-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Feldgerät mit wenigstens einem Anzeigemittel zur optischen Wiedergabe von, von dem Feldgerät erfassten Zuständen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur optischen Wiedergabe von, von einem Feldgerät erfassten Zuständen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
-
In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandmessgeräte, Grenzstandmessgeräte und Druckmessgeräte mit Sensoren, die die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Grenzstand oder Druck erfassen. Häufig sind solche Feldgeräte mit übergeordneten Einheiten, zum Beispiel Leitsysteme oder Steuereinheiten, verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung und/oder Prozessüberwachung.
-
Die Energie- und/oder Signalübertragung zwischen Feldgerät und übergeordneten Einheiten erfolgt häufig nach dem bekannten 4...20 mA Standard, bei dem eine 4...20 mA Stromschleife beziehungsweise eine Zweidrahtleitung zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit ausgebildet ist. Zusätzlich zu der analogen Übertragung von Signalen besteht die Möglichkeit, dass die Messgeräte gemäß verschiedenen anderen Protokollen, insbesondere digitalen Protokollen, weitere Informationen an die übergeordnete Einheit übermitteln oder von dieser empfangen. Beispielhaft seien hierfür das HART-Protokoll oder das Profibus-PA-Protokoll genannt. Weiterhin kann die Versorgung und digitale Kommunikation nach dem in Arbeit befindlichen und auf Ethernet basierenden Zweileiter-Standard APL realisiert werden (APL = Advanced Physical Layer).
-
Die Elektronikeinheit eines solchen Feldgerätes weist in der Regel unterschiedliche Statusanzeigen, insbesondere Statusleuchten, die in der Regel als LEDs ausgebildet sind, auf. Mittels der Statusanzeigen werden Informationen über z. B. eine Versorgung des Geräts, einen Geräteausfall, einen Gerätestatus, oder binäre Schaltzustände ausgegeben. In der NAMUR Empfehlung NE 107 „Selbstüberwachung und Diagnose von Feldgeräten“ Stand 10.04.2017 ist eine einheitliche Verwendung solcher Statusleuchten geregelt.
-
Die „NAMUR - Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie“, kurz NAMUR, ist eine Interessenvertretung von Anwendern der Mess- und Regelungstechnik in der chemischen Industrie deren Ziel unter anderem die Definition von Mindestanforderungen an Geräte und Systeme ist. In diesem Zusammenhang gibt die NAMUR sog. Empfehlung ab, in denen entsprechende Mindestanforderungen definiert sind.
-
Derzeit erfolgen Statusanzeige erst bei Erreichen einer definierten Prozessvariablen. Das bedeutet, dass die LED beispielsweise erst bei Erreichen eines Grenzwertes in einer hierfür definierten Farbe aufleuchtet. Auch werden RGB-LED zur Signalisierung einer Über- oder Unterschreitung eines Grenzwertes eingesetzt.
-
Problematisch kann eine zu späte Signalisierung eines Grenzwerts sein, wenn der Grenzwert einen kritischen Bereich eines Prozesses abbildet und etwaige Gegenmaßnahmen nicht mehr rechtzeitig ergriffen werden können.
-
Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Feldgerät mit einem Anzeigemittel bereitzustellen, welches bereits bei Annäherung an einen Grenzwert diese Annäherung über das Anzeigemittel signalisiert. Gleiches gilt für das ebenfalls mit der vorliegenden Erfindung beanspruchte Verfahren.
-
Bezogen auf das Feldgerät mit einem Anzeigemittel wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bezogen auf das Verfahren zur optischen Wiedergabe wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
-
Bevorzugte Ausführungsformen, Merkmale und Eigenschaften des vorschlagsgemäßen Feldgeräts entsprechen denjenigen des vorschlagsgemäßen Verfahrens und umgekehrt.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Die in den Unteransprüchen einzeln aufgeführten Merkmale können in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander als auch mit den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuterten Merkmale kombiniert werden und andere vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen.
