DE102020126007B3

DE102020126007B3 - Bewegungserkennung in einem Feldgerät zur Prozessoptimierung und Validierung

Info

Publication number: DE102020126007B3
Application number: DE102020126007.5A
Authority: DE
Inventors: Juan Garcia; Ralf Höll
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2020-10-05
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2040-10-06

Abstract

Es wird ein Feldgerät (100) der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld vorgeschlagen. Das Feldgerät (100) weist eine Hauptsensorik (102), eingerichtet dazu Messdaten zu erfassen, sowie eine oder mehrere Bewegungssensoriken (104), eingerichtet dazu Bewegungsdaten zu erfassen, auf. Das Feldgerät (100) weist zudem eine Übertragungseinheit (106) auf, welche dazu eingerichtet ist, Ergebnisdaten über eine Schnittstelle (108) zu übertragen. Die Bewegungsdaten korrelieren mit einer Bewegung des Feldgeräts (100) und/oder einer Bewegung eines Objekts in der Umgebung des Feldgeräts (100). Ferner sind die Ergebnisdaten eine Zusammensetzung der Messdaten und der Bewegungsdaten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Feldgerät zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld, ein Messsystem mit einem solchen Feldgerät, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Feldgeräts, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.
Hintergrund
Feldgeräte der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld und insbesondere Füllstandsensoren, Grenzstandsensoren, Temperatursensoren, Ventile, Durchflusssensoren, Stellungsregler sowie Drucksensoren können regelmäßigen, unregelmäßigen oder unvorhersehbare Bewegungen, wie zum Beispiel Vibrationen, abrupten oder sanften Beschleunigungen oder Drehbewegungen ausgesetzt sein. Die rauen Anforderungen der Prozessautomation, wie z.B. im Bereich der Temperatur, Druck, Umfeld, Staub, Bewegung, sowie der Anspruch an die Genauigkeiten, gehören in der Regel zu den höchsten in der Industrie. Die Feldgeräte können in einer sich bewegenden Umgebung eingesetzt werden, wie zum Beispiel bei einem Behälter, der sich auf einem Fahrzeug befindet. Durch die damit verbundenen Erschütterungen kann es zu Unregelmäßigkeiten bis hin zum Ausfall im Messbetrieb kommen.
EP 2 124 018 A1 betrifft ein Füllstandmesssystem zur Bestimmung eines Füllstands in einem mobilen Behälter oder in einem Transportsilo. Ein Lagesensor ist verwendet, um den Neigungswinkel des Behälters zu messen.
EP 3 540 384 A1 betrifft ein Radarfüllstandmessgerät mit einem Füllstandsensor und eine Lageerkennung zur Erfassung einer Lage des Radarfüllstandmessgerätes.
DE 102 55 288 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Zustandes eines Feldmessgerätes für die Prozessautomatisierung.
WO 2007/109 177 A2 betrifft einen thermischen Massendurchflussmesser, der mit einem Neigungssensor verbunden ist, der einen Neigungswinkel von mindestens einem Teil eines thermischen Massendurchflusssensors relativ zu mindestens einer Bezugsachse erfasst.
DE 10 2010 002 157 A1 betrifft einen Druckmessaufnehmer, umfassend einen mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllten hydraulischen Pfad und einen Druckmesswandler mit einem druckempfindlichen Verformungskörper.
DE 10 2016 101 237 A1 betrifft eine Anordnung an einem Behältnis und/oder einer Rohrleitung umfassend zumindest ein Feldgerät der Automatisierungstechnik.
DE 10 2019 205 516 B3 betrifft ein Feldgerät zur Erfassung einer Prozessvariable und/oder Messung eines Messwerts einer Prozessvariable.
DE 10 2018 132 277 A1 bezieht sich auf ein autark arbeitendes Füllstandmessgerät zum Bestimmen eines Füllstandes eines mobilen Behälters.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messsystem bereitzustellen, welches Fehler im Messbetrieb verringert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Feldgerät, welches zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld eingerichtet ist. Das Feldgerät weist eine Hauptsensorik, eingerichtet dazu Messdaten zu erfassen, sowie eine Bewegungssensorik, eingerichtet dazu Bewegungsdaten zu erfassen, auf. Das Feldgerät weist zudem eine Schnittstelle und eine Übertragungseinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, Ergebnisdaten über die Schnittstelle zu übertragen. Die Bewegungsdaten korrelieren mit einer Bewegung des Feldgeräts und/oder einer Bewegung eines Objekts in der Umgebung des Feldgeräts. Ferner sind die Ergebnisdaten eine Zusammensetzung der Messdaten und der Bewegungsdaten.
