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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Füllstandmessung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein abgleichfreies, berührungslos messendes Füllstandmessgerät, ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Füllstandmessgeräts, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.
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Technischer Hintergrund
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Zur Messung von Füllständen oder Volumina von Füllgütern können berührungslos messende Füllstandmessgeräte verwendet werden. Diese werden typischerweise im Deckenbereich des Behälters eingebaut und senden ein Messsignal in Richtung der Füllgutoberfläche aus, welches von dieser reflektiert wird. Aus der gemessenen Laufzeit des Messsignals kann dann der Füllstand berechnet werden.
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Insbesondere zur Berechnung des Volumens des Füllguts, das auch vom Füllstandmessgerät geleistet werden kann, sind weitere Informationen erforderlich, wie die Behältergeometrie oder die Oberflächenbeschaffenheit des Füllguts. So kann z. B. eine Schaumbildung oder die Anhäufung eines Schüttkegels (im Falle eines Schüttguts) zu Fehlern und/oder Unkorrektheiten bei der Volumenberechnung führen.
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Zusammenfassung
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Füllstandmessgerät bereitzustellen, welches die Füllstands- oder Volumenbestimmung eines Füllguts zuverlässig und mit hoher Genauigkeit durchführt.
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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 abgleichfreies, berührungslos messendes Füllstandmessgerät, eingerichtet zur Messung eines Füllstands oder eines Volumens eines Füllguts in einem Behälter. Das Füllstandmessgerät kann insbesondere zur Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld eingerichtet sein.
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Es weist einen Füllstandsensor auf, der eingerichtet ist zum Erfassen, etwa zu berührungslosen Erfassen, der Distanz zwischen dem Füllstandsensor bzw. dem Füllstandmessgerät und der Füllgutoberfläche. Es ist darüber hinaus ein Topologieerfassungssensor vorgesehen, der eingerichtet ist zum Erfassen der Geometrie des Behälters und/oder der Füllgutoberfläche. Das Füllstandmessgerät weist eine Auswerteschaltung auf, die eingerichtet ist zum Berechnen des Füllstands und/oder des Volumens des Füllguts unter Berücksichtigung der erfassten Geometrie des Behälters sowie der erfassten Distanz zwischen dem Füllstandsensor und der Füllgutoberfläche.
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Ein händischer Abgleich ist somit nicht mehr erforderlich, wodurch einerseits personeller Aufwand reduziert werden kann, manuelle Fehlereingaben vermieden werden und zu jedem Zeitpunkt sichergestellt werden kann, dass sich die Füllstands- und/oder Volumenberechnung auch bei sich zwischenzeitlich ändernden Behältergeometrien und/oder Füllgutoberflächenformen mit großer Genauigkeit durchführen lässt.
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Der Begriff „Behältergeometrie“ ist breit auszulegen. Hierbei kann es sich in einem einfachen Fall um die Orte im Behälter handeln, an welchen sich Störreflektoren befinden, oder aber auch um Informationen hinsichtlich der Abmessungen des Behälters.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Topologieerfassungssensor eingerichtet, eine Änderung der Topologie bzw. Geometrie des Behälters zu erkennen. Die Behältergeometrie kann sich beispielsweise dadurch ändern, dass Gegenstände in den Behälter eingebracht werden oder sich Anhaftungen am Behälter ausgebildet haben. Es kann vorgesehen sein, dass der Topologieerfassungssensor nur zu bestimmten Zeitpunkten die Geometrie des Behälters ausmisst, wobei diese Zeitpunkte durch bestimmte Triggerereignisse getriggert werden können. Beispiele für solche Triggerereignisse sind deutliche Änderungen der physikalischen Gegebenheiten im Behälter, welche beispielsweise zu einer Schaumbildung oder Dampfbildung führen können, oder das Einschalten eines Rührwerks, oder das Einbringen einer Behältereinbaute. Die Triggerereignisse können beispielsweise ereignissgesteuert und/oder zeitgesteuert, etwa durch Eingabe eines Zeitintervalls bei dem der Trigger, ausgelöst werden.
