DE102018101644A1

DE102018101644A1 - Messanordnung und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102018101644A1
Application number: DE102018101644.1A
Authority: DE
Inventors: Juan Garcia; Ralf Höll
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-26
Also published as: WO2019145075A1; DE102018101644B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung (100) mit wenigstens einem mobilen Messgerät (10) mit einem ersten Nahdistanzfunkmodul (11) einer ersten Reichweite (R1), wenigstens einem ortsfest installierten Controller (20) mit einem zweiten Nahdistanzfunkmodul (21) einer zweiten Reichweite (R2), wobei der Controller (20) zum Datenaustausch mit dem Messgerät (10) über das Nahdistanzfunkmodul (11, 21) und zur Übermittlung von Daten an eine übergeordnete Einheit (30) ausgebildet ist, wobei das mobile Messgerät (10) ein Bewegungsmuster derart aufweist, dass ein Abstand zwischen mobilem Messgerät (10) und Controller (20) wenigstens zeitweise geringer als die kleinere der Reichweiten (R1, R2) ist, sodass eine Funkkommunikation zwischen Messgerät (10) und Controller (20) und damit eine Datenübertragung möglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messanordnung gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zu deren Betrieb gemäß Patentanspruch 5.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Messordnungen bekannt, bei denen Messgeräte ortsfest installiert und mit einer übergeordneten Einheit verbunden sind. Solche Anwendungen haben den Nachteil, dass sie nur stationär Messungen durchführen können. Ein mobiles Bediengerät, das auch als Controller wirken kann, kann zum Auslesen von Messwerten oder zum Bedienen des Messgeräts bspw. über eine Funkschnittstelle mit dem Messgerät verbunden werden.
Ferner sind Messanordnungen bekannt, bei denen Messgeräte zum Einsatz kommen, die eine integrierte Langdistanz-Funkschnittstelle, bspw. ein GSM-Modul aufweisen und über dieses direkt mit der übergeordneten Einheit kommunizieren. Der Nachteil dieser Lösung liegt in dem hohen Preis der entsprechenden Module beispielsweise durch regelmäßige Kosten (Funktarife), dem hohen Energiebedarf und in der teilweise nicht vorhandenen Infrastruktur, d.h. dass bspw. in Fabrikhallen oder auf Werksgeländen, wo die Messgeräte zum Einsatz kommen keine ausreichende Netzabdeckung (beispielsweise GSM, GPRS, UMTS, LTE) vorhanden ist. Das Installieren einer entsprechenden Infrastruktur ist wiederum sehr kostenintensiv, was ebenfalls ein Nachteil ist.
Es ist die Aufgabe, eine Messanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Messanordnung anzugeben, bei denen mobile Messungen möglichst kostengünstig ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Eine erfindungsgemäße Messanordnung weist wenigstens einem mobilen Messgerät mit einem ersten Nahdistanzfunkmodul einer ersten Reichweite und wenigstens einem ortsfest installierten Controller mit einem zweiten Nahdistanzfunkmodul einer zweiten Reichweite auf, wobei der Controller zum Empfangen von Daten von dem Messgerät über das Nahdistanzfunkmodul und zur Übermittlung von Daten an eine übergeordnete Einheit ausgebildet ist, wobei das mobile Messgerät ein Bewegungsmuster derart aufweist, dass ein Abstand zwischen mobilem Messgerät und Controller wenigstens zeitweise geringer als die kleinere der Reichweiten ist, sodass eine Funkkommunikation zwischen Messgerät und Controller und damit eine Datenübertragung möglich ist.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Messanordnung wird es ermöglicht, sowohl im Messgerät als auch im Controller Nahdistanzfunkmodule einzusetzen. Diese sind kostengünstig, energiesparend, kompakt und in verschiedenen Ausgestaltungen auf dem Markt verfügbar. Durch die energiesparende Ausgestaltung der Nahdistanzfunkmodule könne diese autark, d.h. insbesondere Batteriebetrieben und/oder mit Energy-Harvesting-Modulen betrieben ausgestaltet werden.
