DE102016121780A1 - Measuring arrangement for monitoring a filling process and / or a cleaning process in a bottling plant - Google Patents
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Abstract
Eine Messanordnung (1) zur Überwachung eines Abfüllprozesses mit einem abzufüllenden ersten Messmedium in einer Abfüllanlage und/oder zur Überwachung eines Reinigungsprozesses mit einem ersten Messmedium in einer Abfüllanlage umfassend eines oder mehrere Sensorelemente (3) zur Ermittlung von zumindest drei Stoffeigenschaften des Messmediums und eine Auswerteeinheit (4) mit einer Speichereinheit (6), wobei die Auswerteeinheit (4) ausgebildet ist zum Bereitstellen eines oder mehrerer Sollwerte eines mehrdimensionalen Datenfeldes auf der Speichereinheit (6), wobei das mehrdimensionale Datenfeld zumindest die drei Stoffeigenschaften des ersten Messmediums umfasst;Ermitteln von Messwerten (5.1, 5.2, 5.n) durch das oder die Sensorelemente (3);Ermitteln eines Ist-Wertes für einen Zeitpunkt t1 eines mehrdimensionalen Datenfeldes umfassend zumindest die drei Stoffeigenschaften des ersten Messmediums durch die Auswerteeinheit (4); undVergleich des Ist-Wertes und des Sollwertes durch die Auswerteeinheit (4), sowie eine Verwendung der Messanordnung und ein Verfahren zu deren Betrieb.A measuring arrangement (1) for monitoring a filling process with a first measuring medium to be filled in a filling installation and / or for monitoring a cleaning process with a first measuring medium in a filling installation comprising one or more sensor elements (3) for determining at least three material properties of the measuring medium and an evaluation unit (4) with a memory unit (6), wherein the evaluation unit (4) is designed to provide one or more desired values of a multi-dimensional data field on the memory unit (6), the multi-dimensional data field comprising at least the three material properties of the first measuring medium; (5.1, 5.2, 5.n) by the sensor element (s) (3); determining an actual value for a time t1 of a multi-dimensional data field comprising at least the three material properties of the first measured medium by the evaluation unit (4); andcomparing the actual value and the target value by the evaluation unit (4), as well as a use of the measuring arrangement and a method for its operation.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Messanordnung zur Überwachung eines Abfüllprozesses und/oder eines Reinigungsprozesses in einer Abfüllanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie dessen Verwendung und ein Verfahren zum Betrieb der Messanordnung.The present invention relates to measuring arrangement for monitoring a filling process and / or a cleaning process in a filling plant according to the preamble of
Es besteht ein großer Wunsch im Bereich der Abfüllung von Medien nach einer Erkennung eines Mediumswechsels um Falschabfüllzungen zu vermeiden und ggf. auch das Messmedium zu identifizieren.There is a great desire in the field of filling media after detecting a medium change to avoid false filling tongues and if necessary to identify the measuring medium.
Bislang konnte diese Aufgabe nur durch Labormessungen, jedoch nicht in-line während des Abfüllprozesses gelöst werden.So far, this task could only be solved by laboratory measurements, but not in-line during the filling process.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15.The present invention achieves this object by a measuring arrangement having the features of
Eine erfindungsgemäße Messanordnung dient der Überwachung eines Abfüllprozesses mit einem abzufüllenden ersten Messmedium.A measuring arrangement according to the invention serves to monitor a filling process with a first measuring medium to be filled.
Alternativ oder zusätzlich kann die Messanordnung zur Überwachung eines Reinigungsprozesses mit einem ersten Messmedium in einer Abfüllanlage genutzt werden. In diesem Fall ist das erste Messmedium ein Reinigungsmedium.Alternatively or additionally, the measuring arrangement can be used to monitor a cleaning process with a first measuring medium in a bottling plant. In this case, the first measuring medium is a cleaning medium.
Die Messanordnung weist ein oder mehrere Sensorelemente zur Ermittlung von zumindest drei Stoffeigenschaften des ersten Messmediums und eine Auswerteeinheit mit einer Speichereinheit. Die Auswerteeinheit kann zudem eine zentrale Recheneinheit zur Ausführung von Rechenalgorithmen umfassen und weitere Elemente.The measuring arrangement has one or more sensor elements for determining at least three material properties of the first measuring medium and an evaluation unit with a memory unit. The evaluation unit may also include a central processing unit for executing computational algorithms and further elements.
Als Stoffeigenschaften sind bevorzugt die Dichte, die Viskosität, die Schallgeschwindigkeit, die Permittivität, der pH-Wert, die Trübung, die relative Luftfeuchte, der Transmissionskoeffizient und/oder Absorptionskoeffizient beim Durchleiten von elektromagnetischer Strahlung, die thermische und/oder die elektrische Leitfähigkeit des ersten Messmediums zu verstehen Gleiches gilt für Stoffeigenschaften weiterer Messmedien, insbesondere eines zweiten Messmediums, welche nachfolgend noch eingeführt werden.As the material properties are preferably the density, the viscosity, the speed of sound, the permittivity, the pH, the turbidity, the relative humidity, the transmission coefficient and / or absorption coefficient when passing electromagnetic radiation, the thermal and / or the electrical conductivity of the first The same applies to material properties of other measuring media, in particular a second measuring medium, which will be introduced below.
Darüber hinaus kann die Auswerteeinheit mittels der Sensoren auch prozessrelevante Größen, welche sich im zeitlichen Verlauf der Abfüllung ändern können, wie z.B. die Durchflussgeschwindigkeit und/oder die Temperatur des jeweiligen Messmediums erfassen. Diese Größen, z.B. dem Druck oder der Temperatur, können zudem einen Einfluss auf die Stoffgrößen, z.B. die Dichte oder die Viskosität haben.In addition, the evaluation unit can also use the sensors to determine process-relevant variables which can change over the course of filling, such as, for example, detect the flow rate and / or the temperature of the respective measuring medium. These sizes, e.g. pressure or temperature, may also have an impact on fabric sizes, e.g. have the density or the viscosity.
