DE102018114256A1

DE102018114256A1 - Verfahren und system zum erkennen eines fehlerzustands in der messung des füllstands eines mediums in einem tank

Info

Publication number: DE102018114256A1
Application number: DE102018114256.0A
Authority: DE
Inventors: Dimitri Vaissiere
Original assignee: Endress and Hauser Consult AG
Current assignee: Endress and Hauser Group Services AG
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2019-12-19
Also published as: KR102462895B1; CN112262299A; WO2019238384A1; US11293796B2; EP3807603A1; KR20210020082A; US20210131854A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands in der Messung des Füllstands eines Mediums (1) in einem Tank (2) mit einem Schwimmdach (3), wobei das Schwimmdach (3) auf dem Medium (1) schwimmt und vertikal in dem Tank (2) geführt wird, ein Radarfüllstandmessgerät (4) und eine Füllstandmessvorrichtung (5) bereitgestellt werden, wobei das Radarfüllstandmessgerät (4) örtlich fixiert an dem Tank (2) angebracht ist, in Richtung des Schwimmdachs (3) Radarsignale abstrahlt und die von der Oberfläche des Schwimmdachs (3) reflektierten Echosignale empfängt, und wobei die Füllstandmessvorrichtung (5) den Füllstand des Mediums (1) in dem Tank (2) misst, umfassend die folgenden Schritte:a) Erfassen und Aufzeichen von Daten, die die Höhe des Schwimmdachs (3) während einer definierten Zeitintervalls repräsentieren, wobei das definierte Zeitintervall einige Befüllungs-/Entleerungszyklen des Mediums (1) in den/aus dem Tank (2) umfasst,b) Erfassen und Aufzeichnen von Daten, die den Füllstand des Mediums (1) in dem Tank (2) während des Zeitintervalls repräsentieren, das einige Befüllungs-/Entleerungszyklen des Mediums (1) in den/aus dem Tank (2) umfasst,c) Ermitteln der Abweichungen zwischen den Daten, die den Füllstand des Mediums (1) in dem Tank (2) repräsentieren, und den entsprechenden Daten, die die Höhe des Schwimmdachs (3) repräsentieren,d) Zentrieren der Abweichungen zwischen den gespeicherten Daten, die den Füllstand des Mediums(1) repräsentieren, und der Höhe des Schwimmdachs (3), reduziert um die Dicke (D) des Schwimmdachs (3), mit den entsprechenden Füllstandsdaten,e) Erzeugen einer Warnmeldung, dass in der Füllstandsmessung ein Fehlerzustand erkannt wurde, wenn die zentrierten Abweichungen einen Toleranzschwellenwert an mindestens einer Höhe des Tanks (2) überschreiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Erkennen eines Fehlerzustands in der Messung des Füllstands eines Mediums in einem Tank mit einem Schwimmdach, wobei das Schwimmdach auf dem Medium schwimmt und in dem Tank vertikal geführt wird. Es werden ein Radarfüllstandmessgerät und eine Füllstandmessvorrichtung bereitgestellt. Das Radarfüllstandmessgerät, welches örtlich fixiert an dem Tank angebracht ist, strahlt Radarsignale in Richtung des Schwimmdachs ab und empfängt die von der Oberfläche des Schwimmdachs reflektierten Echosignale. Das Radarfüllstandmessgerät bestimmt jeweils den Abstand zum Schwimmdach und die Höhe des Schwimmdachs und den Füllstand des Mediums in dem Tank. Die Füllstandmessvorrichtung misst direkt den Füllstand des Mediums im Tank.
Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Lösung wird die Höhe des Dachs bevorzugt unter Verwendung eines Radarfüllstandmessers erfasst. Der Radarfüllstandmesser strahlt ein Signal, insbesondere ein Mikrowellen- oder Ultraschallsignal, auf die Oberfläche des Dachs ab und empfängt die auf dem Dach reflektierten Echosignale. Die Höhe des Dachs wird durch die Laufzeit der Radarsignale ermittelt. Insbesondere kann der Radarfüllstandmesser ein Pulsradargerät oder ein FMCW-Radargerät sein.
Die Füllstandmessvorrichtung kann jede Vorrichtung sein, die den Füllstand eines Mediums im Tank kontinuierlich misst. Vorzugsweise wird ein TDR(Time Domain Radar)-Messgerät verwendet. Es ist aber auch möglich, eine kapazitive oder konduktive Messvorrichtung zu verwenden. Im Allgemeinen kann jegliche Füllstandmessvorrichtung verwendet werden, die den Füllstand eine Mediums kontinuierlich misst und die der harschen Atmosphäre industrieller Prozesse standhalten kann. Von der Endress+Hauser-Gruppe wird eine breite Palette verschiedener Arten von Füllstandmessvorrichtung zur Prozessautomatisierung angeboten und vertrieben.
