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Die Erfindung bezieht sich auf eine autark arbeitendes Füllstandmessgerät zum Bestimmen eines Füllstandes eines mobilen Behälters, einen mobilen Behälter mit einem solchen Füllstandmessgerät und ein System zum Bestimmen eines Füllstandes eines mobilen Behälters.
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In der Prozessautomatisierungstechnik werden zur Erfassung relevanter Prozessparameter entsprechende Feldgeräte eingesetzt. Zwecks Erfassung der Prozessparameter sind in den jeweiligen Feldgeräten daher geeignete Messprinzipien implementiert, mit denen die entsprechenden Prozessparameter, wie Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential oder Leitfähigkeit erfassbar sind. Verschiedenste solcher Feldgeräte-Typen werden von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
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Zur Füllstandmessung von Füllgütern in Behältern haben sich berührungslose Messverfahren etabliert, da sie robust und wartungsarm sind. Ein weiterer Vorteil berührungsloser Messverfahren besteht in der Fähigkeit, den Füllstand quasi kontinuierlich messen zu können. Im Bereich der kontinuierlichen Füllstandmessung werden daher überwiegend Radar-basierte Messverfahren eingesetzt (im Kontext dieser Patentanmeldung definiert sich der Begriff „Radar“ als Signal bzw. elektromagnetische Welle mit Frequenzen zwischen 0.03 GHz und 300 GHz). Die beiden gängigen Messprinzipien bilden hierbei das Puls-Laufzeit-Prinzip (auch unter dem Begriff „Pulsradar“ bekannt) sowie das FMCW-Prinzip („Frequency Modulated Continuous Wave“; zu Deutsch: „Frequenzmoduliertes Dauerstrichradar“).
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Bei Radar-Frequenzen von ca. 6 GHz und höher kann die Sendeschaltung des Füllstandmessgerätes mitsamt der Empfangsschaltung bzw. nachfolgender Auswertung als gemeinsamer integrierter Schaltkreis realisiert werden. Zudem verkleinert sich die Abmessung der einzusetzenden Antennen mit steigender Frequenz. Daher können Füllstandmessgeräte bei höheren Radar-Frequenzen prinzipiell platzsparender und besser montierbar realisiert werden.
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Eine platzsparende Variante eines Füllstandmessgerätes bietet sich insbesondere bei mobilen Behältern an, die beispielweise zum Transport aufeinandergestapelt werden. Beispiele von solchen mobilen Behältern sind sogenannte Intermediate Bulk Container (abgekürzt: IBC), die insbesondere für die Lagerung und/oder den Transport von fließfähigen Medien eingesetzt werden.
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Aufgrund der Mobilität der Behälter müssen die Füllstandmessgeräte als autark arbeitende Messgeräte ausgebildet sein. Dies bedeutet, sie müssen insbesondere über eine eigene Energieversorgung, bspw. einen integrierten Akku, verfügen. Nachteilig an solchen autark arbeitenden Füllstandmessgeräten ist, dass die zur Verfügung stehende Energie und somit auch eine Zeitspanne in der der Füllstand gemessen werden kann, begrenzt ist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen die Zeitspanne in der der Füllstand gemessen werden kann zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das autark arbeitende, insbesondere radarbasierte Füllstandmessgerät gemäß Patentanspruch 1, den mobilen Behälter gemäß Patentanspruch 12 sowie das System zum Bestimmen eines Füllstandes gemäß Patentanspruch 13.