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Die Auswerteschaltung im Füllstandmessgerät kann eingerichtet sein, diese Änderung bei der Berechnung des Füllstands und/oder des Volumens des Füllguts zu berücksichtigen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Lagesensor vorgesehen, eingerichtet zum Erfassen der Orientierung des Füllstandsensors und/oder des Topologieerfassungssensors. Die Auswerteschaltung ist eingerichtet, die erfasste Orientierung bei der Berechnung des Füllstands und/oder des Volumens des Füllguts zu berücksichtigen. Der Lagesensor kann als Kompensationsinformation zur eingebauten Lage des Füllstandmessgeräts dienen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der Füllstandsensor und der Topologieerfassungssensor derselbe Sensor, beispielsweise ein 3D-Radarsensor oder ein Lidarsensor. Der Sensor kann so programmiert sein, dass er die Distanz zwischen ihm und der Füllgutoberfläche regelmäßig misst, die Topologie jedoch nur seltener erfasst, beispielsweise immer dann, wenn davon auszugehen ist, dass sie sich geändert hat.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Füllstandsensor und Topologieerfassungssensor unterschiedliche Sensoren. So kann der Füllstandsensor beispielsweise ein Füllstandradarsensor sein und der Topologieerfassungssensor ein oder mehrere optische Sensoren oder ein weiterer (3D) Radarsensor.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Topologieerfassungssensor eingerichtet, Anhaftungen an dem Füllstandsensor, an sonstigen Einbauten im Behälter/Silo (z.B. Einfüllrohr, Mischer ...) und/oder der Behälterwand zu erkennen, welche dann ein Diagnoseverfahren auslösen können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Topologieerfassungssensor eingerichtet, eine Schaumbildung oder einen Füllstrom bzw. Befüllstrom zu erkennen, welche/welcher eine Gerätewartung, eine Gerätewartungsmeldung und/oder eine Diagnosemeldung auslösen kann oder eine Änderung der Berechnungsvorschrift zur Berechnung des Füllstands und/oder des Volumens des Füllguts. Eine Information „Schaumbildung oder „Füllstrom im Raum“ kann beispielsweise eine Diagnosemeldung, z.B. „Wartungsbedarf“, auslösen. Die Diagnosemeldung kann alternativ oder zusätzlich anders lauten z.B. „Messung ungenau“ oder „Störung“.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Füllstandsensor ein Füllstandradarsensor oder ein Drucksensor.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Topologieerfassungssensor ein 3D-Radarsensor oder ein Lidarsensor.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Füllstandmessgeräts, bei dem die Distanz zwischen dem Füllstandmessgerät und der Füllgutoberfläche durch das Füllstandmessgerät erfasst wird, und bei dem darüber hinaus die Geometrie des Behälters durch das Füllstandmessgerät oder ein zusätzliches Gerät erfasst wird. Daraufhin erfolgt die Berechnung des Füllstands und/oder des Volumens des Füllguts unter Berücksichtigung der erfassten Behältergeometrie sowie der erfassten Distanz.
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Dieses Verfahren kann vollautomatisch erfolgen, ohne dass ein Benutzer eingreifen muss und auch ohne dass Behälterdaten eingegeben werden müssen, da die Geometrie des Behälters durch das Messgerät erfasst wird.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt daraufhin ein erneutes Erfassen der Distanz zwischen dem Füllstandmessgerät und der Füllgutoberfläche durch das Füllstandmessgerät, sowie ein erneutes Erfassen der Geometrie des Behälters, woraufhin dann der Füllstand und/oder das Volumen des Füllguts unter Berücksichtigung der erfassten Behältergeometrie sowie der erneut erfassten Behältergeometrie berechnet wird.
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Auf diese Weise können Änderungen an der Behältergeometrie frühzeitig erkannt werden, welche in die Berechnung einfließen und ggf. bei der Festlegung eines Zeitpunkts für eine Gerätewartung und/oder Diagnosemeldung, etwa durch Meldung einer Gerätewartuzng, Berücksichtigung finden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einer Auswerteschaltung eines Füllstandmessgeräts ausgeführt wird, das Füllstandmessgerät anleitet, die oben und im Folgenden beschriebenen Schritte durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das oben beschriebene Programmelement gespeichert ist.
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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. Auch andere Bereiche, etwa Kraftwerke, Energie, Refining, Petrochemie, Umwelt, Recycling, sind denkbar. 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, Temperatur, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können.
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Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Logistikautomation. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb 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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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Füllstandmessgerät gemäß einer Ausführungsform.
- 2 zeigt ein Füllstandmessgerät gemäß einer weiteren Ausführungsform.
- 3 zeigt eine Füllstandmessanordnung gemäß einer Ausführungsform.