Die Erfindung wird bei der Überwachung von großen Tanks verwendet. Bei großen Flüssigkeitstanks, insbesondere Kraftstoff- oder Öltanks bei Raffinerien und dergleichen, die große Mengen von Ölprodukten aufnehmen, wird häufig ein Schwimmdach verwendet, das in dem Tank auf der Flüssigkeit schwimmt und daher in einer vertikalen Richtung verlagerbar ist. Folglich kann das Schwimmdach beim Ablassen einer Flüssigkeit aus oder Einfüllen derselben in den Tank dem Füllstand der Flüssigkeit (z. B. einem Ölprodukt) folgen. Schwimmdächer dieser Art werden verwendet, um das Austreten von Dämpfen und Gasen aus dem Tank in die Atmosphäre und das Eindringen von z. B. Regenwasser aus der Umgebung in die Flüssigkeit zu verhindern.
Üblicherweise wird die Verhinderung des Austretens oder Eindringens mithilfe einer Dichtungsanordnung verbessert, die entlang dem Außenumfang des Schwimmdachs eingepasst ist, um einen Dichtungs- und Gleitkontakt mit der Innenwand des Tanks bereitzustellen. Überdies ermöglicht es die Verwendung eines auf der Flüssigkeit schwimmenden Dachs, einen Zwischenraum zwischen der Flüssigkeit und dem Dach zu minimieren und dadurch die Menge an Gasen und Flüssigkeit in Dampfform in diesem Zwischenraum zu minimieren. Im Fall von Kraftstoff- und Öltanks ist der Bereich über dem Schwimmdach ein gefährlicher oder potentiell gefährlicher Bereich. Schwimmdächer für diese Zwecke sind üblicherweise als große Stahlkonstruktionen mit Schwimmkörpern, so genannten Pontons, gefertigt. Diese können ein Gewicht in der Größenordnung von hundert Tonnen und einen Durchmesser von Dutzenden von Metern aufweisen. Was die Größe und die Umweltaspekte betrifft, so ist es wichtig, den normalen Betrieb durch ein Überwachungssystem zu überwachen.
Der Zweck eines solchen Überwachungssystems ist es, Kontrolle über das Schwimmdach zu haben, d. h., sicherzustellen, dass unerwünschte Situationen im Zusammenhang mit Fällen, in denen das Dach nicht wie vorgesehen auf dem Produkt, d. h. auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmt, erkannt werden. Es gibt auch Vorteile in Bezug auf Umweltauflagen, z. B. das Verdunsten von flüchtigen Kohlenwasserstoffen in die Umwelt zu vermeiden, für den Fall, dass das Dach mit Produkt überschwemmt wird. Schließlich kann das Überwachungssystem Inspektionstätigkeiten eliminieren oder zumindest reduzieren. Typischerweise müssen die Pontons eines Schwimmdachs in regelmäßigen Zeitabständen durch eine Person, die die Klappen in den Pontons öffnet, auf Leckage geprüft werden. Diese Art Arbeit birgt gewisse personenbezogene Risiken und könnte mithilfe eines Fehlerzustanderkennungssystems minimiert werden. Der überwachte Abstand zwischen der Oberfläche des Schwimmdachs und der Mediumoberfläche ist normalerweise im Wesentlichen konstant. Aufgrund externer Einflüsse wie beispielsweise Wind, Regen oder Schnee sind minimale Abweichungen von wenigen Zentimetern akzeptabel, doch indizieren Abweichungen, die einen bestimmten Schwellenwert (z. B. mehr als 5 cm bei manchen Anwendungen) überschreiten, typischerweise einen Fehlerzustand oder einen unerwünschten Zustand. Es wäre wünschenswert, eine Diagnosefunktionalität zur Erkennung von Fehlerzuständen bereitzustellen, sodass derartige Fehlerzustände sehr früh behoben werden können.
In WO 2014/098696 A1 wird ein Verfahren zur Erkennung von Schwimmdachneigung beschrieben. Die bekannte Lösung ist in der Lage, einen unerwünschten Zustand in der Funktion eines Schwimmdachs eines Tanks zu identifizieren, wobei das Verfahren umfasst: a) Bestimmen eines Füllstands eines Produkts in dem Tank unter Verwendung eines ersten Füllstandmessers, der elektromagnetische Signale in den Tank abstrahlt und elektromagnetische Echosignale empfängt, die von einer Oberfläche des Produkts reflektiert werden, b) Erfassen eines Referenzabstands zwischen einer Referenzposition auf dem Dach und der Oberfläche unter Verwendung eines zweiten Füllstandmessers an dem Dach, c) Ermitteln einer Abweichung vom Referenzabstand als einen Abstand zwischen dem Referenzabstand und dem erwarteten Wert, d) Vergleichen der Abweichung vom Referenzabstand mit einem festgelegten Bereich, e) wenn die Abweichung vom Referenzabstand außerhalb des festgelegten Bereichs liegt, Speichern eines Datensatzes, der die Abweichung vom Referenzabstand und den Füllstand beinhaltet, f) Wiederholen der Schritte a) bis e) für eine Vielzahl von Zeitpunkten, g) Identifizieren des unerwünschten Zustands basierend auf den gespeicherten Datensätzen von Abweichungen vom Referenzabstand und Füllständen. Die Schritte a) bis e) werden während einer Vielzahl von Befüllungs-Entleerungs-Zyklen durchgeführt. Schritt g) umfasst: Festlegen, dass Abweichungen im Laufe von aufeinanderfolgenden Befüllungs-Entleerungs-Zyklen gespeichert werden, und Identifizieren der unerwünschten Zustände als ein Problem an einer Schnittstelle zwischen einer Tankwand und dem Dach.
