insbesondere auch ein ortsaufgelöstes Erkennen des Zustands. Die oben zum erfindungsgemäßen Verfahren dargelegten Ausführungen gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Messvorrichtung mindestens zwei beheizbare Temperatursensoren aufweist, welche an unterschiedlichen Orten entlang einer seil- oder stabähnlichen Einheit angeordnet sind.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass mindestens ein Zusatzsensor zur Messung mindestens einer Referenzmessung vorgesehen ist.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der 1 ist schematisch ein Behälter 1, z. B. ein Silo dargestellt, welches mit einem Schüttgut als Medium 2 befüllt ist. In dem Behälter 1 hat sich eine Brücke 5 gebildet, welche zu einem Hohlraum innerhalb des Mediums 2 im Behälter 1 führt.
In dem Behälter 1 ist eine Messvorrichtung 3 angebracht, welche hier über zehn Sensoren 4 verfügt. Die Sensoren 4 sind entlang einer Messkette als seil- oder stabähnliche Einheit 7 auf unterschiedlichen Höhen im Behälter 1 angebracht und erlauben somit in Bezug auf die Höhe innerhalb des Behälters eine ortsaufgelöste Messung der jeweiligen Messgröße. Dabei handelt es sich hier beispielsweise um die Temperatur.
In einer Abgleichsmessung werden für die Umsetzung der Erfindung Soll-Werte der jeweiligen Messgröße ermittelt und beispielsweise in einer Speichereinheit hinterlegt. Alternativ wird ein Soll-Profil ermittelt, welches den Soll-Verlauf der Messwerte im Behälter beschreibt. Solche Soll-Werte bzw. Soll-Profile sind ggf. abhängig von den herrschenden Bedingungen wie z. B. Außentemperatur oder Außendruck oder auch Vorgänge, die das Medium 2 im Behälter 1 betreffen, z. B. das Einschalten eines Gebläses oder das Ausheizen des Mediums 2 oder ein Befüllen bzw. eine Entnahme des Mediums 2. Es haben somit einerseits gesteuerte oder Prozessgrößen Auswirkungen auf die Messwerte bzw. Profile. Andererseits reagieren die Profile auch auf messbare Größen außerhalb des Behälters 1, z. B. die Erwärmung durch Sonneneinstrahlung. Daher kann ggf. ein Zusatzsensor vorgesehen sein, bei welchem es sich hier um einen Temperatursensor zur Messung der Außentemperatur handelt. Über diesen Zusatzsensor wäre es somit möglich, eine Adaption der Soll-Werte bzw. alternativ der gemessenen Werte vorzunehmen.
In der hier dargestellten Ausgestaltung erfasst die Auswerteeinheit 6 die Messwerte der zehn Sensoren 4 und vergleicht diese miteinander. Dabei werden in einer Ausgestaltung insbesondere die Messwerte der direkt benachbarten Sensoren 4 miteinander verglichen. Bei der Messgröße handelt es sich beispielsweise um die Temperatur bzw. um die Wärmekapazität des das Sensorelement 4 umgebenden Raumes. Unter der Annahme, dass die Temperatur innerhalb des Behälters 1 an jedem Ort gleich ist, bedeutet eine Abweichung zwischen benachbarten Sensoren, dass eine Prozessgröße bzw. ein Zustand im Medium 2 vorliegt. Im dargestellten Beispiel unterschiedet sich der Messwert des ersten vom zweiten Sensor 4 und des dritten vom ersten bzw. vierten Sensor 4 (gezählt jeweils vom am tiefsten Punkt angeordneten Sensorelement). Daraus ergibt sich für diesen Fall, dass sich der Hohlraum zwischen dem ersten und dem vierten Sensorelement 4 befindet. Da die Messwerte des vierten und des ersten Sensors 4 insbesondere wieder gleich sind, bedeutet dies, dass ein Hohlraum vorliegt und nicht, dass der Füllstand des Mediums 2 die Abweichung verursacht.
Für den Vergleich bzw. für die Auswertung sind dabei ggf. in der Auswerteeinheit 6 auch Toleranzbereiche hinterlegt. Abweichungen über die Toleranzbereiche hinaus werden dann passend signalisiert, wobei ggf. nicht nur das Auftreten einer Abweichung, sondern auch eine Information über die Ursache der Abweichung und somit über das Vorliegen eines speziellen Zustands angezeigt wird.

