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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Abfüllanlage, wobei die Abfüllanlage wenigstens eine Füllstelle und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinheit zur Regelung und Überwachung des Abfüllprozesses aufweist, wobei über die wenigstens eine Füllstelle in einem, vorzugsweise sich wiederholenden, Abfüllprozess ein Medium in wenigstens einen Behälter abgefüllt wird,
wobei im Bereich der wenigstens einen Füllstelle wenigstens ein Messgerät angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Messgerät wenigstens einen Sensor aufweist, wobei der wenigstens eine Sensor Messwerte von einem ersten Prozessparameter oder zur Bestimmung eines ersten Prozessparameters erfasst,
wobei der Abfüllprozess eine Mehrzahl von zeitlich begrenzten Prozessabschnitten aufweist.
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Darüber hinaus geht die Erfindung aus von einer Abfüllanlage umfassend wenigstens eine Füllstelle und wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinheit zur Regelung und Überwachung des Abfüllprozesses, wobei über die wenigstens eine Füllstelle in einem, vorzugsweise sich wiederholenden, Abfüllprozess ein Medium in wenigstens einen Behälter abgefüllt werden kann,
wobei im Bereich der wenigstens einen Füllstelle wenigstens ein Messgerät angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Messgerät wenigstens einen Sensor aufweist, wobei der wenigstens eine Sensor im Betrieb Messwerte von einem ersten Prozessparameter oder zur Bestimmung eines ersten Prozessparameters erfasst.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, in gattungsgemäßen Abfüllanlagen eine Steuerung des Abfüllprozesses in Abhängigkeit beispielsweise von dem Volumendurchfluss des abzufüllenden Mediums im Bereich einer Füllstelle, vorzusehen.
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Hierzu ist an jeder Füllstelle ein Durchflussmessgerät angeordnet, das mit einer Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist, wobei das Messgerät die Durchflussmesswerte mit einer festen Frequenz über ein Kommunikationssystem an die Steuer- und Auswerteeinheit sendet.
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Eine solche Steuer- und Auswerteeinheit ist üblicherweise ein digitales Rechensystem umfassend einen Mikrocontroller.
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Ausgehend von dem zuvor genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Abfüllanlage anzugeben, das sowohl in einzelnen Prozessabschnitten eines Abfüllprozesses und damit auch insgesamt eine verbesserte Regelung und/oder Überwachung des Abfüllprozesses aufweist. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Abfüllanlage anzugeben.
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Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die zuvor genannte Aufgabe durch ein eingangs dargelegtes Verfahren dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Messgerät über ein digitales Kommunikationssystem mit der wenigstens einen Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist,
dass das wenigstens eine Messgerät die Messwerte von dem wenigstens einen Sensor mit einer ersten variablen Übertragungsrate über das Kommunikationssystem an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt, wobei dies ebenfalls die Übermittlung von aus dem Messwerte abgeleiteten Werten umfasst,
wobei wenigstens eine Stelleinheit zur Einstellung von der wenigstens einen variablen Übertragungsrate vorhanden ist,
wobei die wenigstens eine Stelleinheit die erste variable Übertragungsrate derart an die unterschiedlichen Prozessabschnitte anpasst, dass die erste Übertragungsrate in wenigstens zwei verschiedenen Prozessabschnitten unterschiedliche Werte aufweist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst ein digitales Kommunikationssystem ein Kommunikationssystem mit beschränkter Bandbreite, beispielsweise ein Bussystem, insbesondere einen Feldbus.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein Prozessparameter zur Überwachung und/oder zur Regelung des Abfüllprozesses in einzelnen Prozessabschnitten besonders relevant und in anderen Prozessabschnitten weniger relevant ist. Aufgrund der beschränkten Bandbreite des Kommunikationssystems werden bei fester Übertragungsfrequenz der Werte des wenigstens einen Sensors in einzelnen Prozessabschnitten insofern überflüssige Informationen übertragen. Der Erfindung liegt daran anknüpfend der Gedanke zugrunde, die Übertragung von Datenobjekten, wie Messwerten und/oder Steuerbefehlen innerhalb des Kommunikationssystems für die einzelne Prozessabschnitte derart zu optimieren, dass die Übertragungsrate von relevanten Datenobjekten hoch und die Übertragungsrate von weniger relevanten Datenobjekten niedrig oder null ist.
