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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Reagierfähigkeit eines elektrischen und/oder elektronischen Sensors für gasförmige und/oder flüssige Medien, insbesondere einer Messelektrode zur Ermittlung chemischer oder physikalischer Größen, nach einer das Ansprechverhalten des Sensors bezüglich des zu messenden Mediums beeinträchtigenden Versottung oder Belegung der Sensoroberfläche durch das Prozessmedium (Umgebungsmedium) oder darin enthaltene Bestandteile, wobei der Sensor bei der Überprüfung im Rahmen einer Testroutine mit einem Vergleichsmedium beaufschlagt und ein Vergleichs-Sensorwert erfasst wird und dazu der Sensor aus einem Prozessmodus in die Testroutine umgeschaltet wird und dabei das Vergleichsmedium zum Sensor geführt wird und wobei bezogen auf das Vergleichsmedium Sensorwertereihen erfasst und abgespeichert werden und die mit zeitlichem Abstand nacheinander erfassten und abgespeicherten Sensorwertereihen bezogen auf das Vergleichsmedium miteinander verglichen werden und daraus eine Aussage über den Zustand des Sensors aus der Veränderung und zeitlichen Entwicklung von zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgezeichneten Sensorwertereihen bezogen auf das Vergleichsmedium abgeleitet und/oder ausgewertet werden.
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Ein derartiges Verfahren geht aus dem Schutzrecht
DE 102 60 046 B4 hervor. Hierbei ist es nachteilig, dass das Verfahren insgesamt zeitaufwendig ist, da zwischen dem Messmodus und der Testroutine ein den Sensor reinigender und zeitlich aufwendiger Spülvorgang eingesetzt wird.
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DE 29 43 751 A1 betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Verschmutzung von Elektroden bei einem anaeroben Digestionsverfahren. Die Elektroden werden zyklisch in einer Bakterien enthaltende Flüssigkeit und eine bakterizide Lösung getaucht, wodurch die an den Elektroden haftenden Bakterien wiederholt entfernt werden. Die bakterizide Lösung kann in einem pH-Bereich von 6–8 gehalten werden.
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DE 10 2005 035 511 A1 offenbart ein Verfahren zum Reinigen und Kalibrieren von Sensoren. Dabei wird zur Kalibrierung einer gleichzeitig reinigende Substanz verwendet, wodurch die Zeitphase, in denen die Sensoren nicht im Prozessbetrieb sind, minimiert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überprüfung der Reagierfähigkeit eines elektrischen und elektronischen Sensors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 derart weiterzubilden, dass das gesamte Verfahren innerhalb einer kürzeren Zeit durchgeführt werden kann und präzise Informationen über die Art und den Grad der Verschmutzung des Sensors gewonnen werden können. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung die Reinigung des Sensors automatisch und die Menge des zur Reinigung des Sensors benötigten Reinigungsmediums über einen mehrere Reinigungsphasen umfassenden Zeitraum zu optimieren bzw. möglichst gering zu halten.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–30.
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Als Kern der Erfindung wird es angesehen, dass der Sensoroberfläche als Vergleichsmedium ein Reinigungsmedium mit einem pH-Wert < 7 zugeführt wird, das über einen kontinuierlichen Einwirkzeitraum von wenigstens 30 Sekunden, insbesondere 2 Minuten auf den Sensor zur Ablösung der Versotterung und/oder Belegung einwirkt und eine Aussage über den Ablösevorgang der Versotterung/Belegung aus den erfassten Sensorwertereihen abgeleitet und/oder ausgewertet werden. Während der Beaufschlagung der Sensoroberfläche mit dem Reinigungsmedium ist der Sensor aktiv und nimmt chemische und/oder physikalische Größen ab. Die auf diese Weise ermittelten Messwerte während der Beaufschlagung des Sensors mit dem Reinigungsmedium werden dazu verwendet, Aussagen über den Ablösevorgang der Versotterung/Belegung abzuleiten bzw. auszuwerten. Beispielsweise kann im Falle einer pH-Wert-Messung über den Sensor festgestellt werden, dass über den zeitlichen Verlauf der Messwerte diese in einem pH-Wert-Zeit-Diagramm eine schnellere, eine langsamere oder keine Angleichung zu einem Referenzwert erreicht wird. Da das Reinigungsmedium einem pH-Wert < 7 aufweist, eignet sich dieses um eine aktive (chemisch bedingte) Reinigung des Sensors zu gewährleisten. Dadurch, dass während des aktiven Reinigungsprozesses des Sensors mit Hilfe des Reinigungsmediums gleichzeitig eine Messung über die Art und Weise des Ablösevorgangs bzw. der Reinigung des Sensors erfolgt, wird eine schnellere Überprüfung der Reagierfähigkeit des elektrischen und/oder elektronischen Sensors erreicht. Insbesondere die Daten, die während der Reinigung gesammelt werden, können dazu verwendet werden, um für einen nachfolgenden Reinigungsvorgang eine optimierte (verlängerte, verkürzte, gleichbleibende) Einwirkzeit des Reinigungsmediums zu