Die Auswerteeinheit ist erfindungsgemäß ausgebildet zum Bereitstellen eines oder mehrerer Sollwerte eines mehrdimensionalen Datenfeldes auf der Speichereinheit, wobei das mehrdimensionale Datenfeld zumindest die drei Stoffeigenschaften des ersten Messmediums umfasst.The evaluation unit is designed according to the invention for providing one or more desired values of a multi-dimensional data field on the storage unit, wherein the multidimensional data field comprises at least the three material properties of the first measurement medium.
Datenfelder, auch Arrays oder Feld genannt, ist eine in der Informatik verwandte Datenstruktur-Variante. Die Mehrdimensionalität des Datenfeldes umfasst zumindest drei Dimensionen, nämlich die drei vorgenannten Stoffeigenschaften, es kann allerdings auch vier Dimensionen umfassen oder sogar noch darüber hinausgehende Dimensionen. Es kann somit ein Datenfeld sein, welches in sich eine Mehrdimensionalität aufweist. Alternativ ist es allerdings auch möglich, dass das Datenfeld eine Anzahl Felder, sogenannte untergeordneten Datenfelder, umfasst. Die Gesamtheit der drei Stoffeigenschaften charakterisieren mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein erstes oder ein zweites Messmedium. Die Stoffeigenschaften können unterschiedlich gewichtet in den Sollwert des mehrdimensionalen Datenfeldes eingehen. So kann es beispielsweise sein, dass ein Trübungsgrad bei einer Vielzahl von Medien gleich ist, während die Schallgeschwindigkeit und/oder die Mediumsdichte eine deutlichere Unterscheidung einzelner Medien voneinander erlaubt. In diesem Fall ist der Trübungswert weniger gewichtet als die beiden anderen vorgenannten Stoffeigenschaften.Data fields, also called arrays or fields, is a data structure variant used in computer science. The multidimensionality of the data field comprises at least three dimensions, namely the three abovementioned material properties, but it can also include four dimensions or even dimensions beyond that. It can thus be a data field which has a multi-dimensionality in itself. Alternatively, however, it is also possible that the data field comprises a number of fields, so-called subordinate data fields. The totality of the three material properties characterize with a certain probability a first or a second measuring medium. The material properties can be weighted differently in the setpoint of the multi-dimensional data field. For example, it may be the case that a degree of turbidity is the same for a large number of media, while the speed of sound and / or the density of the medium permit a clearer distinction between individual media. In this case, the turbidity value is less weighted than the other two aforementioned material properties.
In einigen Fällen erlauben Stoffeigenschaften nicht in jedem Fall eine eindeutige Angabe des Mediums, sondern es können bei Berücksichtigung eines gewissen Schwankungsbereichs auch andere Medien im Vergleich zum Messmedium drei annähernd identische Stoffeigenschaften aufweisen. Daher können in einer Art Vorauswahl alle Medien angezeigt werden, welche bei einem Mediumswechsel aufgrund der ermittelten Stoffeigenschaften vorliegen können und der Nutzer kann anhand seiner Erfahrung das Medium aus der Vorauswahl auswählen, welches ihm als aktuell vorliegendes Messmedium plausibel erscheint.In some cases, material properties do not always allow an unambiguous indication of the medium, but with consideration of a certain fluctuation range, other media can also have three approximately identical material properties compared to the measurement medium. Therefore, in a kind of preselection all media can be displayed, which may be present in a medium change due to the determined material properties and the user can choose based on his experience, the medium from the preselection, which seems plausible to him as currently available measurement medium.
Das Messmedium kann eine Mischung zweier Messmedien, z.B. Apfelsaft und Karottensaft in einem bestimmten Mischungsverhältnis, darstellen.The measuring medium may be a mixture of two measuring media, e.g. Apple juice and carrot juice in a certain mixing ratio, represent.
Weiterhin erfolgt ein Ermitteln von Messwerten durch das oder die Sensorelemente. Diese Messwerte sind zumeist elektrische Messwerte, z.B. Strom- oder Spannungsmesswerte, welche sodann durch das Sensorelement selbst oder durch die Auswerteeinheit in Ist-Werte von Stoffeigenschaften für den Zeitpunkt des Erfassens der Messwerte umgewandelt werden können. Dieser Zeitpunkt wird nachfolgend als Zeitpunkt t1 bezeichnet.Furthermore, a determination of measured values by the sensor element (s) takes place. These measured values are usually electrical measured values, eg current or voltage measured values, which are then converted by the sensor element itself or by the evaluation unit into actual values of material properties for the time of the acquisition of the measured values can be converted. This time will be referred to as time t1 below.
Die Gesamtheit der aus den Messwerten ermittelten Ist-Werte der drei verschiedenen Stoffeigenschaften, ggf. aber auch von mehr als nur drei verschiedene Stoffeigenschaften, bildet den Ist-Wert des mehrdimensionalen Datenfeldes. Dabei können Gewichtungen der jeweiligen Stoffeigenschaften bei der Ermittlung des Sollwertes auch bei der Ermittlung des ist-Wertes berücksichtigt werden. Die entsprechenden Gewichtungsfaktoren sind dabei ebenfalls in der Speichereinheit hinterlegt und werden gemeinsam mit dem Sollwert bereitgestellt.The totality of the actual values of the three different material properties determined from the measured values, but possibly also of more than just three different material properties, forms the actual value of the multi-dimensional data field. In this case, weightings of the respective material properties can also be taken into account when determining the setpoint when determining the actual value. The corresponding weighting factors are also stored in the memory unit and are provided together with the setpoint.
Insgesamt erfolgt somit ein Ermitteln eines Ist-Wertes für einen Zeitpunkt t1 eines mehrdimensionalen Datenfeldes umfassend zumindest die drei Stoffeigenschaften des ersten Messmediums durch die Auswerteeinheit.Overall, there is thus a determination of an actual value for a time t1 of a multi-dimensional data field comprising at least the three material properties of the first measured medium by the evaluation unit.