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Erfindungsgemäß passt daher die wenigstens eine Stelleinheit die erste variable Übertragungsrate, mit der die Messwerte des Sensors an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden, an die unterschiedlichen Prozessabschnitte derart an, dass in den Prozessabschnitten, in denen die übertragenen Messwerte für die Regelung und/oder Überwachung der Abfüllanlage relevant sind, die erste Übertragungsrate hoch, vorzugsweise maximal, ist und dass in den Prozessabschnitten in denen die übertragenen Messwerte des ersten Prozessparameters für die Regelung und/oder Überwachung der Abfüllanlage weniger relevant sind, die erste Übertragungsrate niedrig, beispielsweise 0, ist.
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Die Steuer- und Auswerteeinheit regelt und überwacht den Abfüllprozess basierend auf den übertragenen Messwerten. Im Detail betrifft die Regelung und Überwachung des Abfüllprozesses insbesondere die Steuerung von einzelnen Komponenten der Abfüllanlage, beispielsweise von Ventilen und/oder die Ausgabe und/oder Weiterleitung von Fehlermeldungen und/oder Warnungen, wenn beispielsweise Grenzwerte von relevanten Prozessparametern überschritten oder unterschritten werden.
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Wie nachfolgend anhand von bevorzugten Ausgestaltungen genauer dargelegt wird, hat die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verschiedene Vorteile. Die begrenzte Bandbreite des Kommunikationssystems kann durch die erfindungsgemäße Anpassung der Übertragungsrate oder der Übertragungsraten (im Fall von wenigstens zwei verschiedenen zu übertragenen Datenobjekten, wie Messwerte oder Steuerbefehle) optimal genutzt werden.
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Einerseits ermöglicht eine zeitweise Verringerung der Übertragung von Datenobjekten, wie Messwerten oder Steuerbefehlen, die Erhöhung der Anzahl an zusätzlichen Sensoren, wodurch weitere Parameter in die Überwachung und/oder Regelung des Abfüllprozesses einbezogen werden können. Weiterhin kann auch die Anzahl an Füllstellen einer Abfüllanlage erhöht werden. Zudem kann durch eine zeitweise Erhöhung der Übertragungsrate von relevanten Prozessparametern aufgrund der erhöhten Menge an relevanter Information die Genauigkeit der Überwachung und/oder Regelung in diesen Prozessabschnitten erhöht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die wenigstens eine Füllstelle ein Ventil auf, wobei das Ventil über das digitale Kommunikationssystem mit der wenigstens einen Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit mit einer variablen Übertragungsrate Steuerbefehle über das Kommunikationssystem an das Ventil sendet, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit den Öffnungsgrad des Ventils im Verlauf jedes Abfüllprozesses in Abhängigkeit der Messwerte von dem wenigstens einem Prozessparameter oder von dem wenigstens einen Sensor steuert bzw. variiert.
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Gemäß dieser Ausgestaltung kann das Abfüllen eines Mediums bzw. die Steuerung des Ventils in den verschiedenen Prozessabschnitten mit unterschiedlicher Regelungsfrequenz (Übertragungsrate der Steuerbefehle) erfolgen. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Übertragungsrate der Steuerbefehle in dem Prozessabschnitt hoch ist, in dem der obere Teil des Behälters befüllt wird. Damit kann die Genauigkeit der Abfüllung erhöht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst der Abfüllprozess an jeder Füllstelle wenigstens zwei der folgenden Prozessabschnitte: Eingabe eines neuen Behälters, Spülphase, Evakuierungsphase, Füllphase I, Füllphase II, Ausgabe des gefüllten Behälters.
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Beispielsweise betrifft die Füllphase I das Füllen eines Behälters, insbesondere einer Flasche, mit einer Menge von bis zu 2/3 des gesamten abzufüllenden Volumens. Die Füllphase II betrifft dann das Auffüllen des Behälters, insbesondere der Flasche. Alternativ kann die Füllphase auch in mehr als zwei Phasen unterteilt sein.
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In jedem einzelnen Prozessabschnitt sind für die Überwachung und Regelung der Abfüllanlage bzw. des Abfüllprozesses verschiedene Prozessparameter relevant.
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Die Anpassung der Übertragungsrate von Datenobjekten, wie Messwerten und/oder Steuerbefehlen, ermöglicht, wie bereits ausgeführt, dass trotz der begrenzten Bandbreite des Kommunikationssystems die Datenübertragung von für den jeweiligen Prozessabschnitt relevanten Prozessparametern besonders hoch ist.
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Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn mehr als ein Datenobjekt, also beispielsweise ein zusätzlicher Wert eines zweiten Prozessparameters mit einer zweiten variablen Übertragungsrate an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen wird.