bestimmen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird während des Einwirkzeitraumes des Reinigungsmediums eine Zwischenmessreihe zur Ermittlung einer Reihe von Zwischenmesswerten am Sensor durchgeführt, wobei der Reihe von Zwischenmesswerten mit vorangegangenen gemessenen Reihen von Zwischenreferenzmesswerten und/oder voreingestellten Reihen von Zwischenreferenzmesswerten verglichen wird, wobei bei Verfehlen der Reihe von Zwischenmessungsreferenzwerten das den Sensor beaufschlagende Reinigungsmedium durch ein frisches Reinigungsmedium ausgetauscht oder mit einem solchen vermischt wird. Dadurch, dass innerhalb des Reinigungsprozesses ein Vergleich der detektierten Reinigungsflüssigkeitswerte am Sensor mit vorangegangenen Reinigungsprozessen und/oder voreingestellten Zwischenreferenzmesswerten stattfindet, kann frühzeitig ein Defekt und/oder eine verstärkte Verunreinigung (welche die Messwerte des Sensors verfälscht) festgestellt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Zwischenmessreihe nach wenigstens einem Viertel des Einwirkzeitraumes der Reinigungsflüssigkeit durchgeführt wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Zwischenmessreihe dann ausgeführt wird, wenn wenigstens die Hälfte des Einwirkzeitraumes verstrichen ist. Dadurch, dass zumindest ein Viertel und/oder die zumindest Hälfte des Einwirkzeitraumes abgewartet wird, kann eine Aussage über die Reinigungswirkung des Reinigungsmediums getroffen werden.
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Wenn beispielsweise ein oben beschriebener Austausch des Reinigungsmediums vorgenommen wurde, ist es vorteilhaft, wenn nach Verstreichen wenigstens eines Viertels des Einwirkzeitraumes des ausgetauschten Reinigungsmediums eine weitere Zwischenmessung stattfindet, um eine Aussage darüber treffen zu können, ob und wie stark das „neue” Reinigungsmedium eine Reinigung des Sensors herbeiführen kann. Insbesondere, wenn die Messwerte vor und nach dem Austausch des Reinigungsmediums identisch sind, kann darauf geschlossen werden, dass der Sensor defekt oder durch die Reinigungsflüssigkeit nicht reinigbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte Maßnahme ist es, die Ableitung und/oder Auswertung der erfassten Sensorwerte des Ablösevorgangs wenigstens einer Reihe von Sensormessungen am Ende des Einwirkzeitraumes zu platzieren, wobei bei Nichterreichen des Referenzwertes der Einwirkzeitraum auf einen zeitlich verlängerten Einwirkzeitraum erweitert wird. Durch die Verlängerung des Einwirkzeitraumes wird der Reinigungsflüssigkeit mehr Zeit gegeben, um die Verunreinigungen an der Oberfläche des Sensors zu entfernen.
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Durch die Speicherung der Datensätze innerhalb des elektronischen Steuersystems kann vorteilhaft eine große Anzahl von Messreihenwerten, insbesondere alle Messreihen- und Zwischenmessreihenwerte zum Zweck der Langzeitwertaufzeichnung und -Archivierung gespeichert und/oder weiterverarbeitet werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf gesetzliche Vorschriften über die Kontrolle, Protokollierung und Gewährleistung einzelner Verfahrensabläufe erwünscht. Beispielsweise kann durch eine präzise, automatisierte und zuverlässige Archivierung des Verfahrensprozesses und insbesondere der Messwertereihen der verwendeten Sensoren nachvollzogen werden ob das Verfahren zu bestimmten Zeitpunkten im Sollbereich betrieben wurde.
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Eine weitere vorteilhafte Maßnahme ist es, wenn die Daten und Messwertereihen des elektronischen Steuerungssystems entweder an einem handelsüblichen PC verarbeitet werden und/oder ein Export der Daten in ein beliebiges Dateiformat, zum Beispiel als Excel-Tabelle, ermöglicht wird. Diese zumindest weitgehend vollständige lückenlose Aufzeichnung der am Sensor abgegriffenen Werte kann insbesondere auch für Zwecke des Qualitätsmanagements und/oder des Controllings verwendet werden. Beispielsweise kann betriebsintern eine Abfrage der Sensorwerte für einen beliebigen Zeitpunkt in der Vergangenheit durchgeführt werden.
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Ferner wird ein Datensatz in einem elektronischen Steuerungssystem gespeichert, falls der Soll-Wert nach dem ursprünglichen Einwirkzeitraum und/oder nach der Verlängerung des Einwirkzeitraumes nicht erreicht wird. Dieser Datensatz enthält sowohl Informationen nach Art eines Zeitstempels (Zeitpunkt der Messung) als auch Informationen über die gemessenen Werte sowie die Differenz zu den verfehlten Soll-Werten. Beispielsweise wird am Ende des ersten und/oder verlängerten Einwirkzeitraumes eine Sensormessung durchgeführt, wobei das Nichterreichen des Soll-Wertes in einem elektronischen Steuerungssystem hinterlegt wird und ein Hinweis in Form einer Wartungsmeldung ausgegeben wird. Eine derartige Wartungsmeldung signalisiert dem Bediener der Prozessvorrichtung, dass der Sensor gewartet (mechanisch gereinigt und/oder manuell gereinigt) oder ausgetauscht werden muss.