Abschließend erfolgt ein Vergleich des Ist-Wertes und des Sollwertes durch die Auswerteeinheit. Liegt der Ist-Wert innerhalb eines Schwankungsbereichs des Sollwertes, so wird kein Mediumswechsel bei der Abfüllung angezeigt. Liegt der Ist-Wert allerdings außerhalb des Schwankungsbereichs, so gibt die Auswerteeinheit ein Signal hinsichtlich eines Mediumswechsels aus. Dies kann beispielsweise ein Alarmsignal sein oder aber ein Steuersignal zur Optimierung der Abfüllung während des Wechsels auf ein zweites abzufüllendes Medium oder während der Initiierung einer Reinigungssequenz.Finally, the actual value and the setpoint are compared by the evaluation unit. If the actual value is within a fluctuation range of the target value, no medium change is displayed during the filling. However, if the actual value is outside the fluctuation range, then the evaluation unit outputs a signal with regard to a medium change. This may be, for example, an alarm signal or a control signal for optimizing the filling during the change to a second medium to be filled or during the initiation of a cleaning sequence.
Durch die erfindungsgemäße Messanordnung kann eine sogenannte In-Line Überwachung eines Mediumswechsels während des Abfüllprozesses erfolgen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.By means of the measuring arrangement according to the invention, a so-called in-line monitoring of a medium change can take place during the filling process. Further advantageous embodiment variants of the invention are the subject of the dependent claims.
Das Sensorelement oder die Sensorelemente sind ausgebildet sind zur Ermittlung einer oder mehrerer der folgenden Stoffeigenschaften:The sensor element or the sensor elements are designed to determine one or more of the following material properties:
Dichte, die Viskosität, die Schallgeschwindigkeit, die Permittivität, der pH-Wert, die Trübung, die relative Luftfeuchte, der Transmissionskoeffizient und/oder Absorptionskoeffizient beim Durchleiten von elektromagnetischer Strahlung, die thermische und/oder die elektrische Leitfähigkeit des Messmediums.Density, the viscosity, the speed of sound, the permittivity, the pH, the turbidity, the relative humidity, the transmission coefficient and / or absorption coefficient when passing electromagnetic radiation, the thermal and / or the electrical conductivity of the measuring medium.
Das Sensorelement kann beispielsweise ein Coriolis-Durchflussmessgerät sein, welches die Dichte und/oder die Viskosität des Messmediums ermittelt.The sensor element may be, for example, a Coriolis flow meter, which determines the density and / or the viscosity of the measured medium.
Die Schallgeschwindigkeit kann mit einem Ultraschallsensor ermittelt werden. Sensorelemente zur Ermittlung der vorgenannten Stoffeigenschaften sind grundsätzlich bekannt. Allerdings werden die Messsignale der einzelnen Sensorelemente zur Erstellung eines Ist-Wertes eines mehrdimensionalen Datenfeldes für den Zeitraum des Erfassens der Messsignale genutzt.The speed of sound can be determined with an ultrasonic sensor. Sensor elements for determining the aforementioned material properties are known in principle. However, the measurement signals of the individual sensor elements are used to generate an actual value of a multi-dimensional data field for the period of acquisition of the measurement signals.
Die Messanordnung kann vorteilhaft als Messgerät, insbesondere als Durchflussmessgerät, ausgebildet sein. Durch die Vereinigung der Sensorelemente in einem Messgerät lässt sich ein kompakter Messaufbau realisieren und das Erfassen aller relevanten Messsignale entlang einer vergleichsweise kurzen Messstrecke. Dadurch kommt es nicht oder nur zu geringen Veränderungen der Stoffeigenschaften entlang der Messstecke. Bei der Integration in einem Durchflussmessgerät kann die im Abfüllprozess wichtige Größe des Durchflusses genutzt werden. Beispielsweise kann bei einem dem Abfüllprozess nachgeschalteter Reinigungsprozess die Strömungsgeschwindigkeit des Reinigungsmittels derart gesteuert werden, dass eine optimale Reinigung erfolgt. Der Sollwert des dreidimensionalen Datenfeld stellt dabei ein Sollwert dar, welchen es im gereinigten Zustand der Abfüllanlage zu erreichen gilt.The measuring arrangement can be advantageously designed as a measuring device, in particular as a flowmeter. By combining the sensor elements in a measuring device, a compact measuring structure can be realized and the acquisition of all relevant measuring signals along a comparatively short measuring path. As a result, there are no or only minor changes in the properties of the material along the measurement area. When integrated in a flow meter, the size of the flow, which is important in the filling process, can be used. For example, in a cleaning process connected downstream of the filling process, the flow rate of the cleaning agent can be controlled in such a way that optimum cleaning takes place. The desired value of the three-dimensional data field represents a desired value, which is to be achieved in the cleaned state of the bottling plant.
Der Vergleich des Sollwertes und des Ist-Wertes des mehrdimensionalen Datenfeldes kann vorteilhaft als eine Clusteranalyse erfolgen. In der Clusteranalyse, auch Ballungsanalyse, genannt, erfolgt eine Entdeckung von Ähnlichkeitsstrukturen in einer meist großen Menge an Daten. Diese Analysenmethode kann im vorliegenden Fall vorteilhaft auch zur Identifizierung des Messmediums z.B. bei einem Mediumswechsel genutzt werden.The comparison of the setpoint value and the actual value of the multidimensional data field can advantageously take place as a cluster analysis. In cluster analysis, also known as congestion analysis, a similarity structure is discovered in a mostly large amount of data. In the present case, this analysis method can also be advantageously used to identify the measuring medium, e.g. be used in a medium change.
