-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Parametriervorrichtung für Vorrichtungen zur Füllstandmessung, zur Grenzstandbestimmung und/oder zur Erfassung der Topologie einer Füllgutoberfläche, insbesondere für Füllstandmessgeräte mit einem Hochfrequenzfrontend, Ultraschallfrontend oder Laserfrontend. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung der Parameterwerte, eine Verwendung, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.
-
Hintergrund
-
In der Füllstandsmesstechnik werden für eine Reihe von Anwendungsgebieten berührungslos arbeitende Abstandssensoren zur Erfassung von Füllständen eingesetzt. Beispiele sind Silos, die eine Höhe bis zu 80 m aufweisen können, ein Zulauf zu einer Kläranlage oder Vorratsbehälter einer Abfüllanlage. Insbesondere wegen der Vielfalt der möglichen Anwendungsbereiche der Sensoren, für die häufig die gleiche Serie oder sogar der gleiche Typ von Füllstandsensoren verwendet wird, ist für die korrekte Funktionsweise in vielen Fällen eine Parametrierung der Sensoren erforderlich. Diese Parameter werden manuell eingegeben. Dies kann zumindest in einigen Fällen zu hohen Aufwänden und/oder zu zusätzlichen Arbeitsschritten führen.
Die Druckschrift
DE 10 2017 207 134 A1 betrifft ein Verfahren zur Ferndiagnose eines Messgeräts der Prozess- oder Automatisierungstechnik.
Die
WO 2015/139785 A1 betrifft das Ausrichten von Füllstandmessgeräten an Behältern.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Parametrierung der Sensoren zu vereinfachen.
-
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Parametriervorrichtung zur Parametrierung einer Füllstandmessvorrichtung, welche eine Kamera aufweist, die zur Erfassung eines Bildes einer Umgebung der Füllstandmessvorrichtung eingerichtet ist. Weiterhin ist eine Analysevorrichtung vorgesehen, die zur Analyse eines Objekts des Bildes eingerichtet ist. Dabei ist die Analysevorrichtung mit der Kamera über ein erstes Interface verbunden. Darüber hinaus ist eine Zuordnungsvorrichtung vorgesehen, zur Zuordnung des Objekts des Bildes zu einem Parameterwert der Füllstandmessvorrichtung, welche mit der Analysevorrichtung über ein zweites Interface verbunden ist.
-
Die Kamera kann eine dedizierte Kamera sein, die ausschließlich zur Erfassung eines Bildes dient. Die Kamera kann aber auch Teil einer Vorrichtung sein, die weitere Elemente, z.B. weitere Sensoren und/oder eine Recheneinheit umfasst; eine derartige Kamera kann beispielsweise Teil eines Smartphones sein. Die weiteren Sensoren können ein Sensor zu Bestimmung des Ortes (z.B. ein GPS-Sensor) oder Gyrosensor sein. So kann der GPS-Sensor verwendet werden, um die Zuordnung eines Bildes zu dem Ort einer Füllstandmessvorrichtung zu vereinfachen. Der Gyrosensor kann verwendet werden, um die Zuordnung zu bzw. Abweichung von horizontalen und/oder vertikalen Linien zu vereinfachen. Das Bild, das von der Kamera erfasst wird, kann schwarzweiß, farbig oder falschfarbig sein. Dabei wird unter einem falschfarbigen Bild ein Bild verstanden, bei dem die Farben einer Umgebung nicht in einer Weise wiedergegeben werden, dass es für das menschliche Auge Ähnlichkeiten mit den Farben der aufgenommenen Umgebung aufweist. Dies kann insbesondere zur Darstellung von Infrarot- oder Ultraviolett-Farben genutzt werden. Die Kamera kann das Bild der Umgebung also im sichtbaren Bereich des Spektrums und/oder im Infrarot-Bereich und/oder im Ultraviolett-Bereich erfassen.
-
Die Umgebung, die von der Kamera erfasst wird, sollte die Füllstandmessvorrichtung beinhalten. Die Umgebung kann vordefinierte Objekte wie Maßstäbe und/oder Landmarken beinhalten.
-
Das erste Interface kann als drahtloses Interface ausgeführt sein, beispielsweise als WLAN-, als Bluetooth- oder als Infrarot-Interface. Das erste Interface kann auch als drahtgebundenes Interface ausgeführt sein, beispielsweise als serielle Leitung wie z.B. USB oder LAN. Das erste Interface kann auch Teil eines Smartphones sein und von außen nicht sichtbar oder auch nicht direkt zugreifbar sein.