WO 2014/098 696 A1 bezieht sich auf ein Überwachungssystem zur Überwachung eines Schwimmdachs eines Schwimmdachtanks, der eine Flüssigkeit enthält und einen Boden, eine zylindrische Wand und ein auf der Flüssigkeit schwimmendes Schwimmdach aufweist. Das System ist dazu konfiguriert, einen lokalen Zustand des Schwimmdachs an mindestens drei voneinander beabstandeten Sensorelementpositionen des Schwimmdachs zu ermitteln. Ein Radarfüllstandmessgerät ist in jeder der drei voneinander beabstandeten Sensorelementpositionen an dem Schwimmdach befestigt. Ein Überwachungsschaltkreis empfängt die Anzeigen des lokalen Zustands von jedem der Radarfüllstandmessgeräte und ermittelt basierend auf mindestens einer der Anzeigen des lokalen Zustands einen überwachten Gesamtzustand des Schwimmdachs. Das bekannte System ist recht kostenaufwendig, da mindestens drei Radarfüllstandmessgeräte für die Überwachung der Position des Schwimmdachs erforderlich sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein zuverlässiges und einfaches Verfahren bzw. System zum Erkennen eines Fehlerzustands, welcher sich beim Messen des Füllstands eines Mediums in einem Schwimmdachtank ergeben kann, bereitzustellen.
Dazu beschreibt die Erfindung ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands in der Messung des Füllstands eines Mediums in einem Tank mit Schwimmdach, wobei das Schwimmdach auf dem Medium schwimmt und im Tank vertikal geführt wird. Es werden ein Radarfüllstandmessgerät und eine Füllstandmessvorrichtung bereitgestellt, wobei das Radarfüllstandmessgerät örtlich fixiert an dem Tank angebracht ist, ein Radarsignal in Richtung des Schwimmdachs abstrahlt und die von der Oberfläche des Schwimmdachs reflektierten Echosignale empfängt, und wobei die Füllstandmessvorrichtung den Füllstand des Mediums in dem Tank misst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:

a) Erfassen und Aufzeichnen von Daten, die die Höhe des Schwimmdachs während eines definierten Zeitintervalls repräsentieren, wobei das definierte Zeitintervall einige Befüllungs-/Entleerungszyklen des Mediums in den/aus dem Tank umfasst,
b) Erfassen und Aufzeichnen von Daten, die den Füllstand des Mediums in dem Tank während des Zeitintervalls repräsentieren, das einige Befüllungs-/Entleerungszyklen des Mediums in den/aus dem Tank umfasst,
c) Ermitteln der Abweichungen zwischen den Daten, die den Füllstand des Mediums in dem Tank repräsentieren, und den entsprechenden Daten, die die Höhe des Schwimmdachs repräsentieren,
d) Zentrieren der Abweichungen zwischen den gespeicherten Daten, die den Füllstand des Mediums repräsentieren, und der Höhe des Schwimmdachs, reduziert um die Dicke des Schwimmdachs, mit den entsprechenden Füllstandsdaten,
e) Erzeugen einer Warnmeldung, dass in der Füllstandsmessung ein Fehlerzustand erkannt wurde, wenn die zentrierten Abweichungen einen Toleranzschwellenwert an mindestens einer Höhe des Tanks überschreiten.

Erfindungsgemäß wird eine Big-Data-Analyse verwendet, um einen Fehlerzustand in einem Tank zu erkennen, in dem ein Schwimmdach auf dem Medium schwimmt.