Die Auswerteeinheit kann vorteilhaft über eine erste Analysenfunktion bzw. einen ersten Betriebsmodus verfügen. Mit dieser Analysefunktion kann, sofern sich mehrere zeitlich-aufeinanderfolgende Istwerte außerhalb eines vom Sollwert definierten Spezifikationsbereichs für das erste Messmedium befindet, im Rahmen der ersten Analysefunktion ein Mediumswechsel angezeigt und ein Steuer- und/oder Regelsignal abgegeben. Das Erfassen von mehreren zeitlich-aufeinanderfolgenden Istwerte außerhalb des Spezifikationsbereichs verhindern, dass ein fehlerhafter Messwert, also ein Ausreißer, direkt als Medienwechsel interpretiert wird. Der Spezifikationsbereich kann auch als Schwankungsbereich verstanden werden.The evaluation unit can advantageously have a first analysis function or a first operating mode. With the aid of this analysis function, if several time-consecutive actual values are outside a specification range defined by the target value for the first measuring medium, a medium change is indicated within the scope of the first analysis function and a control and / or regulating signal is output. The capture of multiple temporally-consecutive actual values outside the specification range prevents a faulty measured value, ie an outlier, from being interpreted directly as a media change. The specification area can also be understood as a fluctuation range.
Die Auswerteeinheit kann zudem über eine zweite Analysenfunktion bzw. einen zweiten Betriebsmodus verfügen. Sofern sich mehrere zeitlich-aufeinanderfolgende Istwerte außerhalb des vom Sollwert als definierten Spezifikationsbereichs für das erste Messmedium befinden und sich innerhalb eines von einem Sollwert definierten Spezifikationsbereich eines zweiten Messmediums befinden, so wird durch die zweite Analysenfunktion der Name des zweiten Messmediums ermittelt und ausgegeben. Somit kann das Messgerät nicht nur den Mediumswechsel erkennen, sondern auch das zweite Medium detektieren, welches durch die Abfüllanlage geleitet wird. Bedingung für die Erkennung des zweiten Mediums ist, dass ein Sollwert des mehrdimensionalen Datenfeldes für dieses zweite Messmedium auf der Speichereinheit hinterlegt ist.The evaluation unit can also have a second analysis function or a second operating mode. If a plurality of temporally-consecutive actual values are outside the specification range defined by the target value for the first measuring medium and are within a specification range of a second measuring medium defined by a nominal value, then the second analysis function determines and outputs the name of the second measuring medium. Thus, the meter can not only detect the medium change, but also detect the second medium, which is passed through the bottling plant. Condition for the detection of the second medium is that a setpoint of the multi-dimensional data field for this second measurement medium is stored on the storage unit.
Da für den Sollwert mehrere Medien hinterlegt sein kann, so kann die Auswerteeinheit eine Wahrscheinlichkeit dafür angegeben ist dass der angegebene Name des zweiten Messmedium tatsächlich dem zweiten Messmedium entspricht. Es können auch mehrere Namen ausgegeben werden. Die Wahrscheinlichkeit berücksichtigt dabei insbesondere die ermittelten einzelnen Stoffgrößen und deren Gewichtungsfaktoren bei der Ermittlung des Sollwertes.Since several media can be stored for the desired value, the evaluation unit can indicate a probability that the specified name of the second measurement medium actually corresponds to the second measurement medium. It can also be issued several names. In particular, the probability takes into account the determined individual substance quantities and their weighting factors in the determination of the desired value.
Für das erste und das zweite Messmedium kann jeweils ein optimierter Messbereich für jede Stoffeigenschaft hinterlegt sein. In diesem Messbereich kann beispielsweise eine Kompensation von Messwertschwankungen erfolgen. For each of the first and the second measuring medium, an optimized measuring range for each material property can be stored. In this measuring range, for example, a compensation of measured value fluctuations can take place.
Entsprechend kann beispielsweise Intensität und die Dauer von Anregungssignalen der Sensorelemente auf den Messbereich angepasst werden. Diese Anpassung kann durch die Auswerteeinheit durch ein entsprechendes Steuer- und/oder Regelsignal initiiert werden.Accordingly, for example, intensity and the duration of excitation signals of the sensor elements can be adapted to the measuring range. This adaptation can be initiated by the evaluation unit by means of a corresponding control and / or regulating signal.
Sofern die Messanordnung über die Möglichkeit verfügt mehr als drei Stoffeigenschaften zu ermitteln, so können nach Identifizierung des Messmediums nach erfolgtem Mediumswechsel durch die Auswerteeinheit die Stoffeigenschaften spezifisch für das Messmedium durch die Auswerteeinheit ausgewählt werden, welche in die Ermittlung des Ist-Wertes eingehen sollen.If the measuring arrangement has the possibility of determining more than three material properties, the substance properties can be selected specifically for the measuring medium by the evaluation unit after identification of the measuring medium after the medium has been changed by the evaluation unit, which should be included in the determination of the actual value.
So kann es z.B. sein, dass ein Trübungswert bei der Überwachung des ersten Messmediums, z.B. klarem Apfelsaft, unbeachtet bleiben soll. Allerdings bei der Abfüllung von trüben Apfelsaft nach erfolgtem Mediumswechsel mit in den Ist-Wert eingehen soll und im Übrigen auch im Sollwert berücksichtigt wird. Demgegenüber kann die Transmission von Licht im trüben Apfelsaft unberücksichtigt bleiben.So it can be e.g. be that a turbidity value in the monitoring of the first measuring medium, e.g. clear apple juice, should be ignored. However, in the bottling of cloudy apple juice after the medium has been changed, it should be included in the actual value and, moreover, also be taken into account in the desired value. In contrast, the transmission of light in the cloudy apple juice can be disregarded.