Beim Feldgerät kann es sich im Allgemeinen um einen Sensor jeglicher Art handeln. Es kann sich dabei zum Beispiel um einen Füllstandsensor, einen Grenzstandsensor, einen Drucksensor, Temperatursensor oder einen Durchflusssensor handeln. Unter dem Begriff Hauptsensorik kann die Sensorik des Feldgeräts, die allgemein für das eigentliche Erfassen von Messdaten, aber auch für das Steuern des Erfassens von Messdaten eingerichtet ist, verstanden werden.
Die Bewegungssensorik kann innerhalb des eigenen Gehäuses des Feldgeräts oder außerhalb des eigenen Gehäuses angebracht sein. Bei der Bewegungssensorik kann es sich um einen Beschleunigungssensor, einen Gyrosensor oder einen Vibrationssensor handeln. Das Feldgerät kann zudem mehrere Bewegungssensoriken aufweisen. Denkbar ist zudem, dass das Feldgerät mehrstückig ausgebildet ist, sodass die Bewegungsensorik verlegt von der Hauptsensorik angeordnet sein kann. Eine solche Anordnung kann sich zum Beispiel im Fall eines relativ großen Behälters vorteilhaft erweisen, da die Bewegungssensorik zum Beispiel im unteren Teil des Behälters angeordnet sein kann, wobei die Hauptsensorik zur Füllstandmessung oberhalb vom Behälter angeordnet sein kann. Dabei kann die Bewegungssensorik die Vibrationen, denen das Füllgut ausgesetzt ist, erfassen. Der Behälter kann sich zum Beispiel auf einem Zug befinden, welcher vibriert. Die Vibrationen kommen in diesem Fall von unten. Ja nachdem, ob der Fokus darauf liegt, eine Abweichung einer unruhigen Oberfläche des Füllguts, die eine ungenaue Füllstandmessung liefern würde, zu erkennen oder eine mögliche Beschädigung durch hohe Bewegungen in der Sensorik des Sensors zu erkennen, kann die Bewegungssensorik entsprechend angeordnet sein. Durch Eingabe von Grenzwerten, die im Feldgeräte hinterlegt werden, können Schwellen definiert werden, die zu entsprechenden Aktionen, wie beispielsweise Meldung, Alarmierung oder Messanpassung, führen können.
Beispielsweise kann ein Anwender oder Servicetechniker je nach Applikation und Sicherheitslevel (wann möchte der Anwender alarmiert werden) angepasste Grenzwerte über Bedienprogramme eingeben. Diese können gezielt und ggf. auch auf Basis von Erfahrungen in anderen vergleichbaren Anlagenteilen teilweise oder vollständig manuell eingegeben werden. Gegebenenfalls können sie auch später noch manuell angepasst werden.
Der Begriff „korrelieren“ ist im Kontext der vorliegenden Offenbarung breit zu verstehen. Darunter kann verstanden werden, dass die Bewegungsdaten Informationen bezüglich einer Bewegung des Feldgeräts und/oder eines Objekts in der Umgebung des Feldgeräts, wie zum Beispiel eines Behälters, auf welchem das Feldgerät angeordnet ist, beinhalten. Solche Informationen können beispielsweise die Höhe einer Beschleunigung, den Winkel einer Drehbewegung oder den zeitlichen Verlauf einer Geschwindigkeit umfassen.
Bei der Übertragungseinheit kann es sich beispielsweise um einen Anschluss oder eine verkabelte Schnittstelle jeglicher Art oder um eine Mobilfunkschnittstelle handeln. Das Übertragen der Ergebnisdaten mit der Übertragungseinheit kann sowohl drahtlos als auch über ein Kabel erfolgen. Die Ergebnisdaten können dabei an ein weiteres Feldgerät, an eine Auswerteeinheit, an einen Server oder allgemein an einen Arbeitsplatz übertragen werden.
Bei den Ergebnisdaten kann es sich grundsätzlich um jede Art von Zusammensetzung der Messdaten und der Bewegungsdaten handeln. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung ist der Begriff „Zusammensetzung“ breit zu verstehen. Eine Zusammensetzung kann bezeichnen, dass beide Daten gleichzeitig, jedoch getrennt voneinander, als Ergebnisdaten weitergeleitet werden können. „Zusammensetzung“ kann aber auch bedeuten, dass für jedes Set von Messdaten ein Set von Bewegungsdaten zugeordnet werden kann. Es kann beispielsweise auch darunter verstanden werden, dass die Ergebnisdaten Informationen beinhalten können, die sowohl mit den Messdaten als auch mit den Bewegungsdaten in Zusammenhang stehen, sodass die Messdaten und die Bewegungsdaten miteinander assoziiert werden können.
Beispiele der Zusammensetzung der Messdaten mit den Bewegungsdaten als Ergebnismeldung können Folgende sein: Aus hohen Bewegungen und ungenauen Messwerten folgt ein Wartungsbedarf, aus zu hoher Beschleunigungskraft folgen ungültige Messwerte und die Absetzung einer Fehler-Meldung, aus einer unruhigen Messgutoberfläche folgen ungenaue Messwerte und einen Wartungsbedarf, aus einem zyklischen Auftreten von Störungen folgen ungenaue Messwerte oder aus einer Abwesenheit von Beschleunigung oder Stoßkraft folgt, dass die Messung „OK“ ist.