Die Erfindung umfasst ferner den Schritt des Einstellens unterschiedlicher Schwellenwerte an unterschiedlichen Höhen des Tanks. Dies kann eine Warnmeldung verhindern, beispielsweise bei Füllständen im unteren mittleren Bereich, bei denen kein sicherheitsrelevanter Fehlerzustand auftreten würde.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Schritte:

Bilden der zentrierten Abweichungen zwischen den gespeicherten Daten, die den Füllstand des Schwimmdachs repräsentieren, und dem Füllstand des Mediums,
und Erzeugen einer Warnmeldung, dass sich mindestens ein Füllstandmesser in einem Fehlerzustand befindet, in dem Fall, dass die zentrierten Abweichungen nicht stationär sind. Ein Drift in den zentrierten Abweichungen wird als eine allmähliche Verschlechterung der Messgenauigkeit des Geräts interpretiert. Eine weitere Weiterbildung der Erfindung umfasst den Schritt des Bereitstellens der Information, dass sich das Radarfüllstandmessgerät oder die Füllstandmessvorrichtung in einem Fehlerzustand befindet. Als vorbeugende Wartungsmaßnahme kann das Wartungspersonal das Gerät prüfen und vor dem Ausfall reparieren oder ersetzen.

Zusätzlich ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, einen Fehlerzustand in der Führung des Schwimmdachs in dem Tank zu erkennen. Wenn die Führung des Schwimmdachs in dem Tank korrekt arbeitet, zeigen die Abweichungen in der Höhe des Schwimmdachs und der Füllstand des Mediums in dem Tank statistisch gesehen ein stationäres Verhalten, zumindest innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes.
Stationarität einer Zeitreihe kann mithilfe des sogenannten Augmented Dickey-Fuller-Tests validiert werden. Gemäß George E.P. Box, G.M.J., Gregory C. Reinsel, Greta M. Ljung, Time Series Analysis: Forecasting and control. fünfte Auflage 2016: John Wiley & Sons wird eine Zeitreihe z_t als stationär bezeichnet, wenn: $• E [z_{t}] = \int_{- \infty}^{+ \infty} z \cdot p (z) \cdot d z = μ \neq f (t)$
$• V a r [z_{t}] = \int_{- \infty}^{+ \infty} {(z - μ)}^{2} \cdot p (z) \cdot d z = σ_{z}^{2} \neq f (t)$
$• C o v [z_{t}, z_{+ k}] = E [(z_{t} - μ) (z_{t + k} - μ)] = γ_{k} = f (k) \neq f (t)$
Die Breite des Toleranzbandes ergibt sich hauptsächlich aus der Messgenauigkeit des Radarfüllstandmessgeräts und der Füllstandmessvorrichtung. Man betrachte folgendes Beispiel: Falls sich an der inneren Oberfläche des Tanks bei einer Höhe von 4 m ein Hindernis befindet, könnte das Schwimmdach geneigt werden, falls es diese Höhe während der Befüllungs- und Entleerungszyklen erreicht. Gleiches gilt, wenn ein vertikales Führungssystem für die Führung des Dachs verwendet wird. Dann deutet die Neigung des Dachs daraufhin, dass es eine Fehlfunktion des vertikalen Führungssystems in einer Höhe von 4 m gibt.
Aufgrund des geneigten Dachs überschreitet die Differenz der Abweichungen der beiden Messgeräte den vorbestimmten Toleranzbereich immer dann, wenn das Dach die Höhe von 4 m passiert. Zur Erkennung dieses Fehlerzustands in der Führung des Schwimmdachs schlägt eine Weiterbildung der Erfindung die folgenden Schritte vor: Analysieren der zentrierten Abweichungen in Abhängigkeit von der Höhe des Tanks unter Verwendung eines Ausreißererkennungsverfahrens und Erzeugen einer Warnmeldung, dass ein Fehlerzustand der vertikalen Führung vorliegt, in dem Fall, dass die zentrierten Abweichungen wiederholt den Schwellenwert/die Schwellenwerte an mindestens einer Höhe des Tanks überschreiten. Bei Big-Data-Analysen, insbesondere beim Data Mining, sind Anormalitätserkennung und insbesondere Detektion von Ausreißern die Identifizierung von Elementen, Ereignissen oder Beobachtungen, wie beispielsweise Messwerten, die nicht einem erwarteten Muster oder anderen Elementen in einem Datensatz entsprechen. In der Regel weisen die anormalen Elemente oder die Ausreißer auf ein Problem hin.
Weitere Weiterbildungen der Erfindung sind die folgenden Schritte: Bereitstellen der Information, an welcher Höhe/welchen Höhen des Tanks der Fehlerzustand/die Fehlerzustände der vertikalen Führung erfolgt/erfolgen, und Prüfen, ob die vertikale Führung für das Schwimmdach im Tank auf der Höhe, an der der Fehlerzustand/die Fehlerzustände aufgetreten ist/sind, defekt ist.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass der Schwellenwert/die Schwellenwerte in Abhängigkeit von der Höhe, an der das Neigen des Schwimmdachs erfolgt, angepasst wird bzw. werden. Das folgende Beispiel kann diesen Vorschlag veranschaulichen: Wenn der Tank beispielsweise 20 m hoch ist und das Neigen des Schwimmdachs bei 4 Metern erfolgt, ist eine Anhebung des Schwellenwerts derart, dass keine Warnmeldung erzeugt wird, wenn der angepasste Schwellenwert nicht überschritten wird, nicht von wesentlicher Bedeutung. Wenn das Neigen des Tanks regelmäßig bei 16 m Höhe erfolgt, müssen Reparaturmaßnahmen ergriffen werden, da die Gefahr besteht, dass der Tank überläuft. Aus Sicherheitsgründen muss ein Überlaufen des Tanks verhindert werden.