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Ein weiterer vorteilhafter Verfahrensschritt ist es, vor dem Austausch des Prozessmediums mit dem Reinigungsmedium oder nach dem Austausch des Reinigungsmediums mit dem Prozessmedium zumindest im Bereich des Sensors diesen im Zuge eines Spülschrittes mit einem Spülmedium zu beaufschlagen. Das Spülmedium kann beispielsweise Wasser sein und wird dazu verwendet, den Sensor von leicht löslichen Rückständen des Prozessmediums zu befreien, so dass das nach dem Spülmedium zugeführte Reinigungsmedium lediglich mit den „hartnäckigen” Rückständen des Prozessmediums am Sensor konfrontiert wird.
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Alternativ zu dem Spülmedium Wasser können hierfür auch bakterielle Reinigungsmittel als Spülmittel oder auch ZIP-Reinigungsverfahren verwendet werden.
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Das Spülmedium soll hierbei den Sensor einen zeitlich variabel einstellbaren, vordefinierten Zeitraum beaufschlagen. Dies erlaubt es beispielsweise bei Veränderung der Viskosität des Prozessmediums innerhalb des Prozesses den Einwirkzeitraum des Spülmediums auf den Sensor zu vergrößern. Auch können Informationen aus den vorangegangenen Reinigungsphasen zur Anpassung des Spülzeitraumes herangezogen werden.
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Ein weiterer erfindungsgemäßer Grundgedanke liegt darin, dass über mehrere Durchgänge (Reinigungsphasen) hinweg der Einwirkzeitraum des Reinigungsmediums ausgewertet wird und anhand dieser Auswertungen wenigstens die Dauer des folgenden Einwirkzeitraumes des Reinigungsmediums ermittelt wird. Diese ermittelte Dauer des folgenden Einwirkzeitraumes kann als erste Prognose betrachtet werden, da während des Reinigungszeitraumes wiederum Messungen stattfinden, die nach Bedarf und Fortschritt der Reinigung den aktuellen und/oder folgenden Einwirkzeitraum entsprechend anpassen.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn über mehrere Durchgänge hinweg eine automatisch aus vorangegangenen Sensorwertedaten abgeleitete Wiederholungsfrequenz des Reinigungsverfahrens ermittelt und automatisch durchgeführt wird. Die Ableitung kann unterschiedliche Bedingungen und/oder Logikfolgen beinhalten, z. B. wird bei späteren Erreichen der Sollwerte während die Reinigungsflüssigkeit auf den Sensor einwirkt daraus geschlossen, dass der nächste Reinigungsdurchgang nach einer kürzeren Wartezeit auszuführen ist. Auch hierfür kann ein Fuzzy-Logik-Verfahren verwendet werden.
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Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung liegt darin, durch Vergleiche der vorausgegangenen Messreihen zu ermitteln, wie lange der Sensor im Soll-Bereich (Toleranzbereich) sein wird und warm die nächste (mechanische) Reinigung und/oder Wartung zu erwarten ist. Anhand der Reinigungsfortschritte der einzelnen Reinigungsphasen kann abgeleitet werden, warm eine rein automatisierte Reinigung gemäß der oben beschriebenen Reinigungsphase keine ausreichende Reinigung des Sensors mehr erzielen kann. Spätestens zu diesem Zeitpunkt müsste der Sensor mit anderen Mitteln, beispielsweise manuell von einer Bedienperson auf mechanische Weise gereinigt werden. Eine derartige Prognose kann nach Art eines Fuzzylogikverfahrens ausgeführt werden.
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Grundsätzlich gilt, wenn von einem Vergleich von Werten oder Wertereihen gesprochen wird, dass die Berücksichtigung eines vordefinierten Toleranzbereichs stattfindet. Da insbesondere in produktionsintegrierten Verfahrensprozessen der Zusammensetzung der Endprodukte gewisse Schwankungen zugestanden werden, ist es vorteilhaft, wenn die verfahrensbegleitenden Kontrollmessungen über den Sensor ebenfalls Toleranzbereiche berücksichtigen, innerhalb derer das erwünschte Verfahrensprodukt erreichbar ist.