Somit kann bei Identifizierung eines Mediumswechsels vom ersten zum zweiten Messmedium nicht nur ein unterschiedlicher Sollwert für das zweite Messmedium vorgegeben werden, sondern auch die Stoffeigenschaften variieren und mit welcher Gewichtung sie in den Sollwert und den zu ermittelnden Istwert eingehen. Es können somit nach der Identifizierung des Messmediums andere Stoffeigenschaften des Messmediums als Berechnungsgrundlage des Ist-Wertes des mehrdimensionalen Datenfeldes herangezogen werden.Thus, when identifying a medium change from the first to the second measurement medium not only a different setpoint for the second measurement medium can be specified, but also vary the material properties and with what weight they enter into the setpoint and the actual value to be determined. Thus, after the identification of the measuring medium, other material properties of the measuring medium can be used as a basis for calculating the actual value of the multi-dimensional data field.
Die erfindungsgemäße Messanordnung wird erfindungsgemäß zur Überwachung eines Mediumswechsels in einer Abfüllanlage genutzt. Insbesondere kann die Messanordnung zur Erkennung zwischen einer Reinigungssequenz und einem Abfüllvorgang genutzt werden.The measuring arrangement according to the invention is used according to the invention for monitoring a medium change in a bottling plant. In particular, the measuring arrangement can be used for detection between a cleaning sequence and a filling process.
Neben der Erkennung des Mediumswechsels kann die Messanordnung auch eine Bestimmung des Endes einer Reinigungssequenz erfolgen. Dieser kann z.B. dann erreicht werden wenn der ermittelte Ist-Wert des mehrdimensionalen Datenfeldes sich im Spezifikationsbereich des Sollwertes des reinen Reinigungsmittels befindet. In diesem Sollwertbereich sollte genug Reinigungsmittel durch die Abfüllanlage durchgeleitet sein, dass nur noch reines Reinigungsmittel ohne gelöste und/oder partikuläre Verunreinigungen im Auslassbereich der Abfüllanlage detektiert wirdIn addition to the detection of the medium change, the measuring arrangement can also be a determination of the end of a cleaning sequence. This can e.g. be reached when the determined actual value of the multi-dimensional data field is in the specification range of the setpoint of the pure detergent. In this setpoint range, enough cleaning agent should be passed through the filling system so that only pure cleaning agent without dissolved and / or particulate contaminants is detected in the outlet area of the filling line
Bei sofern sich der Ist-Wert nicht hinreichend dem Sollwert annähert, kann die Auswerteeinheit zudem Maßnahmen vornehmen die Reinigungswirkung der Reinigungssequenz zu verbessern. Dies z.B. kann darin bestehen die Konzentration der Reinigungsbestandteile zu erhöhen und/oder die Temperatur des Reinigungsmittels und/oder die Verweilzeit des Reinigungsmittels im Bereich verschmutzter Oberflächen. Für die entsprechenden Änderungen der Eigenschaften des Reinigungsmittels können Sollwerte von mehrdimensionalen Datenfeldern auf der Speichereinheit hinterlegt sein oder entsprechende Sollwerte aus bestehenden Sollwerten interpoliert werden.If the actual value does not approach the setpoint sufficiently, the evaluation unit can also undertake measures to improve the cleaning effect of the cleaning sequence. This e.g. may be to increase the concentration of the cleaning components and / or the temperature of the cleaning agent and / or the residence time of the cleaning agent in the area of dirty surfaces. For the corresponding changes in the properties of the cleaning agent, setpoint values of multidimensional data fields can be stored on the memory unit or corresponding setpoint values can be interpolated from existing setpoint values.
Die Messanordnung kann vorteilhaft zur Überwachung der Abfüllung von gleichartigen Lebensmitteln, insbesondere von Bier, Milch und/oder Mineralwässern mit wechselnden Zusammensetzungen. Die Messanordnung erlaubt dabei eine Differenzierung unterschiedlicher Mineralwässer oder dergleichen bei einem Mediumswechsel.The measuring arrangement can be advantageous for monitoring the filling of similar foods, in particular of beer, milk and / or mineral waters with changing compositions. The measuring arrangement allows a differentiation of different mineral waters or the like in a medium change.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Messanordnung umfasst die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines oder mehrerer Sollwerte eines mehrdimensionalen Datenfeldes auf der Speichereinheit, wobei das mehrdimensionale Datenfeld zumindest die drei Stoffeigenschaften des ersten Messmediums umfasst;
- Ermitteln von Messwerten durch das oder die Sensorelemente;
- Ermitteln eines Ist-Wertes für einen Zeitpunkt t1 eines mehrdimensionalen Datenfeldes umfassend zumindest die drei Stoffeigenschaften des ersten Messmediums durch die Auswerteeinheit; und
- Vergleich des Ist-Wertes und des Sollwertes durch die Auswerteeinheit.
- Providing one or more setpoints of a multi-dimensional data field on the storage unit, wherein the multi-dimensional data field comprises at least the three material properties of the first measurement medium;
- Determining measured values by the sensor element (s);
- Determining an actual value for a time t1 of a multi-dimensional data field comprising at least the three material properties of the first measuring medium by the evaluation unit; and
- Comparison of the actual value and the setpoint by the evaluation unit.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel kann in unterschiedlicher Weise modifiziert werden, so dass die Erfindung in keinster Weise auf das Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Es zeigt:
-
1 schematische Darstellung eines Aufbaus einer erfindungsgemäßen Messanordnung.
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1 schematic representation of a structure of a measuring arrangement according to the invention.
Die Messanordnung
Die Messanordnung
Bevorzugt ermittelte Stoffeigenschaften sind insbesondere die Dichte, die Viskosität, die Schallgeschwindigkeit, die Permittivität, der pH-Wert, die Trübung,die Transmission, die thermische und/oder die elektrische Leitfähigkeit des Messmediums.The substance properties that are preferably determined are, in particular, the density, the viscosity, the speed of sound, the permittivity, the pH, the turbidity, the transmission, the thermal and / or the electrical conductivity of the measuring medium.
Optische Technologien verwendet werden wie: NIR, Laser, Raman, TDL etc.Optical technologies are used such as: NIR, Laser, Raman, TDL etc.
Die Sensorelemente
Anhand der ermittelten Stoffeigenschaften wird ein Istwert eines mehrdimensionalen Parameterfeldes zum Zeitpunkt t1 erstellt.On the basis of the determined material properties, an actual value of a multi-dimensional parameter field is created at the time t1.