Es ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass dem Wartungspersonal eine Nachricht bzw. eine eindeutige Anweisung bereitgestellt wird, wie die Schwellenwerte an den unterschiedlichen Höhen des Tanks angepasst werden können, um zukünftige Warnmeldungen zu vermeiden, aber Sicherheit zu gewährleisten.
Wie zuvor erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein System zur Erkennung von mindestens einem Fehlerzustand in der Messung eines Mediums in einem Tank, wobei ein vertikal in dem Tank geführtes Schwimmdach auf dem Medium schwimmt, das ein Radarfüllstandmessgerät, eine Füllstandmessvorrichtung und eine entsprechende Datenverarbeitungselektronik umfasst, wobei das Radarfüllstandmessgerät, das örtlich fixiert an dem Tank angebracht ist, Radarsignale in Richtung des Schwimmdachs abstrahlt und von der Oberfläche des Schwimmdachs reflektierte Echosignale empfängt, wobei die Füllstandmessvorrichtung dazu konfiguriert ist, den Füllstand des Mediums in dem Tank zu messen, und wobei die Datenverarbeitungselektronik dazu konfiguriert ist, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wie zuvor in anderen Ausführungsformen beschrieben. Die Datenverarbeitungselektronik kann in einem Edge-Gerät enthalten sein oder sie kann Teil eines Servers oder einer Server-Plattform in der Cloud sein.
Vorzugsweise wird ein Edge-Gerät bereitgestellt, das nicht sehr weit vom Tank entfernt angeordnet ist, wobei das Edge-Gerät eine erste Datenschnittstelle zur Kommunikation (über Bluetooth, NFC, WirelessHART usw.) mit dem Radarfüllstandmessgerät und dem Füllstandmesser und eine zweite Datenschnittstelle zur Kommunikation mit einem Server oder einer Server-Plattform in der Cloud, vorzugsweise über ein Internetprotokoll, aufweist. Das Edge-Gerät macht die Daten dem Wartungspersonal zugänglich, aber es ist auch eine Datenspeicherungs- und Verknüpfungsvorrichtung zwischen dem Radarfüllstandmessgerät und einem Server oder einer Server-Plattform in der Cloud. Es sammelt und/oder verarbeitet Daten des Füllstandmessers und der Füllstandmessvorrichtung über einen Zeitraum und überträgt die mit Zeitstempel versehen Daten von Zeit zu Zeit über eine sichere Kommunikationsverbindung an den Server/die Server-Plattform in der Cloud oder an das Wartungspersonal.
Die Erfindung und weitere Vorteile der Erfindung werden in den Figuren ausführlicher erläutert.

1 zeigt: eine Skizze eines Systems zur Erkennung eines Fehlerzustands eines Schwimmdachtanks in einer Prozessautomatisierung,
2 zeigt: ein Diagramm der durch ein Radarfüllstandmessgerät über einen Zeitraum gemessenen Höhe des Schwimmdachs und das Diagramm des von der Füllstandmessvorrichtung über einen Zeitraum gemessenen Füllstands des Mediums,
3 zeigt: die zentrierten zeitabhängigen Abweichungen zwischen den Daten, die die Höhe des Schwimmdachs und den Füllstand des Mediums repräsentieren, und
4 zeigt: ein Diagramm der zentrierten Abweichungen zwischen den Daten, die die Höhe des Schwimmdachs und den Füllstand des Mediums repräsentieren, aufgezeichnet in Gegenüberstellung zur Höhe des Tanks.

1 zeigt eine Skizze eines Systems zur Erkennung eines Fehlerzustands eines Schwimmdachtanks 2. Fließfähiges Medium 1 wird in dem Tank 2 gelagert. Der Tank weist ein auf der Oberfläche des Mediums 1 schwimmendes Schwimmdach 3 auf. Ein Radarfüllstandmessgerät 4 ist örtlich fixiert an dem Tank 2 angebracht. Es strahlt Radarsignale ab (Ultraschall- oder Mikrowellensignale) und empfängt die von der Oberfläche des Schwimmdachs 3 reflektierten Radarsignale. Eine Datenverarbeitungselektronik 8 mit mindestens einem Mikroprozessor ist vorzugsweise in das Gehäuse des Radarfüllstandmessgeräts 4 integriert. Die Datenverarbeitungselektronik 8 ermittelt die Höhe des Schwimmdachs 3 in dem Tank 2 durch Auswerten der gemessenen Laufzeit der Radarsignale.