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Als zweckdienlich kann sich ein zweiter, parallel zum ersten angeordneter Sensor erweisen. Damit wird es ermöglicht, während der Beaufschlagung eines ersten Sensors mit dem Reinigungsmedium das Prozessmedium über einen parallel zum ersten Sensor arbeitenden zweiten Sensor nach Art einer By-Pass-Regelung zu detektieren. Dies ermöglicht es, trotz der Vornahme einer Reinigungsphase an einem ersten Sensor den Fertigungsprozess kontinuierlich fortzuführen, da das zu kontrollierende Prozessmedium über den zweiten, parallel zum ersten arbeitenden Sensor kontrollierbar ist. Darüber hinaus kann bei einem Verfahren, das einen zweiten, parallel zum ersten angeordneten Sensor vorsieht, in Zeiträumen, in denen keine Reinigungsphasen ausgeführt werden, das Prozessmedium gleichzeitig über den ersten und den zweiten Sensor detektiert werden. Damit wird eine redundante Messung des Prozessmediums erreicht, was einerseits bei Ausfall eines Sensors ein frühzeitiges Erkennen dieser Tatsache erlaubt und/oder durch die Generierung von Wertepaaren eine genauere Auswertung ermöglicht, beispielsweise kann durch das Wertepaar zu jedem Zeitpunkt ein Wert über das arithmetische Mittel gebildet werden.
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Vorteilhafterweise können die beiden Sensoren automatisch abwechselnd mit zeitlichem Versatz einem Reinigungsprozess unterzogen werden. Wenn der Reinigungsprozess des einen Sensors abgeschlossen ist wird nicht sofort mit dem Reinigungsprozess des parallel wirkenden Sensors begonnen, sondern ein Zeitpuffer abgewartet bis für den zweiten Sensor der Reinigungsprozess beginnt. Durch diesen Zeitpuffer steht der zweite Sensor anfangs noch kurzfristig bereit, falls bei dem in den Verfahrensprozess wieder eingeführten ersten Sensor Störungen auftreten sollten.
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Die im Verfahrensprozess verwendeten Sensoren können beispielsweise zur Analyse des pH-Wertes, der Redoxreaktion, der Temperatur, des Natriumgehaltes und/oder der Leitfähigkeit des Prozessmediums verwendet werden. Auch andere Sensoren zur Detektierung weiterer chemischer und/oder physikalischer Größen sind vom Erfindungsgedanken umfasst.
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Bei Anliegen der Reinigungsflüssigkeit erfolgt eine Messwerterfassung in einem Intervall < 15 s. Dieses Intervall kann beispielsweise auch in einem Intervall < 2 s oder noch kleinere Intervallen erfolgen. Je kleiner das Intervall ist, desto mehr Speicher- und Rechnerkapazitäten müssen zur Verfügung stehen, um die entsprechend größere Datenmenge zu archivieren und auszuwerten.
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Grundsätzlich ist es von Vorteil, wenn die Reinigungsflüssigkeit einen geringeren pH-Wert aufweist als das Prozessmedium. Beispielsweise ist der pH-Wert der Reinigungsflüssigkeit um den Wert 3 oder mehr kleiner als der pH-Wert des Prozessmediums.
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Der pH-Wert der Reinigungsflüssigkeit liegt beispielsweise bei einem pH-Wert von < 3, insbesondere bei einem pH-Wert von 0,5, insbesondere bei einem pH-Wert von ungefähr 0. Je geringer der pH-Wert der Reinigungsflüssigkeit ist, desto besser ist zum Einen die Reinigungswirkung der Reinigungsflüssigkeit und zum Anderen (wenn der Sensor zur pH-Analyse herangezogen wird) wird durch einen niedrigen pH-Wert ein tendentiell größerer Abstand zum pH-Wert des Prozessmediums erreicht. Ein „relativ großer” Abstand (Differenz) des pH-Wertes der Reinigungsflüssigkeit und des Prozessmediums ist deshalb wünschenswert, da dadurch eine größere zu messende Spanne vorliegt und so der Sensor einen größeren Weg zwischen dem Ist- und dem Soll-Wert durchschreiten kann.
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Nach Wartungsarbeiten an der Prozessvorrichtung bzw. des Sensors und/oder während der Inbetriebnahme der Prozessvorrichtung ist es notwendig, die Sensoren zu kalibrieren. Dies kann vorteilhafterweise dadurch geschehen, dass der oder die Sensoren automatisch mit wenigstens einem Kalibriermedium beaufschlagt werden. Hierfür sind innerhalb der Vorrichtung mehrere Reservoire unterschiedlicher Kalibriermedien angeordnet, die sequenziell dem zu kalibrierenden Sensor zugeführt werden. Anschließend erfolgt eine Zuführung des Reinigungsmediums zur Ermittlung des aktuellen reinigungsmediumspezifischen Referenzwertes. Dieser Verfahrensschritt entbehrt eine manuelle Messung des Reinigungsmediums. Zwischen dem Wechsel von einem ersten zu einem weiteren Kalibriermedium ist es vorteilhaft, wenn der Sensor mit einem Spülmedium beaufschlagt wird. Neben dem Sensor kann auch der den Sensor umgebende Raum „ausgespült” werden, so dass möglichst keine Rückstände des vorhergehenden Kalibriermediums vorliegen und damit die Gefahr einer Verfälschung des weiteren nachfolgend zugeführten Kalibriermediums besteht. Ferner ist es vorteilhaft, wenn dem Bediener der Prozessvorrichtung nach deren Wartung wählen kann, ob der aktuell während der Kalibrierung gemessene Messwert als weitere Referenz für folgende Kalibrierprozesse verwendet werden soll.