1: Behälter
2: Medium
3: Messvorrichtung
4: Temperatursensor
5: Brücke
6: Auswerteeinheit
7: Seil- oder stabähnliche Einheit

Claims

Verfahren zur Erkennung und/oder Ermittlung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (2) in einem Behälter (1), wobei es sich bei der Prozessgröße insbesondere um den Füllstand des Mediums (2) und/oder insbesondere um einen Hohlraum innerhalb des Mediums (2) im Behälter (1) und/oder insbesondere um einen Schädlingsbefall des Mediums (2) und/oder insbesondere um eine Glutbildung im Medium (2) handelt, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei unterschiedlichen Messorten im Behälter (1) mindestens eine Messgröße gemessen wird, dass die mindestens zwei gemessenen Werte der Messgröße miteinander verglichen werden, und/oder dass die gemessenen Werte der Messgröße mit hinterlegten Soll-Werten verglichen werden, und dass im Fall einer Abweichung der gemessenen Werte voneinander und/oder im Fall einer Abweichung der gemessenen Werte von den Soll-Werten über einen hinterlegten Toleranzbereich hinaus, das Vorliegen der Prozessgröße signalisiert wird und/oder dass anhand des Messortes des gemessenen Wertes, welcher eine Abweichung über den hinterlegten Toleranzbereich hinaus aufweist, eine Position der Prozessgröße innerhalb des Behälters (1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens drei unterschiedlichen Messorten im Behälter (1) mindestens eine Messgröße gemessen wird, und dass jeweils die gemessenen Werte miteinander verglichen werden, die von zwei direkt benachbarten Messorten stammen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Referenzmessung vorgenommen wird, und dass die gemessenen Werte unter Beachtung der Referenzmessung ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße die Temperatur gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße die Wärmekapazität gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße die Wärmekapazität mittels mindestens eines Heizvorganges und mindestens eines Temperatursensors gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße der statische Druck gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße die Permeabilität gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße die Dielektrizität gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei unterschiedlichen Orten im Behälter (1) mindestens zwei unterschiedliche Messgrößen gemessen werden.
Vorrichtung zur Erkennung und/oder Ermittlung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums (2) in einem Behälter (1), nach dem Verfahren mindestens einer der vorgehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Prozessgröße insbesondere um den Füllstand des Mediums (2) und/oder insbesondere um einen Hohlraum innerhalb des Mediums (2) im Behälter (1) und/oder insbesondere um einen Schädlingsbefall des Mediums (2) und/oder insbesondere um eine Glutbildung im Medium (2) handelt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messvorrichtung (3) vorgesehen ist, wobei die Messvorrichtung (3) derartig ausgestaltet ist, dass die Messvorrichtung (3) an mindestens zwei unterschiedlichen Orten im Behälter (1) mindestens eine Messgröße misst, und dass mindestens eine Auswerteeinheit (6) vorgesehen ist, wobei die Auswerteeinheit (6) derartig ausgestaltet ist, dass die Auswerteeinheit (6) die mindestens zwei gemessenen Werte der Messgröße miteinander vergleicht und/oder dass die Auswerteeinheit (6) die gemessenen Werte der Messgröße mit hinterlegten Soll-Werten vergleicht, und dass die Auswerteeinheit (6) im Fall einer Abweichung der gemessenen Werte voneinander und/oder im Fall einer Abweichung der gemessenen Werte von den Soll-Werten über einen hinterlegten Toleranzbereich hinaus, das Vorliegen der Prozessgröße signalisiert und/oder anhand des Messortes des gemessenen Wertes, welcher eine Abweichung über den hinterlegten Toleranzbereich hinaus aufweist, eine Position der Prozessgröße innerhalb des Behälters (1) ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (3) mindestens zwei beheizbare Temperatursensoren (4) aufweist, welche an unterschiedlichen Orten entlang einer seil- oder stabähnlichen Einheit (7) angeordnet sind.