Der Füllstand des Mediums 1 wird von der Füllstandmessvorrichtung 5 bestimmt. Die Füllstandmessvorrichtung 5 kann beispielsweise eine TDR(Time Domain Reflectometry)-Vorrichtung, eine konduktive Messsonde oder eine kapazitive Messsonde, die kontinuierlich den Füllstand des Mediums 1 in dem Tank bestimmen, sein. Wiederum wird eine Datenverarbeitungselektronik 9 zum Bestimmen des Füllstands des Mediums 1 in dem Tank 2 bereitgestellt. Vorzugsweise ist sie in das Gehäuse der Füllstandmessvorrichtung 5 integriert. Üblicherweise ist die Datenverarbeitungselektronik 8, 9 in die Gehäuse der entsprechenden Sensoren integriert. Die Datenverarbeitungselektronik 8, 9 kann jedoch auch in dem Edge-Gerät 6 integriert sein oder sie kann Teil eines Cloud-Servers sein.
Radarfüllstandmessgeräte 4 sind bekannt. Sie werden in unterschiedlichen Ausführungsformen angeboten und vertrieben, die dazu konfiguriert sind, in unterschiedlichen Anmeldung verwendet zu werden, zum Beispiel bei Endress+Hauser unter dem Namen PROSONIC und MICROPILOT. TDR-Messvorrichtungen zur kontinuierlichen Messung des Füllstands eines Mediums in einem Tank sind bekannt und werden unter dem Namen Levelflex angeboten und vertrieben.
Das Edge-Gerät 6 ist eine Verknüpfungsvorrichtung zwischen der internen Domäne des Prozesseigners - hier der Eigentümer des Tanks oder einer Tankfarm mit vielen Schwimmdachtanks - und der externen Domäne, d. h. jeweils dem Internet und der Cloud 7. Das Edge-Gerät 6 sammelt zeitgestempelte Messdaten des Radarfüllstandmessgeräts 4, verarbeitet und/oder überträgt diese an eine Server-Plattform der internen Domäne oder an einen entfernten Server in der Cloud 7. Das Edge-Gerät 6 ist von dem Radarfüllstandmessgerät 4 und der Füllstandmessvorrichtung 5 entfernt angeordnet und weist eine erste Datenschnittstelle 8 zur Kommunikation mit dem Radarfüllstandmessgerät 4 und der Messvorrichtung 5 und eine zweite Datenschnittstelle 9 zur Kommunikation mit dem Server oder der Server-Plattform auf. Die Kommunikation zwischen dem Radarfüllstandmessgerät 4 - und gegebenenfalls weiteren Feldgeräten, die in oder an dem Tank 2 oder in oder an anderen Tanks 2 der Tankfarm befestigt sind - und dem Edge-Gerät 6 basiert normalerweise auf dem HART-Protokoll oder einem anderen Protokoll (Profibus, Fieldbus Foundation,...), das in Prozessautomatisierungsanwendungen verwendet wird. Die Daten können jedoch auch über standardmäßige NFC-Protokolle, wie Bluetooth und dergleichen, übertragen werden. Die Kommunikation zwischen dem Edge-Gerät 6 und der Server-Plattform/dem Server in der Cloud 7 basiert vorzugsweise auf einem Standard-Internet-Protokoll. Die Kommunikation kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Wie bereits erwähnt, kann die Server-Plattform in der Cloud 7 auch für die historische Big-Data-Analyse der von dem Radarfüllstandmessgerät 4 und der Füllstandmessvorrichtung 5 bereitgestellten Daten und möglicherweise anderer Sensoren oder Aktoren, d. h. Feldgeräte, verwendet werden. Die Server-Plattform oder der Server in der Cloud 7 kann dazu verwendet werden, Informationen oder Warnungen/Alarme von dem Edge-Gerät 6 zu empfangen und durch einen Wartungsdienstleister bereitgestellte Wartungsarbeiten auszulösen.
Genauer und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt das erfindungsgemäße System die folgenden Schritte durch:

Das Radarfüllstandmessgerät 4 ermittelt kontinuierlich Daten, die die Höhe des Schwimmdachs 3 in dem Tank 2 während eines definierten Zeitintervalls repräsentieren. Während dieses Zeitintervalls ermittelt die Füllstandmessvorrichtung 5 Daten, die den Füllstand des Mediums 1 in dem Tank 2 repräsentieren. Das Zeitintervall ist so gewählt, dass es mindestens einige Befüllungs-/Entleerungszyklen des Mediums 1 in den/aus dem Tank 2 umfasst. Die gemessenen Daten werden gespeichert, vorzugsweise in dem Edge-Gerät 6 oder im Server/auf der Server-Plattform in der Cloud 7. 2 zeigt das Diagramm der Höhe (Füllstand) des Schwimmdachs 3, die durch die Radarfüllstandmessgerät 4 während eines definierten Zeitintervalls (rote oder gestrichelte Linie) gemessen wurde, und das Diagramm des Füllstands des Mediums 1, der durch die Füllstandmessvorrichtung 5 während des gleichen Zeitintervalls (blaue oder durchgehende Linie) gemessen wurde. Innerhalb der Messgenauigkeit entspricht die Differenz der beiden Datensätze der Dicke des Schwimmdachs 3.