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Da als Vergleichsmedium ein Reinigungsmedium verwendet wird ist es notwendig, dass nach einem Wechsel oder einer Nachfüllung des Reinigungsmediums dieses „neue” Reinigungsmedium wieder zur Referenzwertermittlung am Sensor im Zuge eines Inbetriebnahme- und/oder Wartungsverfahrens vermessen wird. Bereits geringfügige Unterschiede in der Zusammensetzung des Reinigungsmediums führen zu Verfälschungen der Aussagen, wenn diese auf einem „alten” Referenzwert beruhen. Damit ist es vorteilhaft, wenn nicht zwingend erforderlich, dass im Rahmen einer Inbetriebnahme- und/oder Wartungsroutine für das jeweils neue Reinigungsmedium ein entsprechender neuer Referenzwert manuell oder automatisch ermittelt wird. Insbesondere ist hierbei eine automatische Kalibrierung der Sensoren vorteilhaft. Auch bei Wechsel oder einer mechanischen Reinigung des Sensors ist die manuelle oder automatische Ermittlung eines aktuellen Referenzwertes für die Reinigungsflüssigkeit von Vorteil oder zwingend für valide Werte erforderlich.
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In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass im Fall des Nichterreichens eines Soll-Wertes das System ein Notprogramm startet. Dieses Notprogramm umfasst z. B. eine automatische Nachricht in Form einer SMS, E-Mail oder dergleichen an einen vordefinierten Empfänger. Der Empfänger kann entweder ein in der Hierarchie höherer Computer oder Kontrolleinheit oder der Bediener der Vorrichtung sein. Ferner kann der Start des Notprogramms mit der Bedingung verknüpft sein, dass das Notprogramm erst dann startet, wenn vorher ein Austausch oder eine Vermischung des Reinigungsmediums mit einem frischen Reinigungsmedium am Sensor stattgefunden hat. Auch kann dem Notprogramm eine gewisse Relevanzeinschätzung mit entsprechender Reaktion zugestanden werden, beispielsweise wird im Notfallprogramm ein Vergleich der Messwerte mit einem Notfalltoleranzwertintervall durchgeführt und wenn die Messwerte innerhalb des Notfalltoleranzintervalls liegen eine Wartungsmeldung und/oder wenn die Messwerte außerhalb des Notfalltoleranzintervalls liegen eine Alarmmeldung an einen vordefinierten Empfänger übermittelt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, Aussagen über den Zustand des Sensors aus dem zeitlichen Verlauf einzelner Sensorwerte rein bezogen auf das Reinigungsmedium zu treffen. Wenn in diesem Zusammenhang von dem zeitlichen Verlauf einzelner Sensorwerte rein gesprochen wird, so betrifft dies jeweils einzelne Sensorwertereihen, die beispielsweise an dem Tag innerhalb weniger Sekunden oder Minuten aufgezeichnet werden.
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Durch die Generierung von Messreihen während der Reinigungsphase ermittelt das System wie schwer es gefallen ist/wie schwer es fällt, den Sensor von dem Belag zu befreien (Reinigungsinformationen). Das System greift zur Optimierung der Prozessparameter (Reinigungsintervall, Einwirkzeit, u. a.) auf die Reinigungsinformationen zurück und regelt die Prozessparameter derart, dass mit möglichst geringem Reinigungszeit- und Reinigungsmediumaufwand die gesteckten Messwertziele des Prozessmediums eingehalten werden können.
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Erfindungswesentlich ist es ferner dass nach einem Wechsel eines Sensors, nach mechanischer Reinigung eines Sensors, nach dem Austausch der Elektronik eines Sensors und/oder nach dem Austausch oder einer Veränderung des Reinigungsmediums eine automatische Referenzwertermittlung für das Reinigungsmedium erfolgt. Diese beschriebenen Ereignisse können auch als Wartung und/oder Inbetriebnahme bezeichnet werden. Durch eine der oben aufgezählten Veränderungen werden die ermittelten Messwerte wesentlich beeinflusst, so dass es notwendig ist für das System neue Referenzwerte zu ermitteln. Dies erfolgt erfingungsgemäß automatisiert durch die gezielte Zuleitung wenigstens zweier Kalibriermedien sowie im Anschluss der Beaufschlagung des kalibrierten Sensors mit dem Reinigungsmedium zur Bestimmung des „neuen” Referenzwertes für das Reinigungsmedium.
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Das Reinigungsmedium kann beispielsweise ein Reinigungskonzentrat sein.
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Die Durchführung des Verfahrens beruht auf der Erfassung und den Vergleich von Messreihen. Das heißt, alle zum Verfahren erforderlichen aktuell gemessenen Messwerte werden kontinuierlich z. B. im Sekundentakt oder auch kleiner (Millisekundentakt), zusammen mit der zugehörigen Uhrzeit erfasst und abgelegt bzw. gespeichert, im Ablaufdiagramm sind diese kurz mit Messreihe bezeichnet.