Dadurch, dass die Bewegungssensorik des Feldgeräts zusätzliche Informationen hinsichtlich der Umgebungsumstände der Messung der Hauptsensorik liefern kann, kann die Bewertung der Messung der Hauptsensorik verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform entsprechen die Bewegungsdaten, die von der Bewegungssensorik des Feldgeräts erfasst werden, einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung, einer Vibration und/oder einer Drehbewegung des Feldgeräts und/oder eines Gegenstands in der Umgebung des Feldgeräts.
Weiterhin weist das Feldgerät ferner eine Steuereinheit auf, welche dazu eingerichtet ist Bedingungsdaten zu ermitteln. Die Bedingungsdaten sind zur Erkennung einer Gültigkeit und/oder einer Genauigkeit der Messdaten geeignet. Die Bedingungsdaten hängen dabei von einem zu messenden Medium ab und sind bedienerunabhängig. Mit anderen Worten kann die Steuereinheit Bedingungsdaten berechnen oder in dem Fall, dass diese im Feldgerät vorhanden sind, auch auswerten. Die Bedingungsdaten können beispielsweise dadurch im Feldgerät vorhanden sein, dass sie in einem Speicher hinterlegt worden sind oder dass sie mit der Steuereinheit, zum Beispiel über die Schnittstelle des Feldgeräts, empfangen worden sind.
Bei den Bedingungsdaten kann es sich um Schwellenwerte oder Grenzwerte handeln. Beispiele für Bedingungsdaten sind Winkel, Beschleunigung oder Geschwindigkeit. Es kann sich zum Beispiel um eine Höchstgeschwindigkeit handeln, die das Feldgerät erreichen darf bevor die Messdaten als ungenau bewertet werden. Die Bedingungsdaten stellen einen maximalen Zeitraum dar, außerhalb dessen die Daten nicht mehr als „normal“ bewertet werden können, und dass das Feldgerät sich weiterhin bewegt oder Vibrationen ausgesetzt ist. Die Bedingungsdaten können ferner zum Beispiel einen Bewegungszyklus darstellen. In diesem Fall kann zum Beispiel eine Abweichung vom Bewegungszyklus erkannt werden.
Die Bedingungsdaten können unterschiedlich sein, je nachdem, ob beispielsweise ein Füllstand von Wasser oder von Sand zu messen ist. Dabei ist es zum Beispiel denkbar, dass die Bedingungsdaten von der Viskosität des zu messenden Mediums abhängen. In der Tat wird sich beispielsweise eine hoch viskose Flüssigkeit bei einem Stoß des Behälters anders verhalten als Wasser. Angenommen, es wurde zum Beispiel im Feldgerät hinterlegt, für welchen Füllgut den Füllstand gemessen sein soll, können die Bedingungsdaten zum Beispiel unabhängig von jeglicher Eingabe eines Bedieners sein. Es ist somit denkbar, dass die Bedingungsdaten bzw. Grenzwerte durch das Ermitteln der Steuereinheit ohne den Einsatz eines Bedieners festgelegt sein können. Alternativ oder zusätzlich kann ein Bediener nur Informationen, wie zum Beispiel das sich im Behälter befindende Medium oder örtliche Gegebenheiten eingeben. Dies kann zum Beispiel über Bedienprogramme wie z.B. VEGA Tools App, PACTware/DTM, EDD-Technologien oder FDI-Packages erfolgen.
Ein weiteres Beispiel für Bedingungsdaten kann definierte Vorbedingung sein, wie zum Beispiel Einsatztemperatur, Einsatzdruck, Medium mit ggf. DK-Wert oder eingesetzte Messtechnik. Denkbar wäre zudem, dass der Sensor innerhalb eines vorgegebenen Bereiches, beispielsweise vorgegeben vom Anwender, den Grenzwert selbst bestimmen kann.
Alternativ oder zusätzlich kann der Bediener oder der Anwender zum Beispiel dem Feldgerät Bedingungsdaten übermitteln oder manuell eingeben.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Feldgerät ferner eine Auswerteeinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, die Ergebnisdaten und/oder die Bedingungsdaten auszuwerten. Eine Gültigkeit und/oder eine Genauigkeit der Messdaten ist über eine Auswertung der Bedingungsdaten und/oder der Ergebnisdaten zudem erkennbar. Zusätzlich ist die Übertragungseinheit dazu eingerichtet, die ausgewerteten Ergebnisdaten über die Schnittstelle zu übertragen. Mit anderen Worten kann die Auswerteeinheit des Feldgeräts dazu eingerichtet sein, die erfassenden Daten, also die Messdaten und die Bewegungsdaten, zu analysieren, zu interpretieren, zu verarbeiten und/oder zu bewerten. Somit kann bestimmt werden ob die Messdaten überhaupt gültig sind oder ob eine gewisse Genauigkeit der Messdaten erreicht ist. Der Begriff Gültigkeit ist im Kontext der vorliegenden Offenbarung breit zu verstehen. Messdaten können sich beispielsweise als ungültig erweisen, wenn sie einen bestimmten Schwellwert über- oder unterschreiten. Eine Auswertung von Bedingungsdaten kann vorteilhaft sein, da diese einen Schwellwert darstellen können und somit die