Unter dem Begriff Nahdistanzfunkmodul sollen in der vorliegenden Anmeldung Funkmodule verstanden werden, die eine maximale Reichweite von wenigen Metern aufweisen. Dies sind insbesondere Funkmodule, die gemäß einem der Standards Bluetooth, Bluetooth Low Energy, ZigBee, WirelessHART, ISA100-Funklösungen, Wlan oder NFC arbeiten.
Unter maximaler Reichweite wird die Entfernung verstanden, über die im Freifeld maximal eine zuverlässige Verbindung/Datenübertragung möglich ist. Die maximale Reichweite unterscheidet sich von dem Begriff der Reichweite, wie er in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird. Gemeint ist hier die im jeweiligen Anwendungsfall tatsächliche Reichweite, die um ein Vielfaches geringer sein kann, als die maximale Reichweite.
Dadurch, dass es sich um mobile Messgeräte handelt, die bspw. zur Füllstandmessung an einem mobilen Behälter angebracht sind, der bspw. in einem Produktionsablauf einem bestimmten Bewegungsmuster folgt, kann sichergestellt werden, dass der Behälter und damit das Messgerät bestimmte Punkte immer wieder passiert. So kann erreicht werden, dass das Messgerät immer wieder in die Reichweite eines Controllers kommt und so eine Datenübermittlung, insbesondere ein Auslesen von Messwerten und/oder ein Parametrieren des Gerätes erfolgen kann.
Abhängig von der jeweiligen Messumgebung können ein oder mehrere Controller an strategisch günstigen Stellen installiert werden, sodass eine ausreichende Zahl von Messwerten ausgelesen werden kann. Die Controller können dann eine drahtgebundene und/oder Langdistanzfunkverbindung zu der übergeordneten Einheit aufweisen. Dies ist aufgrund der ortsfesten Installation mittels einer drahtgebundenen Verbindung, bspw. über Ethernet und mit einer entsprechenden, insbesondere kabelgebundenen Energieversorgung auch über energieintensivere Langdistanzfunkverbindungen problemlos möglich.
Um eine kontinuierliche Entwicklung der Messwerte erfassen zu können, obwohl nur von Zeit zu Zeit eine Datenübertragung stattfindet, kann das Messgerät einen Datensammler oder Datenlogger aufweisen, in dem die Messwerte mit entsprechenden Zeitstempeln gespeichert werden, wenn keine Datenübertragung stattfindet.
Um zum Zeitpunkt einer Datenübertagung jeweils auch einen möglichst aktuellen Messwert zur Verfügung zu haben, kann das erfolgreiche Aufbauen einer Funkverbindung eine aktuelle Messung auslösen und bspw. dieser Messwert priorisiert übertragen werden.
In einer Ausgestaltung der Messanordnung sind mehrere mobile Messgeräte im Einsatz, wobei zur Sicherstellung regelmäßiger Datenübertragungen an mehreren Stellen jeweils ein Controller ortsfest angebracht ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Messanordnung mit wenigstens einem mobilen Messgerät mit einem ersten Nahdistanzfunkmodul einer ersten Reichweite, wenigstens einem ortsfest installierten Controller mit einem zweiten Nahdistanzfunkmodul einer zweiten Reichweite, wobei der Controller zum Empfangen von Daten von dem Messgerät über das Nahdistanzfunkmodul und zur Übermittlung von Daten an eine übergeordnete Einheit ausgebildet ist, weist folgende Schritte auf:

- Bewegen des wenigstens einen Messgerätes,
- übermitteln von Daten, wenn ein Abstand zwischen mobilem Messgerät und Controller wenigstens zeitweise geringer als die kleinere der Reichweiten ist.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren können die die Messgeräte auch vom Controller mit Parametrierdateien oder Softwareupdatedateien versorgt werden. In diesem Fall werden die Daten vom Controller auf das entsprechende Messgerät gespielt, wenn dieses in die Reichweite des Controllers bewegt wird.
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Auführungsbeispiels.
Es zeigt:

1 ein Ausführungsbeispiel für eine Messanordnung gemäß der vorliegenden Anmeldung.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 100 gemäß der vorliegenden Anmeldung.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Messanordnung 100 gezeigt, in der eine Vielzahl mobiler Behälter 1-5, zum Beispiel IBC-Behälter (IBC = Intermediate Bulk Container), jeweils mit einem Messgerät 10, vorliegend einem Füllstandmessgerät versehen sind. Die Messgeräte 10 sind jeweils mit drahtlosen Kommunikationsschnittstelle ausgestattet, die entsprechend der vorliegenden Anmeldung als Nahdistanzfunkmodul 11 ausgestaltet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Nahdistanzfunkmodule 11 als Bluetooth Low Energy Module ausgestaltet.
Die Messanordnung 100 weist ferner einen Controller 20 auf, der ebenfalls ein Nahdistanzfunkmodul 21 zur Kommunikation mit den Messgeräten 10 aufweist.
In 1 ist beispielhaft nur die Reichweite R2 des Nahdistanzfunkmoduls 21 des Controllers 20 eingezeichnet. Die Reichweite R1 der Nahdistanzfunkmodule 11 der Messgeräte 10 ist aber dieser entsprechend.
Die Behälter 1-5 durchlaufen verschiedene Positionen eines Produktionsprozesses, wobei die einzelnen Behälter an fünf beispielhaften Positionen dargestellt sind. Ferner sind weitere Behälter an einem ersten Lagerplatz 31 für volle Behälter und einem zweiten Lagerplatz 32 für leere Behälter dargestellt. Während des Produktionsprozesses durchlaufen die Behälter 1-5 den eingezeichneten Produktionsweg. Während sich die Behälter an den Positionen 1,2 und 5 außerhalb der Reichweite R2 des Controllers befinden sind die Behälter an den Positionen 3 und 4 innerhalb der Reichweite R2 des Controllers.
Außerhalb der Reichweite R2 des Controllers 20 findet keine Kommunikation zwischen dem Controller 20 und den Geräten an den mobilen Behältern statt. Bei den Behältern an den Lagerplätzen 31, 32 für volle und leere Behälter findet ebenfalls keine Kommunikation statt, da diese ebenfalls außerhalb der Reichweite R2 des Controllers 20 liegen.
Befinden sich die Behälter, wie beispielhaft an den Positionen 3 und 4 verdeutlich, innerhalb der der Reichweiten R2 des Controller 20, so findet die drahtlose Kommunikation statt. Es könne zwischen Messgerät 10 und Controller 20 verschiedene Daten, bspw. vom Messgerät 10 zum Controller 20 Messwerte, Diagnosewerte oder Statusinformationen, und/oder vom Controller 20 zum Messgerät 10 Parametrierdaten, Softwareupdates oder Statusdaten übertragen werden.
Eine Datenübertragung erfolgt nach einer entsprechend dem verwendeten Funkprotokoll erfolgreichen Authentifizierung zwischen Controller 20 und Messgerät 10. Anschließend kann nach erfolgreicher Datenübertragung eine Datenverarbeitung sowohl im Controller 20 als auch im Messgerät 10 erfolgen.
Der Controller 20 kann die empfangenen Messwerte, Diagnosewerte oder Statusinformationen beispielsweise über eine kabelgebundene Schnittstelle 22, die vorliegend als Ethernet Schnittstelle ausgebildete ist, aber auch jeder andere geeignete kabelgebundene Schnittstelle zur Datenübertragung sein kann, oder über eine Langdistanz-Funkschnittstelle 23, bspw. eine Mobilfunk-Schnittstelle oder eine Long Range (LoRA) Schnittstelle, an die übergeordnete Einheit 30 übermitteln. Die übergeordnete Einheit empfängt und verarbeitet die Daten und kann weitere Aktionen auslösen. Dieses kann beispielsweise folgendes umfassen:

- Auslösen von Bestellvorgängen
- Steuerung von Logistikvorgängen (Leerer Behälter zum Lagerplatz 31, Voller Behälter zum Lagerplatz 32 oder auch Behälter bleibt im Produktionsprozess)
- Steuerung von Wartungseinsätzen bei Messgeräten mit Wartungsbedarf
- Auslösen von Ereignissen am Messgerät (z.B. rote Lampe an bei leerem Tank)
- Auslösen eines Austauschvorgangs bei fehlerhaften Messgeräten
- Bereitstellen der Daten für Managementaufgaben
- Bereitstellen der Daten an andere Abteilungen wie z.B. Buchhaltung