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Die kontinuierlich aufgezeichneten Messreihen sind die Basis zur Errechnung der optimalen und effektiven Reinigungszeit. Somit kann die Reinigungszeit als auch der Wiederholungszyklus des Reinigungsverfahrens vorausschauend und selbstlernend vom System ermittelt werden.
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Alle benötigten Ventile können bei Bedarf mit Rückmeldung (geöffnet/geschlossen) versehen werden, diese werden dann nach dem Setzen und Rücksetzen erst abgewartet (überwacht).
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen
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1a–d eine schematische Ablaufdiagrammdarstellung des erfindungsgemäßen Vergleichsverfahrens mit Reinigungsmedium;
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2a–c eine schematische Blockdarstellung der automatischen Ermittlung des Vergleichswertes als Inbetriebnahme/Wartungsverfahren;
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3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung des Verfahrens.
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In 1a ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, das im Wesentlichen für sich selbst spricht. Nach dem Start des Vergleichsverfahrens wird geprüft, ob eine redundante Messung vorhanden ist. Unter der redundanten Messung ist zu verstehen, dass die Vorrichtung des Verfahrensprozesses so ausgestaltet ist, dass wenigstens zwei Sensoren zueinander parallel arbeitend angeordnet sind und damit die Möglichkeit besteht, während des Reinigungsverfahrens des einen Sensors die kontinuierliche Messwerterfassung des Prozessmediums über den anderen Sensor laufen zu lassen. Der zweite Sensor wird über seine Messwerte überprüft und falls diese nicht plausibel erscheinen, wird so weiter verfahren als wurde es keine redundante Messung geben. Falls es zu keiner redundanten Messung kommt, wird als nächster Schritt die aktive Regeltätigkeit überprüft. Dies bedeutet, es wird überprüft, ob die Steuerungsparameter (Ventile, welche durch Zuführen entsprechender Medien das Prozessmedium regulieren) tätig sind. Wenn eine aktive Regelung gerade stattfindet, wird entweder gewartet bis diese Regeltätigkeit beendet ist oder die Regeltätigkeit unterbrochen. Sobald keine Regeltätigkeit vorliegt, wird für den Verfahrensprozess zumindest während der Zeit der Reinigungsphase des Sensors ein HOLD-Wert verwendet. Dieser HOLD-Wert kann entweder ein vordefinierter Wert sein oder es wird der zuletzt gemessene Prozesswert als HOLD-Ausgangswert gesetzt.
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Wie fortlaufend in 1b dargestellt, wird das Zulaufventil vor der Messvorrichtung (dem Sensor) geschlossen, so dass der Sensor vom Prozessmedium getrennt wird. Vor der Zuführung des Reinigungsmediums an den Sensor kann wahlweise ein Spülprozess eingeleitet werden, hierzu würde ein Spülventil geöffnet, Spülmedium dem Sensor zugeführt und eine eingestellte Spülzeit abgewartet und schließlich das Spülventil geschlossen werden. Wenn das Reinigungsmedium durch Öffnen des entsprechenden Ventils den Sensor zugeführt wird, wird eine konfigurierte Durchspülzeit des Reinigungsmediums abgewartet, während das Reinigungsmedium seine Reinigungswirkung auf den Sensor ausüben kann. Das Ventil hinter dem Sensor wird geschlossen und die Aufzeichnung der Messreihen, welche während der Einwirkphase des Reinigungsmediums auf den Sensor am Sensor abgegriffen werden, wird gestartet. Aufgrund der vorherigen ermittelten Messreihen wird vorausschauend über den ständigen Vergleich die optimale Verweildauer/Einwirkzeit für das Reinigungsmedium ermittelt. Beispielsweise kann aus den vorhergehenden Messreihen hervorgehen, dass der Reinigungsprozess schneller als ursprünglich gedacht von statten geht, so dass die optimale Einwirkzeit eine Reduktion gegenüber der ursprünglich vorgesehenen Einwirkzeit aufweist. Dies erlaubt es den Verfahrensprozess insgesamt zu beschleunigen, da die Gesamtzeit des Reinigungsprozesses reduziert wird.