Auswerteeinheit durch einen Vergleich der Ergebnisdaten mit den Schwellwerten die Gültigkeit der Messdaten bestimmen kann. Alternativ oder zusätzlich können Messdaten grundsätzlich als ungültig bewertet werden, wenn die Bewegungsdaten einen bestimmten Schwellwert über- oder unterschreiten. In diesem Fall kann zum Beispiel die Auswertung der Messdaten grundsätzlich entfallen. Der Begriff Genauigkeit ist im Kontext der vorliegenden Offenbarung ebenso breit zu verstehen. Es kann sich dabei beispielsweise um eine zu erreichende Fehlerspanne handeln oder um eine vorbestimmte Genauigkeit der Messdaten handeln. Es ist zudem vorstellbar, dass bei erhöhten Vibrationen die Messdaten nicht ausgewertet werden, weder von einer Auswerteeinheit des Feldgeräts noch von einer externen Auswerteeinheit, da die ausgewerteten Bewegungsdaten zusammen mit den ausgewerteten Bedingungsdaten bereits darauf hindeuten, dass keine hohe Genauigkeit der Messdaten erreicht werden kann.
Die ausgewerteten Ergebnisdaten und/oder Bedingungsdaten können zum Beispiel einem Server, einem weiteren Feldgerät oder einem Bediener übertragen werden. Es ist zum Beispiel vorstellbar, dass die ausgewerteten Ergebnisdaten einer Messstelle geschickt werden können, sodass diese einem Bediener zu Verfügung gestellt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Übertragungseinheit des Feldgeräts ferner dazu eingerichtet, basierend auf den ausgewerteten Ergebnisdaten, eine Meldung abzusetzen. Bei der Meldung kann es sich um eine Ton-Meldung oder eine Visuelle-Meldung handeln. Es kann sich als vorteilhaft erweisen, dass die Informationen, die aus der Auswertung der Ergebnisdaten resultieren können, anhand einer Meldung einem Bediener des Feldgeräts oder einer Steuereinheit mitgeteilt werden können. Es kann sodann ein Bediener darüber informiert werden, ob das Feldgerät einer Bewegung ausgesetzt ist, welche entweder das Feldgerät selbst beeinträchtigen kann oder die Messgenauigkeit des Feldgeräts beeinträchtigen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Übertragungseinheit eine Meldung einer externen Steuereinheit übertragen. Die Meldung kann zum Beispiel in Form eines Befehls sein. Sodann kann die externe Steuereinheit beispielsweise das Feldgerät ausschalten oder eine Fehlerdiagnose durchführen, um den möglichen Schaden in der Elektronik des Feldgeräts, der durch eine Bewegung entstanden sein kann, zu identifizieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schnittstelle des Feldgeräts eine Kommunikationsschnittstelle, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus HART, Profibus PA, Foundation Fieldbus, Ethernet/IP, Profinet, Bluetooth, LoRa, LPWan, APL und/oder OPC-UA.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Feldgerät ein Füllstandsensor, ein Grenzstandsensor, ein Drucksensor, ein Durchflusssensor oder ein Temperatursensor.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Messsystem. Das Messsystem weist ein Feldgerät, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben auf. Das Messsystem weist zudem einen Server mit einer externen Auswerteeinheit auf, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, Ergebnisdaten des Feldgeräts zu empfangen und/oder auszuwerten.
Beim Server kann es sich sowohl um ein Programm als auch um ein Gerät handeln. Denkbar ist, dass der Server eine Cloud ist. Die externe Auswerteeinheit des Servers kann eine Software, welche beispielsweise in der Cloud gespeichert sein kann, oder eine Hardware, wie zum Beispiel ein Computer, sein.
Die Ergebnisdaten, die beispielsweise rohen Bewegungsdaten beinhalten und welche mit den Ergebnisdaten zusammengesetzt worden sind, können von der externen Auswerteeinheit empfangen werden. Die Ergebnisdaten können sodann in der externen Auswerteeinheit ausgewertet werden. Alternativ oder zusätzlich können die empfangenen Ergebnisdaten aber auch bereits ausgewertet worden sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Messsystem, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, ferner eine Kommunikationseinheit, welche dazu eingerichtet ist, basierend auf den ausgewerteten Ergebnisdaten eine Meldung abzusetzen.
Bei der Kommunikationseinheit kann es sich um ein Bediengerät, ein Mobiltelefon, eine Sirene oder ein Warnlicht handeln. Das Warnlicht kann beispielsweise am Arbeitsplatz angeordnet sein oder alternativ oder zusätzlich am Feldgerät direkt angeordnet sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts, so wie voranstehend und nachfolgend beschrieben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