-
Ein erfindungsgemäßes Feldgerät weist wenigstens ein Anzeigemittel zur optischen Wiedergabe von Zuständen auf, die von dem Feldgerät erfasst wurden. Ein Grenzwert wird durch ein erstes optisches Signal des Anzeigemittels angezeigt. Bei Annäherung an den Grenzwert erzeugt das Anzeigemittel ein zweites optisches Signal.
-
Wesentlich für die Erfindung ist, dass eine Annäherung einer Prozessvariablen an den Grenzwert unmittelbar optisch erkennbar ist, bevor der Grenzwert erreicht worden ist, indem die sich dem Grenzwert nähernde Prozessvariable bereits vor dem Erreichen des Grenzwerts über ein optisches Signal wiedergegeben wird. Das hat den Vorteil, dass Gegenmaßnahmen ergriffen werden können bevor die Prozessvariable den Grenzwert erreicht. Unter optisch erkennbar wird vorliegend verstanden, dass das optische Signal des Anzeigemittels für das menschliche Auge erkennbar ist und im sichtbaren Wellenlängenbereich angezeigt wird. Vor allem kommt hier eine Anzeige mittels einer Farbänderung in Betracht.
-
Vorteilhafterweise kann der Grenzwert ein Grenzstand in einem Behälter sein. Eine Grenzstandmessung hat den Vorteil, dass eine Überfüllung oder ein Leerlaufen des Behälters vermieden wird. Der Behälter kann ein Prozesstank, ein Lagertank, ein Silo oder ein mobiler Behälter in der Prozessindustrie, beispielsweise in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie, sein. Alternativ kann der Grenzwert auch einen Grenzstand in einem Schacht, in einem Gerinne oder in einem Rohr abbilden.
-
Das Anzeigemittel kann das zweite optische Signal bei 90 %, vorzugsweise bei 95 % eines Grenzwertes in einem Behälter anzeigen. Bei einer Signalisierung bereits bei 90% oder 95 % des Grenzwertes verbleibt noch ausreichend Zeit, um bereits vor Erreichen des Grenzwertes Maßnahmen einzuleiten. Bspw. kann eine Zufluss- oder Abflussstrom reduziert und so ein Erreichen des Grenzwertes ggf. verhindert werden.
-
Bevorzugt kann das Anzeigemittel als Mehrfarb-Leuchtmittel, insbesondere als Mehrfarben-Leuchtdiode oder organische Mehrfarben-Leuchtdiode ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann die Mehrfarben-Leuchtdiode eine RGB-Leuchtdiode sein. Eine solche optische Erkennbarkeit der sich dem Grenzwert nähernden Prozessvariablen, insbesondere über eine Farbe, ermöglicht es in einfacher Weise die Prozessvariable abzulesen. Insbesondere wenn ein kritischer Wert für die Prozessvariable erreicht wird, kann dies durch eine Signalfarbe angezeigt werden. Vor allem kann ein kritischer Wert der Prozessvariable bereits aus der Entfernung oder im Vorbeigehen erkannt werden. Insgesamt kann damit leicht und intuitiv überprüft werden, ob die Differenz zwischen dem Wert der Prozessvariablen und dem Grenzwert für den entsprechenden Prozess noch ausreichend ist. Leuchtdioden als Leuchtmittel haben den Vorteil, dass sie sehr energiesparsam betrieben werden können und daher gut in das Energiekonzept von Zweidraht-Feldgeräten und autarken, bspw. batteriebetriebenen Geräten integriert werden können.
-
Das Anzeigemittel kann vorteilhafterweise derart angesteuert sein, dass es bei einer Annäherung an den Grenzwert seine Farbe ändert. Es ist möglich, verschiedene Grenzstände wie high (Hi), very high (HiHi), low (Lo) oder very low (LoLo) über unterschiedliche Farben darzustellen. Beispielsweise kann der Grenzstand high eine Behälterbefüllung von 90 % darstellen. Der Grenzstand very high kann für eine Behälterbefüllung von 95 % gelten. Der Grenzstand low kann für eine Behälterbefüllung von 10 % gelten. Für eine Behälterbefüllung von 5 % kann der Grenzstand very low definiert sein. Der Vorteil ist, dass durch diese Abstufung die Prozessvariable optisch abgebildet werden kann.