Die Messgeräte 10 können beispielsweise Parametrierdaten oder Softwareupdatedateien vom Controller 20 empfangen. Parametrierdaten können beispielsweise folgendes umfassen:

- Aktualisierte Parametrierdaten werden im Messgerät übernommen
- Neue Softwareupdatedateien werden im Messgerät eingespielt.
- Setzen von Gerätestatus im Messgerät (z.B. rote Lampe an bei leerem Tank)

Bei Einsatz weiterer Controller 20 wiederholt sich oben beschriebenes Szenario immer dann, wenn das Messgerät 10 in die Reichweite R2 eines der Controller eintritt.
Bezugszeichenliste

1: Behälter
2: Behälter
3: Behälter
4: Behälter
5: Behälter
10: Messgerät
11: Nahdistanzfunkmodul
20: Controller
21: Nahdistanzfunkmodul
22: kabelgebundene Schnittstelle
23: Langdistanz-Funkschnittstelle
30: übergeordnete Einheit
31: erster Lagerplatz
32: zweiter Lagerplatz
100: Messanordnung
R1: erste Reichweite
R2: zweite Reichweite

Claims

Messanordnung (100) mit - wenigstens einem mobilen Messgerät (10) mit einem ersten Nahdistanzfunkmodul (11) einer ersten Reichweite (R1) , - wenigstens einem ortsfest installierten Controller (20) mit einem zweiten Nahdistanzfunkmodul (21) einer zweiten Reichweite (R2), wobei der Controller (20) zum Datenaustausch mit dem Messgerät (10) über das Nahdistanzfunkmodul (11, 21) und zur Übermittlung von Daten an eine übergeordnete Einheit (30) ausgebildet ist, wobei das mobile Messgerät (10) ein Bewegungsmuster derart aufweist, dass ein Abstand zwischen mobilem Messgerät (10) und Controller (20) wenigstens zeitweise geringer als die kleinere der Reichweiten (R1, R2) ist, sodass eine Funkkommunikation zwischen Messgerät (10) und Controller (20) und damit eine Datenübertragung möglich ist.
Messanordnung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Messgerät (10) einen Datensammler aufweist, der zu übermittelnde Daten sammelt, wenn keine Funkkommunikation möglich ist.
Messanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahdistanzfunkmodule (11, 21) als Bluetooth, Bluetooth Low Energy, NFC, WirelessHART oder ISA100 Funkmodul ausgebildet sind.
Messanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (100) eine Vielzahl von Messgeräten (10) und eine Vielzahl von an unterschiedlichen Positionen im Bereich der Bewegungsmuster der Messgeräte (10) angeordneten Controllern (20) aufweist, wobei die Controller (20) jeweils mit der übergeordneten Einheit (30) verbunden sind.
Verfahren zum Betreiben einer Messanordnung (100) mit wenigstens einem mobilen Messgerät (10) mit einem ersten Nahdistanzfunkmodul (11) einer ersten Reichweite (R1), wenigstens einem ortsfest installierten Controller (20) mit einem zweiten Nahdistanzfunkmodul (21) einer zweiten Reichweite (R2), wobei der Controller (20) zum Empfangen von Daten von dem Messgerät (10) über das Nahdistanzfunkmodul (11, 21) und zur Übermittlung von Daten an eine übergeordnete Einheit (30) ausgebildet ist, mit folgenden Schritten: - Bewegen des wenigstens einen Messgerätes (10), - übermitteln von Daten, wenn ein Abstand zwischen mobilem Messgerät (10) und Controller (20) wenigstens zeitweise geringer als die kleinere der Reichweiten (R1, R2) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem dann, wenn keine Datenübermittlung stattfindet, die Daten in dem mobilen Messgerät (10) gesammelt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn ein Abstand zwischen mobilem Messgerät (10) und Controller (20) wenigstens geringer als die kleinere der Reichweiten (R1, R2) ist, eine Messung ausgelöst wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgeräte (10) aufgrund von Arbeitsabläufen, bei denen die Messgeräte (10) bewegt werden, in die Reichweite (R1, R2) des Controllers (20) bewegt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgeräte (10) vom Controller (20) mit Parametrierdateien oder Softwareupdatedateien versorgt werden.