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Dann kann beispielsweise in einem Prozessabschnitt die erste Übertragungsrate auf Kosten der zweiten Übertragungsrate erhöht werden, d.h. die erste Übertragungsrate ist besonders hoch, wenn die zweite Übertragungsrate niedrig ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist hierzu das wenigstens eine Messgerät an der wenigstens einen Füllstelle wenigstens einen zweiten Sensor auf, wobei der zweite Sensor Messwerte von einem zweiten Prozessparameter oder Messwerte zur Bestimmung eines zweiten Prozessparameters erfasst, wobei das Messgerät die Messwerte von dem zweiten Sensor mit einer zweiten variablen Übertragungsrate über das Kommunikationssystem an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt und wobei die wenigstens eine Stelleinheit die zweite variable Übertragungsrate an die unterschiedlichen Prozessabschnitte derart anpasst, dass die zweite Übertragungsrate in wenigstens zwei verschiedenen Prozessabschnitten unterschiedliche Werte aufweist.
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Vorzugsweise wird die zweite Übertragungsrate in Abhängigkeit von der ersten Übertragungsrate eingestellt. Besonders bevorzugt ist die zweite Übertragungsrate in den Prozessabschnitten hoch, in denen die erste Übertragungsrate niedrig ist. Auf diese Weise kann die Bandbreite des Kommunikationssystems zwischen zumindest dem ersten Messgerät und der wenigstens einen Steuer- und Auswerteeinheit optimal dahin gehend genutzt werden, dass nur relevante Daten und keine überflüssigen Informationen übertragen werden.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist die Abfüllanlage wenigstens eine zweite Füllstelle auf, wobei über die zweite Füllstelle in dem Abfüllprozess das Medium in einen zweiten Behälter abgefüllt wird,
wobei an der zweiten Füllstelle wenigstens ein zweites Messgerät angeordnet ist, wobei das zweite Messgerät wenigstens einen Sensor aufweist, wobei der
wenigstens eine Sensor Messwerte von einem ersten Prozessparameter oder Messwerte zur Bestimmung eines ersten Prozessparameters erfasst,
wobei das zweite Messgerät über das digitale Kommunikationssystem mit der wenigstens einen Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist,
wobei das zweite Messgerät die Messwerte von dem wenigstens einen Sensor mit einer ersten variablen Übertragungsrate über das Kommunikationssystem an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt,
wobei vorzugsweise eine zweite Stelleinheit zur Einstellung von der ersten variablen Übertragungsrate vorhanden ist,
wobei die erste oder zweite Stelleinheit des zweiten Messgerätes an der zweiten Füllstelle die erste variable Übertragungsrate an die unterschiedlichen Prozessabschnitte derart anpasst, dass die erste Übertragungsrate in wenigstens zwei verschiedenen Prozessabschnitten unterschiedliche Werte aufweist,
wobei vorzugsweise in Bezug auf einen Prozessabschnitt die erste Übertragungsrate des zweiten Messgeräts an der zweiten Füllstelle der ersten Übertragungsrate des ersten Messgerätes an der ersten Füllstelle entspricht, sofern der gleiche Prozessparameter erfasst wird.
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In Bezug auf denselben Prozessabschnitt entspricht also vorzugsweise die erste Übertragungsrate des zweiten Messgeräts an der zweiten Füllstelle der ersten Übertragungsrate des ersten Messgerätes an der ersten Füllstelle, sofern der gleiche Prozessparameter erfasst wird. Dabei kann der gleiche Prozessabschnitt an der ersten und der zweiten Füllstelle zeitgleich oder zeitlich versetzt ablaufen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung ist die Stelleinheit Teil der Steuer- und Auswerteeinheit. Ist die Steuer- und Auswerteeinheit als zentrale Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, regelt auch die Stelleinheit zentral die Einstellung der Übertragungsrate oder der Übertragungsraten für die Übertragung von Datenobjekten, wie Messwerten und/oder Steuerbefehlen, an unterschiedlichen Füllstellen.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist die wenigstens eine Stelleinheit und/oder das wenigstens eine Messgerät und/oder die wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinheit wenigstens eine Speichereinheit mit einem Speicher auf, wobei in der wenigstens einen Speichereinheit eine Konfiguration der Regelung und/oder Überwachung des Abfüllprozesses hinterlegt ist,