Basierend auf den gemessenen Daten ermittelt das Edge-Gerät 6 oder der Server/die Server-Plattform die Abweichungen zwischen den Daten, die den Füllstand des Mediums 1 in dem Tank 2 repräsentieren, und den entsprechenden Daten, die die Höhe des Schwimmdachs 3 repräsentieren.
Dann werden die Abweichungen zwischen den gespeicherten Daten, die den Füllstand des Mediums 1 und die Höhe des Schwimmdachs 3 repräsentieren, zentriert. Vorzugsweise werden die Daten, die die Höhe des Schwimmdachs 3 betreffen, um die Dicke D des Schwimmdachs 3 reduziert. Die zentrierten Abweichungen der Daten, die den Füllstand des Mediums 1 in dem Tank 2 repräsentieren, werden in Gegenüberstellung zur Höhe des Mediums 1 in dem Tank 2 aufgezeichnet. Wenn die zentrierten Abweichungen einen Toleranzschwellenwert bei mindestens einer Höhe des Tanks überschreiten, kann eine Warnmeldung erzeugt werden, dass in der Füllstandsmessung ein Fehlerzustand erkannt worden ist.
4 zeigt ein Diagramm der zentrierten Abweichungen zwischen den Daten, die die Höhe des Schwimmdachs 3 und den Füllstand des Mediums 1 repräsentieren und in Gegenüberstellung zur Höhe des Tanks aufgezeichnet sind. Die zentrierten Abweichungen in Abhängigkeit von der Höhe des Tanks 2 werden in dem Edge-Gerät 6 oder dem Server oder der Server-Plattform unter Verwendung eines Ausreißererkennungsverfahrens analysiert. Eine Warnmeldung wird erzeugt, dass eine Fehlerzustand der vertikalen Führung 10 des Schwimmdachs 3 besteht, in dem Fall, dass die zentrierten Abweichungen den Schwellenwert/die Schwellenwerte in mindestens einer Höhe des Tanks 2 wiederholt überschreiten. Abhängig vom Schwellenwert tritt ein Fehlerzustand der Führung in 4 bei einer Höhe von 4 m auf. Mit diesen genauen Informationen bezüglich der vertikalen Führung 10 oder der Innenoberfläche des Tanks 2 kann das Wartungspersonal die Führung prüfen und reparieren.
Gemäß einer interessanten Ausführungsform kann die Erfindung auch für Informationen zur vorbeugenden Wartung des Radarfüllstandmessgeräts und der Füllstandmessvorrichtung verwendet werden. Zu diesem Zweck werden zentrierte Abweichungen zwischen den gespeicherten Daten, die die Höhe des Schwimmdachs 3 und den Füllstand des Mediums 1 repräsentieren, gebildet. Eine Warnmeldung, dass sich mindestens einer der Füllstandmesser 4, 5 in einem kritischen Zustand befindet, wird erzeugt, wenn die zentrierten Abweichungen nicht stationär sind. In 3 sind die zentrierten Abweichungen der Daten, die die Höhe des Schwimmdachs 3 und den Füllstand des Mediums 1 repräsentieren, in Gegenüberstellung zur Zeit aufgezeichnet. In dem dargestellten Fall sind die zentrierten Abweichungen innerhalb der vorbestimmten Toleranz stationär. Daher geben die Daten keinen Hinweis darauf, dass ein Fehler einer der Vorrichtungen 4, 5 vorliegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/098696 A1 [0007, 0008]

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands in der Messung des Füllstands eines Mediums (1) in einem Tank (2) mit einem Schwimmdach (3), wobei das Schwimmdach (3) auf dem Medium (1) schwimmt und in dem Tank (2) vertikal geführt wird, wobei ein Radarfüllstandmessgerät (4) und eine Füllstandmessvorrichtung (5) bereitgestellt werden, wobei das Radarfüllstandmessgerät (4), das örtlich fixiert an dem Tank (2) angebracht ist, in Richtung des Schwimmdachs (3) Radarsignale abstrahlt und die von der Oberfläche des Schwimmdachs (3) reflektierten Echosignale empfängt, und wobei die Füllstandmessvorrichtung (5) den Füllstand des Mediums (1) in dem Tank (2) misst, umfassend die folgenden Schritte: a) Erfassen und Aufzeichen von Daten, die die Höhe des Schwimmdachs (3) während einer definierten Zeitintervalls repräsentieren, wobei das definierte Zeitintervall einige Befüllungs-/Entleerungszyklen des Mediums (1) in den/aus dem Tank (2) umfasst, b) Erfassen und Aufzeichnen von Daten, die den Füllstand des Mediums (1) in dem Tank (2) während des Zeitintervalls repräsentieren, das einige Befüllungs-/Entleerungszyklen des Mediums (1) in den/aus dem Tank (2) umfasst, c) Ermitteln der Abweichungen zwischen