Die Auswerteeinheit
Vorzugsweise sind derartige Sollwerte von mehrdimensionalen Datenfelder für mehrere Messmedien hinterlegt.Preferably, such desired values of multidimensional data fields are stored for a plurality of measurement media.
Die Speichereinheit
Als Clusteranalyse versteht man ein Verfahren zur Entdeckung von Ähnlichkeitsstrukturen in Datenbeständen. Die gefundenen Ähnlichkeitsgruppen können graphentheoretisch, hierarchisch, partitionierend oder optimierend sein. Die Clusteranalyse ist eine wichtige Disziplin des Data-Minings im Rahmen eines Knowledge-Discovery in Databases Prozesses. Dieses Analyseverfahren ist in einigen Technikbereichen bereits bekannt und wird unter beispielsweise von Bacher, Pöge, Wenzig, im Fachbuch „Clusteranalyse - Anwendungsorientierte Einführung in Klassifikationsverfahren“, 3. Auflage, 2010 beschrieben.Cluster analysis is a process for discovering similarity structures in databases. The found similarity groups can be graph theoretic, hierarchical, partitioning or optimizing. Cluster analysis is an important discipline of data mining as part of a knowledge discovery in databases process. This analysis method is already known in some fields of technology and is described, for example, by Bacher, Pöge, Wenzig, in the textbook "Cluster Analysis - Application-oriented Introduction to Classification Methods", 3rd edition, 2010.
In einer ersten Analysefunktion erfolgt eine Clusteranalyse unter Einbeziehung des Ist- und des Sollwertes für das jeweilige Messmedium. Sofern die Clusteranalyse ergibt, dass sich einer oder mehrere zeitlich-aufeinanderfolgende Istwerte außerhalb eines vom Sollwert definierten Spezifikationsbereichs für das Messmedium befindet so wird ein Steuer- und/oder Regelsignal
Dabei ist es nicht entscheidend quantitative Aussagen über die Messgrössen zu erhalten, sondern der Fingerprint des Zielmediums ist entscheidend, dieser wird im Gerät erstellt und mit einer Referenz verglichen. Basierend auf diesem Vergleich wird eine Gut oder Schlecht Meldung bzgl der Produktqualität generiert.It is not crucial to obtain quantitative statements about the measured variables, but the fingerprint of the target medium is crucial, this is created in the device and compared with a reference. Based on this comparison, a good or bad message regarding product quality is generated.
In einer zweiten Analysefunktion kann die Clusteranalyse dahingehend ausgeweitet werden, dass die mehrdimensionalen Datenfelder mit weiteren Sollwerten abgeglichen werden. Weist befindet sich zumindest mehrere zeitlich-aufeinanderfolgende Istwerte innerhalb des Spezifikationsbereichs eines weiteren Sollwertes, so kann die Auswerteeinheit als Information
In diesem Fall kann anhand der Abweichung innerhalb des Spezifikationsbereiches und/oder anhand eines Korrelationskoeffizienten die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen des jeweiligen Messmediums angegeben werden, welches für die Istwerte in Frage kommen.In this case, based on the deviation within the specification range and / or on the basis of a correlation coefficient, the probability for the presence of the respective measuring medium can be indicated, which come into question for the actual values.
Diese zweite Analysenfunktion kann die Zielsubstanzerkennung des Messmediums ermöglichen. Diese Zielsubstanzerkennung gibt allerdings nur eine Zielsubstanz mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit an. Es versteht sich, dass bei einer Vielzahl von sich zeitlich-verändernden Messmedien, z.B. beim biologischen Abbau organischer Verbindungen, insbesondere in Lebensmitteln, kein Soll-Wert im Datenspeicher vorliegt. Es können allerdings Qualitätsgrenzen für Messmedien in Form von mehrdimensionalen Datenfeldern definiert werden, welche in einer Clusteranalyse berücksichtigt werden.This second analysis function can enable the target substance detection of the measurement medium. However, this target substance recognition indicates only a target substance with a certain probability. It will be appreciated that with a variety of time-varying measurement media, e.g. in biological degradation of organic compounds, especially in food, no target value is present in the data memory. However, quality limits for measuring media can be defined in the form of multidimensional data fields, which are taken into account in a cluster analysis.
Bei der ersten Analysefunktion kann nach Einstellung der Abfüllvorrichtung kann das Steuer- und/oder Regelsignal eine Sequenz von befüllten Abfüllbehältnissen aussortiert werden oder das Messmedium kann in einen Auffangtank umgeleitet werden oder es wird ein Alarmsignal initiiert.In the first analysis function, after setting the filling device, the control and / or regulating signal can be sorted out a sequence of filled filling containers or the measuring medium can be diverted into a collecting tank or an alarm signal is initiated.
Ein Aussortieren von befüllten Abfüllbehältnissen oder ein Umleiten des Abfüllmediums kann beispielsweise bei der Saftabfüllung erfolgen, beim Wechsel zwischen zwei Saftsorten. Die Mischfraktion kann auf diese Weise aussortiert werden. Ein Alarmsignal kann beispielsweise bei Änderungen der Qualität des Messmediums erfolgen.A sorting out of filled filling containers or a redirecting of the filling medium can take place, for example, during juice filling, when changing between two types of juice. The mixed fraction can be sorted out in this way. An alarm signal can occur, for example, with changes in the quality of the measuring medium.
Die zweite Analysefunktion kann beispielsweise beim Einsatz von einem oder mehreren Reinigungsmitteln zur Anwendung kommen; also die Messanordnung kann auch verwendet werden, um eine Reinigungssequenz mit mehreren Reinigungsmitteln oder einen CIP-Kreislauf zu überwachen. Für das oder die verschiedenen Reinigungsmittel sind in diesem Fall Sollwerte in der Auswerteinheit hinterlegt.The second analysis function can be used, for example, when using one or more cleaning agents; that is, the metering arrangement can also be used to monitor a multi-detergent cleaning sequence or a CIP cycle. In this case, setpoint values are stored in the evaluation unit for the cleaning agent (s).