-
Die Analysevorrichtung hat die Aufgabe, die Merkmale des Bildes zu extrahieren und/oder zu analysieren. Ein derartiges Merkmal kann aus einem einzelnen Objekt abgeleitet sein; beispielsweise kann aus einer gekräuselten Oberfläche das Merkmal „Wasseroberfläche“ analysiert werden. Ein derartiges Merkmal kann aus mehreren Objekten abgeleitet sein; beispielsweise kann aus zwei Objekten { Füllstandmessvorrichtung, vertikale Linie } das Merkmal (die Relation) „2 m Abstand zum Ufer“ analysiert werden.
-
Die Zuordnungsvorrichtung hat die Aufgabe, die analysierten Merkmale, die in der Analysevorrichtung dem Objekt oder den Objekten des Bildes zugeordnet wurden, einem Parameterwert der Füllstandmessvorrichtung zuzuordnen. So kann beispielsweise aus dem Merkmal „2 m Abstand zum Ufer“ - als Zwischenschritt - geschlossen werden, dass keine Störechos von der Uferbebauung zu erwarten sind; daraus kann der Parameterwert „keine Störsignalausblendung erforderlich“ für die Füllstandmessvorrichtung zugeordnet werden.
-
Das zweite Interface kann als drahtloses Interface ausgeführt sein, als drahtgebundenes Interface oder innerhalb einer Vorrichtung angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann das dritte Interface XML-basiert sein. Dies verbessert insbesondere die Lesbarkeit, die Testbarkeit, die Automatisierbarkeit - und damit auch die Nachvollziehbarkeit - der Ergebnisse der Analysevorrichtung.
-
Generell ist die Zuordnung von logischen Blöcken der Parametriervorrichtung - wie z.B. der Kamera, der Analysevorrichtung oder der Zuordnungsvorrichtung - zu physischen Komponenten - z.B. zu einer Platine oder der Anordnung in einem Gehäuse - in weiten Bereichen frei wählbar. So können in einer Ausführungsform Kamera, Analysevorrichtung und Zuordnungsvorrichtung in demselben Gehäuse angeordnet sein (z.B. in einem Smartphone); in einer anderen Ausführungsform kann schon allein die Zuordnungsvorrichtung auf zwei Geräte - z.B. auf einen lokalen Rechner und einen zentralen Server - aufgeteilt sein.
-
In einer Ausführungsform ist die Zuordnungsvorrichtung, mittels eines dritten Interface, eingerichtet, den Parameterwert der Füllstandmessvorrichtung an eine Sensorparametrierung der Füllstandmessvorrichtung zu übertragen. Das dritte Interface kann als drahtloses Interface ausgeführt sein, als drahtgebundenes Interface oder innerhalb einer Vorrichtung angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann das dritte Interface XML-basiert sein. Dies verbessert insbesondere die Lesbarkeit, die Testbarkeit, die Automatisierbarkeit - und damit auch die Nachvollziehbarkeit - der Ergebnisse der Zuordnungsvorrichtung.
-
In einer Ausführungsform ist die Sensorparametrierung eingerichtet, die Messwerte des Füllstandsensors, mittels einer ersten Menge von Parameterwerten, zu bewerten und/oder den Füllstandsensor, mittels einer zweiten Menge von Parametern, anzupassen. Dabei sind die erste Menge und die zweite Menge von Parameterwerten Teil der Menge von Parameterwerten, welche die Zuordnungsvorrichtung einer Menge von Objekten des Bildes zuordnet.
-
Die Ergebnisse der Analysevorrichtung und/oder der Zuordnungsvorrichtung können also nicht nur für die Parametrierung der Füllstandmessvorrichtung verwendet werden, sondern darüber hinaus, mittels der ersten Menge von Parameterwerten, genutzt werden, um die die Messwerte des Füllstandsensors zu verbessern, beispielsweise um genauere und/oder schnellere Messwerte von dem Füllstandsensor zu erlangen. Weiterhin können diese Ergebnisse auch genutzt werden, um den Füllstandsensor selbst, während seiner Lebensdauer, anzupassen und damit z.B. Alterungseffekte, zumindest teilweise, zu kompensieren.