wobei die Konfiguration die Werte der variablen Übertragungsrate bzw. der variablen Übertragungsraten der Datenobjekte, wie Messwerte und/oder Steuerbefehle, für die einzelnen Prozessabschnitte umfasst, sodass von der wenigstens einen Stelleinheit in den einzelnen Prozessabschnitten die jeweils hinterlegten Werte für die Übertragungsraten eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die wenigstens eine Stelleinheit und/oder das wenigstens eine Messgerät und/oder die wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinheit wenigstens eine Speichereinheit mit einem Speicher auf, wobei in der wenigstens einen Speichereinheit eine Zuordnung von Nachrichten und/oder Steuerbefehlen zu einzelnen Prozessabschnitten hinterlegt ist,
sodass die wenigstens eine Stelleinheit eine Nachricht und/oder einen Steuerbefehl während des Abfüllprozesses einem aktuellen Prozessabschnitt und damit einer definierten Einstellung der variablen Übertragungsrate oder der variablen Übertragungsraten zuordnet.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist dem Steuerbefehl zum Öffnen eines Spülventils der Beginn der Spülphase zugeordnet. Dem Befehl zum Schließen des Spülventils ist gemäß einer Ausgestaltung der Beginn der Evakuierungsphase zugeordnet. Alternativ kann der Stelleinheit der aktuelle Prozessabschnitt und/oder die aktuelle Übertragungsrate bzw. die aktuellen Übertragungsraten auch unmittelbar durch eine Nachricht mitgeteilt werden.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung weist das wenigstens eine Messgerät wenigstens eine Speichereinheit mit einem Speicher auf, wobei die Speichereinheit eine Zwischenspeicherung von Messwerten erlaubt und wobei die zwischengespeicherten Messwerte zeitverzögert an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden. Die in einem Prozessabschnitt zwischengespeicherten Messwerte können beispielsweise in einem anderen Prozessabschnitt an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden, oder sie können nach dem Abfüllprozess übertragen werden.
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Beispielsweise können in dem Prozessabschnitt zwischen der Ausgabe eines befüllten Behälters und der Eingabe eines neuen Behälters in dem Speicher zwischengespeicherte Messwerte eines Vibrations- oder Beschleunigungssensors mit erhöhter Übertragungsrate übertragen werden. Dies ist vorteilhaft, da in diesem Prozessabschnitt für den Abfüllprozess relevante Parameter, wie beispielsweise Volumendurchflussmesswerte, nur mit geringer Übertragungsrate oder auch gar nicht übertragen werden.
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Gemäß einer nächsten Ausgestaltung bestimmt die wenigstens eine Stelleinheit den aktuellen Prozessabschnitt bzw. die einzustellende Übertragungsrate oder die einzustellenden Übertragungsraten aus dem Messwert eines Prozessparameters oder aus einem von dem Messwert abgeleiteten Wert. Diese Bestimmung kann beispielsweise durch den Vergleich mit festgelegten Grenzwerten erfolgen.
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Ist beispielsweise der Durchfluss durch eine Füllstelle größer als 0, liegt Füllphase I oder II vor. Ist die Temperatur an der Füllstelle erhöht oder die Leitfähigkeit des Mediums verändert, liegt beispielsweise eine Spülphase mit Desinfektion vor. Ist der Druck an der Füllstelle besonders niedrig, so liegt eine Evakuierungsphase vor.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vor Inbetriebnahme der Abfüllanlage oder vor dem Abfüllprozess die Konfiguration der Übertragungsrate oder der Übertragungsraten der Datenobjekte, wie Messwerte und/oder Steuerbefehle, für wenigstens einen Prozessabschnitt dadurch ermittelt, dass der wenigstens eine Prozessabschnitt mehrfach unter denselben Prozessbedingungen durchlaufen wird,
wobei für jeden mehrfach durchlaufenen Prozessabschnitt ein Ziel definiert wird, das unter Berücksichtigung von Randbedingungen für die Übertragungsrate oder die Übertragungsraten erreicht werden soll,
wobei die wenigstens eine Steuer- und Auswerteeinheit jeden Durchlauf eines Prozessabschnittes im Hinblick auf das Erreichen des definierten Ziels bewertet und
wobei die Steuer- und Auswerteeinheit die Übertragungsrate oder zumindest eine der Übertragungsraten der Datenobjekte, wie Messwerte und/oder Steuerbefehle, vor jedem erneuten Durchlauf eines Prozessabschnittes, vorzugsweise zielgerichtet, variiert,
wobei der Prozessabschnitt so lange erneut durchlaufen wird bis das definierte Ziel erreicht ist und wobei die Einstellung der Übertragungsrate oder der Übertragungsraten mit der das Ziel erreicht ist, in der wenigstens einen Speichereinheit hinterlegt wird.