-
Besonders vorteilhaft kann das Mehrfarben-Leuchtmittel derart angesteuert sein, dass das optische Signal bei 95 % des Grenzwertes eine erste Farbe umfasst und bei Erreichen des Grenzwertes eine zweite Farbe umfasst. Beispielsweise zeigt die LED bevor die Prozessvariable den Grenzwert erreicht die Farbe Grün an und wenn die Prozessvariable den Grenzwert erreicht, zeigt die LED die Farbe Rot an. Es ist auch denkbar, dass die Farbe Grün angezeigt wird, bevor sich die Prozessvariable dem Grenzwert annähert und die Farbe Gelb bei Annäherung der Prozessvariablen an den Grenzwert angezeigt wird. Die Farbe der LED kann sich bei Annäherung der Prozessvariablen an den Grenzwert von Gelb nach Orange ändern, je näher die Prozessvariable dem Grenzwert kommt. Das Orange ändert sich bis zum Erreichen des Grenzwerts dann zu Rot. Es ist auch möglich, dass die Farbe Rot erst nach Überschreiten bzw. Unterschreiten des Grenzwerts angezeigt wird. Die Annäherung an den Grenzwert ist frühzeitig erkennbar. Auch kann über die die Farbe qualitativ abgelesen werden, wie weit sich die Prozessvariable dem Grenzwert angenähert hat. Eine Farbänderung ist vom menschlichen Auge besonders gut wahrnehmbar.
-
Es ist auch denkbar, dass das Anzeigemittel von einer Kamera erfasst wird, um die optischen Signale aufzuzeichnen und sie an eine Leitwarte zu übermitteln. Der Farbwert des optischen Signals kann automatisch ausgewertet und dann auf den Wert der Prozessvariablen geschlossen werden. Es kann beispielsweise eine Kamera zum Einsatz kommen, die auch zur Überwachung weiterer Prozesse oder ähnlichem dient.
-
Denkbar ist, dass die optischen Signale des Anzeigemittels ein Puls-Pause-Verhältnis aufweisen. Das Anzeigemittel mit einem Puls-Pause-Verhältnis kann eine blinkende LED sein. Die LED kann mit einer Farbe blinken oder auch mit mehreren sich abwechselnden Farben blinken. Es ist auch möglich, dass bei einer Annäherung an den Grenzwert die Farbe Grün mit einer blinkenden roten Farbe überlagert ist.
-
Auch kann das Puls-Pause-Verhältnis in Abhängigkeit eines veränderlichen Grenzstands eines Behälters einstellbar sein. Denkbar ist, dass je weiter sich die Prozessvariable dem Grenzstand nähert, desto kürzer sich das Puls-Pause-Verhältnis ausbildet, d. h. das Blinken der LED schneller wird. So kann über das Puls-Pause-Verhältnis der LED die Annäherung der Prozessvariablen an den Grenzstand abgelesen werden. Es ist auch denkbar, dass die LED bei Annäherung der Prozessvariablen an den Grenzstand die Farbe von Gelb über Orange nach Rot ändert und dabei immer schneller blinkt. Ein blinkendes optisches Signal ist auch aus weiter Entfernung vom menschlichen Auge gut wahrnehmbar.