- 4 zeigt eine Füllstandmessanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
- 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt ein Füllstandmessgerät 100, welches eine Auswerteschaltung 104 aufweist, in die ein Lagesensor 105 integriert ist. Auswerteschaltung 104 und Lagesensor 105 befinden sich in einem Gehäuse 120. Die Auswerteschaltung 104 und der Lagesensor 105 sind mit einem Füllstandsensor 101, beispielsweise in Form eines Füllstandradargeräts oder einer Druckmesszelle, verbunden. Ebenso sind sie mit einem Topologieerfassungssensor 102, beispielsweise in Form eines Lidar-Front-Ends, verbunden. Füllstandsensor 101 und Topologieerfassungssensor 102 können als „Prozessanschluss“ 121 bezeichnet werden.
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2 zeigt eine andere Darstellung eines solchen abgleichfreien, berührungslos messenden Füllstandmessgeräts 100. Es können mehrere Topologieerfassungssensoren 102 vorgesehen sein, beispielsweise in Form von Lidarsensoren. Unterhalb dieser Sensoren können Heizelemente angebracht sein.
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Die Auswerteschaltung 104 umfasst weite Teile der Elektronik und dient der Steuerung sowohl des Topologieerfassungssensors 102 als auch des Füllstandsensors 101. Auch im Ausführungsbeispiel der 2 handelt es sich bei dem Füllstandsensor 101 um einen Drucksensor in Form einer Druck-Messzelle.
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Die in den Figuren gezeigten Füllstandmessgeräte 100 können als Plug and Play fähige Füllstandmessgeräte ausgeführt sein. Durch die Kombination aus Druck- und Lidar-Messtechnik sowie, ggf., einem Lagesensor, kann die Inbetriebnahme deutlich vereinfacht werden, sodass kein händischer Abgleich mehr erforderlich ist, um eine Volumenmessung im Behälter durchzuführen.
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Der Lidarsensor kann bei Inbetriebnahme ein exaktes Abbild des Behälters erstellen. Hierbei werden Einbauten und deren Positionen im Behälter erkannt. Ein händischer Abgleich bzw. eine händische Linearisierung ist überflüssig.
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Auch kann der Topologieerfassungssensor 102 eingerichtet sein, Anhaftungen am Füllstandsensor bzw. der Druckmesszelle zu detektieren, sowie Anhaftungen im Behälter zu detektieren.
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Durch die Kombination der Vorteile von zwei Messprinzipien (beispielsweise Druck und Lidar) lässt sich eine sehr zuverlässige und genaue Volumenmessung im Behälter realisieren, die darüber hinaus noch eine tiefergehende Diagnose ermöglicht. Aufgrund der zwei eingesetzten Messprinzipien können Plausibilitätsprüfungen gemacht werden, etwa um die Aussagekraft der ausgegebenen Information zu erhöhen.
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Durch den Lidarsensor 102 kann bei der Inbetriebnahme die Behältergeometrie eingelernt werden. Dies kann während der Inbetriebnahme automatisiert vom Füllstandmessgerät (bzw. dessen Auswerteschaltung 104) durchgeführt werden.
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Wenn sich während der Anwendung Veränderungen im Behälter ergeben, die durch Anhaftungen oder dergleichen entstehen, kann dies durch den Topologieerfassungssensor 102 erkannt werden. Es kann vorgesehen sein, in diesem Fall eine Diagnosemeldung (visuell und/oder als Signal) abzusetzen, damit der Behälter gereinigt werden kann. Dies kann als vorbeugende Wartung gewertet werden.
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Darüber hinaus können Anhaftungen an dem Füllstandsensor erkannt und eine tiefergehende Diagnose realisiert werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, in diesem Fall eine Diagnosemeldung (visuell und/oder als Signal) abzusetzen, damit die Anhaftungen am Füllstandsensor gereinigt werden können. Dies kann als vorbeugende Wartung gewertet werden.
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Das Füllstandmessgerät 100 besteht beispielsweise aus einem Gehäuse 120, welches die kombinierte Sensorelektronik beinhaltet, und einen Prozessanschluss 121 (siehe auch 1), der, zumindest teilweise, medienberührend ausgeführt sein kann, und den Füllstandsensor 101 (beispielsweise die Druckmesszelle) und den Topologieerfassungssensor 102 (beispielsweise das Lidar-Front-End) beinhaltet.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Füllstandmessgerät eine Kombination aus Druckmesszelle mit einem oder mehreren Lidar-Sensoren aufweist. Mehrere Lidar-Sensoren können insbesondere vorgesehen sein, um größere Behältergeometrien abzudecken und/oder evtl. auftretende „Schatten“, die durch Behältereinbauten hervorgerufen werden, herausrechnen zu können.
