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Gebiet der Erfindung
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Das Gebiet der Erfindung betrifft die Messtechnik, insbesondere zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Füllstandsensoraustauschsystem, Verwendungen eines Füllstandsensoraustauschsystems, ein Verfahren zum Austauschen eines Sensors, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.
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Technischer Hintergrund
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In der Füllstandmesstechnik werden Sensoren verwendet, um Füllstände zu bestimmen. Um einen geregelten Betrieb dieser Sensoren zu gewährleisten, finden regelmäßige Wartungen statt. Fehlerhafte Sensoren können bei der Wartung gereinigt, neu parametriert oder ausgetauscht werden.
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Zusammenfassung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufwand der Sensorwartung zu verringern und Ausfallzeiten zu reduzierten.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Füllstandsensoraustauschsystem, das eingerichtet ist für den Austausch von Füllstandsensoren, insbesondere zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld. Das Füllstandsensoraustauschsystem weist einen oder mehrere Füllstandsensoren auf, die Teil eines Füllstandmesssystems sind und eingerichtet sind zum Ermitteln von Füllstandmesswerten. Es ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die im Regelfall entfernt von den Füllstandsensoren angeordnet ist und eingerichtet ist zum Feststellen eines Austauschbedarfs des Füllstandsensors. Sie kann auch Teil eines oder mehrerer der Füllstandsensoren sein.
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Die Steuereinrichtung ist kommunikativ mit den Füllstandsensoren verbunden und empfängt von diesen Daten. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, nach Feststellung des Austauschbedarfs des Füllstandsensors einen automatisierten und/oder teilautomatisierten Austauschablauf zu starten, welcher eine Parametrierung eines neuen Austauschsensors umfasst. Der Austauschsensor ist im Regelfall ein dem auszutauschenden Füllstandsensor identisches oder entsprechendes Gerät.
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Das Füllstandsensoraustauschsystem ermöglicht einen Austausch von Füllstandsensoren im Echtbetrieb.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung weiterhin eingerichtet, den Füllstandsensor nach Austausch durch den Austauschsensor aus dem Füllstandmesssystem zu entfernen und/oder zu deaktivieren. „Entfernen“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Füllstandsensor nicht mehr in den Messablauf eingebunden ist und somit die Steuereinrichtung keine Messdaten mehr von ihm entgegennimmt.
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Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik verstanden werden, welches Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können.
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Der Austauschablauf kann vollständig automatisiert oder nur teilweise automatisiert sein. In letzterem Fall kann beispielsweise ein Austauschbedarf einem Kunden bzw. Benutzer mitgeteilt und optional durch diesen genehmigt, freigegeben und/oder veranlasst werden. Eine solche Genehmigungspflicht könnte auf beispielsweise für einen Kunden bzw. Benutzer konfigurierbar sein.
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Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Logistikautomation von Anlagen und die Logistikautomation von Lieferketten. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb oder außerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D-Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden.
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Ein weiteres Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Fabrik-/Fertigungsautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung eingerichtet, den Austauschbedarf des Füllstandsensors dann festzustellen, wenn die Steuereinrichtung über einen vorgegebenen Zeitraum keinen Füllstandmesswert vom Füllstandsensor erhalten hat. In diesem Fall kann von einer Fehlfunktion des Füllstandsensors ausgegangen werden, wodurch der Austauschablauf getriggert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung eingerichtet, den Austauschbedarf des Füllstandsensors dann festzustellen, wenn die Steuereinrichtung feststellt, dass der Ladezustand einer Batterie des Füllstandsensors unter einen vorgegebenen Grenzwert gefallen ist. Beispielsweise erfolgt diese Feststellung, indem die Steuereinrichtung entsprechende Informationen vom Füllstandsensor empfängt und auswertet, oder aber auch indem sie im Sinne einer „Predictive Maintenance“ einen Zeitraum berechnet hat, an dem die Batterie auszuwechseln ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung eingerichtet, den Austauschbedarf des Füllstandsensors dann festzustellen, wenn die Steuereinrichtung einen Ausfall des Füllstandsensors festgestellt hat oder vorhergesagt hat.
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Beispielsweise kann die Steuereinrichtung in einer Ausführungsform eingerichtet sein, von anderen Sensoren zu lernen, und/oder von den Erfahrungen des Wartungspersonals zu lernen, um einen Austauschbedarf vorherzusagen, insbesondere mit relativ hoher Sicherheit, beispielsweise ohne dass es tatsächlich zu einem Sensorausfall kommt.