-
In einer Ausführungsform ist die Zuordnungsvorrichtung mit einer Datenbasis verbunden, die eine Liste zur Zuordnung des Objekts des Bildes zu einem Parameter der Füllstandmessvorrichtung umfasst. Diese Datenbasis kann intern, extern und/oder in einer Cloud sein. Eine interne Datenbasis hat den Vorteil, dass sie in einfacher Weise und auch, wenn keine Kommunikationsschnittstelle (z.B. zum Internet) vorhanden ist, vor Ort verwendet werden kann, z.B. von Servicepersonal. Eine externe und/oder eine Cloud-basierte Datenbasis hat den Vorteil, dass sämtliche Updates, Fehlerkorrekturen und/oder Verbesserungen der Datenbasis sämtlichen daran beteiligten Geräten zugute kommen. Darüber hinaus ist die Rechenleistung eines Servers in vielen Fällen deutlich höher als die Rechenleistung von lokalen Rechnern, so dass bei dieser Ausführungsform die Zuordnungsvorrichtung und/oder die Analysevorrichtung schneller sein könnten und/oder bessere Ergebnisse liefern könnten.
-
In einer Ausführungsform ist die Zuordnungsvorrichtung und/oder die Analysevorrichtung lernfähig ausgelegt. Die Lernfähigkeit kann dadurch realisiert sein, dass neue Zuordnungs- oder Analysemuster in diesen Vorrichtungen implementiert werden. Die Lernfähigkeit kann auch durch eine Qualitätsfunktion realisiert sein, welche die Zuordnungs- und/oder die Analysevorrichtung - oder insbesondere eine größere Zahl von diesen - bewertet und besonders gute Ergebnisse beispielsweise an einen zentralen Server übermittelt.
-
In einer Ausführungsform sind Teile der Füllstandmessvorrichtung und Teile der Parametriervorrichtung in einem Gehäuse integriert. Generell ist die Zuordnung von logischen Blöcken der Parametriervorrichtung zu physischen Komponenten in weiten Bereichen frei wählbar.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Ermittlung der Parameterwerte einer Füllstandmessvorrichtung mittels einer Parametriervorrichtung, wie sie oben erläutert wurde. Dies beinhaltet die obigen Definitionen der Komponenten der Parametriervorrichtung. Das Verfahren weist mindestens folgende Schritte auf:
- - Erfassen, mittels der Kamera, eines Bildes einer Umgebung der Füllstandmessvorrichtung;
- - Analysieren eines Objekts des Bildes, mittels einer Analysevorrichtung, welche mit der Kamera über ein erstes Interface verbunden ist;
- - Zuordnen, mittels einer Zuordnungsvorrichtung, des Objekts des Bildes zu einem Parameterwert der Füllstandmessvorrichtung, wobei die Zuordnungsvorrichtung mit der Analysevorrichtung über ein zweites Interface verbunden ist.
-
In einer Ausführungsform weist das Verfahren einen weiteren Schritt auf:
- - Übertragen, mittels des dritten Interface, der Parameterwerte der Füllstandmessvorrichtung an eine Sensorparametrierung, welche Teil der Füllstandmessvorrichtung ist.
-
In einer Ausführungsform weist das Verfahren weitere Schritte auf:
- - Bewerten, mittels einer ersten Menge von Parameterwerten, der Messwerte eines Füllstandsensors, welcher ein weiterer Teil der Füllstandmessvorrichtung ist, und/oder
- - Anpassen des Füllstandsensors, mittels einer zweiten Menge von Parameterwerten.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung einer Parametriervorrichtung zur Ermittlung der Parameterwerte einer Füllstandmessvorrichtung zur Messung des Füllstandes eines Füllguts, wobei das Füllgut Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, mit einem DK-Wert zwischen 60 und 100, oder wässrige Flüssigkeiten mit einem DK-Wert zwischen 10 und 60, umfasst. Das Füllgut kann auch Schüttgut, beispielsweise mit einer Korngröße 0,1 mm bis 20 mm, und Schüttlagen, beispielsweise entsprechend einem Böschungswinkel zwischen 5°, und 60°, umfassen.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Programmelement, welches, wenn es auf der Parametriervorrichtung zur Ermittlung der Parameterwerte ausgeführt wird, die Zuordnungsvorrichtung anweist, eines der oben geschilderten Verfahren durchzuführen.
-
Die Erfindung umfasst auch ein computerlesbares Medium, auf dem das genannte Programmelement gespeichert ist.