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Folgend wird auf 1c Bezug genommen, die den Ablauf damit fortsetzt, dass nach der Hälfte der optimalen vorausberechneten Verweildauer/Einwirkzeit ein Vergleich der aktuellen Messreihen mit vorangegangenen Messreihen vollzogen wird, um prognostizieren zu können, ob der Messwert voraussichtlich noch den Vergleichswert erreicht. Falls der Vergleichswert als „nicht erreichbar” gilt (und damit die Reinigungswirkung des Reinigungsmediums nicht ausreichend erscheint, um innerhalb der ursprünglichen Einwirkzeit den Sensor derart zu reinigen, dass der Zielwert erreicht werden kann), wird das am Sensor anliegende Reinigungsmedium durch ein „frisches” Reinigungsmedium ersetzt oder vermischt. Nachdem die restliche (ursprüngliche) Einwirkzeit abgewartet wurde, wird wiederum ein Vergleichswert abgefragt und falls der Zielwert nicht erreicht wurde, die Einwirkzeit auf eine weitere vordefinierte erweiterte (gegebenenfalls maximale Einwirkzeit) ausgedehnt. Liegt selbst nach einer derart definierten Einwirkzeit nicht der gewünschte Vergleichswert vor, wird ein Notprogramm aktiviert. Falls der Vergleichswert erreicht wird, kann eine Spülung nach dem oben beschriebenen Vorbild durchgeführt werden. Anschließend wird das Reinigungsmedium wieder mit dem Prozessmedium ausgetauscht und eine Art Kontrollmessung des Prüfmediums durchgeführt. Falls diese Kontrollmessung negativ ausfällt, wird eine automatische Verlängerung der Wartezeit für die HOLD-Freigabe geschaltet. Ist auch nach dem Verstreichen einer weiteren Wartezeit der Messwert des Prozessmediums nicht der gewünschte, wird wiederum ein Notprogramm aktiviert.
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Der letzte Abschnitt des Verfahrens wird in 1d erläutert, die mit der Abfrage beginnt, ob eine Aktivierung eines Notprogramms stattgefunden hat. Falls eine Aktivierung stattgefunden hat, wird anhand einer Notfalltoleranz entschieden – falls der Wert außerhalb der Notfalltoleranz liegt eine Alarmmeldung, die eine notwendige Wartung signalisiert, ausgegeben oder – falls der Wert innerhalb der Notfalltoleranz liegt – eine Meldung, die eine Wartung empfiehlt und gegebenenfalls die Möglichkeit eröffnet, den im System vorgegebenen Off-Set (Differenzwert) zum Messwert hinzu zu addieren, zu signalisieren. Letzteres würde eine Justage der Auswerteelektronik/-elektrik bedeuten. Falls kein Notprogramm aktiviert wurde, wird als nächstes abgefragt, ob eine redundante Messung vorliegt – falls nicht – wird der HOLD-Wert zurückgesetzt, der Messwert ausgegeben und eine Freigabe der Messung im Prozess gesteuert. Falls eine redundante Messung stattfand, erfolgt eine Freigabe der zuletzt gereinigten Messung für Steuerung/Regelaufgaben. Die redundante Messung wird damit vom Prozess abgekoppelt und die Vergleiche im Reinigungsverfahren für redundante Messungen werden freigegeben. Schließlich kann mit einem derartigen Verfahren eine Vorausberechnung der Zeitpunkte für das nächste Vergleichsverfahren aufgrund der Abweichung vom Vergleichsmedium (dem Reinigungsmedium) selbstlernend ermittelt werden (Fuzzylogik).
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Das in den 2a–2c dargestellte Ablaufdiagramm umfasst eine automatische Ermittlung des Vergleichswertes als Inbetriebnahme/Wartungsverfahren zum bestehenden Vergleichsverfahren für die Überwachung von Sensoren. Nach dem Startbefehl zur Einleitung des Inbetriebnahme/Wartungsverfahrens wird das Zulaufventil vor dem Sensor geschlossen und damit das Sensorprozessmedium getrennt. Nach einem optional durchführbaren Spülverfahrensschritt wird der Sensor neu oder ohne Verschmutzungen eingesetzt. Der neu oder gereinigte Sensor wird anschließend mit Hilfe wenigstens zweier Kalibriermedien (im Falle eines pH-Sensors unter Verwendung von Pufferlösungen) automatisch kalibriert. Nachdem der Kalibrierungsprozess abgeschlossen ist und damit der Sensor einkalibriert wurde, wird das Ventil zur Zuführung des Reinigungsmediums geöffnet und damit das Medium dem Sensor zugeführt. Die im System konfigurierte Durchspülzeit des Reinigungsmediums wird abgewartet und anschließend das Ventil hinter dem Sensor geschlossen. Anschließend erfolgt die Aufzeichnung von Messreihen für die Dauer der Einwirk-/Verweilzeit. Aufgrund von vorangegangenen Messreihen wird vorausschauend die optimale Verweildauer der Sensorik im Reinigungsmedium (Einwirkzeit) ermittelt und abgewartet bis sich der zu ermittelnde Vergleichswert in seinem Wertverhalten tendentiell stabilisiert hat.