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Das erfindungsgemäße autark arbeitende, insbesondere radarbasierte Füllstandmessgerät zum Bestimmen eines Füllstandes eines mobilen Behälters, insbesondere eines Intermediate Bulk Containers, umfasst zumindest:
- - eine Energieversorgungseinheit zur Energieversorgung des Füllstandmessgerätes;
- - eine, vorzugsweise radarbasierte Füllstandmesseinheit, zum Bestimmen des Füllstandes des mobilen Behälters auf dem das Füllstandmessgerät angebracht ist;
- - zumindest einen Umgebungssensor zum Ermitteln einer Umgebungsinformation des mobilen Behälters;
- - eine Funkeinheit zum drahtlosen Übertragen zumindest des durch die Füllstandmesseinheit bestimmten Füllstandes;
eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit die dazu eingerichtet ist, eine Messrate mit der die Füllstandmesseinheit den Füllstand ermittelt adaptiv an die für den Behälter ermittelte Umgebungsinformation anzupassen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandmessgerätes sieht vor, dass der Umgebungssensor zumindest einen Lagesensor oder einen Beschleunigungssensor umfasst. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass der Umgebungssensor einen Lagesensor umfasst und die Steuer- und/oder Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung auszugeben, wenn durch den Lagesensor festgestellt wird, dass der Behälter um einen vorgegebenen Winkel, beispielsweise einen Winkel größer 10 Grad, vorzugsweise größer 12 Grad aus einer horizontalen Lage heraus verkippt ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandmessgerätes umfasst ferner einen von außerhalb kontaktierbaren Triggereingang zum Anschließen bzw. Empfangen eines externen Triggersignals zum Steuern der Messrate, wobei die Steuer- und/oder Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet ist, die Messrate in Abhängigkeit des an dem Triggereingang anliegenden Triggersignals zu steuern.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandmessgerätes sieht vor, dass die Füllstandmesseinheit dazu eingerichtet ist, in einem Standardbetrieb mit einer vorgegebenen, insbesondere nicht veränderlichen Messrate den Füllstand zu bestimmen und ferner dazu eingerichtet ist, die Messrate adaptiv an die für den Behälter ermittelte Umgebungsinformation anzupassen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandmessgerätes sieht vor, dass die Umgebungsinformation zumindest eine Information darüber umfasst, ob der Behälter befüllt, entleert oder bewegt wird und/oder eine Information über eine Lage des Behälters umfasst. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass in dem Fall, dass die Umgebungsinformation eine Information darüber umfasst, dass der Behälter befüllt oder entleert wird, die Steuer- und/oder Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, die Messrate zu erhöhen und/oder in dem Fall, dass die Umgebungsinformation eine Information darüber umfasst, dass der Behälter bewegt wird, die Steuer- und/oder Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, die Messrate zu reduzieren, vorzugsweise keine Messung, durchzuführen.
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Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandmessgerätes sieht vor, dass die Umgebungsinformation eine Information darüber umfasst, dass der Behälter bewegt wird, die Steuer- und/oder Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet ist, die Messrate, vorzugsweise kurzfristig zu erhöhen, um ein Schwappen eines in dem Behälter befindlichen Mediums feststellen zu können und vorzugsweise ferner eine Korrektur des bestimmten Füllstands vorzunehmen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandmessgerätes sieht vor, dass in dem Fall, dass die Umgebungsinformation eine Information umfasst, dass der Behälter bewegt wird, die Steuer- und/oder Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung oder eine Messtoleranz zusammen mit dem bestimmten Füllstand auszugeben.
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Wiederum eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Füllstandmessgerätes sieht vor, dass die Steuer- und/oder Auswerteinheit dazu eingerichtet ist, anhand der ermittelten Umgebungsinformation auszuwerten, welche Messrate eingestellt werden soll.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen mobilen Behälter, insbesondere Intermediate Bulk Container mit einem Füllstandmessgerät nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, wobei das Füllstandmessgerät auf einer Oberseite des Behälters angeordnet ist.
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Ferner betrifft die Erfindung ein System zum Bestimmen eines Füllstandes wenigstens eines mobilen Behälters umfassend:
- - einen mobilen Behälter, insbesondere einen Intermediate Bulk Container zum Befüllen mit einem Medium;
- - ein autark arbeitendes Füllstandmessgerät nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, wobei die Funkeinheit dazu eingerichtet ist, die durch den zumindest einen Umgebungssensor ermittelte Umgebungsinformation drahtlos zu übertragen;
eine Cloud, die dazu eingerichtet ist, die durch die Funkeinheit drahtlos übertragene Umgebungsinformation zu empfangen und anhand der empfangenen Umgebungsinformation auszuwerten, welche Messrate eingestellt werden soll und die einzustellende Messrate drahtlos an die Funkeinheit des Füllstandmessgerätes zu übertragen, wobei die Funkeinheit ferner zum drahtlosen Empfangen der einzustellenden Messrate eingerichtet ist und die Steuer- und/oder Auswerteeinheit die Messrate entsprechen der empfangenen Messrate einstellt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1: ein Fahrzeug auf dem mehrere mobile Behälter platziert sind,
- 2: einen Intermediate Bulk Container mit einem autark arbeitenden Füllstandmessgerät, und
- 3: ein autark arbeitendes radarbasiertes Füllstandmessgerät.