Zusätzlich zu den vorgenannten Stoffeigenschaften kann zudem eine Füllstands- oder Durchflussermittlung durch die Messanordnung erfolgen. Der Aufbau und die Wirkweise einzelner Füllstands- und/oder Durchflussmessgeräte sind bereits vielfach im Stand der Technik beschrieben und an sich bekannt.In addition to the aforementioned material properties, a filling level or flow rate determination can also be carried out by the measuring arrangement. The structure and mode of action of individual level and / or flow measuring devices are already widely described in the prior art and known per se.
Die Messanordnung führt zu hoher Sicherheit im Prozess, da der letzte Schritt vor Abfüllen des Mediums daraufhin überwacht wird, ob das richtige Medium mit einem Minimum an Verunreinigung abgefüllt wird.The measuring arrangement leads to a high degree of safety in the process, since the last step before filling the medium is monitored to see whether the correct medium is filled with a minimum of contamination.
Sofern es zu einem Sprung zwischen zwei Folgen mehrerer aufeinanderfolgender Ist-werte kommt und ein anderes Messmedium identifiziert wurde, so können einzelne oder alle Sensorelemente
Es kann allerdings auch sein, dass in das mehrdimensionale Datenfeld zunächst nur drei Stoffeigenschaften eingehen, allerdings bei einem identifizierten Mediumswechsel eine vierte Stoffeigenschaft, z.B. die Trübung, zur Charakterisierung des Mediums herangezogen wird und in das mehrdimensionale Datenfeld eingeht.However, it may also be that initially only three material properties enter into the multidimensional data field, but with a medium change identified, a fourth substance property, e.g. the turbidity is used to characterize the medium and enters the multidimensional array.
So kann es bei einem Abfüllprozess von Mineralwasser beispielsweise unnötig sein die Trübung zu ermitteln, allerdings bei einem anschließenden Reinigungsprozess sehr wohl zur Charakterisierung des Endes des Reinigungsprozesses auch die Trübung berücksichtigt werden.For example, in a bottling process of mineral water, it may be unnecessary to determine the turbidity, but in a subsequent cleaning process the turbidity is also taken into account to characterize the end of the cleaning process.
Innerhalb des mehrdimensionalen Datenfeldes kann die Gewichtung einzelner Stoffeigenschaften je nach Messmedium unterschiedlich stark erfolgen. Die Gewichtungsfaktoren sind dabei je nach Messmedium in der Speichereinheit
Somit kann ein Medienwechsel und ein Wechsel auf Reinigung, insbesondere CIP-Reinigung, in der ersten Analysefunktion erkannt werden und die Art des Mediums in der zweiten Analysefunktion mit den vorgenannten Einschränkungen identifiziert werdenThus, a change of media and a change to cleaning, in particular CIP cleaning, can be detected in the first analysis function and the type of the medium in the second analysis function can be identified with the aforementioned restrictions
Weiterhin kann auch eine Reinigungssequenz mit einem oder mehreren Reinigungsmedien mit dem Gerät kontrolliert werden. Es kann also ein CIP-Medium ebenfalls qualifiziert und analysiert werden. Die Analyse kann insbesondere eine kontinuierliche Analyse sein und vorzugsweise anhand einer oder mehrerer Stoffeigenschaften, insbesondere der Trübung, des pH-Wertes und/oder der Wärmeleitfähigkeit ermittelt werden.Furthermore, a cleaning sequence with one or more cleaning media can be controlled with the device. So a CIP medium can also be qualified and analyzed. The analysis may in particular be a continuous analysis and preferably be determined on the basis of one or more substance properties, in particular the turbidity, the pH and / or the thermal conductivity.
Abhängig davon kann anhand des Steuer- und/oder Regelsignals der Auswerteeinheit
Somit kann die Reinigungswirkung durch Analyse des Reinigungsmediums überwacht werden, so dass eine bedarfsgesteurte Reinigung, insbesondere eine CIP-Reinigung, anstatt einer zeitgesteuerten realisierbar ist.Thus, the cleaning effect can be monitored by analysis of the cleaning medium, so that a demand-controlled cleaning, in particular a CIP cleaning, instead of a timed is feasible.
Bei Realisierung der Messanordnung in einem Messgerät kann die Messung der einzelnen Stoffeigenschaften entlang einer kurzen Messstrecke erfolgen. Der Prozess wird also nur an einer Stelle penetriert und ein geringer Zeitversatz zwischen der Ermittlung der einzelnen Stoffeigenschaften durch die jeweiligen Sensorelemente.When implementing the measuring arrangement in a measuring device, the measurement of the individual material properties can take place along a short measuring path. The process is therefore only penetrated at one point and a small time offset between the determination of the individual material properties by the respective sensor elements.
Die Messanordnung kann in einer weniger bevorzugten Variante auch für Abfüllen von Gasen verwendet werden. In diesem Falle kann auch ein Feuchtesensor in der Messanordnung integriert werden. Die relative Gasfeuchte ist somit auch eine Stoffeigenschaft im Sinne der vorliegenden Erfindung und kann in das mehrdimensionale Datenfeld aufgenommen werden.The measuring arrangement can be used in a less preferred variant for filling gases. In this case, a moisture sensor can be integrated in the measuring arrangement. The relative gas humidity is thus also a substance property in the sense of the present invention and can be included in the multidimensional data field.