• Erfassen von Messdaten mit einer Hauptsensorik des Feldgeräts;
• Erfassen von Bewegungsdaten mit einer oder mehrere Bewegungssensoriken des Feldgeräts;
• Übertragen von Ergebnisdaten mit einer Übertragungseinheit über eine Schnittstelle des Feldgeräts, wobei die Ergebnisdaten eine Zusammensetzung von Messdaten und Bewegungsdaten sind.

Mit anderen Worten, es können zwei unterschiedliche Datentypen mit zwei unterschiedlichen Sensoriken erfasst werden. Das Erfassen von Messdaten und das Erfassen von Bewegungsdaten kann gleichzeitig oder unabhängig voneinander erfolgen. Die Messdaten und die Bewegungsdaten können dann in einer zusammengesetzten Form mit einer Übertragungseinheit übertragen werden. Dieses Verfahren kann der Prozessoptimierung und der Verbesserung der Messwertinformation dienen, indem die Ergebnisdaten und die Messdaten übertragen werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, weiter folgenden Schritt auf:

• Ermitteln von Bedingungsdaten, welche zur Erkennung einer Gültigkeit und/oder einer Genauigkeit der Messdaten geeignet sind, mit einer Steuereinheit des Feldgeräts;

Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, weiter folgende Schritte auf:

• Auswerten der Ergebnisdaten und/oder der Bedingungsdaten mit einer Auswerteeinheit des Feldgeräts und/oder mit einer externen Auswerteeinheit eines Messsystems, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben; und
• Erkennen einer Gültigkeit und/oder einer Genauigkeit der Messdaten über eine Auswertung der Auswerteeinheit der Bedingungsdaten und/oder der Ergebnisdaten.

Beim Schritt des Auswertens der Ergebnisdaten und/oder der Bedingungsdaten kann es sich um eine Schwellwert-Betrachtung handeln. Dabei können die Ergebnisdaten mit den Bedingungsdaten verglichen werden oder umgekehrt. Nachdem die unterschiedlichen Daten ausgewertet worden sind, kann ein Überprüfen eines Unter- oder Überschreitens von Schwellwerten der Ergebnisdaten als Teil des Schritts des Erkennens einer Gültigkeit und/oder einer Genauigkeit erfolgen.
Beim Schritt des Erkennens einer Gültigkeit und/oder einer Genauigkeit der Messdaten kann zum Beispiel eine unruhige, bewegte und damit schwer messbare Oberfläche eines Füllguts erkannt werden. Der Schritt des Erkennens kann somit beispielsweise Messdaten validieren, sollte eine vorgegebene Genauigkeit erreicht sein. Eine vorgegebene Genauigkeit kann zum Beispiel von einem Bediener oder Anwender in einem Speicher des Feldgeräts hinterlegt sein oder in einem Server gespeichert sein. Alternativ oder zusätzlich kann durch das Erkennen einer unruhigen Oberfläche des Füllguts eine automatisierte Erhöhung des Messparameters erfolgen, sodass die Genauigkeit der Messung bei unruhigen Oberfläche doch einen vorgegebenen Wert erreichen kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, weiter folgenden Schritt auf:

• Absetzen einer Meldung, basierend auf den ausgewerteten Ergebnisdaten und/oder auf den Bedingungsdaten.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betriff ein Programmelement, das wenn es auf einem Prozessor eines Feldgeräts, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, ausgeführt wird, das Feldgerät anleitet, die Schritte des Verfahrens durchzuführen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement, so wie voranstehend beschrieben, gespeichert ist.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Figurenliste