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Gemäß 2c wird das Verfahren mit der Messung und Abspeicherung des Vergleichswertes (Messwert I) zusammen mit der optimal errechneten Verweildauer fortgeführt. Gegebenenfalls wird eine Nachkontrolle vollzogen, die eine einstellbare Wiederholung des Spülvorganges umfasst, falls diese aktiv sein sollte, wird ein Spülventil geöffnet, die eingestellte Spülzeit abgewartet, das Spülventil geschlossen, das Reinigungsmedium zugeführt sowie das Ventil wiederum geschlossen. Falls die Nachkontrolle nicht aktiviert ist, wird das Ventil für den Zulauf des Reinigungsmediums kurz geöffnet und wiederum geschlossen. Weiterverfahren wird mit dem Abwarten der vorher ermittelten Verweildauer und Erfassen eines weiteren Vergleichswertes (Messwert II). Die Differenz der Messwerte I und II wird ermittelt und gegebenenfalls angezeigt. Als nächstes wird abgefragt, ob der aktuelle Messwert als Vergleichswert übernommen werden soll, falls dies nicht vorgesehen ist, kann über eine manuelle Eingabe des Vergleichswertes und der maximal zulässigen Messtoleranz eine Eingabeaufforderung erfolgen, die anschließend abgespeichert wird. Alternativ kann der Vergleichswert der Differenzmessung als Vergleichswert für folgende Prozesse abgespeichert werden. Nachdem eine Freigabe zur Messung erfolgt, die Ventile für Reinigungsmedien und Spülmedien geschlossen sind, wird das Ventil für die Zufuhr des Prozessmediums wieder geöffnet und der Gesamtprozess fortgeführt. Anhand der ermittelten Messreihen kann eine vorausschauende Berechnung des Zeitpunktes des nächsten Vergleichsverfahrens ausgeführt werden.
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Anhand von 3 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, wobei die Vorrichtung im Wesentlichen einen ersten Behälter 1, in dem sich das zu vermessende Medium (Prozessmedium) befindet, einen zweiten Behälter 2 zur Aufnahme eines Reinigungsmediums, z. B. eines Reinigungskonzentrats, einen dritten Behälter 3 zur Aufnahme eines Spülmediums, einen vierten Behälter 4 zur Aufnahme einer ersten Kalibrierlösung (Pufferlösung A) und einen fünften Behälter 5 zur Aufnahme eines weiteren Kalibriermediums (Pufferlösung B) umfasst. Ferner ist ein Abschlussbehälter 6 angeordnet, um nicht mehr im Prozess verwendete Medien aufzunehmen. Über die Ventile 7–10 können computergesteuert das Reinigungsmedium, das Spülmedium, das erste oder zweite Kalibriermedium wahlweise dem Behälter 1 und/oder dem zu messenden Sensor 11 zugeführt werden. Über das Ventil 12 wird das am Sensor 11 vorbeigeführte Medium wahlweise den Behälter 1 oder dem Abflussbehälter 6 zugeführt.
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Wird die Anlage im Prozessmodus gefahren, wird über die Pumpe 13 das im Behälter 1 befindliche Medium über die Leitung 14 und ein Umschaltventil 15 über eine Leitung 16 einer Durchlaufarmatur 17 zugeführt. Mit Einleitung der Testroutine wird das Ventil 15 geschlossen, das Ventil 7 geöffnet und Reinigungsmedium der Durchlaufarmatur 17 und damit dem Sensor 11 zugeführt. Gegebenenfalls wird vorher über die Steuerung des Ventils 8 Spülmedium aus dem Behälter 3 dem Umlaufventil 15 und damit dem Sensor 11 zugeführt.
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Das Entlüftungsventil 18 ermöglicht es einen Austausch der am Sensor 11 anliegenden Medien zu ermöglichen, ohne dass hierfür das neue Medium das alte Medium „herausdrücken” muss. Beispielsweise kann auf diese Weise das am Sensor 11 anliegende Spülmedium durch Öffnung des Entlüftungsventils 18 bedingt durch Schwerkraft aus dem Sensorbereich (Umlaufamatur 17) abgeleitet werden. Danach bleiben lediglich geringfügige Rückstände (Tröpfchen) des Spülmediums im Sensorbereich zurück. Anschließen kann das Reinigungsmedium zugeführt werden, dessen Eigenschaften sich kaum oder nicht messbar durch die geringfügigen Rückstände ändern. Damit kann ein Austausch des Mediums erreicht werden ohne hierfür zu Ausführungszwecken neues Medium zu „verbrauchen”. Dies wird ferner noch dadurch unterstützt, dass nahe dem Sensor 11 ein Ablassventil 19 angeordnet ist, damit das Altmedium auf kurzem Weg und lediglich unter der Einwirkung der Schwerkraft und z. B. des Atmosphärendruck (Öffnen des Entlüftungsventils 18) in den Abflussbehälter 6 abgeleitet werden kann.
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Dieses Entleerungs-/Entlüftungsverfahren ist ferner in den Ablaufdiagrammen der 1b, 1c, 2b und 2c dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 2
- Behälter
- 3
- Behälter
- 4
- Behälter
- 5
- Behälter
- 6
- Abflussbehälter
- 7
- Ventil v. 2
- 8
- Ventil v. 3
- 9
- Ventil v. 4
- 10
- Ventil v. 5
- 11
- Sensor
- 12
- Ventil
- 13
- Pumpe
- 14
- Leitung
- 15
- Umschaltventil
- 16
- Leitung
- 17
- Durchlaufarmatur
- 18
- Entlüftungsventil
- 19
- Ablassventil