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Beispielsweise kann die Steuereinrichtung basierend auf einer Wahrscheinlichkeits-Berechnung, etwa unter Zugrundelegung von historischen Daten, einen Austauschbedarf erkennen. Möglich wären hier Daten, welche indizieren und/oder angeben, wie oft ein Sensor eines vorgegebenen Typs (etwa Sensor A) nach einem Zeitraum X ausfällt. Wären das z.B.: ~20% nach 20 Jahren und der Kunde hat definiert, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit < 20% sein soll, könnte ein Austausch getriggert werden.
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Denkbar wäre auch, dass der Kunde ein Austauschintervall definiert, z.B. 10 Jahre, und/oder dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Austauschbedarf nach Ablauf einer vorgegebenen und/oder definierbaren Zeitspanne erkennt bzw. einen Austausch auslöst. Dann würde nach 10 Jahren der Sensor-Austausch getriggert werden.
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Denkbar wäre auch eine Art der,Predictive Maintenance‘, welche die erhaltenen Datensätze eines Sensors (etwa Sensor A) mit historischen Datensätze gleicher und/oder ähnlicher Sensoren abgleicht, um eine Ausfallwahrscheinlichkeit zu ermitteln. Sendet Sensor A z.B. stark schwankende Batteriefüllstände (Messert x = 70%, Messert x+1 = 50%, Messert x+2 = 90%, Messert x+3 = 50%, Messert x+4 = 40% ...), kann das mit vorhandenen Daten abgeglichen werden, um eine Ausfallwahrscheinlichkeit zu berechnen. Fällt diese Wahrscheinlichkeit höher aus, als ein vorgegebener und/oder definierbarer (etwa ein vom Kunden festgelegter) Schwellwert, so kann ein Sensor-Austausch von der Steuereinrichtung getriggert werden. Denkbar wäre auch eine beliebige Kombination der voranstehend exemplarisch erläuterten Szenarien.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung eingerichtet, den Füllstandsensor nach Austausch durch den Austauschsensor aus dem Füllstandmesssystem zu entfernen, wenn sie ein Signal empfangen hat, dass der Austausch durch den Austauschsensor erfolgt ist.
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Dieses Signal umfasst beispielsweise einen Messwert, der von dem Austauschsensor erfasst und an die Steuereinrichtung übertragen wurde.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Verwendung eines oben und im Folgenden beschriebenen Füllstandsensoraustauschsystems zum Austauschen eines Feldgeräts, insbesondere eines Sensors.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Verwendung eines oben und im Folgenden beschriebenen Sensoraustauschsystems zum Austauschen eines Bauteils einer Vorrichtung. Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Maschine handeln.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Austauschen eines Sensors, bei dem zunächst ein Austauschbedarf des Sensors eines Messsystems (automatisch) festgestellt wird. Nach der Feststellung des Austauschbedarfs des Sensors wird ein automatisierter Austauschablauf gestartet, welcher eine Parametrierung eines Austauschsensors umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform wird nach erfolgter Parametrierung des Austauschsensors der Füllstandsensor aus dem Messsystem entfernt und durch den Austauschsensor ersetzt. Alternativ oder zusätzlich kann der Füllstandsensor deaktiviert werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einem Prozessor eines Füllstandsensoraustauschsystems ausgeführt wird, das Füllstandsensoraustauschsystem anleitet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein oben beschriebenes Programmelement gespeichert ist.
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Im Folgenden werden mit Bezugnahme auf die Figuren weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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Kurze Beschreibung der Figuren
- 1 zeigt ein Füllstandsensoraustauschsystem gemäß einer Ausführungsform.
- 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt ein Füllstandsensoraustauschsystem 100, welches mehrere Füllstandsensoren 101, 105 aufweist.
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Die Füllstandsensoren 101, 105 sind an einem Behälter angebracht und eingerichtet, den Füllstand eines Füllguts in dem jeweiligen Behälter zu messen. Die Behälter mit den jeweiligen Sensoren bilden ein Füllstandmesssystem 104 aus, welches mit einer entfernten Steuereinrichtung 102 kommunizieren kann. Die Kommunikation kann drahtlos erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich zur Drahtloskommunikation eine drahtgebundene Kommunikation vorgesehen ist.
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In der 1 ist auch ein Austauschsensor 103 dargestellt, welcher den Füllstandsensor 101 ersetzen soll.
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Wird für einen der Sensoren 101, 105 (nachfolgend Sensor A genannt) ein Austauschbedarf ermittelt, wird der automatische Austauschablauf gestartet.