1 zeigt ein Feldgerät gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt ein Messsystem gemäß einer Ausführungsform.
3 zeigt ein Feldgerät gemäß einer weiteren Ausführungsform.
4 zeigt ein Feldgerät gemäß einer weiteren Ausführungsform.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt ein Feldgerät 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Feldgerät 100 weist eine Hauptsensorik 102, eine Bewegungssensorik 104 und eine Übertragungseinheit 106 mit einer Schnittstelle 108 auf. Zusätzlich weist das Feldgerät 100 der 1 eine Auswerteeinheit 112 und eine Steuereinheit 110 auf. Beim Feldgerät 100 handelt es sich beispielsweise um ein Füllstandmessgerät, ein Grenzstandmessgerät oder Durchflussmessgerät. Die Hauptsensorik 102 ist zur Erfassung von Messdaten eingerichtet, wobei die Bewegungssensorik 104, oder mehrere solche Bewegungssensoriken 104, zur Erfassung von Bewegungsdaten eingerichtet ist. Insbesondere können mehrere Zusatzelektroniken im Sensor verbaut sein. Mit anderen Worten ist die Hauptsensorik 102 dazu eingerichtet, einen Füllstand, einen Grenzstand, einen Druck oder eine weitere physikalische Größe zu messen, während die Bewegungssensorik 104 dazu eingerichtet ist, eine Bewegung, eine Beschleunigung, eine Drehbewegung und/oder eine Vibration des Messgeräts zu messen. Beide gemessenen Daten können dann zusammengeführt werden, mit oder ohne Auswertung im Vorfeld. Somit können die Umgebungsbedingungen des Einsatzortes des Feldgeräts im Hinblick auf Bewegung verfügbar sein. Die Bewegungsdaten können beispielsweise durch eine Auswertung der Auswerteeinheit 112 auf die eigentlichen Messdaten der Hauptsensorik 102 wirken. Unter dem Begriff „wirken“ kann verstanden werden, dass in Abhängigkeit der Bewegungsdaten die Messdaten validiert werden können oder deren Fehlerspanne bestimmt werden kann. Ebenso können sich mögliche Defekte oder Ausfälle der Hauptsensorik 102 über eine Auswertung der Ergebnisdaten erkennen lassen.
Das Feldgerät 100 kann von regelmäßigen, unregelmäßigen oder unvorhersehbaren Bewegungen stark beansprucht werden. Nachdem das Feldgerät 100 durch einen Sturz möglicherweise beschädigt worden ist, kann es sich für den Bediener als aufwändig erweisen, die Ursache der Beschädigung herauszufinden, ohne sich vor Ort zu befinden. Einen solcher Vorgang kann mit zusätzlichen Kosten und Aufwand verbunden sein. Im Allgemeinen können aus Stößen oder heftigen Bewegungen Beschädigungen eines Feldgeräts 100 resultieren. Die Durchführung einer Beschädigungsdiagnose eines Feldgeräts 100 kann sich als Herausforderung erweisen, insbesondere, wenn die Ursache unbekannt ist. Ebenfalls kann durch eine unbekannte Ursache der Beschädigung die Wiederholung eines solchen Vorfalls nur schwer vermieden werden.
2 zeigt ein Messsystem 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Messsystem 200 weist ein Feldgerät 100, wie zum Beispiel einen Füllstandsensor auf. Sofern nicht anders beschrieben, weist das Feldgerät 100 der 2 dieselben Elemente und/oder Komponenten wie das Feldgerät 100 der 1 auf. Der Füllstandsensor 100 kann auf einem Behälter 208 oder in einem Behälter 208 platziert sein, sodass er deren Füllstand messen kann. Der Behälter 208 kann mit einem Medium 210 zum Teil gefüllt sein. Der Füllstandsensor 100 kann dann mit seiner Hauptsensorik 102 den Füllstand des Behälters 208 messen und Messdaten erfassen. Gleichzeitig oder zeitlich versetzt kann der Füllstandsensor mit seiner zusätzlichen Sensorik, nämlich mit der Bewegungssensorik 104, Bewegungsdaten, die beispielsweise mit einer seitlichen Bewegung F1 des Behälters 208 korrelieren, erfassen. Die Messdaten und die Bewegungsdaten werden dann zu Ergebnisdaten zusammengesetzt.
Zusätzlich weist das Messsystem 200 einen Server 202 auf, auch als Cloud im Kontext der vorliegenden Offenbarung bezeichnet. Der Server 202 kann eine externe Auswerteeinheit 204, wie zum Beispiel einen Computer oder ein weiteres Feldgerät, aufweisen. Die Ergebnisdaten können somit mit der Übertragungseinheit 106 des Feldgeräts 100 dem Server 202 übermittelt werden. Die externe Auswerteeinheit 204 kann diese sodann empfangen. Dabei können die Ergebnisdaten intern, d.h. im Feldgerät selbst 100, oder extern, d.h. im Server 202, ausgewertet werden. Die externe Auswerteeinheit kann alternativ oder zusätzlich in Form eines Algorithmus oder Programms auch in der Cloud 202 selbst gespeichert sein.
Im Server 202 des Messsystem 200 gemäß der Ausführungsform können auch Bedingungsdaten hinterlegt sein. Diese können entweder von einem Bediener hinterlegt worden sein oder von der Übertragungseinheit 106 des Feldgeräts 100 übertragen und empfangen worden sein. Die Bedingungsdaten können im Feldgerät 100 selbst von der Steuereinheit 110 ermittelt worden sein.
Das Messsystem 200 der Ausführungsform der 2 weist ferner eine Kommunikationseinheit 206, beispielsweise in Form eines Mobiltelefons auf. Die Kommunikationseinheit 206 ist dazu eingerichtet eine Meldung abzusetzen. Es kann sich dabei um eine Licht-Meldung, Ton-Meldung oder eine Meldung, die eine Nachricht beinhaltet, handeln. Die Meldung kann dazu dienen dem Bediener ein verdächtiges Verhalten in den Ergebnisdaten mitzuteilen aber auch eine positive Meldung zu liefern. Die Meldung kann ferner beispielsweise eine Fehlerdiagnose mitteilen. Das Absetzen der Meldung basiert auf den ausgewerteten Ergebnisdaten. So können beispielsweise nach einem Aufprall auf ein Hindernis 212 die ausgewerteten Ergebnisdaten dieses Aufpralls, aufgrund der mit der Bewegungssensorik 104 erfassten Beschleunigungsdaten, gedeutet werden. Die Messdaten, die während des Aufpralls erfasst wurden, können somit durch die externe Auswerteeinheit 204 als ungültig ausgewertet werden. Die Ungültigkeit der Messdaten kann beispielsweise mit dem Mobiltelefon 206 Anhand einer Mitteilung gemeldet werden.