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Um Energie einzusparen, kann vorgesehen sein, dass der Topologieerfassungssensor 102 nicht kontinuierlich misst, sondern nur dann, wenn beispielsweise genügend Energie vorhanden bzw. gespeichert wurde, um eine Einzelmessung durchzuführen, um die Messergebnisse des Füllstandsensors ggf. zu korrigieren, anzupassen oder zu optimieren.
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Ein auslösendes Ereignis bzw. Trigger-Ereignis kann etwa eine Inbetriebnahme sein Dieses Ereignis kann genutzt werden, um die Linearisierung (den ersten Plug & Play) zu erfassen und den Abgleich des Sensors durchzuführen. Zusätzlich kann aus dem Bild des Topologie Sensors beispielsweise abgeleitet werden, was für eine Anwendung dies ist (Anwendungsparameter) z.B. ob sich ein Rührwerk im Behälter befindet. Das Trigger Ereignis für die Inbetriebnahme kann beispielsweise das Anlegen einer Versorgungsspannung sein.
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Zusätzlich oder alternativ kann bei jedem Anlegen der Betriebsspannung auch der Lagesensor abgefragt werden. Wurde die Lage verändert, kann davon ausgegangen werden, dass sich der Sensor in einer neuen Anwendung befindet. Er muss sich also neu einlernen.
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Weitere Trigger-Ereignisse könnten vom Messprinzip abgeleitet werden. Bei einem ToF Sensor (z.B. Radar) wenn auf der Echokurve Störechos während des Betriebes erscheinen. Oder wenn die Messsicherheit (Amplitude des Echos) plötzlich und/oder nach einer gewissen Zeit nach unten geht. Beispielsweise kann die Echoamlitude im Betrieb über die Distanz aufgezeichnet werden, gibt es hier Abweichungen, könnte dies als Trigger genutzt werden. Auch könnte das Antennenklingeln bei einem Radarsensor ein Trigger Ereignis sein.
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Mithilfe eines optionalen Lagesensors in Kombination mit einem Topologieerfassungssensor kann eine sehr genaue Volumenmessung ohne händischen Abgleich oder Linearisierung realisiert werden.
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Die Anordnung der Lidarsensoren ist so gewählt, dass die Behältergeometrie effektiv erfasst und abgedeckt werden kann. Beispielsweise sind unterschiedliche Lidarsensoren neben dem Füllstandsensor 101 angeordnet. Auch kann vorgesehen sein, dass eine Linse der Lidarsensoren beheizt wird, um eine Kondensatbildung und eine damit verbundene negative Beeinflussung des Messsystems zu verhindern. Auch dieses Beheizen kann Ereignis getriggert gesteuert werden. Beispielsweise nur dann, wenn man auch mit dem Lidar ein Bild erzeugen will.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welche einen Behälter 103 zeigt, in welchem sich ein Füllgut 122 befindet. An der Behälterwand können beispielsweise Schweißpunkte 124 oder dergleichen vorgesehen sein, welche (nicht gewünschte) Störechos hervorrufen können. Diese „Störquellen“ können von dem Topologieerfassungssensor 102 detektiert werden, sodass man sie in der vom Füllstandsensor 101 detektierten Echokurve leicht identifizieren kann. Der Topologieerfassungssensor 102 der 3 befindet sich neben der Hornantenne des Füllstandsensors 101.
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Der Füllstandsensor 101 ist an eine 4...20 mA Zweidrahtschleife oder eine anderweitige Kommunikations- und Energieversorgungsleitung angeschlossen. Bezugszeichen 123 zeigt einen Einfüllstutzen, durch welchen der Behälter 103 befüllt werden kann. Der gezeigte Einfüllstutzen 123 in 3 könnte auch etwas mehr in den Messraum reinragen, somit wäre dieser ebenfalls eine Störquelle, die durch 102 erfasst werden würde und dem Sensor 101 mitgeteilt werden würde.