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1 zeigt ein Fahrzeug mit einer Vielzahl von mobilen Behältern 1 in Form von Intermediate Bulk Containern (IBC), die zum Transport auf dem Fahrzeug aufeinandergestapelt sind. Jeder der mobilen Behälter 1 weist ein, vorzugsweise radarbasiertes Füllstandmessgerät 3 zum Bestimmen des Füllstandes eines Mediums 12 in dem jeweiligen Behälter 1 auf. Die Füllstandmessgeräte 3 sind jeweils, wie aus 2 ersichtlich, auf einer Oberseite des Behälters 1 platziert. Beispielsweise können die Füllstandmessgeräte 3 auf der Oberseite lösbar mit dem Behälter 1 verbunden, insbesondere verschraubt, sein. 3 zeigt ein autark arbeitendes radarbasiertes Füllstandmessgerät 3, welches eine eigene Energieversorgungseinheit 8, beispielsweise in Form einer Batterie oder eines Akkus, umfasst. Die Energieversorgungseinheit 8 dient dazu, den Energiebedarf des Füllstandmessgerätes 3 sicherzustellen. Neben der Energieversorgungseinheit 8 umfasst jedes Füllstandmessgerät 3 ferner eine Füllstandmesseinheit 7, die dazu ausgebildet ist, den Füllstand des Mediums 12 in dem Behälter 1 auf dem das Füllstandmessgerät 3 befestigt ist, zu bestimmen. Um den Füllstand ohne eine Öffnung durch eine Behälteraußenwand messen zu können, ist die Füllstandmesseinheit 3 vorzugsweise als radarbasierte Füllstandmesseinheit ausgebildet.
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Ferner umfasst das Füllstandmessgerät 3 erfindungsgemäß zumindest einen Umgebungssensor 9, 10. Über den zumindest einen Umgebungssensor 9, 10 wird eine Umgebungsinformation des mobilen Behälters 1 erfasst. Umgebungsinformationen können insbesondere Informationen darüber sein, ob der Behälter gerade befüllt, entleert oder bewegt wird. Ergänzend oder alternativ kann eine solche Umgebungsinformation eine Information über eine Lage des mobilen Behälters 1 umfassen. Als Umgebungssensor 9, 10 kann beispielsweise ein Lagesensor oder ein Beschleunigungssensor eingesetzt werden. Ferner kann ein erfindungsgemäßes Füllstandmessgerät 3 sowohl einen als auch mehrere Umgebungssensoren aufweisen. Neben dem mindestens einen Umgebungssensor 9, 10 umfasst das Füllstandmessgerät 3 auch eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 die erfindungsgemäß dazu eingerichtet ist, eine Messrate mit der der Füllstand in dem Behälter erfasst wird, adaptiv an die ermittelte Umgebungsbedingung anzupassen. Hierzu kann die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 eine integrierte Recheneinheit mit einer entsprechenden Software 5 umfassen, die die Regelung der Messrate in Abhängigkeit von der Umgebungsinformation einstellt. Auf diese Weise kann beispielsweise in dem Fall, wenn ein Behälter 1 bewegt, befüllt oder entleert wird, dies von dem mindestens einen Umgebungssensor 9, 10 registriert werden. In Abhängigkeit der Umgebungsinformation wird anschließend durch die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 die Messrate im Vergleich zu einer Standardmessrate mit der das Füllstandmessgerät 3 den Füllstand in einem Standardbetrieb erfasst, erhöht oder reduziert. Die Standardmessrate kann beispielsweise 1 Messung pro Stunde aufweisen.
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Beispielsweise kann im Fall einer detektierten Befüllung oder Entleerung die Messrate erhöht werden, z.B. auf 2 Messungen pro Sekunde. Wird hingegen ein Ruhestand, d.h. keine Bewegung des mobilen Behälters 1, detektiert, ist keine schnelle Änderung des Füllstandes zu erwarten (nur evtl. durch thermische Ausdehnung, Atmosphärendruck und/oder Leckagen), sodass eine geringere Messrate ausreichend ist. Beispielsweise kann die Messrate auf 2 Messungen pro Tag reduziert werden.