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Die auf diese Weise festgelegte Konfiguration der Übertragungsrate oder der Übertragungsraten der Datenobjekte, wie Messwerte und/oder Steuerbefehle, ist insbesondere relevant in der Füllphase I und/oder der Füllphase II, an die besonders hohe Anforderungen in Bezug auf die Überwachung und/oder Regelung des Vorgangs gestellt werden.
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Für die Füllphase I oder die Füllphase II kann beispielsweise ein solches definiertes Ziel die Vorgabe „Füllen der Flasche bis Level X in Y Sekunden“ oder „Möglichst schnelles Füllen der Flasche“ sein. Mögliche Randbedingungen sind z. B. „Druckwert zur Überwachung des Flaschenbruchs muss noch alle 10 Millisekunden gesendet werden“.
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Ausgehend von der in diesem Fall vorgegebenen Übertragungsrate für die Druckwerte, erhöht beispielsweise der Algorithmus zur Findung der optimalen Konfiguration schrittweise die Übertragungsrate für den Volumendurchfluss des Mediums durch die Füllstelle in jedem erneuten Durchlauf, wobei vorzugsweise die Steuerbefehle zur Einstellung des Öffnungsgrads des Füllventils im Verlauf jedes Vorgangs ebenfalls unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Bandbreite variiert werden. Die Anpassung der zuvor genannten Parameter erfolgt so lange bis sowohl das abzufüllende Volumen als auch die erforderliche Genauigkeit der Messung gegeben sind.
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Die Bewertung des Vorgangs nach jedem Durchlauf im Hinblick auf das Erreichen des definierten Ziels erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Menge und/oder die Höhe des in der Zielzeit abgefüllten Volumens bestimmt wird und mit der Zielhöhe bzw. der Zielmenge verglichen wird.
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Insgesamt soll die Anpassung bzw. die Findung der optimalen Konfiguration der einzelnen Übertragungsraten über eine schrittweise Veränderung wenigstens einer Übertragungsrate und Beobachtung des Ergebnisses im Hinblick auf das zu erreichende Ziel erfolgen (Reinforcement learning). Sofern die Konfiguration der einzelnen Übertragungsraten der verschiedenen Datenobjekte bestimmt ist, kann diese Einstellung in einer Speichereinheit, entweder in der Steuer- und Auswerteeinheit und/oder in dem wenigstens einen Messgerät und/oder in der wenigstens einen Stelleinheit hinterlegt und im Verlauf des Abfüllprozesses angewendet werden.
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Wie bereits dargelegt, ermöglicht es die erfindungsgemäße Variation der Übertragungsraten abhängig von der Relevanz der übertragenen Prozessparameter bzw. der notwendigen Regelungsgenauigkeit beispielsweise der Ventile, die Anzahl der verwendbaren Zusatzsensoren bei begrenzter Bandbreite des Kommunikationssystems zu erhöhen.
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Gemäß einer nächsten Ausgestaltung ist das wenigstens ein Messgerät ein Durchflussmessgerät, wobei von dem Durchflussmessgerät zumindest Durchflussmesswerte mit einer ersten variablen Übertragungsrate über das Kommunikationssystem an die Steuer- und Auswerteeinheit übertragen werden, wobei das Durchflussmessgerät zusätzlich optional wenigstens einen Drucksensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Vibrationssensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen Füllstandsensor und/oder einen Leitfähigkeitssensor aufweist, wobei das Durchflussmessgerät die Messwerte des wenigstens einen zusätzlichen Sensors mit einer variablen Übertragungsrate an die Steuer- und Auswerteeinheit überträgt.
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Durch diese Vielzahl von Sensoren kann der Abfüllprozess in verschiedener Hinsicht besonders genau überwacht und/oder geregelt werden.
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Neben der Regelung und/oder Überwachung des Abfüllens kann durch das Vorhandensein von weiteren Sensoren, wie beispielsweise Vibrations- und/oder Beschleunigungssensoren auch der Zustand der Abfüllanlage überwacht werden, sodass bei Abweichungen von einem Normalzustand frühzeitig Maßnahmen zur Fehlerbehebung bzw. zur Beseitigung von Unregelmä-ßigkeiten vorgenommen werden können.
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Im Einzelnen können mittels eines Beschleunigungssensors und/oder eines Vibrationssensors unzulässige Betriebszustände, also zu hohe absolute Beschleunigungen beispielsweise von rotierenden Bauteilen oder zu hohe Vibrationen erkannt werden.