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Auslöser dieses Ablaufs können ein oder mehrere der folgenden Gründe sein. Beispielsweise kann der Austauschablauf durch das Ausbleiben von Messwerten getriggert werden. Dies kann dann erkannt werden, wenn das signalverarbeitende System, bei dem es sich um ein Vega Inventory System, VIS, handeln kann und welches durch die Steuereinrichtung 102 symbolisiert wird, keine Messdaten von Sensor A mehr erhält. Dies kann insbesondere dann festgestellt werden, wenn die Steuereinrichtung 102 über einen vorgegebenen Zeitraum keine Messdaten mehr empfangen hat.
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Auch kann eine so genannte Predictive Maintenance, bei der das VIS einen Sensorausfall vorhersagt, den Start des Austauschablaufs triggern.
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Ebenso kann dieses Triggern durch einen Kundenwunsch erfolgen, beispielsweise wenn Anwendungsanpassungen erforderlich erscheinen.
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Auch kann der Start des Austauchablaufs getriggert werden, wenn der Batteriezustand des Füllstandsensors 101 unter einen Grenzwert fällt (falls dieser eine Batterie aufweist). Ebenso kann der Start des Austauschablaufs durch eine technische Störung oder eine Rückrufaktion getriggert werden.
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Wird ein Austausch getriggert, wird ein neuere, typengleicher, Sensor (oder auch ein entsprechendes Nachfolgemodell) (nachfolgend Sensor B genannt) verwendet und in VIS als „Austauschgerät“ gekennzeichnet.
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Dieser Sensor B kann mittels eines Software-Backups von Sensor A vor dem Versenden oder direkt beim Kunden bespielt werden. Damit wird ein reibungsloser Austausch gewährleistet. Auch können an dieser Stelle kundenspezifische Anpassungen vorgenommen und aufgespielt werden. Eine Sensorbatterie kann zu diesem Zeitpunkt ebenfalls voll aufgeladen werden.
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Sobald der Sensor B entsprechend parametriert wurde, kann er den Sensor A 101 ersetzen. Dieser Austausch kann von einem Servicemitarbeiter, dem Kunden selbst oder auch auf andere Weise erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt ein direkter Austausch mittels einer Drohne, insbesondere wenn es sich um einen autarken (nicht verkabelten) Sensor (also einen batteriebetriebenen Funksensor) handelt. Dabei kann die Drohne mit dem Sensor B beladen werden und damit zu Sensor A fliegen. Vor Ort kann die Drohne den Sensor A von einer speziellen Halterung entfernen (die Drohne ist in der Lage zu ent- und verriegeln), aufnehmen und anschließend Sensor B mittels der Halterung befestigen. Der Sensor A kann von der Drohne zur Reparatur, Kontrolle oder Entsorgung zurückgebracht werden.
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Sobald der Austausch stattgefunden hat, wird auch in VIS der Sensor A durch den Sensor B ersetzt. Dieses Ersetzen kann auf verschiedene Arten angestoßen werden. Beispielsweise kann dies getriggert werden, indem der austauschende Servicemitarbeiter, der Kunde bzw. die Drohne den erfolgten Austausch meldet. Auch ist es möglich, dass der Sensor B nach einer gewissen Zeitspanne (beispielsweise der geschätzten Dauer bis zum Austausch) automatisch ausgetauscht werden. Auch ist es möglich, dass der Sensor B an die Stromversorgung angeschlossen wird bzw. aktiviert wird und beginnt Messwerte zu senden, wodurch der Austausch im VIS getriggert wird. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass ein autarker Funksensor 103 erst durch die Anbringung an der Halterung durch den Anbringenden automatisch aktiviert wird und VIS mit dem Erhalt des ersten Messwertes aus dem Echtbetrieb den Austausch automatisch durchführt.
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Auf diese Weise ist ein schneller, einfacher und nahezu automatischer Austausch von austauschbedürftigen Füllstandsensoren im Echtbetrieb gewährleistet.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. In Schritt 201 wird ein Austauschbedarf festgestellt, beispielsweise durch die Auswertung von Sensorwerten, Predictive Maintenance oder Kundenwunsch. In Schritt 202 wird der Austauschsensor B für den Austausch vorbereitet. In diesem Schritt wird Sensor B in VIS als Austauschsensor von Sensor A hinterlegt, mit der Software aus dem Backup von Sensor A bespielt sowie gewünschte Anpassungen an Sensor B vorgenommen.
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In Schritt 203 erfolgt der physische Austausch von Sensor A durch den Sensor B, beispielsweise durch eine Drohne. In Schritt 204 wird dann der Sensor durch den als Austauschsensor markierten Sensor B in VIS ausgetauscht. Ab diesem Zeitpunkt werden die Messwerte von Sensor B verwendet und Sensor A kann deaktiviert werden.
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Alle diese Schritte können vollautomatisch durch das Füllstandsensoraustauschsystem durchgeführt werden.
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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.