3 zeigt ein Feldgerät 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Sofern nicht anders beschrieben, weist das Feldgerät 100 der 3 dieselben Elemente und/oder Komponenten wie das Feldgerät 100 der 1 und 2 auf. Das Feldgerät der 3 ist auf einem mobilen Tank- oder Silobehälter 208 angeordnet. Das Füllgut 302 wird vom Feldgerät 100 gemessen. In der Darstellung der 3 ist das Füllgut 302 ein nichtflüssiges Füllgut wie zum Beispiel Sand. Der Behälter 208 kann sich in einer Drehbewegung F3 befinden. Die Drehbewegung kann mit der Bewegungssensorik 104 gemessen werden und die entsprechenden Bewegungsdaten mit den Messdaten zusammengesetzt werden. Die zusammengesetzten Messdaten und Bewegungsdaten können als Ergebnisdaten entweder intern mit der Auswerteeinheit 112 verarbeitet werden oder mit der Übertragungseinheit 106, die zum Beispiel ein Funksystem sein kann, an einen Server 202 (siehe 2) übermittelt werden. Überschreitet die Drehbewegung die vorgegebenen oder ermittelten Grenzwerte bzw. Bedingungsdaten, können beispielsweise Hinweise und/oder Meldungen an einen Anwender oder über Diagnosekanäle direkt in die Auswerteeinheit 112 abgesetzt werden. Somit kann die Messung zum Beispiel validiert werden.
4 zeigt ein Feldgerät 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Sofern nicht anders beschrieben, weist das Feldgerät 100 der 3 dieselben Elemente und/oder Komponenten wie das Feldgerät 100 der 1 bis 3 auf. Das Feldgerät 100 kann das Füllgut des Mediums 402 messen. Der Behälter erfährt während der Messung Vibrationen F4. Die Vibrationen F4 können durch die Bewegungssensorik 104 gemessen werden und die entsprechenden Daten können mit den eigentlichen Messdaten zusammengeführt werden. Das Feldgerät 100 kann die zusammengeführten Daten, die Ergebnisdaten, entweder intern selbst mit einer Auswerteeinheit 112 verarbeiten oder die Ergebnisdaten vorerst mit der Übertragungseinheit an ein übergeordnetes System wie zum Beispiel an einen Server 202 mit eigener Auswerteeinheit 204 oder einen Speicher 206, 202 übergeben. Eine Auswertung der Ergebnisdaten zusammen mit einer Auswertung oder Analyse der Bedingungsdaten, die entweder die Auswerteeinheit 112 des Feldgeräts ermittelt haben kann oder die in dem Server hinterlegt worden sind, kann eine Überschreitung der vorgegebenen Bedingungsdaten z.B. Grenzwerte von Vibrationen, erkannt werden. Daraufhin kann eine entsprechende Mitteilung oder ein Hinweis an den Anwender abgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Meldung an die Auswerteeinheit 112 oder an die externe Auswerteeinheit 204 weitergegeben werden, sodass die Messdaten in Abhängigkeit der Meldung ausgearbeitet werden können. Beispiele für eine solche Mitteilung können „Messwertqualität ungenau“ oder „Vibration - Diagnose erforderlich“ sein. Somit kann eine Messung validiert werden oder eine Störung gemeldet werden, wenn die maximale Vibration überschritten wurde.
5 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Im Schritt S1 werden Messdaten mit einer Hauptsensorik 102 eines Feldgeräts 100, wie zum Beispiel ein Feldgerät der 1 bis 4, erfasst. Dabei kann ein Druck, ein Füllstand, ein Grenzstand oder ein Durchfluss gemessen werden. Im Schritt S2, welcher gleichzeitig oder verzögert mit Schritt S1 erfolgen kann, werden Bewegungsdaten mit einer Bewegungssensorik 104 des Feldgeräts 100 erfasst. Die Bewegungsdaten können mit einer Beschleunigung, mit einer Drehbewegung oder mit einer Vibration des Feldgeräts und/oder eines Behälters korrelieren.
In einem weiteren Schritt S4 werden Bedingungsdaten mit einer Steuereinheit 110 des Feldgeräts 100 ermitteln. Mit anderen Worten werden bestimmte Grenzwerte, Voraussetzungen oder Bedingungen mit der Steuereinheit 110 bestimmt. Das Ermitteln von Bedingungsdaten kann auf Informationen basieren, die ein Bediener im Vorfeld hinterlegt haben kann, wie zum Beispiel die Art des zu messenden Füllguts. Die Bedingungsdaten hängen von dem zu messenden Medium ab.
Im Schritt S3 wird eine Zusammensetzung von Messdaten und von Bewegungsdaten, nämlich Ergebnisdaten, mit einer Übertragungseinheit 106 des Feldgeräts 100 übertragen. Dabei können sie an einen Server 202 eines Messsystems 200 übertragen werden.
Nach dem Schritt S3 oder auch vor dem Schritt S3 des Übertragens der Ergebnisdaten, werden die Ergebnisdaten und/oder die Bedingungsdaten mit einer Auswerteeinheit 112 und/oder mit einer externen Auswerteeinheit 204 des Messsystems 200 im Schritt S5 ausgewertet. Dabei können die Ergebnisdaten zusammen mit den Bedingungsdaten analysiert, verglichen oder geprüft werden, sodass im nächsten Schritt S6 eine Gültigkeit und/oder eine Genauigkeit der Messdaten erkannt wird. Der Schritt S6 des Erkennens einer Gültigkeit und/oder einer Genauigkeit der Messdaten erfolgt über eine Auswertung der Bedingungsdaten und/oder der Ergebnisdaten. Somit können im Schritt S5 mögliche aus Stößen resultierende Messwertungültigkeiten oder Beschädigungen des Feldgeräts 100 erkannt werden. Daraufhin und basiert auf den ausgewerteten Ergebnisdaten und/oder Bedingungsdaten wird im Schritt S7 eine Meldung abgesetzt. Die Meldung kann entweder von einer Kommunikationseinheit 206 des Messsystems 200 abgesetzt werden oder von der Übertragungseinheit 106 über die Schnittstelle 108 des Feldgeräts abgesetzt werden. Durch das Absetzen einer Meldung kann zum Beispiel ein möglicher Wartungsbedarf mitgeteilt werden.
Ergänzend sei 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.