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Besonders bevorzugt werden im Verlauf des Abfüllprozesses Beschleunigungs- und Vibrationsmesswerte aufgenommen, die zunächst in einer Speichereinheit zwischengespeichert werden. Die zwischengespeicherten Messwerte werden vorzugsweise dann in einem Prozessabschnitt, in dem nur wenige oder keine Messwerte des Durchfluss-, Druck- und/oder Temperatursensors übertragen werden, beispielsweise in dem Prozessabschnitt zwischen der Ausgabe eines Behälters und der Eingabe eines neuen Behälters, an die Steuer- und Auswerteeinheit mit hoher Übertragungsrate übermittelt.
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Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine eingangs genannte Abfüllanlage dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Messgerät über ein digitales Kommunikationssystem mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist,
dass das Messgerät derart ausgebildet ist, dass es im Betrieb die Messwerte von dem ersten Sensor mit einer ersten variablen Übertragungsrate an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt,
wobei wenigstens eine Stelleinheit zur Einstellung von der ersten variablen Übertragungsrate vorhanden ist,
wobei die wenigstens eine Stelleinheit derart ausgebildet ist, dass sie die erste variable Übertragungsrate derart an die unterschiedlichen Prozessabschnitte anpasst, dass die erste Übertragungsrate in wenigstens zwei verschiedenen Prozessabschnitten unterschiedliche Werte aufweist.
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Besonders bevorzugt ist die Abfüllanlage zur Durchführung eines der vorherbeschriebenen Verfahren ausgebildet. Insofern wird in Bezug auf die Ausgestaltung der Abfüllanlage und die damit verbundenen Vorteile ebenfalls auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist die wenigstens eine Stelleinheit Teil der Steuer- und Auswerteeinheit. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist jedes Messgerät eine lokale Stelleinheit auf.
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Gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung ist eine zweite Steuer- und Auswerteeinheit vorhanden, in der zumindest die festgelegte oder mittels eines Algorithmus bestimmte Konfiguration der Übertragungsraten für die verschiedenen Datenobjekte hinterlegt ist. Eine solche zweite Steuer- und Auswerteeinheit ist beispielsweise über das erste digitale Kommunikationssystem mit dem Messgerät und/oder dem Ventil bzw. mit den Messgeräten und/oder den Ventilen der Abfüllanlage verbunden. Diese Ausgestaltung verbessert die Ausfallsicherheit insofern als dass die zweite Steuer- und Auswerteeinheit in dem Fall, in dem die erste Steuer- und Auswerteeinheit defekt ist, die Überwachung und/oder Regelung der Abfüllanlage übernehmen kann.
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Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Abfüllanlage auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abfüllanlage,
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Abfüllanlage, und
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben einer Abfüllanlage.
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In 1 ist dargestellt eine Abfüllanlage 2 umfassend drei Füllstellen 3, wobei jede Füllstelle 3 ein Ventil 4 aufweist und wobei eine zentrale Steuer- und Auswerteeinheit 5 vorhanden ist, die mit den Ventilen 4 über ein Kommunikationssystem 11 verbunden ist, sodass die Steuer- und Auswerteeinheit 5 im Betrieb über das Kommunikationssystem 11 Steuerbefehle zur Einstellung des Öffnungsgrads der Ventile 4 mit einer variablen Übertragungsrate übermittelt.
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Die Ventile 4 werden in Abhängigkeit von weiteren Prozessparametern derart geregelt, dass das abzufüllende Medium in einer idealen Trajektorie, z. B. mit minimaler Schaumbildung und in minimaler Zeit, in den jeweiligen Behälter 6 fließen kann. Dabei kann die Regelungsgenauigkeit, d.h. die Übertragungsrate der Steuerbefehle in verschiedenen Prozessabschnitten unterschiedliche Werte annehmen.
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Im Bereich jeder Füllstelle 3 ist weiterhin ein Messgerät 7 angeordnet, wobei jedes Messgerät 7 jeweils drei Sensoren 8, 9, 10, im Detail einen Sensor 8 zur Erfassung des Volumendurchflusses durch die Füllstelle 3, einen Temperatursensor 9 und einen Drucksensor 10 aufweist. Jedes Messgerät 7 ist weiterhin über das Kommunikationssystem 11 mit der Steuer- und Auswerteeinheit 5 verbunden. Die Messgeräte 7 sind nun derart ausgebildet, dass die Übertragungsrate der Messwerte der Sensoren 8, 9, 10 in unterschiedlichen Prozessabschnitten des Abfüllprozesses verschiedene Werte annimmt.