In einer weiteren Ausgestaltung kann weiterhin die Anwesenheit von Fremdkörpern im Messmedium durch die Messanordnung ermittelt werden. Diese können beispielsweise anhand von Ultraschall- oder Mikrowellensensorelemente als Partikelzählung realisiert werden. Die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit kann auch eine Stoffeigenschaft im Sinne der vorliegenden Erfindung und kann in das mehrdimensionale Datenfeld aufgenommen werdenIn a further embodiment, furthermore, the presence of foreign bodies in the measuring medium can be determined by the measuring arrangement. These can be realized for example by means of ultrasonic or microwave sensor elements as particle counting. The number of particles per unit volume can also be a substance property in the sense of the present invention and can be included in the multidimensional data field
In einem ersten Anwendungsbeispiel kann bei einer Getränkeabfüllung eine Überwachung des Mediumswechsels und/oder eine Identifikation des abzufüllenden Messmediums erfolgen.In a first application example, monitoring of the medium change and / or identification of the medium to be filled can take place during beverage filling.
Die Messanordnung kann als ein Coriolis-Durchflussmessgerät ausgebildet sein mit weiteren Sensorelementen, insbesondere einem Temperatursensor, einem Ultraschallsensor, einem pH-Sensor und einem Sensor zur Ermittlung der elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit.The measuring arrangement can be designed as a Coriolis flowmeter with further sensor elements, in particular a temperature sensor, an ultrasonic sensor, a pH sensor and a sensor for determining the electrical and / or thermal conductivity.
Die relevanten Stoffeigenschaften sind im vorliegenden Fall die Dichte, die Viskosität, die Transmission, die Schallgeschwindigkeit, der pH-Wert und die elektrische und/oder thermische Leitfähigkeit. Diese Stoffeigenschaften werden bei der Getränkeabfüllung zu einem Messwert zu einem Zeitpunkt t1, dem Zeitpunkt der Erfassung der Messdaten, zu einem mehrdimensionalen Datenfeld zusammengefasst.The relevant material properties in the present case are the density, the viscosity, the transmission, the speed of sound, the pH and the electrical and / or thermal conductivity. During beverage filling, these material properties are combined into a measured value at a time t1, the time of acquisition of the measured data, into a multi-dimensional data field.
Die Solldaten können durch Kalibration der Messanordnung mit dem oder den Messmedien und ggf. mit mehreren Reinigungsmedien erfolgen. Die Messmedien können das Getränkesortiment einer Mosterei umfassen.The desired data can be done by calibrating the measuring arrangement with the one or more measuring media and possibly with several cleaning media. The measuring media may include the beverage range of a cider factory.
Weitere Messdaten, welche jedoch keine Stoffeigenschaften sind, sind der Durchfluss und die Mediumstemperatur.Other measurement data, which are not material properties, are the flow rate and the medium temperature.
Ein zweites Anwendungsbeispiel kann eine Überwachung der Produktqualität von Lebensmitteln in Molkereien und/oder in milchverarbeitenden Betrieben umfassen.A second example of use may include monitoring the product quality of food in dairies and / or in milk processing plants.
Die Messanordnung kann als magnetisch-induktives Durchflussmessgerät ausgebildet sein. In einer Vielzahl dieser Art von Durchflussmessgeräten sind bereits Leitfähigkeitssensoren eingesetzt. Das magnetisch-induktive Durchflussmessgerät weist zudem weitere Sensoren auf, insbesondere einen Mikrowellensensor, ein Ultraschall-Sensor und ein pH-Sensor.The measuring arrangement can be designed as a magnetic-inductive flowmeter. In a variety of this type of flow meters conductivity sensors are already used. The magnetic-inductive flowmeter also has other sensors, in particular a microwave sensor, an ultrasonic sensor and a pH sensor.
Ein drittes Anwendungsbeispiel liegt in der Überwachung der Produktqualität von Bier. Hierzu kann eine analoge Messanordnung wie im ersten Anwendungsbeispiel genutzt werden. Alternativ kann allerdings auch ein Ultraschall-Durchflussmessgerät eingesetzt werden, welches zudem einen Sensor zur Dichtemessung, einen Sensor zur Viskositätsmessung, einen pH-Wert Sensor und einen Sensor zur Ermittlung der thermischen und/oder elektrischen Leitfähigkeit.A third application example is monitoring the product quality of beer. For this purpose, an analog measuring arrangement as in the first application example can be used. Alternatively, however, it is also possible to use an ultrasonic flowmeter, which additionally has a sensor for measuring the density, a sensor for measuring viscosity, a pH sensor and a sensor for determining the thermal and / or electrical conductivity.
Ein viertes Anwendungsbeispiel liegt in der Überwachung der Abfüllung von Mineralwässer. Hierzu kann eine analoge Messanordnung wie im zweiten Anwendungsbeispiel genutzt werden. Die Messanordnung kann dabei Unterschiede unterschiedlicher Mineralwässer erkennen und den Mediumswechsel anzeigen.A fourth application example is monitoring the bottling of mineral waters. For this purpose, an analog measuring arrangement as in the second application example can be used. The measuring arrangement can detect differences in different mineral waters and indicate the medium change.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Messanordnungmeasuring arrangement
- 22
- Rohrpipe
- 33
- Sensorelementesensor elements
- 44
- Auswerteeinheitevaluation
- 5.1-5.n5.1-5.n
- Messsignalemeasuring signals
- 66
- Speichereinheitstorage unit
- 77
- Prozessanschlussprocess connection
- 88th
- Steuer- und/oder RegelsignalControl and / or regulating signal
- 99
- Information zum MessmediumInformation about the measuring medium
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016121780.8A DE102016121780A1 (en) | 2016-11-14 | 2016-11-14 | Measuring arrangement for monitoring a filling process and / or a cleaning process in a bottling plant |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102016121780.8A DE102016121780A1 (en) | 2016-11-14 | 2016-11-14 | Measuring arrangement for monitoring a filling process and / or a cleaning process in a bottling plant |
Publications (1)
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DE102016121780A1 true DE102016121780A1 (en) | 2018-05-17 |
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DE102016121780.8A Withdrawn DE102016121780A1 (en) | 2016-11-14 | 2016-11-14 | Measuring arrangement for monitoring a filling process and / or a cleaning process in a bottling plant |
Country Status (1)
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DE (1) | DE102016121780A1 (en) |
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