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Wird durch den Umgebungssensor 9, 10 eine Bewegung des Tanks bzw. Behälters 1 detektiert, kann ein Füllstand nicht genau gemessen werden, da es beispielsweise zu Schwappen des Mediums 12 kommen kann. In diesem Fall kann eine Voreinstellung möglich sein, bei der die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 einen Fehler- oder Warnhinweis ausgibt. Alternativ oder ergänzend kann die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 eine erhöhte Messtoleranz parallel zum Messwert mit ausgeben. Alternativ hierzu kann die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 kurzzeitig die Messrate erhöhen, umso das Schwappen zu detektieren und ggfls. den Messwert zu korrigieren.
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Unabhängig davon, ob die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 einen Fehler- oder Warnhinweis, eine erhöhte Messtoleranz ausgibt oder die Messrate kurzfristig erhöht, kann die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 dazu eingerichtet sein, dass nachdem durch den Umgebungssensor 9, 10 festgestellt wurde, dass der Behälter 1 sich nicht mehr bewegt, eine (korrekte) Füllstandmessung durchgeführt wird.
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Ergänzend könnte die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 dazu eingerichtet sein, dass in dem Fall, dass eine Bewegung und zusätzlich eine Entleerung des Behälters 1 durch den Umgebungssensor 9, 10 festgestellt wird, die Messrate entsprechend angepasst wird. Hierbei kann die Messrate durch die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 beispielsweise erhöht werden, umso den Entleerungsvorgang besser überwachen zu können. Dies kann dann sinnvoll sein, wenn der Inhalt des Behälters 1 überwacht werden soll, beispielsweise wenn ein Düngemittel in dem Behälter 1 ist und der Behälter 1 auf einem landwirtschaftlichen Fahrzeug 2 zum Düngen eingesetzt wird. Sobald festgestellt wird, dass Füllstand des Behälters 1 unterhalb eines Mindestfüllstandes fällt, weil der Behälter bspw. leer oder zumindest fast leer ist, kann die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 ferner die Messrate reduzieren, umso Energie zu sparen.
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Zum Übertragen des ermittelten Füllstands umfasst das Füllstandmessgerät 3 ferner eine Funkeinheit 4. Die Funkeinheit 4 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, den Füllstand gemäß einem Bluetooth-Protokoll, einer davon abgewandelten Variante oder einem auf einer Mobilfunktechnologie aufbauenden Protokoll, vorzugsweise 2G, 3G, LTE oder 5G, besonders bevorzugt NB-loT (Abkürzung für: „Narrowband Internet of Things“) drahtlos zu übertragen. Alternativ kann die Funkeinheit dazu eingerichtet sein, den Füllstand gemäß einem 6LoWPAN-Protokoll, einem WirelessHART-Protokoll, und/oder einem 6TiSCH-Protokoll drahtlos zu übertragen. Beispielsweise kann der Füllstand, wie in 3 angedeutet, somit zu einer Cloud 13 drahtlos übertragen werden.
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Üblicherweise erfolgt die Auswertung der Signale der Umgebungssensoren 9, 10 in der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Auswertung nicht in der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 sondern in der Cloud 13 stattfindet, wobei in diesem Fall ferner vorgesehen sein kann, dass lediglich die Rohdaten der Umgebungssensoren 9,10 übertragen werden. Denkbar ist natürlich auch, dass die Auswertung zum Teil in der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 6 und zum Teil in der Cloud 13 erfolgt. Ebenfalls möglich ist natürlich auch, dass Signale von Umgebungssensoren 9, 10 von anderen Füllstandmessgeräten 3 in der Cloud 13 zur Auswertung herangezogen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter, vorzugsweise Intermediate Bulk Container
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Füllstandmessgerät
- 4
- Funkeinheit
- 5
- Software
- 6
- Steuer- und/oder Auswerteeinheit
- 7
- Füllstandmesseinheit
- 8
- Energieversorgungseinheit
- 9, 10
- Umgebungssensor
- 11
- Triggereingang
- 12
- Medium
- 13
- Cloud