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Damit weist die dargestellte Abfüllanlage 2 den Vorteil auf, dass in den einzelnen Prozessabschnitten des Abfüllprozesses jeweils die Datenobjekte, wie Messwerte und/oder Steuerbefehle, mit hoher Übertragungsrate übertragen werden, die besonders relevant für den jeweiligen Prozessabschnitt sind. Im Detail ermöglicht das dargestellte Ausführungsbeispiel, dass in einzelnen Prozessabschnitten die Steuerung der Ventile 4 besonders genau ist, und dass in anderen Prozessabschnitten relevante Messwerte beispielsweise von dem Drucksensor 10 mit besonders hoher Übertragungsrate übertragen werden können.
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Darüber hinaus weist die Steuer- und Auswerteeinheit 5 eine Speichereinheit 27 auf, in der die Konfiguration der Übertragungsraten der verschiedenen Datenobjekte, wie Messwerte und/oder Steuerbefehle hinterlegt ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stelleinheit 22 Teil der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit 5. Alternativ kann jedes einzelne Messgerät 7 auch eine lokale Stelleinheit 22 aufweisen.
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In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 1 zum Betreiben einer Abfüllanlage 2 dargestellt, wobei die Abfüllanlage 2 wie in 1 dargestellt ausgebildet ist. Im Einzelnen dargestellt ist in 2 der Ablauf eines Abfüllprozesses an einer Füllstelle 3, unterteilt in einzelne Prozessabschnitte.
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In einem ersten Schritt 12 wird ein neuer Behälter 6 in die Füllstelle 3 eingegeben. In einem nächsten Schritt 13 wird dieser Behälter 6 gespült. In diesen Prozessabschnitten ist die jeweilige Übertragungsrate der Übertragung der Messwerte der Sensoren 8, 9 und 10 niedrig.
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Der nächste Prozessabschnitt umfasst eine Evakuierung 14 des Behälters, wobei gemäß der Einstellung 15 der Übertragungsraten der Sensoren 8, 9, 10 in diesem Prozessabschnitt 14 zur Überwachung eines Flaschenbruchs die Messwerte für den Druck mit besonders hoher Frequenz übertragen werden.
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Zudem werden ebenfalls Temperaturmesswerte an die zentrale Steuer- und Auswerteeinheit 6 übertragen. In diesem Prozessabschnitt 14 werden jedoch die Durchflussmesswerte nur mit geringer Übertragungsrate oder gar nicht übermittelt.
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Der nächste Prozessabschnitt betrifft die Füllphase I 16 in der gemäß der Einstellung 17 der Füllphase I sowohl die Durchflussmesswerte als auch die Druckwerte an die Steuer- und Auswerteeinheit 5 mit hoher Übertragungsrate übertragen werden. In dieser Prozessphase 16 werden beispielsweise Temperaturmesswerte mit nur geringer Übertragungsrate oder gar nicht übertragen. Dagegen weist ebenfalls die Übertragung der Steuerbefehle an die Ventile 4 eine hohe Übertragungsrate auf.
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Die nächste Füllphase II 18 findet statt, wenn der obere Teil des Behälters 6 befüllt wird. In dieser Phase sind besonders die Messwerte des Volumendurchflusses relevant, sodass gemäß der Konfiguration 19 der Füllphase II der Messwert des Volumendurchflusses mit besonders hoher Frequenz übertragen wird. Gleichzeitig ist auch die Übertragungsrate der Steuerbefehle zur Regelung der Ventile 4 besonders hoch.
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Anschließend wird der Behälter 6 ausgegeben 20. Zwischen der Eingabe eines neuen Behälters und der Ausgabe eines befüllten Behälters 6 findet beispielsweise eine Rotation 21 der Abfüllanlage 2 bzw. der einzelnen Füllstellen 3 statt. Während dieser Phase kann beispielsweise, sofern vorhanden, ein Beschleunigungssensor Beschleunigungsdaten an die Steuer- und Auswerteeinheit 5 übertragen, oder es können während des Abfüllprozesses zwischengespeicherte Vibrations- oder Beschleunigungsmesswerte übertragen werden, wodurch beispielsweise Fehler oder Unwuchtungen der Abfüllanlage 2 erkannt werden können.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 1 zum Betreiben einer Abfüllanlage 2 dargestellt, wobei die einzelnen Einstellungen 15, 17, 19 der Übertragungsraten in den unterschiedlichen Prozessabschnitten 12, 13, 14, 16, 18, 20 zunächst nicht festgelegt sind, sondern durch einen vor Inbetriebnahme der Abfüllanlage 2 durch die Steuer- und Auswerteeinheit durchgeführten Algorithmus erlernt werden.