Claims

Feldgerät (100), eingerichtet zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld, aufweisend: eine Hauptsensorik (102), eingerichtet dazu Messdaten zu erfassen; eine Bewegungssensorik (104), eingerichtet dazu Bewegungsdaten zu erfassen; eine Schnittstelle (108); eine Übertragungseinheit (106), eingerichtet dazu Ergebnisdaten über die Schnittstelle (108) zu übertragen; und eine Steuereinheit (110), eingerichtet dazu Bedingungsdaten zu ermitteln; wobei die Bewegungsdaten mit einer Bewegung des Feldgeräts und/oder einer Bewegung eines Objekts in der Umgebung des Feldgeräts korrelieren; wobei die Ergebnisdaten eine Zusammensetzung der Messdaten und der Bewegungsdaten sind, wobei die Bedingungsdaten zur Erkennung einer Gültigkeit und/oder einer Genauigkeit der Messdaten geeignet sind, wobei die Bedingungsdaten von einem zu messenden Medium (210) abhängen; und wobei die Bedingungsdaten einen Bewegungszyklus darstellen, um eine Abweichung vom Bewegungszyklus erkennen zu können.
Feldgerät (100) nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsdaten einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung, einer Vibration und/oder einer Drehbewegung des Feldgeräts und/oder eines Gegenstands in der Umgebung des Feldgeräts entsprechen.
Feldgerät (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiter aufweisend: eine Auswerteeinheit (112), eingerichtet dazu die Ergebnisdaten und/oder die Bedingungsdaten auszuwerten; wobei eine Gültigkeit und/oder eine Genauigkeit der Messdaten über eine Auswertung der Bedingungsdaten und/oder der Ergebnisdaten erkennbar ist; und wobei die Übertragungseinheit (106) ferner dazu eingerichtet ist, die ausgewerteten Ergebnisdaten über die Schnittstelle (108) zu übertragen.
Feldgerät (100) nach Anspruch 3, wobei die Übertragungseinheit (106) ferner dazu eingerichtet ist, basierend auf den ausgewerteten Ergebnisdaten, eine Meldung abzusetzen.
Feldgerät (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Schnittstelle (108) eine Kommunikationsschnittstelle ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus HART, Profibus PA, FF, Ethernet/IP, Profinet, Bluetooth, LoRa, LPWan und/oder APL.
Feldgerät (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Feldgerät (100) ein Füllstandsensor, ein Grenzstandsensor, ein Drucksensor, ein Durchflusssensor oder ein Temperatursensor ist.
Messsystem (200), aufweisend: ein Feldgerät (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche; einen Server (202) mit einer externen Auswerteeinheit (204), welche dazu eingerichtet ist, Ergebnisdaten des Feldgeräts zu empfangen und/oder auszuwerten.
Messsystem (200) nach Anspruch 7, ferner aufweisend: eine Kommunikationseinheit (206) eingerichtet dazu, basierend auf den ausgewerteten Ergebnisdaten eine Meldung abzusetzen.
Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweisend die Schritte: Erfassen (S1) von Messdaten mit einer Hauptsensorik (102) des Feldgeräts (100); Erfassen (S2) von Bewegungsdaten mit einer Bewegungssensorik (104) des Feldgeräts (100); Übertragen (S3) von Ergebnisdaten mit einer Übertragungseinheit (106) über eine Schnittstelle (108) des Feldgeräts (100), wobei die Ergebnisdaten eine Zusammensetzung von Messdaten und Bewegungsdaten sind, Ermitteln (S4) von Bedingungsdaten mit einer Steuereinheit des Feldgeräts, welche zur Erkennung einer Gültigkeit und/oder einer Genauigkeit der Messdaten geeignet sind; wobei die Bedingungsdaten von einem zu messenden Medium (210) abhängen; und wobei die Bedingungsdaten einen Bewegungszyklus darstellen, um eine Abweichung vom Bewegungszyklus erkennen zu können.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend die Schritte: Auswerten (S5) der Ergebnisdaten und/oder der Bedingungsdaten mit einer Auswerteeinheit (112) des Feldgeräts (100) und/oder mit einer externen Auswerteeinheit (204) eines Messsystems (200) nach einem der Ansprüche 7 und 8; und Erkennen (S6) einer Gültigkeit und/oder einer Genauigkeit der Messdaten über eine Auswertung der Bedingungsdaten und/oder der Ergebnisdaten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, ferner aufweisend den Schritt: Absetzen (S7) einer Meldung, basierend auf den ausgewerteten Ergebnisdaten und/oder auf den Bedingungsdaten.
Programmelement, das, wenn es auf einem Prozessor eines Feldgeräts (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgeführt wird, das Feldgerät (100) anleitet, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 11 durchzuführen.
Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement nach Anspruch 12 gespeichert ist.