-
Es ist auch möglich, dass im Falle einer Visualisierung von Diagnosedaten die Farbe der RGB-LED beispielsweise beim Geräteausfall auf die Farbe Rot geändert werden kann.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur optischen Wiedergabe von, von einem Feldgerät erfassten Zuständen, weist das Feldgerät wenigstens ein Anzeigemittel auf. Ein erstes optisches Signal zeigt das Erreichen eines Grenzwertes an. Eine Annäherung an den Grenzwert wird durch wenigstens ein zweites optisches Signal wiedergegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Annäherung einer Prozessvariablen an den Grenzwert zu signalisieren und beim Erreichen des Grenzwertes dies frühzeitig anzuzeigen. Das hat den Vorteil, dass bei einer Routine-Begehung einer Anlage bereits erkannt werden kann, dass ein Anlagenteil sich Nahe eines Grenzwerts befindet und somit frühzeitig Maßnahmen ergriffen werden können. Ohne eine solche Anzeige würde das Bedienpersonal im Glauben, dass alles in Ordnung ist, in die Steuerzentrale zurückkehren, um womöglich kurze Zeit später wieder ausrücken zu müssen.
-
Bevorzugt kann das Anzeigemittel derart angesteuert werden, dass bei Annäherung des Grenzwertes das zweite optische Signal kontinuierlich verändert wird. Vorteilhaft hieran ist, dass die Annäherung der Prozessvariablen an den Grenzwert qualitativ abgelesen werden kann.
-
Vorteilhafterweise kann das zweite optische Signal bei 90 %, vorzugsweise 95 % eines Grenzwertes in einem Behälter anzeigt werden. Der Behälter kann ein Prozesstank, ein Lagertank, ein Silo oder ein mobiler Behälter in der Prozessindustrie, beispielsweise in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie, sein. Alternativ kann der Behälter auch für einen Schacht, ein Gerinne oder ein Rohr stehen.
-
Es ist auch denkbar, dass das Anzeigemittel derart angesteuert werden kann, dass das erste Signal eine erste Farbe anzeigt und das zweite Signal eine zweite Farbe anzeigt.
-
Bevorzugt kann bei Annäherung an den Grenzwert die Farbe des zweiten optischen Signals verändert werden. Der Vorteil ist, dass diese Farbänderung besonders gut vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann.
-
Die optischen Signale können vorteilhafterweise ein in Abhängigkeit der Annäherung an den Grenzwert veränderliches Puls-Pause-Verhältnis aufweisen. Vorteilhaft hieran ist, dass ein veränderliches Puls-Pause-Verhältnis auch aus weiter Entfernung für das menschliche Auge noch gut wahrnehmbar ist.
-
Weitere vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Figuren. Diese sollen nicht einschränkend zu verstehen sein, sondern zeigen lediglich Prinzipdarstellungen der Erfindung. In der lediglich ein Ausführungsbeispiel wiedergebenden Zeichnung zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Feldgeräts mit einem Anzeigemittel und
- 2 eine schematische Darstellung eines mit einem Medium gefüllten Behälters mit erfindungsgemäßen Feldgeräten.
-
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Feldgeräts 1 gemäß der vorliegenden Anmeldung gezeigt. Das Feldgerät 1 erfasst als Prozessvariable einen Grenzstand und weist neben einem Sensor (nicht dargestellt) zur Erfassung der Prozessvariable ein Elektronikmodul 7 sowie ein Gehäuse 3 auf, an welchem ein Anzeigemittel 5 angeordnet ist. Das Anzeigemittel 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als RGB-LED ausgebildet. Die LED leuchtet in der Farbe Grün und bei einer Annäherung der Prozessvariablen an einen Grenzwert wechselt die LED zu der Farbe Gelb. Wenn die Prozessvariable den Grenzwert erreicht hat, leuchtet die LED in der Farbe Rot. Vorliegend wird leuchten so verstanden, dass die Lichtemission in einem Wellenlängenbereich liegt, der für das menschliche Auge sichtbar ist.
-
Das Feldgerät 1 kann beispielsweise als Vibrations-Grenzstandsensor ausgebildet sein. Solche Grenzstandsensoren werden zur Überwachung von Grenzständen verschiedener Medien, wie Flüssigkeiten und Schüttgütern eingesetzt und dienen bspw. dazu, ein Überlaufen des Behälters zu verhindern.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung eines mit einem Medium gefüllten Behälters 11. Der Behälter 11 kann ein Prozesstank, ein Lagertank, ein Silo oder ein mobiler Behälter in der Prozessindustrie, beispielsweise in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie, sein. Alternativ kann die Grenzstandmessung auch in einem Schacht, einem Gerinne oder einem Rohr vorgesehen sein. Das Medium kann beispielsweise Wasser oder Mineralöl sein, welche einen Füllstand 13 im Behälter 11 ausbildet.