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Hierzu werden die Prozessabschnitte 16 und 18 unter denselben Prozessbedingungen mehrfach durchlaufen. Für jeden Prozessabschnitt 16 bzw. 18 wird dazu ein Ziel definiert, das mit einer optimalen Einstellung der einzelnen Übertragungsraten der Datenobjekte, im Detail der Messwerte und der Steuerbefehle erreicht werden soll, wobei gleichfalls Randbedingungen zu berücksichtigen sind.
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Im Einzelnen dargestellt in 3 ist die Findung der idealen Übertragungsraten für die Füllphase I. Das definierte Ziel 23 ist in diesem Fall das Füllen des Behälters bis zu einer halben Höhe in 2 Sekunden. Die vorgegebene Randbedingung in diesem Fall ist die Bedingung, dass der Druckwert zur Überwachung des Flaschenbruchs mindestens alle 10 Millisekunden gesendet werden muss. Ausgehend davon wird nun eine Anfangskonfiguration 24 für die Übertragungsraten für die Übertragung der Messwerte für den Durchfluss bzw. Druck an der betrachteten Füllstelle sowie für die Übertragungsrate der Steuerbefehle an die Ventile 4 beispielsweise manuell vorgegeben.
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Nach dem Durchlauf des Prozessabschnittes 16 wird der Verlauf des Prozessabschnittes 16 von der Steuer- und Auswerteeinheit 5 im Hinblick auf das zu erreichende Ziel überprüft und beurteilt 25. Konkret bedeutet dies, dass die abgefüllte Menge nach der Zielzeit 2 Sekunden mit der Zielmenge verglichen wird. Stimmen diese nicht überein, werden in einem nächsten Schritt 26 sowohl die Übertragungsrate der Steuerbefehle für das Ventil 4 als auch die Übertragungsrate für die Übertragung des Volumendurchflusses unter Berücksichtigung der Randbedingungen sowie der zur Verfügung stehenden Bandbreite angepasst.
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Diese Schritte 25 und 26 werden nun mehrfach jeweils unter schrittweiser Veränderung der Einstellung der Übertragungsraten durchgeführt, bis das definierte Ziel erreicht ist. Die optimale Einstellung 15 der Übertragungsraten für die Füllphase I 14 ist damit bekannt und wird in der Speichereinheit 27 hinterlegt. In dem sich anschließenden Abfüllprozess, wie beispielsweise in 2 dargestellt, kann durch die Stelleinheit die Übertragungsraten der einzelnen Datenobjekte, wie Messwerte und/oder Steuerbefehle entsprechend der gefundenen Einstellung 15 verwendet werden.
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Analog zu dem mehrfachen Durchlauf des Prozessabschnitts 16 wird zur Findung der optimalen Einstellung 19 der Übertragungsraten für die Füllphase II auch der Prozessabschnitt 18 mehrfach durchlaufen, bis das definierte Ziel erreicht ist.
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Im Ergebnis garantiert das in den 2 und 3 dargestellte erfindungsgemäße Verfahren eine optimale, insbesondere besonders genaue Regelung und/oder Überwachung der einzelnen Prozessabschnitte aufgrund der angepassten Übertragungsraten der Datenobjekte in den einzelnen Prozessphasen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verfahren zum Betreiben einer Abfüllanlage
- 2
- Abfüllanlage
- 3
- Füllstelle
- 4
- Ventil
- 5
- Steuer- und Auswerteeinheit
- 6
- Behälter
- 7
- Messgerät
- 8
- Durchflusssensor
- 9
- Temperatursensor
- 10
- Drucksensor
- 11
- digitales Kommunikationssystem
- 12
- Eingabe eines Behälters
- 13
- Spülphase
- 14
- Evakuierungsphase
- 15
- Einstellung der Übertragungsraten der Evakuierungsphase
- 16
- Füllphase I
- 17
- Einstellung der Übertragungsraten der Füllphase I
- 18
- Füllphase II
- 19
- Einstellung der Übertragungsraten der Füllphase II
- 20
- Ausgabe des Behälters
- 21
- Rotation der Füllstelle
- 22
- Stelleinheit
- 23
- Definition des Ergebnisses eines Prozessabschnittes
- 24
- Anfangskonfiguration der Übertragungsraten
- 25
- Beurteilung des Prozessabschnittes im Hinblick auf das zu erreichende Ergebnis
- 26
- Änderung der Konfiguration
- 27
- Speichereinheit