-
Die Erfindung umfasst weiterhin ein computerlesbares Medium, auf dem eine Liste zur Zuordnung des Objekts des Bildes zu einem Parameter der Füllstandmessvorrichtung gespeichert ist.
-
Zur weiteren Verdeutlichung wird die Erfindung anhand von in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiel, nicht aber als Einschränkung zu verstehen.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Parametriervorrichtung;
- 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Parametriervorrichtung;
- 3 zeigt das Beispiel eines Bildes einer Umgebung mit einer Parametriervorrichtung;
- 4 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung der Parameterwerte einer Füllstandmessvorrichtung.
-
1 zeigt eine Füllstandmessvorrichtung 100 mit einem Füllstandsensor 120, der den Füllstand 450 eines Füllguts 420 erfasst. Das Füllgut 420 ist in einem Behälter 410 angeordnet.
-
Der Behälter kann ein Gefäß von beliebiger Form sein. Der Behälter kann auch ein Gerinne, beispielsweise ein Bach- oder Flussbett sein. Der Füllstandsensor 120 ist mit einer Vorrichtung oder Komponente zur Sensorparametrierung 140 verbunden. Dabei sendet die Vorrichtung 140 die Parameterwerte für die Füllstandmessvorrichtung 100 über ein Interface 125 zu der Füllstandmessvorrichtung 100. Über ein weiteres Interface 125 empfängt die Vorrichtung 140 die Messwerte der Füllstandmessvorrichtung 100 und sendet diese an das Interface 145 zur Füllstandanzeige. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Interface 125 und 145 um dasselbe Interface.
-
Die Sensorparametrierung 140 ist über ein drittes Interface 265 mit einer Zuordnungsvorrichtung 260 verbunden. Diese Zuordnungsvorrichtung 260 sendet die errechneten Parameter über das dritte Interface 265 zu der Sensorparametrierung 140, die damit den Füllstandsensor 120 für den jeweiligen Anwendungsfall parametriert. Dabei verwendet die Zuordnungsvorrichtung 260 die Merkmale, welche ihr von der Analysevorrichtung 240, über das zweite Interface 245, zugesandt wurden. In der gezeigten Ausführungsform nutzt die Zuordnungsvorrichtung 260 eine Liste, die auf einer externen Datenbasis 300 ausgelagert ist. Die Datenbasis 300 ist über eine Schnittstelle 305. z.B. ein LAN oder WLAN, angeschlossen. In einer anderen Ausführungsform kann die Datenbasis 300 auch Teil der Parametriervorrichtung 200 sein; diese Variante kann beispielsweise von Servicetechnikern vor Ort genutzt werden. Die Analysevorrichtung 240 analysiert dabei die Objekte eines Bildes, das ihr von einer Kamera 220 über das erste Interface 225 gesandt wurde. Die Kamera 220 erfasst dabei ein Bild einer Umgebung 400. In der gezeigten Ausführungsform sind die Komponenten Kamera 220, Analysevorrichtung 240 und Zuordnungsvorrichtung 260 in einem Gerät integriert. Dieses Gerät kann z.B. ein Laptop oder ein Smartphone sein.
-
2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Komponenten Füllstandsensor 120, Sensorparametrierung 140, Analysevorrichtung 240, Zuordnungsvorrichtung 260 und Datenbasis 300 in einer integrierten Füllstandmessvorrichtung 190 angeordnet sind. Sämtliche Interfaces außer dem ersten Interface sind innerhalb der integrierten Füllstandmessvorrichtung 190 angeordnet. Die integrierte Füllstandmessvorrichtung 190 ist zu anderen Geräten über das Interface 145 zur Füllstandanzeige angeschlossen. Ferner kann die interne Datenbasis 300 über ein weiteres Interface zu anderen Geräten angeschlossen sein, beispielsweise für ein Update der internen Datenbasis 300. Die Kamera 220 ist in einem anderen Gerät angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform kann beispielsweise mit der Kamera 220 ein Bild der Umgebung 400 aufgenommen und an die integrierte Füllstandmessvorrichtung 190 gesandt werden. Diese analysiert das Bild mittels der internen Komponenten und parametriert damit den Füllstandsensor 120. In einer Ausführungsform, bei der die Schnittstellen 225, 145 und - sofern vorhanden - 307 drahtlos sind, kann die integrierte Füllstandmessvorrichtung 190 vollständig gekapselt sein. Diese hat den Vorteil einer hohen Robustheit diese Vorrichtung 190.