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Das Füllstandmessgerät 100 weist somit einen oder mehrere zusätzliche Sensoren 102 auf, welche die Topologie des Behälters erfassen können, beispielsweise in Form von einer oder mehreren Kameras. Die Füllstands- oder Volumenmessung erfolgt mittels der Unterstützung des Topologieerfassungssensors 102. Die Daten des Topologieerfassungssensors 102 können primär lokal im Füllstandsensor 101 ausgewertet werden, mit direkter Auswirkung in der Sensorsoftware in Bezug auf die Einstellung von Messparametern. Auch kann vorgesehen sein, dass die Messdaten des Topologieerfassungssensors 102 an übergeordnete Systeme übertragen werden, insbesondere wenn leistungsfähige Kommunikationsschnittstellen, wie z. B. APL (Advanced Physical Layer), in Verbindung mit entsprechenden Kommunikationsprotokollen, wie z. B. Profinet, verwendet werden.
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Somit können Feldgeräte-spezifische Daten durch die Analyse der vom Topologieerfassungssensor 102 erfassten Daten generiert werden. Diese Daten können in Bezug auf Funktion, Wartung, Diagnose und/oder Verhalten im Feldgerät intern analysiert werden. Das Analyseergebnis kann zur vorausschauenden Prozessoptimierung (vorbeugende Wartung) oder zur unmittelbaren Optimierung der Messung selbst verwendet werden. Die vom Topologieerfassungssensor 102 erfassten Daten können in eine maschinenlesbare binäre Datenstruktur umgewandelt werden, die von der Sensorsoftware ausgewertet werden kann.
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Insbesondere können die vom Topologieerfassungssensor 102 erfassten Daten zur Parametrierung des Füllstandsensors 101 verwendet werden, sowie in die Berechnung des Füllstands bzw. Volumens einfließen. Insbesondere können aus den durch die vom Topologieerfassungssensor 102 erfassten Daten Informationen über Dämpfung, Schaumbildung, notwendige Nacheichung oder Wartung berechnet werden.
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Der Topologieerfassungssensor 102 kann zum nachträglichen Einbau eingerichtet sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass er direkt an der Füllstandradarantenne angebracht wird.
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In der Ausführungsform der 3 ist der Füllstandsensor 101 in Form eines Radar-Füllstandsensors ausgeführt. Es ist beispielsweise eine optische Kamera 102 vorgesehen. Das Füllstandmessgerät 100 kann aus allen erfassten Messdaten den Füllstand und den Volumeninhalt des Behälters 103 mit hoher Genauigkeit bestimmen. Die Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung (z. B. SPS) mit der entsprechenden Software findet in diesem Beispiel über eine 4...20 mA Übertragungstechnologie und einem überlagerten HART-Protokoll statt. Die Auswertung der vom Füllstandsensor 101 erfassten Information und der vom Topologieerfassungssensor 102 erfassten Information (primäre Information, sekundäre Information) findet beispielsweise vor Ort im Sensor statt.
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Der Topologieerfassungssensor 102 weist einen 2D-Modus auf, in welchem optisch Unebenheiten oder Störungen an der Tankwand (z. B. Schweißpunkte oder mögliche Stutzen, Streben, Leitersprossen, feste Anbackungen) detektiert werden können. Diese sollen vom Füllstandsensor 101 nicht als gültiges Echosignal, sondern Störechosignal, interpretiert und entsprechend ausgeblendet werden. Die Bildinformation kann in eine binäre Datenstruktur umgewandelt werden, sodass die Sensorsoftware diese, insbesondere die Unebenheiten/Störungen, auch als solche interpretieren kann. Die Radar-Füllstandmessung kann somit sicherer, reproduzierbarer, genauer und störungsfreier durchgeführt werden.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform, diesmal mit mehreren Topologieerfassungssensoren 102, beispielsweise in Form von zwei integrierten optischen Kameras, die links und rechts neben der Füllstandradarantenne angeordnet sind.
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Die Kombination mit der übergeordneten Steuerung (z. B. SPS) findet in diesem Beispiel über die schnelle APL-Übertragungstechnologie (Advanced Physical Layer) und einem entsprechenden Kommunikationsprotokoll (z. B. Profinet) statt.
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Die Auswertung der vom Füllstandsensor 101 erfassten Messdaten (primäre Information) und der vom Topologieerfassungssensor 102 erfassten Messdaten (sekundäre Information) kann im Füllstandmessgerät 100 erfolgen oder, optional, in der SPS, die außerhalb des Füllstandmessgeräts angeordnet ist. Die Daten des Topologieerfassungssensors können auch für andere Zwecke weiterverarbeitet werden oder weiterübertragen werden.