den Daten, die den Füllstand des Mediums (1) in dem Tank (2) repräsentieren, und den entsprechenden Daten, die die Höhe des Schwimmdachs (3) repräsentieren, d) Zentrieren der Abweichungen zwischen den gespeicherten Daten, die den Füllstand des Mediums (1) und die Höhe des Schwimmdachs (3) repräsentieren, vorzugsweise reduziert um die Dicke (D) des Schwimmdachs (3), mit den entsprechenden Füllstandsdaten, e) Erzeugen einer Warnmeldung, dass in der Füllstandsmessung ein Fehlerzustand erkannt wurde, wenn die zentrierten Abweichungen einen Toleranzschwellenwert an mindestens einer Höhe des Tanks (2) überschreiten.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den folgenden Schritt: Festlegen verschiedener Schwellenwerte an verschiedenen Höhen des Tanks (2).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend die folgenden Schritte: Bilden der zentrierten Abweichungen zwischen den gespeicherten Daten, die die Höhe des Schwimmdachs (3) und den Füllstand des Mediums (1) repräsentieren, und Erzeugen der Warnmeldung, dass sich mindestens einer von den Füllstandmessern (4, 5) in einem Fehlerzustand befindet, in dem Fall, dass die zentrierten Abweichungen nicht stationär sind.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, umfassend den folgenden Schritt: Bereitstellen der Information, dass sich das Radarfüllstandmessgerät (4) oder die Füllstandmessvorrichtung (5) in einem Fehlerzustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, umfassend den folgenden Schritt: Analysieren der zentrierten Abweichungen in Abhängigkeit von der Höhe des Tanks (2) unter Verwendung eines Ausreißererkennungsverfahrens und Erzeugen einer Warnmeldung, dass ein Fehlerzustand der vertikalen Führung (8) des Schwimmdachs (3) vorliegt, in dem Fall, dass die zentrierten Abweichungen wiederholt den Schwellenwert/die Schwellenwerte an mindestens einer Höhe des Tanks (2) überschreiten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, umfassend den folgenden Schritt: Bereitstellen der Information, an welcher Höhe/welchen Höhen des Tanks (2) der Fehlerzustand/die Fehlerzustände der vertikalen Führung (10) auftritt/auftreten.
Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den folgenden Schritt: Prüfen, ob die vertikale Führung(10) für das Schwimmdach (3) in dem Tank an der Höhe/den Höhen defekt ist, an der/denen der Fehlerzustand/die Fehlerzustände aufgetreten ist/sind.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den folgenden Schritt: Anpassen des Schwellenwerts/der Schwellenwerte abhängig von den aktuellen Zuständen in dem Tank (2).
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Nachricht an das Wartungspersonal, wie die Schwellenwerte an den verschiedenen Höhen des Tanks (2) angepasst werden können, um künftige Warnmeldungen zu vermeiden.
System zur Erkennung von mindestens einem Fehlerzustand in der Messung des Füllstands eines Mediums (1) in einem Tank (2), wobei ein vertikal in dem Tank (2) geführtes Schwimmdach (3) auf dem Medium (1) schwimmt, umfassend ein Radarfüllstandmessgerät (4), eine Füllstandmessvorrichtung (5) und eine entsprechende Datenverarbeitungselektronik (9), wobei das Radarfüllstandmessgerät (4), das örtlich fixiert an dem Tank (2) angebracht ist, Radarsignale in Richtung des Schwimmdachs (3) abstrahlt und von der Oberfläche des Schwimmdachs (3) reflektierte Echosignale empfängt, wobei die Füllstandmessvorrichtung den Füllstand des Mediums (1) in dem Tank (2) misst, und wobei die Datenverarbeitungselektronik (6) dazu konfiguriert ist, die in mindestens einem der Verfahrensansprüche 1-9 beschriebenen Schritte auszuführen.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Edge-Gerät (6) bereitgestellt ist, wobei das Edge-Gerät (6) eine erste Datenschnittstelle (11) zur Kommunikation mit dem Radarfüllstandmessgerät (4) und der Füllstandmessvorrichtung (5) und eine zweite Datenschnittstelle (12) zur Kommunikation mit einem Server über ein Internet-Protokoll aufweist.
System nach Anspruch 10 oder 11, wobei sich die Datenverarbeitungselektronik zur Auswertung der Messdaten in der Cloud (7) befindet.