-
3 zeigt ein Beispiel für ein reales Bild 600 einer Umgebung 400, das mit der Kamera 220 aufgenommen und von der Parametriervorrichtung 200 auf der Basis einiger Objekte bzw. Merkmale, die in 3 eingezeichnet wurden, analysiert wurde. So erkennt die Analysevorrichtung 240 (siehe 1 oder 2) beispielsweise ein offenes Gewässer 610. Die Zuordnungsvorrichtung 260 schließt daraus relativ langsame Änderungen des Füllstands 450 des Füllguts 420 (hier: Wasser); daraus wird der Parameter „hohe Dämpfung des Ausgangssignals“ abgeleitet. Weiter wird z.B. erkannt, dass es sich bei dem Füllgut 420 um Wasser 612 handelt; daraus wird der Parameter „geringere Empfindlichkeit“ abgeleitet, weil durch das Wasser eine hohe Reflektivität gewährleistet ist. Weiter wird z.B. erkannt, dass die Wellenhöhe 614 gering ist; daraus wird z.B. der Parameter „hohe Mittelungen der Füllstand-Echos nicht erforderlich“ abgeleitet. Weiter wird erkannt, dass die Höhe 620 des Sensors etwa 2 bis 3 m über dem Wasser beträgt; daraus wird z.B. der Parameter „Standard Messbereich kann von 120 m auf 5 m reduziert werden“ abgeleitet. Weiter wird erkannt, dass der Abstand 630 zum Ufer etwa 2 m beträgt; daraus wird z.B. geschlossen, dass keine Störechos von der Uferbebauung zu erwarten sind und daher der Parameter „keine Störsignalausblendung erforderlich“ gesetzt werden kann. Weiter wird beispielsweise erkannt, dass der Sensor 100 an einem Montagebügel 632 angeordnet ist; daraus wird z.B. geschlossen, dass auch langfristig keine Störechos durch Sensor Montage zu erwarten sind und daher der Parameter „im Nahbereich keine Störsignalausblendung erforderlich“ gesetzt werden kann. Weiter wird z.B. erkannt, dass ein fehlender Wetterschutz 640 des Sensors 100 vorliegt; daraus wird z.B. geschlossen, dass Umwelteinflüsse durch Regen oder Schnee zu erwarten sind, und der Parameter „hohe Mittelung der Echosignale gesetzt wird. Die Zuordnungsvorrichtung 260 hat auch die Aufgabe, eine Strategie bei prima facie widersprechenden ersten Analysen durchzusetzen und davon abhängig die Parameter zu setzen.
-
4 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung der Parameterwerte einer Füllstandmessvorrichtung 100 mittels einer Parametriervorrichtung 200. In Schritt 501 wird, mittels einer Kamera 200 (siehe z.B. 1), ein Bild 600 einer Umgebung 400 der Füllstandmessvorrichtung 100 erfasst. In Schritt 502 wird ein Objekt des Bildes 600 analysiert, mittels einer Analysevorrichtung 240. Die Analysevorrichtung 240 ist mit der Kamera über ein erstes Interface verbunden. In Schritt 503 erfolgt die Zuordnung, mittels einer Zuordnungsvorrichtung 260, des Objekts des Bildes 600 zu einem Parameterwert der Füllstandmessvorrichtung 100, wobei die Zuordnungsvorrichtung 260 mit der Analysevorrichtung 240 über ein zweites Interface verbunden ist.
-
Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Füllstandmessvorrichtung
- 120
- Füllstandsensor
- 125
- Interface vom Sensor
- 127
- Interface zum Sensor
- 140
- Sensorparametrierung
- 145
- Interface zur Füllstandsanzeige
- 190
- integrierte Füllstandmessvorrichtung
- 200
- Parametriervorrichtung
- 220
- Kamera
- 225
- erstes Interface
- 240
- Analysevorrichtung
- 245
- zweites Interface
- 260
- Zuordnungsvorrichtung
- 265
- drittes Interface
- 300
- Datenbasis
- 305, 307
- Interfaces zur Datenbasis
- 400
- Umgebung
- 410
- Behälter
- 420
- Füllgut
- 450
- Füllstand
- 501 .. 503
- Schritte
- 600
- Bild
- 610
- offenes Gewässer
- 612
- Wasser
- 614
- Wellenhöhe
- 620
- Höhe des Sensors
- 630
- Abstand zum Ufer
- 632
- Montagebügel
- 640
- (fehlender) Wetterschutz