-
Bei der Grenzstanderfassung wird mithilfe eines Sensors das Erreichen von vordefinierten Grenzständen erfasst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein kontinuierlich messendes Radarfüllstandmessgerät zur Überwachung vorgegebener Grenzstände eingesetzt. Andere beispielhafte Grenzschalter sind Vibrationsgrenzschalter, kapazitive, konduktive oder adiometrische Grenzschalter. Der Grenzschalter kann in eine Prozesssteuerung eingebunden sein. Bei Erreichen des Grenzstands wird das Befüllen oder die Entleerung des Behälters 11 automatisch über die Prozesssteuerung gestoppt. Die optische Signalisierung über die Anzeigemittel 5 dient dabei als Information für den Bediener, der jedoch nicht direkt in den Prozess eingreifen muss.
-
Die Grenzstände sind bei 5 % und 95 % eines Fassungsvermögens des Behälters 11. Der Behälter 11 umfasst ein erfindungsgemäßes Feldgeräte 1, das diese Grenzstände überwacht und dafür von oben in dem Behälter 11 angeordnet ist. Ein Schaltbefehl startet oder stoppt Befülleinrichtungen. Beispielhafte Befülleinrichtungen können Förderbänder oder Pumpen sein. Die Anzeigemittel 5 des Feldgeräts 1 leuchten in der Farbe Grün, wenn sich der Füllstand 13 des Mediums in dem Behälter 11 zwischen 10 % und 90 % des Fassungsvermögens des Behälters 11 befindet. Wenn der Füllstand 13 des Mediums in dem Behälter 11 sinkt und einen Füllstand 13 von 10 % des Fassungsvermögens des Behälters 11, also 5 % vor Erreichen des Grenzstandes, erreicht, wechselt das Anzeigemittel 5 des Feldgeräts 1 die Farbe zu Gelb. Erreicht der Füllstand 13 den Grenzstand von 5 % des Fassungsvermögens und droht damit ein Leerlaufen des Behälters 11, dann wechselt das Anzeigemittel 5 die Farbe von Gelb zu Rot. Der Bediener kann von außen optisch die Annäherung der Prozessvariable an den Grenzstand ablesen, ohne dabei in den Behälter hineinzusehen und kann, bereits vor Erreichen des Grenzstandes Maßnahmen ergreifen, um ein Leerlaufen des Behälters zu verhindern.
-
Steigt der Füllstand und erreicht einen Füllstand von 90 % des Fassungsvermögens des Behälters 11, so wechselt das Anzeigemittel 5 des Feldgeräts 1 die Farbe von Grün zu Gelb. Dem Bediener wird unmittelbar optisch die Annäherung der Prozessvariablen an den Grenzstand signalisiert und der Bediener kann auch hier frühzeitig Maßnahmen ergreifen. Steigt der Füllstand weiter und erreicht den vorgegebenen Grenzstand bei 95 %, und es droht ein Überlaufen des Behälters, leuchtet das Anzeigemittel 5 des Feldgeräts 1 in der Farbe Rot. Der Bediener kann über die Farbveränderung das baldige Überlaufeden Status des Feldgeräts 1 sofort erkennen. Über die unterschiedliche Farbgebung erhält der Bediener auch eine Information über die Dringlichkeit der notwendigen einzuleitenden Maßnahmen.
-
Die Farben können sich zur Signalisierung des oberen Grenzstandes und es unteren Grenzstandes unterscheiden und/oder durch unterschiedliche Blinksequenzen signalisieren, an welchen Grenzstand sich der Füllstand annähert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Feldgerät
- 3
- Gehäuse
- 5
- Anzeigemittel
- 7
- Elektronikmodul
- 11
- Behälter
- 13
- Füllstand