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Der Topologieerfassungssensor 102 weist einen 3D-Modus auf, sodass der Tank räumlich vermessen werden kann.
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Auf diese Weise können beispielsweise Schüttgutkegelbildungen, die im Produkteinfüllbereich entstehen können, erkannt werden. Da der Füllstandsensor 101 einen eindimensionalen Messmodus aufweisen kann, kann er in diesem Modus die Unebenheiten bzw. Schüttgutkegelbildungen nicht erkennen. In diesem Fall würde ohne die zusätzlichen vom Topologieerfassungssensor erfassten Informationen der vom Füllstandsensor erfasste Füllstandmesswert zu einer ungenauen Berechnung des Füllgutvolumens führen. Unterstützt durch die „Kamerainformationen“, die ggf. in eine binäre Datenstruktur umgewandelt werden, kann die SPS-Software die Information des Topologieerfassungssensors nutzen, um den tatsächlichen Füllstand bzw. das Füllgutvolumen präziser zu ermitteln. Die Informationen des Topologieerfassungssensors 102 werden somit unterstützend eingesetzt. Die Radar-Füllstandmessung kann somit sicherer, reproduzierbarer, genauer und störungsfreier erfolgen.
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5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. In Schritt 501 wird die Geometrie des Behälters von einem 2D- oder 3D-Topologieerfassungssensor erfasst. In Schritt 502 wird die Distanz zwischen dem Füllstandmessgerät und der Füllgutoberfläche erfasst. Aus den gemessenen Daten wird dann der Füllstand und/oder das Volumen des Füllguts berechnet, insbesondere unter Berücksichtigung der erfassten Behältergeometrie oder, in einem einfacheren Fall, des Ortes von Behältereinbauten oder Schweißpunkten oder anderen Störechos hervorrufenden Quellen.
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In Schritt 504 wird eine Meldung abgesetzt, welche den Benutzer auf eine Änderung innerhalb des Behälters hinweist, die bei der Berechnung des Volumens zu berücksichtigen ist oder eine Wartung erfordert. Die Meldung kann visuell, akustisch und/oder als Signal abgesetzt werden. Beispiele hierfür sind Änderungen an Behältereinbauten oder Entstehung von Anhaftungen.
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Durch das Erkennen von Einbauten in Behälter bzw. in Silos kann eine automatische Störsignalausblendung implementiert werden. Durch das Erkennen der Behältergeometrie können eine automatische Linearisierung/Skalierung sowie ein automatischer Min-/Max-Abgleich erfolgen. Durch das Erkennen von Schüttgutgeometrien/Schüttkegeln kann eine automatische Volumenkorrektur/Massenkorrektur durchgeführt werden. Durch das Erkennen von Veränderungen im Behälter über die Zeit kann eine automatisierte/vorausschauende Wartung erfolgen, ggf. über das Absetzen einer Diagnosemeldung bei Wartungsbedarf, beispielsweise bei dem Erkennen von Anhaftungen. Durch das Erkennen von unruhigen, bewegten Oberflächen kann der Parameter automatisiert „Dämpfung“ angepasst werden. Durch das Erkennen von Veränderungen im Behälter über die Zeit kann eine selbstständige Anpassung der Sensorparametrierung automatisch durchgeführt werden. Durch das Erkennen von Dämpfen/Schäumen kann eine automatisierte vorausschauende Wartung, ggf. durch das Absetzen einer entsprechenden Diagnosemeldung „Wartungsbedarf“ durchgeführt werden. Durch das Erkennen von Befüllströmen kann ebenfalls eine automatisierte vorausschauende Wartung durch das Absetzen einer Diagnosemeldung „Wartungsbedarf“ erfolgen. Bei Transportbehältern, beispielsweise IBC-Behältern, mit außerhalb montierten Sensoren kann eine exakte Positionsbestimmung des Behälters erfolgen. Auch können Blockdistanzen (vom Sensor nicht messbare Bereiche) erkannt und eine automatisierte vorausschauende Wartung eingeleitet werden. Auch können „schräge“ Oberflächen, welche Verluste der reflektierten Signalleistung bedeuten können, erkannt werden. Auch in diesem Fall kann eine automatisierte vorausschauende Wartung eingeleitet werden, durch das Absetzen einer Diagnosemeldung „Wartungsbedarf/Funktionskontrolle“.
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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.
